DE10243248B4 - Plasticizing and injection unit of a plastic injection molding machine - Google Patents

Plasticizing and injection unit of a plastic injection molding machine Download PDF

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Abstract

Plastifizier- und Einspritzeinheit einer Kunststoffspritzgießmaschine mit einer in einem Spritzzylinder (20) angeordneten Schnecke (19), mit einem gemeinsamen Antriebsmotor für die rotatorische und die translatorische Bewegung der Schnecke (19), wobei für die translatorische Bewegung der Schnecke (19) eine mit dem Antriebsmotor verbundene Druckmittelpumpe (12) und wenigstens ein von dieser bewegter Gleichgangzylinder (11) vorgesehen sind, wobei Hydraulikleitungen (13, 14) vorgesehen sind, die die Ein- und Ausgänge der Gleichgangzylinder (11) und der Druckmittelpumpe (12) miteinander verbinden, so dass ein geschlossener Hydraulikkreis gebildet wird, und wobei die Druckmittelpumpe (12) auch als Druckmittelmotor arbeiten kann und Elemente (15) zur Veränderung ihrer Pumpen- bzw. Motorschluckmenge besitzt, die an eine Regeleinrichtung (16) angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass als gemeinsamer Antriebsmotor ein Hohlwellenmotor (1) vorgesehen ist, dessen Rotor-Hohlwelle (2) unmittelbar an die Antriebswelle (5) der Schnecke (19) gekuppelt ist.plasticizing and injection unit of a plastic injection molding machine with one in one Injection cylinder (20) arranged screw (19), with a common Drive motor for the rotational and the translational movement of the screw (19), being for the translational movement of the worm (19) one with the drive motor connected pressure medium pump (12) and at least one of these moved Gleichgangzylinder (11) are provided, wherein hydraulic lines (13, 14) are provided, which the inputs and outputs of the Gleichgangzylinder (11) and the pressure medium pump (12) connect to each other, so that a closed hydraulic circuit is formed, and wherein the pressure medium pump (12) can also work as a pressure medium motor and elements (15) for change their pump or Has engine intake, which is connected to a control device (16) are, characterized in that as a common drive motor a hollow shaft motor (1) is provided, the rotor hollow shaft (2) directly to the drive shaft (5) of the screw (19) coupled is.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Plastifizier- und Einspritzeinheit einer Kunststoffspritzgießmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The The invention relates to a plasticizing and injection unit of a Plastic injection molding machine according to the preamble of claim 1.

Aus der gattungsbildenden EP 0 785 059 B1 ist eine Plastifizier- und Einspritzeinheit einer Kunststoffspritzgießmaschine bekannt, bei der für die lineare und die rotatorische Bewegung der Plastifizierschnecke ein gemeinsamer servoelektrischer Antriebsmotor verwendet wird. Dieser Antriebsmotor ist für die Linearbewegung an eine förderrichtungsumkehrbare Hydraulikpumpe gekoppelt, die in einem geschlossenen Hydraulikkreis förderrichtungsabhängig die Linearbewegung der Schnecke über Gleichgangzylinder durchführt. Der Rotationsantrieb wird über ein Getriebe zur Anpassung des Antriebsmomentes an das geforderte Antriebsmoment auf die Schnecke geleitet. Die gleichzeitig zum Rotationsantrieb erforderliche passive Linearkraft an der Schnecke, die einen Staudruck auf die geförderte Masse ausübt, erzeugt am Gleichgangzylinder des Linearantriebs einen Ölstrom zur Hydraulikpumpe, die in dieser Phase als Ölmotor arbeitet und das entstehende Drehmoment, durch starre Kopplung der Pumpe mit dem Motor, als Antriebsmoment auf diesen geleitet wird. Durch diese Art der Kopplung wird in einfacher Weise Leistung zurückgewonnen. Die Pumpe wird quasi als Bremse im Linearkreis eingesetzt und die Bremsenergie wird wieder für de Rotationsbetrieb mitverwendet. Die Staudruckregelung und als Folge die Größe der Bremsenergie erfolgt durch Veränderung der Pumpen- bzw. Motorschluckmenge, die einem separaten Regelkreis unterliegt.From the generic EP 0 785 059 B1 a plasticizing and injection unit of a plastic injection molding machine is known in which a common servo-electric drive motor is used for the linear and rotary movement of the plasticizing screw. This drive motor is coupled for the linear movement of a conveying direction reversible hydraulic pump, which performs in a closed hydraulic circuit conveying direction-dependent, the linear movement of the screw via synchronous cylinder. The rotary drive is fed via a gearbox to adapt the drive torque to the required drive torque to the worm. The simultaneously required for the rotary drive passive linear force on the screw, which exerts a dynamic pressure on the conveyed mass generated at the synchronous cylinder of the linear drive an oil flow to the hydraulic pump, which operates in this phase as an oil engine and the resulting torque, by rigid coupling of the pump to the engine , as drive torque is directed to this. Through this type of coupling is recovered in a simple way performance. The pump is used as a kind of brake in the linear circuit and the braking energy is reused for de rotation operation. The back pressure control and as a result the size of the braking energy is carried out by changing the pump or engine intake, which is subject to a separate control loop.

