DE10310184A1

DE10310184A1 - Druckfederanordnung

Info

Publication number: DE10310184A1
Application number: DE2003110184
Authority: DE
Inventors: Georg Michael Dr. Ickinger
Original assignee: Demag Ergotech GmbH
Current assignee: Sumitomo SHI Demag Plastics Machinery GmbH
Priority date: 2003-03-08
Filing date: 2003-03-08
Publication date: 2004-09-16

Abstract

Vorgestellt wird eine Druckfederanordnung (1) und insbesondere ein Energiespeicher für den Hubantrieb einer Spritzgießmaschine, bestehend aus mindestens zwei identischen, in Form einer mehrgängigen Schraubendruckfeder (3) koaxial zueinander angeordneten, zwischen endseitigen, relativ zueinander in Federachsrichtung (A) beweglichen Auflagestücken (2) druckkraftübertragend wirkenden Einzelfedern (4, 5), welche erfindungsgemäß auf baulich einfache und bruchsichere Weise dadurch gegen ein seitliches Ausbiegen der Federwindungen (7) gesichert ist, dass die Einzelfedern mit ihren Federenden (6) einteilig mit dem endseitigen Auflagestück (2) vebunden sind und zwischen diesem und der jeweils letzten Federwindung (7) angrenzend an das Federende ein mit wachsender Federkraft über einen zunehmend größeren Flächenkontakt aufeinander abgestütztes Schmiegeflächenpaar (11, 12) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckfederanordnung und insbesondere einen Energiespeicher für den Hubantrieb einer Spritzgießmaschine, bestehend aus mindestens zwei identischen, parallel wirkenden, zwischen endseitigen, relativ zueinander in Federachsrichtung beweglichen Auflagestücken druckkraftübertragend angeordneten Schraubendruckfedern.

Es ist bekannt, den Hubantrieb einer Spritzgießmaschine durch einen diesem zugeordneten, zyklisch be- und entladenen Energiespeicher in Form einer Schraubendruckfederanordnung in der Weise von Leistungsspitzen zu entlasten, dass der Hubantrieb beim Vorwärtshub in der Einspritzphase durch die Federkraft der sich dann entspannenden Druckfederanordnung arbeitsleistend unterstützt und die Federanordnung ihrerseits beim Schneckenrückhub durch den in dieser Phase weit weniger belasteten Hubantrieb beladen wird. Derartige Federanordnungen müssen hohe Federkräfte aufbringen, die bei leistungsstärkeren Spritzgießmaschinen typischerweise zwischen etwa 90 und 120 KN bei einem Federweg von etwa 160 mm liegen, wozu vier parallel geschaltete Einzelfedern mit einem Durchmesser von etwa 400 mm und einer Federlänge von 1600 mm im ungespannten Zustand benötigt werden. Dies erfordert einen so großen Einbauraum, dass ein solcher Energiespeicher aus Platzgründen häufig nicht zum Einsatz kommen kann, ergibt aber vor allem den Nachteil, dass die einzelnen Schraubendruckfedern in dem erwähnten Lastbereich hohe seitliche Auslenkkräfte an den freien Federwindungen zwischen den Auflagestücken entwickeln und daher gegen Biegeverformungen quer zur Federachse durch entsprechend knickfeste Gehäuseteile, an denen die Federwindungen in den Grenzen des Federhubs reibbeweglich abgestützt werden, gesichert werden müssen, mit der Folge, dass derartige Schraubenfederspeicher mit erheblichen Reibungs- und dementsprechend Energieverlusten arbeiten.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schraubendruckfederanordnung der eingangs genannten Art auf konstruktiv einfache Weise funktionssicher, platzsparend und speichereffektiv auszubilden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Druckfederanordnung mit den Merkmalen der Patentansprüche 1, 3 oder 7 gelöst.

