DE10250376A1

DE10250376A1 - Einspritzeinheit einer elektrischen Spritzgiessmaschine

Info

Publication number: DE10250376A1
Application number: DE10250376A
Authority: DE
Inventors: Toshihiro Kasai; Junsuke Kawai; Kazuhito Kobayashi; Makoto Nishizawa
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2001-10-31
Filing date: 2002-10-29
Publication date: 2003-05-15
Anticipated expiration: 2022-10-30
Also published as: JP2003136568A; US20030082268A1; DE10250376B4; JP3748804B2; US6802703B2

Abstract

Das hintere Ende einer Heiztrommel (1) ist durch eine Frontplatte (3) gelagert. Der hintere Endabschnitt einer Schnecke (2) ist drehbar durch eine Zwischenplatte (6) gelagert. Lager (14) sind in die hintere Platte (4) eingebaut. Die Mutter (12) jeder von Kugelumlaufspindeln ist an der Vorderfläche der hinteren Platte (4) über eine Hohlachse (13) und das Lager (14) eingebracht. Durchgangslöcher (19) sind in der Zwischenplatte (6) vorgesehen. An der Vorderfläche der Zwischenplatte (6) sind Lastzellen (15) derart befestigt, daß sie die Vorderseite der Durchgangslöcher (19) verschließen. Der vordere Endabschnitt der Gewindestange (11) jeder der Kugelumlaufspindeln und der vordere Endabschnitt der Mutter (12) sind jeweils in eines der Durchgangslöcher (19) eingesetzt. Das Vorderende der Gewindestange (11) ist an der hinteren Oberfläche der Lastzelle (15) befestigt.

Description

Diese Anmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität aus der früheren japanischen Patentanmeldung Nr. 2001-335450 vom 31. Oktober 2001, deren gesamter Inhalt hiermit durch Bezugnahme einbezogen ist.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einspritzeinheit einer elektrischen Spritzgießmaschine, die zum Plastizieren von Rohmaterialharz und zum Füllen von Formen mit plastiziertem Harz verwendet wird. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf den Aufbau eines Antriebsmechanismus zum Vorwärtsbewegen einer Schnecke in einer Heiztrommel.

Der Aufbau einer Einspritzeinheit bei einer herkömmlichen elektrischen Spritzgießmaschine ist beispielsweise in der japanischen Patentanmeldung, KOKAI- Veröffentlichungsnummer 10-286848 oder dem veröffentlichten japanischen Patent Nr. 2631521 beschrieben.

Fig. 2 zeigt als Beispiel des Aufbaus einer herkömmlichen Einspritzeinheit den in der japanischen Patentanmeldung KOKAI-Veröffentlichungsnummer 10-286848 beschriebenen Aufbau. Diese Einspritzeinheit umfaßt eine Heiztrommel 1, eine Schnecke bzw. Spindel 2, eine Frontplatte 3, eine hintere Platte 4 und eine Zwischenplatte 6, etc.

Die Heiztrommel 1 ist an ihrem Vorderende (der linken Seite in der Zeichnung) mit der hinteren Oberfläche von Formen (nicht dargestellt) durch eine Düse (nicht dargestellt) verbunden. Die Spindel 2 ist in der Heiztrommel 1 aufgenommen. Das hintere Ende der Heiztrommel 1 wird durch die Mitte der Frontplatte 3 gehaltert. Hinter der Frontplatte 3 ist die hintere Platte 4 gegenüber der Frontplatte 3 angeordnet. Vier Zugstangen 5 überspannen den Raum zwischen der Frontplatte 3 und der hinteren Platte 4, die miteinander durch diese Zugstangen 5 verbunden sind.

Zwischen der Frontplatte 3 und der hinteren Platte 4 ist die Zwischenplatte 6 angeordnet. Durchgangslöcher sind an vier Ecken des Umfangsrandabschnitts der Zwischenplatte 6 vorgesehen, und die Zugstangen 5 durchsetzen diese Durchgangslöcher. Die Zwischenplatte 6 kann sich in einer Vorwärts- und Rückwärtsrichtung (in der Figur nach links und rechts) bewegen, während sie von den Zugstangen 5 geführt wird.

Ein Lager 7 ist in der Mitte der Zwischenplatte 6 eingebaut, und das hintere Ende der Schnecke 2 wird von diesem Lager 7 gelagert. Ferner ist ein Servomotor 9 zum Beschicken auf der Zwischenplatte 6 plaziert. Eine Riemenscheibe 8 ist am hinteren Endabschnitt der Schnecke 2 angebracht. Diese Riemenscheibe 8 ist mit der Drehwelle des Servomotors 9 durch einen Synchronriemen verbunden.