Nachteilig an dieser bekannten Plastifizier- und Einspritzeinheit ist die Verwendung eines mechanischen Getriebes für die Untersetzung der Motordrehzahl des Servomotors auf die für die Plastifizierschnecke höchstzulässige Drehzahl. Für kleine Plastifizierschneckendurchmesser ist die Massenträgheit des gesamten mehrstufigen Getriebes im Verhältnis zu der Massenträgheit der Schnecke viel zu hoch. Die Folge ist z. B. ein Nachlaufen des Getriebes und damit der Schneckenkupplungswelle bei Dosierstop. Dies hat zur Folge, dass die Konstanz der aufgeschmolzenen Kunststoffmenge sehr ungenügend ist. Aufgrund der verhältnismäßig hohen Gesamtmasse der Einspritzeinheit, die den Spritzhub mit ausführen muss, ist die Regelgüte der Prozessparameter ebenfalls unzufriedenstellend. Versuche haben gezeigt, dass die Regelbarkeit des Einspritz- und Plastifizierprozesses mit der aus der EP 0 785 059 B1 bekannten Einspritzeinheit dann nicht beherrschbar ist, wenn nur wenige Gramm Material zu verarbeiten sind.A disadvantage of this known plasticizing and injection unit is the use of a mechanical transmission for the reduction of the motor speed of the servomotor to the maximum permissible for the plasticizing screw speed. For small plasticizing screw diameters, the mass inertia of the entire multi-stage gearbox is much too high in relation to the inertia of the screw. The consequence is z. As an after-running of the transmission and thus the worm clutch shaft at Dosierstop. This has the consequence that the constancy of the molten amount of plastic is very insufficient. Due to the relatively high total mass of the injection unit, which must carry out the injection stroke, the control quality of the process parameters is also unsatisfactory. Tests have shown that the controllability of the injection and plasticizing process with that of the EP 0 785 059 B1 known injection unit is then unmanageable when only a few grams of material to be processed.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Plastifizier- und Einspritzeinheit einer Kunststoffspritzgießmaschine anzugeben, mit der eine höhere Konstanz der aufgeschmolzenen Kunststoffmenge erreicht wird, insbesondere bei kleinen Schussgewichten und mit der darüberhinaus ein sehr geräuscharmer und energieeffizienter Betrieb möglich ist.outgoing It is the object of the invention to provide a plastifying and to provide injection unit of a plastic injection molding machine, with the a higher one Constance of the molten amount of plastic is achieved, in particular at small shot weights and with the moreover a very low noise and energy efficient operation possible is.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch eine Plastifizier- und Einspritzeinheit gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen finden sich in den Unteransprüchen.The solution This task is performed by a plasticizing and injection unit according to claim 1. Advantageous embodiments and further developments can be found in the subclaims.

Dadurch, dass ein Hohlwellen-Motor vorgesehen ist, der direkt an die Schneckenantriebswelle gekuppelt ist, kann auf einen üblichen Servomotor und ein mechanisches Getriebe verzichtet werden. Die bewegte Masse und vor allem das Massenträgheitsmoment der rotierenden Antriebselemente ist gegenüber dem zitierten Stand der Technik signifikant kleiner und die Dynamik des Systems damit signifikant höher. Ferner ist das Bauvolumen der Einspritzeinheit durch den Einsatz des Direktantriebs erheblich kleiner und die Herstellungskosten liegen niedriger. Ausserdem eignet sich die erfindungsgemäße Plastifizier- und Einspritzeinheit in besonderer Weise für kleine Spritzgießmaschinen.Thereby, that a hollow shaft motor is provided, which is coupled directly to the worm drive shaft is, can on a usual Servomotor and a mechanical transmission are dispensed with. The moving mass and especially the mass moment of inertia of the rotating Drive elements is opposite the cited prior art significantly smaller and the dynamics the system thus significantly higher. Furthermore, the volume of construction of the injection unit through the use the direct drive considerably smaller and the manufacturing cost are lower. In addition, the plasticizer according to the invention is suitable. and injection unit in a special way for small injection molding machines.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die 1 näher erläutert werden.Hereinafter, the invention with reference to an embodiment and with reference to the 1 be explained in more detail.