Erfindungsgemäß wird durch die besondere Abstützung der Federwindungen in Verbindung mit der koaxialen Anordnung der Einzelfedern in Form einer mehrgängigen Schraubenfeder ein äußerst platzsparendes und zugleich im gesamten Lastbereich achsstabiles Federsystem hoher spezifischer Speicherkapazität geschaffen. So werden nach der ersten Erfindungsvariante durch den die Federanordnung im Bereich der Federmitte eng umschließenden Sicherungsring, an den sich die Einzelfedern im Bereich jeweils einer Federwindung unter Last an gleichförmig in Umfangsrichtung versetzten Stellen anlegen, die in Richtung eines seitlichen Ausbiegens wirkenden Auslenkkräfte der Einzelfedern gegenseitig ausgeglichen, während nach der zweiten und bevorzugt der dritten Variante der Erfindung ein seitliches Ausbiegen der Schraubenfedern dadurch wirksam unterdrückt wird, dass die jeweils letzte Federwindung entweder sowohl am Windungsende als auch an einem diesem diametral gegenüberliegenden, proportional zur Federkraft nachgebenden Stützkörper oder mittels einer torsions- und in Federachsrichtung bewegungsfesten, in Verbindung mit einem angrenzenden, lastabhängig variablen Schmiegeflächenkontakt bruchsicheren Einspannung des Windungsendes auf dem zugehörigen Aufla gestück abgestützt wird. Das sich hieraus ergebende Federsystem ist unabhängig von der wirksamen Federkraft hochgradig eigenstabil gegen seitliche Auslenkbewegungen der Federwindungen, besitzt eine kompakte, einfache und ausfallsichere Bauweise und arbeitet als Energiespeicher hoher spezifischer Speicherkapazität nahezu ohne Reibungsverluste.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen: So kann für den Sicherungsring für den Fall, dass die auf diesen seitens der Federwindungen einwirkenden, radialen Auslenkkräfte nicht völlig miteinander im Gleichgewicht stehen, eine dann allerdings nur geringfügig, nämlich mit dem über den Sicherungsring nicht ausgeglichenen Kraftanteil belastete, in Federachsrichtung verlaufende Linearführung vorgesehen sein. Nach der zweiten Variante der Erfindung wird ferner das Elastizitätsverhalten des Stützkörpers vorzugsweise derart gewählt, dass sich die jeweils wirksame Federkraft im gesamten Lastbereich der Schraubenfederanordnung zu gleichen Teilen auf das Federende und den Stützkörper verteilt, und bei der Schmiegeflächenvariante der Erfindung schließlich ist zumindest eine der Schmiegeflächen zweckmäßigerweise konvex gekrümmt und die letzte Federwindung im Schmiegeflächenbereich in Richtung des Federendes verjüngt ausgebildet, wodurch unerwünschte Spannungsspitzen an der Einspannstelle noch weiter abgebaut werden und ein progressiver Stabilisierungseffekt des Schmiegeflächenpaares erzielt wird.

Nach einem weiteren, vor allem herstellungsmäßig besonders bevorzugten Aspekt der Erfindung sind die Einzelfedern einschließlich der Auflagestücke einteilig aus einem zylindrischen, im Bereich der Schraubendruckfedern zwischen den Federwindungen benachbarter Einzelfedern ausgeschnittenen Hohlrohr hergestellt, wobei die Federwindungen in diesem Fall vorzugsweise einen Rechteckquerschnitt aufweisen.

