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Die Erfindung betrifft eine Einspritzvorrichtung für eine
Industriemaschine wie z. B. eine Spritzgussmaschine oder eine
Druckgussmaschine. Insbesondere betrifft sie eine
Einspritzvorrichtung, die durch Erhöhung der
Spritzgeschwindigkeit eine Formung der Gussprodukte mit
erhöhter Qualität ermöglicht.
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Die Qualität der Gussprodukte wird durch die
Spritzgeschwindigkeit und den Druck während des Spritz- und
Füllvorgangs einer Industriemaschine wie z. B. einer
Spritzgussmaschine, einer Druckgussmaschine oder dergleichen,
bei der das Gussmaterial wie Kunststoff- oder Metallschmelze
in die Höhlung zwischen Gussformen eingespritzt und
eingefüllt wird, stark beeinflusst.
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Gussformen sind nach der Formgebung der Gussprodukte sehr
unterschiedlich ausgebildet. Dementsprechend sind die
Anforderungen an Funktionen und Leistungen der
Einspritzvorrichtung bezüglich der Spritzgeschwindigkeit
dergleichen sehr unterschiedlich.
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Andererseits hat sich die Nachfrage nach solchen
Industriemaschinen in den letzten Jahren rasch dahingehend
geändert, dass aufgrund der niedrigen Geräuschentwicklung,
der Sauberkeit und der guten Steuerbarkeit, sowie durch die
Entwicklung der Stellmotoren mit hoher Leistung
Industriemaschinen mit Elektroantrieb gegenüber den
Industriemaschinen mit einem hydraulischen/pneumatischen
Antrieb bevorzugt werden.
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Bei einer herkömmlichen Einspritzvorrichtung ist eine
Schnecke vorgesehen, die in einer Zylindereinheit drehbar mit
seinem einen Ende auf einem Stützelement befestigt ist, das
auf einer Linearführung in Axialrichtung beweglich angeordnet
ist, um das eingeschmolzene Material in der Zylindereinheit
in die Gussformen einzuspritzen. Auf das Stützelement wirkt
eine Förderungskraft, die durch Umwandlung der Drehbewegung
eines Elektromotors mit einer Kugelumlaufspindel erzeugt
wird. Die Kugelumlaufspindel kann aus einer Spindel, die mit
dem Stützelement verbunden ist, und einer Mutter, die
mittelbar oder unmittelbar mit einem Motor verbunden ist und
damit zur Drehung angetrieben wird, oder aus einer Mutter,
die mit dem Stützelement verbunden ist, mit einer Spindel,
die mittelbar oder unmittelbar mit einem Motor verbunden ist
und damit zur Drehung angetrieben wird, bestehen. Alternativ
kann das Stützelement mit einem Linearantrieb wie einem
Linearmotor verbunden sein und direkt in Axialrichtung
angetrieben werden. Auch die Schnecke kann durch einen
Stempel ersetzt werden.
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Auch bei der genannten Industriemaschine mit einer elektrisch
angetriebenen Einspritzvorrichtung ist die
Spritzgeschwindigkeit begrenzt, so dass eine für die
Herstellung der Gussprodukte mit hoher Qualität erforderliche
hohe Spritzgeschwindigkeit nicht erreicht wird.
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Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine
Einspritzvorrichtung für eine Industriemaschine zu schaffen,
die eine hohe Einspritzgeschwindigkeit ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass eine
Einspritzvorrichtung für eine Industriemaschine mit einer
Zylindereinheit, die mit einem zwischen mindestens einem Paar
von Gussformen gebildeten Hohlraum verbunden ist, um das
Einführen des Gussmaterials in den Hohlraum zu ermöglichen,
einer Einspritzschnecke, die in der Zylindereinheit in
Axialrichtung beweglich geführt ist und zum Einspritzen und
Einfüllen von Gussmaterial in den Hohlraum dient, einem
Schneckenstützmittel, welches den dem Hohlraum
entgegengesetzten Endbereich der Schnecke greift und in
Richtung der Axialbewegung der Schnecke
verschiebbar angeordnet ist, und einer ersten
Antriebsanordnung, die das Schneckenstützmittel in Richtung
der Axialbewegung der Schnecke antreibt, eine zweite
Antriebsanordnung aufweist, die das Schneckenstützmittel oder
die erste Antriebsanordnung in Richtung der Axialbewegung
antreibt.