Gemäß der 1 weist die Erfindung für die lineare und rotatorische Bewegung einen gemeinsamen Hochmomenten-Hohlwellen-Servomotor 1 auf. Dieser Hochmomenten-Hohlwellen-Servomotor ist über die Rotor-Hohlwelle 2 einerseits mittels einer Mitnehmerwelle 3 und dem Freilauf oder einer schaltbaren Kupplung 4 mit der Schneckenantriebswelle 5 direkt verbunden. Ein unkontrolliertes Zurückdrehen der Schneckenantriebswelle 5, die in den Lagern 9 und 10 axial und radial geführt ist, wird mit der Rücklaufsperre 6, die mit dem Antriebswellenlagergehäuse 7 verbunden ist, verhindert, z. B. während des Einspritzvorganges. Gleichzeitig steht die Rotor-Hohlwelle 2 ständig über die Mitnehmerwelle 3 und der Kupplung 8 mit der förderrichtungsumkehrbaren Hydraulikpumpe 12 im Eingriff, die in einem geschlossenen Hydraulikkreislauf förderrichtungsabhängig die Linearbewegung der Schnecke über Gleichgangzylinder 11 durchführt. Die Staudruckregelung erfolgt durch Veränderung der Pumpen- bzw. Motorschluckvolumen, die einem separaten Regelkreis 15, 16, 17 und 18 unterliegt. Der Linearantrieb der Schnecke wird über Gleichgangzylinder 11 im geschlossenen Kreis mit Pumpen, die mit einer schwenkwinkelabhängigen Förderrichtungsumkehr ausgestattet sein können, durchgeführt. Für den aktiven Linearantrieb, der immer eine Pumpendrehrichtung entgegen des Rotationsantriebes bedeutet, wird entsprechend der Bewegungsrichtung die Fördermenge der Pumpe verstellt. Die Regelung von Druck und Menge der Pumpe kann sowohl durch Schwenkwinkeländerung der Pumpe, als auch durch Drehzahl- und Antriebsmomentenbeeinflussung durch den Hochmomenten-Hohlwellen-Servomotor erfolgen.According to the 1 the invention for the linear and rotational movement has a common high-torque hollow-shaft servo motor 1 on. This high torque hollow shaft servomotor is over the rotor hollow shaft 2 on the one hand by means of a driving shaft 3 and the freewheel or a shiftable clutch 4 with the worm drive shaft 5 directly connected. An uncontrolled turning back of the worm drive shaft 5 in the camps 9 and 10 is guided axially and radially, is with the backstop 6 connected to the drive shaft bearing housing 7 connected, prevents, for. B. during the injection process. At the same time is the rotor hollow shaft 2 constantly over the driver shaft 3 and the clutch 8th with the conveying direction reversible hydraulic pump 12 engaged, in a closed hydraulic circuit depending on the direction of conveyance, the linear movement of the screw via synchronous cylinder 11 performs. The dynamic pressure regulation takes place by changing the pump or engine intake volume, which is a separate control circuit 15 . 16 . 17 and 18 subject. The linear drive of the screw is via synchronous cylinder 11 in the closed Circuit with pumps, which may be equipped with a pivot angle-dependent conveying direction reversal performed. For the active linear drive, which always means a pump rotation opposite to the rotary drive, the flow rate of the pump is adjusted according to the direction of movement. The regulation of pressure and amount of the pump can be done both by swivel angle change of the pump, as well as by speed and drive torque influence by the high-torque hollow shaft servomotor.

Der Staudruck zwischen Schnecke und Spritzzylinder wird direkt auf den Gleichgangzylinder und damit auf den geschlossenen Hydraulikkreislauf übertragen. Durch Einsatz einer Pumpe, bei der die Förderströmrichtung des hydraulischen Mediums beliebig einstellbar ist, kann mit einfachen Mitteln unabhängig von der Drehrichtung des Elektromotors der Staudruck der Kunststoffmasse exakt eingestellt werden.Of the Back pressure between the screw and the injection cylinder is directly on the Synchronous cylinder and thus transferred to the closed hydraulic circuit. By using a pump, in which the conveying direction of the hydraulic Medium is arbitrarily adjustable, can be determined by simple means regardless of the direction of rotation of the electric motor, the back pressure of the plastic mass be set exactly.