Muttern 32 von Kugelumlaufspindeln sind an zwei Stellen des Umfangsrandabschnitts der hinteren Oberfläche der Zwischenplatte 6 befestigt. Lager 34 sind an zwei Stellen des Umfangsrandabschnitts der hinteren Platte 4 eingebaut, und die Gewindestangen 31 der Kugelumlaufspindeln werden durch diese Lager 34 gelagert. Der hintere Endabschnitt der Gewindestange 31 jeder Kugelumlaufspindel steht von der hinteren Oberfläche der hinteren Platte 4 hervor, und eine Riemenscheibe 36 ist an diesem Abschnitt angebracht. Diese Riemenscheiben 36 sind mit einem Servomotor für die Einspritzung (nicht dargestellt) durch einen Synchronriemen verbunden. Darüber hinaus ist in diesem Beispiel ein Drucksensor 35 zur Erfassung einer Reaktionskraft, die auf die Schnecke 2 während des Einspritzens einwirkt, in der Mitte der hinteren Oberfläche der Zwischenplatte 6 angebracht.

In der Einspritzeinheit wird durch Drehen der Schnecke 2 unter Verwendung des Servomotors 9 ein Rohmaterialharz in die Heiztrommel 1 eingebracht und geschmolzen. Ferner wird das geschmolzene Harz von der Heiztrommel 1 in die Formen durch Antrieb der Zwischenplatte 6 mittels der Kugelumlaufspindeln 30 eingespritzt, wodurch die Schnecke 2 in der Heiztrommel 1 vorwärtsbewegt wird.

In einem Fall, bei dem wie in dem Beispiel die Mutter 32 der Kugelumlaufspindel an der hinteren Oberfläche der Zwischenplatte 6 angebracht ist, hat die Länge der Mutter 32 einen direkten Einfluß auf die Gesamtlänge der Einspritzeinheit. Das heißt, wenn die Länge der Mutter 32 erhöht wird, nimmt auch die Gesamtlänge der Einspritzeinheit um diesen Betrag zu.

Übrigens ist bei einer Einspritzeinheit einer elektrischen Spritzgießmaschine ein hohes Ansprechverhalten während der Steuerung der Vorschubgeschwindigkeit der Schnecke 2 erforderlich. Daher ist es nötig, die Trägheitskraft eines axialen Antriebsmechanismus der Schnecke 2 zu minimieren (im allgemeinen werden Kugelumlaufspindeln 30 wie in dem Beispiel verwendet). Zu diesem Zweck ist es wünschenswert, Kugelumlaufspindeln des geringstmöglichen Durchmessers zu verwenden.

Andererseits ist es nötig, um dem Axialdruck beim Einspritzen zu widerstehen, die Anzahl von Kugeln, welche eine Kraft zwischen der Gewindestange und der Mutter übertragen, zu erhöhen. Um die Anzahl von Kugeln zu erhöhen, ist es nötig, die Anzahl von Windungen und die Anzahl von Reihen zu erhöhen. Die Länge der Mutter nimmt dann jedoch zu. Um die Länge der Mutter zu verringern, ist es nötig, die Anzahl von Kugeln pro Umfang durch Erhöhen des Durchmessers der Gewindestange zu erhöhen. Dabei erhöht sich jedoch die Trägheit, und das Ansprechverhalten während der Beschleunigung und der Verzögerung der Schnecke verschlechtert sich.

Ferner ist es in einem Fall, in dem, wie im Beispiel Mittel zum Erfassen des Gegendrucks der Schnecke 2 (der Drucksensor 35) zusätzlich zu den Kugelumlaufspindeln 30 für den axialen Antrieb der Schnecke 2 vorgesehen sind, unmöglich, die Last jeder der Kugelumlaufspindeln 30 individuell zu erfassen. Aus diesem Grund ist es, wenn eine exzessive Kraft auf eine Kugelumlaufspindel einwirkt, unmöglich, die Anormalität zu erfassen, und die Kugelumlaufspindel kann vorzeitig zu Bruch gehen. Übrigens wird dieses Problem in dem beschriebenen veröffentlichten japanischen Patent Nr. 2631521 durch Einsetzen eines Gegendruck-Erfassungsmittels in die Verbindung zwischen der Mutter jeder Kugelumlaufspindel und der Zwischenplatte gelöst.