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Dabei kann die Schnecke durch einen Stempel ersetzt werden.
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Ferner kann mindestens eine von der ersten oder zweiten
Antriebsanordnung einen elektrischen Stellmotor und ein
Kugelumlaufspindel-Umwandlungssystem mit einer Kugelspindel
und einer Kugelmutter aufweisen, welches die Drehbewegung der
Antriebswelle des elektrischen Stellmotors in eine
Linearbewegung umwandelt.
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Dabei ist es möglich, dass die erste Antriebsanordnung einen
elektrischen Stellmotor und ein Kugelumlaufspindel-
Umwandlungssystem aufweist und dass die zweite
Antriebsanordnung parallel zu dem
Kugelumlaufspindel-Umwandlungssystem der ersten
Antriebsanordnung angeordnet ist.
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Ferner kann mindestens eine von der ersten oder zweiten
Antriebsanordnung einen Wälzkörperschraubentrieb, einen
Linearmotor, einen hydraulischen/pneumatischen Aktuator oder
eine Kombination von denen umfassen.
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Erfindungsgemäß kann durch das Antreiben der ersten
Antriebsanordnung mittels einer zusätzlichen zweiten
Antriebsanordnung die Einspritzgeschwindigkeit deutlich
erhöht werden. Dabei kann durch Kraftverteilung auf mehrere
zueinander parallel angeordnete erste und zweite
Antriebsanordnungen auch der Einspritzdruck deutlich erhöht
werden.
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Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus
der nachstehenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele
anhand der Zeichnung. Es zeigen:
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Fig. 1 eine schematische Frontansicht einer
Spritzgussmaschine mit einer erfindungsgemäßen
Einspritzvorrichtung;
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Fig. 2 eine schematische Ansicht einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung, bei der statt einer
Stützplatte eine Führungsstange nach rechts durch
den Stützkörper verlängert ist, deren rechtes Ende
mit einer weiteren Antriebsanordnung verbunden ist.
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Fig. 1 zeigt eine Frontansicht einer Spritzgussmaschine, bei
der eine erfindungsgemäße Einspritzungsvorrichtung verwendet
wird. Bei der in Fig. 1 dargestellten elektrischen
Spritzgussmaschine ist eine Einspritzvorrichtung oberhalb
eines Bauteils 10 angeordnet, das auf einer Stützplatte einer
elektrischen Spritzgussmaschine montiert ist. Mit
Bezugsnummer 12 ist eine Zylindereinheit bezeichnet, die in
einem Zylinderhalter 16 gelagert ist und an ihrem linken Ende
eine Spritzdüse NZ aufweist. In der Zylindereinheit 12 ist
eine Schnecke 14 als ein Stempelelement in Axialrichtung
beweglich geführt. Die Schnecke 14 ist mit ihrem rechten Ende
mit einem Schneckenstützelement 20 drehbar aber in
Axialrichtung fest verbunden.
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Das Unterteil des Zylinderhalters 16 ist über ein
Verbindungselement 22 mit dem Bauteil 10 verbunden. Durch das
Schneckenstützelement 20 wird das erfindungsgemäße
Stützelement gebildet.
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Die Bezugsnummer 18 bezeichnet eine Führungsstange, die mit
ihrem linken Ende mit dem Zylinderhalter 16 fest verbunden
ist und mit ihrem rechten Ende mit einem Stützkörper 32 einer
Antriebsanordnung verschiebbar verbunden ist, die eine
Antriebskraft erzeugt, die zur Erzeugung der Axialbewegung
über das Schneckenstützelement 20 auf die Schnecke 14 wirkt.