11
Hochmomenten-Hohlwellen-ServomotorHigh torque hollow shaft servomotor
22
Rotor-HohlwelleRotor hollow shaft
33
Mitnehmerwelleclutch shaft
44
Freilauf oder Kupplung, schaltbarfreewheel or clutch, switchable
55
SchneckenantriebswelleWorm drive shaft
66
RücklaufsperreBackstop
77
AntriebswellenlagergehäuseDrive shaft bearing housing
88th
Kupplungclutch
99
Lager axialcamp axial
1010
Lager radialcamp radial
1111
GleichgangzylinderRod cylinders
1212
DruckmittelpumpeHydraulic pump
1313
erste hydraulische Leitung vorfirst hydraulic line in front
1414
zweite hydraulische Leitung zurücksecond hydraulic line back
1515
Element zur Verstellungelement for adjustment
1616
Regeleinrichtungcontrol device
1717
Drucksensorpressure sensor
1818
MessleitungMeasurement line
1919
Schneckeslug
2020
Spritzzylinderinjection cylinder

Claims (5)

Plastifizier- und Einspritzeinheit einer Kunststoffspritzgießmaschine mit einer in einem Spritzzylinder (20) angeordneten Schnecke (19), mit einem gemeinsamen Antriebsmotor für die rotatorische und die translatorische Bewegung der Schnecke (19), wobei für die translatorische Bewegung der Schnecke (19) eine mit dem Antriebsmotor verbundene Druckmittelpumpe (12) und wenigstens ein von dieser bewegter Gleichgangzylinder (11) vorgesehen sind, wobei Hydraulikleitungen (13, 14) vorgesehen sind, die die Ein- und Ausgänge der Gleichgangzylinder (11) und der Druckmittelpumpe (12) miteinander verbinden, so dass ein geschlossener Hydraulikkreis gebildet wird, und wobei die Druckmittelpumpe (12) auch als Druckmittelmotor arbeiten kann und Elemente (15) zur Veränderung ihrer Pumpen- bzw. Motorschluckmenge besitzt, die an eine Regeleinrichtung (16) angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass als gemeinsamer Antriebsmotor ein Hohlwellenmotor (1) vorgesehen ist, dessen Rotor-Hohlwelle (2) unmittelbar an die Antriebswelle (5) der Schnecke (19) gekuppelt ist.Plasticizing and injection unit of a plastic injection molding machine with one in an injection cylinder ( 20 ) arranged snail ( 19 ), with a common drive motor for the rotary and the translational movement of the screw ( 19 ), where for the translational movement of the screw ( 19 ) connected to the drive motor pressure medium pump ( 12 ) and at least one of these moving synchronous cylinder ( 11 ) are provided, wherein hydraulic lines ( 13 . 14 ) are provided, which the inputs and outputs of the synchronous cylinder ( 11 ) and the pressure medium pump ( 12 ), so that a closed hydraulic circuit is formed, and wherein the pressure medium pump ( 12 ) can also work as a pressure medium motor and elements ( 15 ) for changing its pump or engine intake amount, which is connected to a control device ( 16 ) are connected, characterized in that as a common drive motor, a hollow shaft motor ( 1 ) is provided, the rotor hollow shaft ( 2 ) directly to the drive shaft ( 5 ) of the snail ( 19 ) is coupled. Plastifizier- und Einspritzeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Anriebsmotor ein Hochmomenten-Hohlwellen-Servomotor (1) vorgesehen ist.Plasticizing and injection unit according to claim 1, characterized in that the drive motor is a high-torque hollow-shaft servomotor ( 1 ) is provided. Plastifizier- und Einspritzeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Hohlwellenmotor (1) und der Antriebswelle (5) der Schnecke (19) eine Kupplungseinrichtung (4), beispielsweise eine Schaltkupplung oder ein Freilauf angeordnet ist.Plasticizing and injection unit according to claim 1 or 2, characterized in that between the hollow shaft motor ( 1 ) and the drive shaft ( 5 ) of the snail ( 19 ) a coupling device ( 4 ), For example, a clutch or a freewheel is arranged. Plastifizier- und Einspritzeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rücklaufsperre (6) vorgesehen ist.Plasticizing and injection unit according to one of claims 1 to 3, characterized in that a backstop ( 6 ) is provided. Plastifizier- und Einspritzeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Hydraulikleitungen (13, 14) vorgesehen sind, die die Ein- und Ausgänge der Gleichgangzylinder (11) und der Druckmittelpumpe (12) in einem geschlossenen Hydraulikkreis unmittelbar miteinander verbinden.Plasticizing and injection unit according to one of claims 1 to 4, characterized in that hydraulic lines ( 13 . 14 ) are provided, which the inputs and outputs of the synchronous cylinder ( 11 ) and the pressure medium pump ( 12 ) connect directly in a closed hydraulic circuit.
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