Wenn der axiale Antriebsmechanismus der Schnecke 2 aus mehreren Kugelumlaufspindeln 30 zusammengesetzt ist, befindet sich die Achse der Schnecke 2 und die Achse jeder der Kugelumlaufspindeln 30 nicht auf der gleichen geraden Linie, wie Fig. 3 zeigt. Daher wirkt ein Biegemoment auf die Zwischenplatte 6 ein, wodurch eine Auslenkung erzeugt wird. Da dieses Biegemoment auf die Kugelumlaufspindeln 30 als laterale Last einwirkt, wirkt eine exzessive Kraft auf die zwischen der Mutter 32 und der Gewindestange 31 gehaltenen Kugeln und verkürzt die Lebensdauer der Kugelumlaufspindeln 30.

Um dieses Problem zu lösen, ist es vorstellbar, den Umfang der Verformung der Zwischenplatte 6 durch Erhöhen der Steifigkeit der Zwischenplatte zu mindern. Wenn jedoch die Dicke der Zwischenplatte 6 vergrößert wird, nimmt auch die Gesamtlänge der Einspritzeinheit um diesen Betrag zu.

Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der Probleme mit der Einspritzeinheit einer herkömmlichen Spritzgießmaschine getätigt. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einspritzeinheit bereitzustellen, welche es ermöglicht, die Gesamtlänge der Einheit zu verkürzen, welche in ihrem Ansprechverhalten während der Steuerung der Vorschubgeschwindigkeit einer Schnecke ausgezeichnet ist und welche eine lange Lebensdauer eines axialen Antriebsmechanismus der Schnecke aufweist.

Die Einspritzeinheit einer elektrischen Spritzgießmaschine der Erfindung umfaßt die Merkmale des Patentanspruchs 1.

Da gemäß der Einspritzeinheit einer elektrischen Spritzgießmaschine der Erfindung der Vorderendabschnitt der Mutter jeder der Kugelumlaufspindeln in jedes der Durchgangslöcher eingesetzt ist, ist es nicht nötig, die Gesamtlänge der Einspritzeinheit selbst in einem Fall zu erhöhen, bei dem die Länge der Mutter vergrößert wird, um den Einspritzdruck zu erhöhen. Ferner kann die Dicke der Zwischenplatte vergrößert werden, ohne die Gesamtlänge der Einspritzeinheit zu vergrößern. Daher ist es möglich, die Maßnahme der Verstärkung der Steifigkeit der Zwischenplatte vorzunehmen, indem die Dicke der Zwischenplatte vergrößert wird, um dadurch die Auslenkung der Zwischenplatte zu verringern. Infolgedessen kann das auf die Kugelumlaufspindeln einwirkende Biegemoment minimiert werden und die Lebensdauer der Kugelumlaufspindeln verlängert werden.

Vorzugsweise sind Lastzellen an der vorderen Oberfläche der Zwischenplatte befestigt, um so die Vorderseite der Durchgangslöcher zu blockieren, und das Vorderende jeder der Gewindestangen ist an der hinteren Oberfläche jeder der Lastzellen befestigt.

Auf diese Weise wird es durch Einsetzen einer Lastzelle in die Verbindung zwischen jeder der Gewindestangen und der Zwischenplatte möglich, eine auf jede der Gewindestangen einwirkende Last direkt zu erfassen. Da ferner die Lastzellen an der vorderen Oberflächenseite der Zwischenplatte angeordnet sind, erhöht sich die Gesamtlänge der Einspritzeinheit infolge der Anbringung der Lastzellen nicht.

Zusätzliche Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung dargelegt, und sind zum Teil aus der Beschreibung ersichtlich oder können durch die Umsetzung der Erfindung in die Praxis in Erfahrung gebracht werden. Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung können durch die nachstehend im einzelnen dargelegten Einrichtungen bzw. Hilfsmittel und Kombinationen realisiert und erhalten werden. Die beigefügten Zeichnungen, die in die Patentbeschreibung aufgenommen sind und einen Teil derselben bilden, veranschaulichen derzeit bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung, und dienen zusammen mit der vorstehend gegebenen allgemeinen Beschreibung und der nachstehenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsformen zur Erläuterung der Prinzipien der Erfindung.