An jeder Ecke das Zylinderhalters 16 ist jeweils eine
Führungsstange 18 angeordnet. Bezugsnummer 24 bezeichnet
einen elektrischen Stellmotor, der am Schneckenstützelement
20 angeordnet ist und über ein nicht dargestelltes
Übertragungselement die Schnecke 14 dreht, um den Füllvorgang
durchzuführen. In dem Stützkörper 32 ist eine Kugelmutter 28
der Art angeordnet, dass sie frei drehbar aber in
Axialrichtung begrenzt verschiebbar ist.
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Die Bezugsnummer 26 bezeichnet eine Kugelspindel die über ein
Verbindungselement 30 mit dem rechten Ende des
Schneckenstützelements 20 verbunden ist, wobei der
Gewindeteil dieser Kugelspindel in die Kugelmutter 28
eingreift. Durch diese Ausgestaltung ist die Schnecke 14, die
mit dem Schneckenstützelement 20 in Axialrichtung fest
verbunden ist, in der Zylindereinheit 12 verschiebbar
geführt.
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Die Bezugsnummer 34 bezeichnet einen elektrischen Stellmotor,
der die Schnecke 14 antreibt, wobei zwischen einer Rolle, die
auf der Antriebswelle des Stellmotors 34 angebracht ist, und
einer anderen Rolle 38, die rechts von dem Stützkörper 32
angeordnet ist, ein Synchronriemen 36 aufgespannt ist.
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Die Rolle 38 ist zusammen mit der Kugelmutter 28 drehbar
angeordnet. Die Kugelspindel 26, die Kugelmutter 28, der
Stützkörper 32, der Stellmotor 34, der Synchronriemen 36
sowie die Rolle 38 bilden gemeinsam eine erfindungsgemäße
erste Antriebsanordnung. In dem in Fig. 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel ist nur eine Antriebsanordnung
angeordnet. Es versteht sich, dass mehrere
Antriebsanordnungen zueinander parallel angeordnet sein
können.
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Die Bezugsnummer 40 bezeichnet einen Verstärkungskörper für
den Stützkörper 32. Es ist auch möglich, die beschriebene
Vorrichtung mit einem umgekehrten Zusammenhang zwischen der
Kugelspindel 26 und der Kugelmutter 28 zu gestalten. In
diesem Fall ist die Kugelmutter 28 am Schneckenstützelement
20 befestigt, während die Kugelspindel 26 am Stützkörper 32
drehbar aber in Axialrichtung begrenzt verschiebbar montiert
ist.
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Beschrieben ist die Ausgestaltung der Einspritzvorrichtung
einer herkömmlichen elektrischen Spritzgussmaschine
(ausgenommen davon, dass bei einer üblichen herkömmlichen
Spritzgussmaschine im Gegensatz zu der erfindungsgemäßen
Einspritzvorrichtung das rechte Ende der Führungsstange 18 am
Stützkörper 32 fest gehalten ist).
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Durch diese Ausgestaltung wird bei der herkömmlichen
Spritzgussmaschine das Gussmaterial, das in den
Spitzenbereich der Zylindereinheit 12 eingeführt und dort
geschmolzen und plastifiziert ist, durch die Schnecke 14 mit
einer Einspritzgeschwindigkeit V1 eingespritzt. Nun werden
die zusätzlichen Ausgestaltungen beschrieben.
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Auf dem Bauteil 10 ist eine Linearführung 46 parallel zu der
Führungsstange 18 angeordnet, wobei eine Stützplatte 50, die
unten mit Führungselementen 62, 63 versehen ist, auf der
Linearführung 46 verschiebbar angeordnet ist. Auf der rechten
Oberseite der Stützplatte 50 sind besagte Stützkörper 32 und
Verstärkungskörper 40 durch Bolzen 42 befestigt. Auf der
linken Oberseite der Stützplatte 50 ist eine Linearführung 48
ebenfalls parallel zu der Führungsstange 18 angeordnet, so
dass die Schnecke 14 über ein Führungselement 64, das auf der
Unterseite der Schnecke 14 angebracht ist, auf der
Stützplatte 50 verschiebbar geführt ist.
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Ferner ist unterhalb der Stützplatte 50 ein elektrischer
Stellmotor 44 angeordnet, der mit dem Bauteil 10 fest
verbunden ist. Die Antriebswelle des elektrischen Stellmotors
44 ist über ein Kopplungselement 60 mit einer Kugelspindel 54
verbunden, wobei die Antriebswelle auf den Lagerungen 58, 59
schwenkbar gelagert ist.
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Die Kugelspindel 54 greift in eine Kugelmutter 56 ein, die in
einem Stützkörper 52, der auf der Unterseite der Stützplatte
50 nahe zum Mittelpunkt vorgesehen ist, der Art angeordnet
ist, dass ihre Dreh- und Axialbewegungen begrenzt sind. Bei
dieser Ausgestaltung dreht sich die Kugelspindel 54 durch die
Drehung des elektrischen Stellmotors 44, so dass über die
Kugelmutter 56 die Stützplatte 50 linear geführt wird. Die
Stützplatte 50, der elektrische Stellmotor 44, die
Kugelspindel 54, die Kugelmutter 56, der Stützkörper 52, die
Lagerung 58, sowie das Kopplungselement 60 bilden zusammen
die erfindungsgemäße zweite Antriebsanordnung.
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Da der Stützkörper 32 mit der Stützplatte 50 fest verbunden
ist, wird bei Linearbewegung der Stützplatte 50 die Schnecke
14 über den Stützkörper 32, die Kugelmutter 28, die
Kugelspindel 26 und das Schneckenstützelement 20 linear nach
links geführt, auch wenn der elektrische Stellmotor 34
ausgeschaltet ist.
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Wenn zusätzlich der elektrische Stellmotor 34 eingeschaltet
ist und das Schneckenstützelement 20 in die gleiche Richtung
geführt wird, bewegt sich die Schnecke 14 nach links mit
einer Geschwindigkeit von V1 + V2, wobei die Geschwindigkeit
V1 bzw. V2 jeweils von dem Drehmoment des Stellmotors 33 bzw.
34 abhängig ist.
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Auch die Hublänge der Schnecke 14 wird entsprechend der
Linearbewegung der Stützplatte 50 vergrößert.
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In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist nur
eine Antriebsanordnung aus einem elektrischen Stellmotor 44,
einer Kugelspindel 54 und einer Kugelmutter 56 unterhalb der
Stützplatte 50 angeordnet. Es versteht sich, dass mehrere
Antriebsanordnungen zueinander parallel auf dem Bauteil 10
angeordnet sein können. In diesem Fall sollen die
elektrischen Stellmotoren synchron gesteuert werden. Bei der
Ausgestaltung mit mehreren zueinander parallel angeordneten
Antriebsanordnungen kann die erforderliche Antriebskraft
verteilt werden, so dass der elektrische Stellmotor und
Bauteile wie Kugelspindel und Kugelmutter, die die
Kugelumlaufspindel bilden, kompakter gebaut werden und damit
auch die Lebensdauer dieser Bauteile verlängert wird.
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In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die
Antriebsanordnung zur Hubbewegung der Schnecke 14 und der
Stützplatte 50 ein Umwandlungssystem mit einem elektrischen
Stellmotor und einer Kugelumlaufspindel auf. Alternativ kann
beispielsweise auch ein Wälzkörperschraubentrieb, ein
Linearmotor oder ein hydraulischer/pneumatischer Aktuator
verwendet werden.