Es zeigen:
Fig. 1 eine skizzenhafte Ansicht zur Darstellung der Einspritzeinheit gemäß der Erfindung,
Fig. 2 eine Ansicht zur Darstellung eines Beispiels einer herkömmlichen Einspritzeinheit,
Fig. 3 ein erläuterndes Diagramm der Verformung der Kugelumlaufspindeln, die infolge der Reaktionskraft von einer Schnecke bei der herkömmlichen Einspritzeinheit auftritt.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer Einspritzeinheit eine elektrischen Spritzgießmaschine gemäß der Erfindung. In der Figur gibt die Bezugsziffer 1 eine Heiztrommel an, die Bezugsziffer 2 eine Schnecke bzw. Spindel, die Bezugsziffer 3 eine vordere bzw. Frontplatte, die Bezugsziffer 4 eine hintere Platte, die Bezugsziffer 5 eine Zugstange, die Bezugsziffer 6 eine Zwischenplatte, die Bezugsziffer 10 eine Kugelumlaufspindel, die Bezugsziffer 11 eine Gewindestange der Kugelumlaufspindel, die Bezugsziffer 12 eine Mutter der Kugelumlaufspindel und die Bezugsziffer 15 eine Lastzelle.
Die Heiztrommel 1 ist an ihrem Vorderende (der linken Seite in der Zeichnung) mit der hinteren Oberfläche von (nicht dargestellten) Formen durch eine Düse 1a verbunden. Die Vorderendseite der Schnecke 2 ist in der Heiztrommel 1 aufgenommen. Das hintere Ende der Heiztrommel 1 ist durch die Mitte der Frontplatte 3 gelagert. Hinter der Frontplatte 3 ist die hintere Platte 4 gegenüberliegend zur Frontplatte 3 angeordnet. Vier Zugstangen 5 erstrecken sich über den Zwischenraum zwischen der Frontplatte 3 und der hinteren Platte 4, die miteinander durch diese Zugstangen 5 verbunden sind.
Zwischen der Frontplatte 3 und der hinteren Platte 4 ist die Zwischenplatte 6 angeordnet. Durchgangslöcher sind an vier Ecken des Umfangsrandabschnitts der Zwischenplatte 6 vorgesehen, und die Zugstangen 5 passieren diese Durchgangslöcher. Die Zwischenplatte 6 kann sich in einer Vorwärts- und Rückwärtsrichtung (einer linken und rechten Richtung in der Figur) bewegen, während sie von den Zugstangen 5 geführt wird.
Ein Lager 7 ist in die Mitte der Zwischenplatte 6 eingebaut, und der hintere Endabschnitt der Schnecke 2 ist drehbar durch dieses Lager 7 gelagert. Der hintere Endabschnitt der Schnecke 2 steht von der hinteren Oberfläche der Zwischenplatte 6 hervor, und eine Riemenscheibe 8 ist an diesem Abschnitt angebracht. Diese Riemenscheibe 8 ist mit der Drehwelle eines Servomotors zum Beschicken (nicht dargestellt) durch einen Synchronriemen verbunden.
Lager 14 sind an zwei Stellen der hinteren Platte 4, welche der Innenseite der Verbindungen mit den Zugstangen 5 entsprechen, eingebaut. Muttern 12 der Kugelumlaufspindeln sind an der vorderen Oberfläche der hinteren Platte 4 durch die Lager 14 und Hohlachsen 13 angebracht. Das heißt, die Hohlachse 13 ist an der hinteren Endfläche jeder Mutter 12 befestigt, und jede Hohlachse 13 ist durch jedes Lager 14 gelagert. Der hintere Endabschnitt jeder Hohlachse 13 steht von der hinteren Oberfläche der hinteren Platte 4 vor, und eine Riemenscheibe 16 ist an diesem Abschnitt angebracht. Jede Riemenscheibe 16 ist mit einem Servomotor für das Einspritzen (nicht dargestellt) durch einen Synchronriemen verbunden. Das hintere Ende der Gewindestange 11 jeder Kugelumlaufspindel steht von der hinteren Endfläche der Mutter 12 hervor und ist in der Hohlachse 13 untergebracht.
Weitere Durchgangslöcher 19 sind an zwei Stellen der Zwischenplatte 6 vorgesehen, die der Innenseite der Durchgangslöcher, durch die die Zugstangen 5 passieren, entsprechen. An der vorderen Oberfläche der Zwischenplatte 6 sind Lastzellen 15 derart befestigt, daß sie die Vorderseite der Durchgangslöcher 19 verschließen bzw. blockieren. Der Vorderendabschnitt der Gewindestange 11 jeder der Kugelumlaufspindeln und der Vorderendabschnitt der Mutter 12sind jeweils in eines der Durchgangslöcher 19 eingesetzt. Das Vorderende der Gewindestange 11 ist an der hinteren Oberfläche der Lastzelle befestigt.
In der Einspritzeinheit wird durch Drehen der Schnecke 2 unter Verwendung eines Servomotors (nicht dargestellt) Rohmaterialharz in die Heiztrommel 1 eingebracht und geschmolzen. Ferner wird das geschmolzene Harz von der Heiztrommel 1 durch Antreiben der Zwischenplatte 6 mittels der Kugelumlaufspindeln 30 in die Formen eingespritzt, wodurch die Schnecke 2 in der Heiztrommel 1 vorwärtsbewegt wird. Die Reaktionskraft, die auf die Schnecke 2 während des Einspritzens des geschmolzenen Harzes einwirkt, wird durch die Lastzellen 15 erfaßt.
Gemäß der Einspritzeinheit einer elektrischen Spritzgießmaschine der Erfindung ist es selbst dann, wenn die Mutter der Kugelumlaufspindel verlängert wird, um den Einspritzdruck zu erhöhen, nicht nötig, die Gesamtlänge der Einspritzeinheit zu erhöhen. Da ferner die Zwischenplatte dicker gestaltet werden kann, ohne die Gesamtlänge der Einspritzeinheit zu erhöhen, kann eine laterale Last, die auf die Kugelumlaufspindeln einwirkt, minimiert werden und die Lebensdauer der Kugelumlaufspindeln verlängert werden. Da außerdem Kugelumlaufspindeln mit hoher Belastung und kleinem Durchmesser mit großer Mutterlänge verwendet werden können, ist es möglich, eine Einspritzeinheit zu realisieren, die eine geringe Trägheit aufweist, und die im Ansprechverhalten während der Steuerung der Vorschubgeschwindigkeit der Schnecke ausgezeichnet ist.
Zusätzliche Vorteile und Modifikationen sind Fachleuten leicht ersichtlich. Daher ist die Erfindung in ihren breiter gefaßten Aspekten nicht auf die spezifischen Details und repräsentativen Ausführungsformen, die hier gezeigt und beschrieben sind, beschränkt. Demgemäß können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden, ohne vom Geist oder Schutzumfang des allgemeinen erfinderischen Konzepts, wie es durch die beigefügten Ansprüche und ihre Äquivalente definiert ist, abzuweichen.