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Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung,
bei der statt der Stützplatte 50 gemäß Fig. 1 die
Führungsstange 18 durch den Stützkörper 32 nach rechts
verlängert ist, wobei am rechten Ende dieser Führungsstange
eine weitere Linearantriebsanordnung angeordnet ist. In Fig.
2 sind gleiche Hauteile wie in Fig. 1 mit gleichen
Bezugsnummern bezeichnet, von welchen auf ausführliche
Beschreibung verzichtet ist. In Fig. 2 bezeichnen die
Bezugsnummern 26A, 28A, 30A, 32A, 34A, 36A und 38A
Bauelemente, die jeweils gleiche Funktion wie die Bauelemente
26, 28, 30, 32, 34, 36 und 38 in Fig. 1 haben, ausgenommen
davon, dass der Unterteil des Stützkörpers 32A auf dem
Bauteil 10 befestigt ist und dass jede Führungsstange 18 mit
ihrem rechten Ende befestigt ist.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 wird die Kugelspindel
26A direkt durch das von dem elektrischen Stellmotor 34A auf
die Kugelmutter 28A übertragene Drehmoment angetrieben, so
dass sich der Stützkörper 32 über das Verbindungselement 30A
der Kugelspindel 26A, die auf der rechten Seite des
Stützkörpers 32 angeordnet ist, auf der Führungsstange 18
verschiebbar bewegt.
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Die Kugelspindel 26A gemäß Fig. 2 ist mit der Kugelspindel 26
in Reihe und koaxial angeordnet. Wie bei der Ausführungsform
gemäß Fig. 1, können die Elemente 26-38 und 26A-38A durch
einen Wälzkörperschraubentrieb, einen Linearmotor, sowie
einen hydraulischen/pneumatischen Aktuator ersetzt werden.
Ferner können die Elemente 26A-38A auch so angeordnet sein,
dass der Stützkörper 32A an seinem rechten Ende eine weitere
Antriebsanordnung oder an seiner linken Seite mehrere
Antriebsanordnungen oder diese kombiniert aufweist. Hierbei
ist die Ausgestaltung mit mehreren in Reihe angeordneten
Antriebsanordnungen hinsichtlich der Raumnutzung nicht immer
bevorzugt, da bei dieser Anordnung die Einspritzvorrichtung
länger ausgebildet wird.
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Die erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung für eine
Industriemaschine nach Anspruch 1 ist mit einer
Zylindereinheit, die mit einem zwischen mindestens einem Paar
Gussformen gebildeten Hohlraum angeschlossen ist, um das
Einführen des Gussmaterials in den Hohlraum zu ermöglichen,
einer Einspritzschnecke, die in der Zylindereinheit in
Axialrichtung beweglich geführt ist und zum Einspritzen und
Einfüllen von Gussmaterial in den Hohlraum dient, einem
Schneckenstützmittel, welches den dem Hohlraum
entgegengesetzten Endbereich der Schnecke greift und in die
Richtung der Axialbewegung der Schnecke verschiebbar
angeordnet ist, und einer ersten Antriebsanordnung zum
Antreiben des Schneckenstützmittels in Richtung der
Axialbewegung der Schnecke, vorgesehen, wobei die
Einspritzvorrichtung ferner eine zweite Antriebsanordnung
aufweist, die das Schneckenstützmittel oder die erste
Antriebsanordnung in die Richtung der Axialbewegung antreibt.
Durch diese Ausgestaltung kann erfindungsgemäß eine hohe
Spritzgeschwindigkeit erreicht werden. Da durch die
Möglichkeit der parallelen Verteilung der ersten und zweiten
Antriebsanordnungen die Antriebskraft für die Einspritzung
erhöht werden kann, können Gussprodukte mit hoher Qualität
hergestellt werden, ohne einen teuren elektrischen Stellmotor
mit hoher Leistung zu verwenden. Außerdem kann der Hubweg für
die Einspritzung vergrößert werden, so dass die
erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung auch bei der
Herstellung eines vergleichsweise großen Gussprodukts
verwendet werden.