Claims

1. Einspritzeinheit einer elektrischen Spritzgießmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt:
eine Heiztrommel (1) mit einer Düse an ihrem Vorderende,
eine Schnecke (2), deren Vorderendseite in der Heiztrommel (1) aufgenommen ist,
eine Frontplatte (3), die das hintere Ende der Heiztrommel (1) trägt,
eine hintere Platte (4), die hinter der Frontplatte (3) gegenüber der Frontplatte (3) angeordnet ist,
Zugstangen (5), die einen Raum zwischen der Frontplatte (3) und der hinteren Platte (4) überspannen und beide miteinander verbinden,
eine Zwischenplatte (6), die zwischen der Frontplatte (3) und der hinteren Platte (4) angeordnet ist, sich entlang der Zugstangen (5) in einer Vorwärts- und Rückwärtsrichtung bewegen kann und eine Umgebung des hinteren Endes der Schnecke (2) drehbar lagert,
einen Drehantriebsmechanismus, der an der Zwischenplatte (6) angebracht ist und so konfiguriert ist, daß er die Schnecke (2) zu drehen vermag, und
Kugelumlaufspindeln (10), die an der hinteren Platte (4) angebracht und so konfiguriert sind, daß sie die Zwischenplatte (6) in einer Vorwärts- und Rückwärtsrichtung antreiben können,
wobei die Mutter (12) jeder der Kugelumlaufspindeln drehbar an der hinteren Platte (4) angebracht ist, Durchgangslöcher (19) in der Zwischenplatte (6) ausgebildet sind, der hintere Endabschnitt der Gewindestange (11) jeder der Kugelumlaufspindeln sowie der vordere Endabschnitt der Mutter (12) jeweils in eines dieser Durchgangslöcher (19) eingesetzt ist und das Vorderende der Gewindestange (11) mit der Vorderflächenseite der Zwischenplatte (6) verbunden ist.

2. Einspritzeinheit einer elektrischen Spritzgießmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Lastzellen (15) an der Vorderfläche der Zwischenplatte (6) so befestigt sind, daß sie die Vorderseite der Durchgangslöcher (19) verschließen bzw. blockieren, und das Vorderende jeder der Gewindestangen (11) an der hinteren Oberfläche jeder der Lastzellen (15) befestigt ist.