Die Erfindung wird nunmehr anhand mehrerer Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in stark schematisierter Darstellung:
1 eine mehrgängige Schraubendruckfederanordnung nach der Erfindung mit einem elastischen, diametral zum Federende angeordneten Stützkörper für die jeweils letzte Federwindung;
2 eine vergrößerte Teildarstellung der Federendabschnitte nach 1 im abgewickelten Zustand;
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem die Federanordnung im Bereich der Federmitte umschließenden Sicherungsring;
4 ein drittes, besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer torsionsfesten Einspannung und einem Schmiegeflächenpaar im Bereich der Federenden; und
5 eine vergrößerte Teildarstellung des Federsystems gemäß 4 im Bereich der Feder-Einspannstelle und des zugeordneten Schmiegeflächenpaares, wiederum im abgewickelten Zustand.
Die in den 1 und 2 gezeigte Druckfederanordnung 1 enthält zwei in Federachsrichtung A-A relativ zueinander bewegliche Auflagestücke 2 und eine zwischen diesen eingespannte, zweigängige Schraubendruckfeder 3, bestehend aus zwei identischen, um 180° versetzt zueinander koaxial ineinandergeschraubten Einzelfedern 4, 5 mit jeweils durchgehend bis zum Federende 6 schraubenlinienförmig gebogenen Federwindungen 7, wobei die Federenden 6 jeweils kugelförmig gestaltet sind (2), so dass sich die Federn 4, 5 an ihren Federenden 6 unabhängig von der wirksamen Federlast biegemomentenfrei und über lagestabile Kontaktstellen auf den endseitigen Auflagestücken 2 abstützen.
Komplettiert wird die Druckfederanordnung 1 durch elastische Stützkörper 8, die zwischen der jeweils letzten Federwindung 7 jeder Einzelfeder 4, 5 und dem angrenzenden Auflagestück 2 dem Federende 6 bezüglich der Federachse A-A diametral gegenüberliegend angeordnet sind. Die Stützkörper 8 besitzen einen im Wesentlichen konstanten Elastizitätsmodul, der so gewählt ist, dass sich die Federlast im gesamten Lastbereich der Druckfederanordnung 1 zu jeweils gleichen Teilen auf das Federende 6 und den Stützkörper 8 aufteilt, wodurch verhindert wird, dass sich die Federn 4, 5 unter der Wirkung variabler Federdruckkräfte in seitlicher Richtung ausbiegen.
In einem typischen Anwendungsfall arbeitet die beschriebene Druckfederanordnung 1 als Energiespeicher für einen (nicht gezeigten) Hubantrieb einer Spritzgießmaschine, und zwar in doppelter Ausführung in einem Lastbereich zwischen 90 und 120 KN bei einem Federweg von etwa 160 mm, einer Federlänge von 800 mm und einem Federdurchmesser von 390 mm im vorgespannten sowie einer Federlänge von 1600 mm und einem Federdurchmesser von 370 mm im entspannten Zustand.
Die Druckfederanordnung 1 nach 3, wo die dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechenden Elemente durch das gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet sind, unterscheidet sich von diesem in erster Linie dadurch, dass an stelle der Stützkörper 8 ein die Federwindungen 7 im Bereich der Federmitte eng umschließender Sicherungsring 9 vorgesehen ist, durch den die unter Federlast seitlich in entgegengesetzten Richtungen wirkenden Ausbiegetendenzen der Einzelfedern 4, 5 gegenseitig aufgehoben und dadurch wiederum eine zur zentralen Federachse A-A stabile Ausrichtung der Einzelfedern 4, 5 über den gesamten Lastbereich der Druckfederanordnung 1 gewährleistet wird. Für den Fall, dass die seitens der Federwindungen 7 auf den Sicherungsring 9 ausgeübten Radialkräfte nicht vollständig miteinander im Gleichgewicht stehen, kann die dann allenfalls geringe Kraftresultierende über eine in Axialrichtung A-A verlaufende – und in 3 strichpunktiert angedeutete – Linearführung für den Sicherungsring 9 abgesetzt werden. Gemäß 3 enden die jeweils letzten Federwindungen 7 ferner in einer abgeflachten anstatt in einer kugelförmigen Auflagefläche 10. Im Übrigen ist die Bau- und Betriebsweise der Federanordnung 1 nach 3 die gleiche wie beim ersten Ausführungsbeispiel.
Bei der Erfindungsvariante nach den 4 und 5, wo die den beiden ersten Ausführungsbeispielen entsprechenden Komponenten durch das gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet sind, sind die Einzelfedern 4 und 5 an ihren Federenden 6 jeweils torsions- und biegefest an den Auflagestücken 2 eingespannt, und zwar entweder – wie in 5 gestrichelt dargestellt – durch Befestigung in einer entsprechenden Aufnahmeöffnung der Auflagestücke 2 oder vorzugsweise dadurch, dass die Federn 4, 5 und die Auflagestücke 2 einteilig aus einem zylindrischen, zwischen den Federwindungen 7 ausgeschnittenen Hohlrohr hergestellt sind.
Angrenzend an die Einspannstelle der Federenden 6 ist an den Auflagestücken 2 eine konvexe Schmiegefläche 11 ausgebildet, an die die jeweils letzte Federwindung 7 mit einer an das Federende 6 angrenzenden Gegenfläche 12 zunehmend angedrückt wird, wenn die Federn 4 und 5 unter der Wirkung einer wachsenden Axialkraft zwischen dem in 5 in durchgehenden Linien dargestellten, minimalen und dem in gestrichelten Linien gezeigten, maximalen Spannungszustand mehr und mehr verformt werden. Durch die feste Einspannung und die proportional zur Federkraft zunehmend längere Abstützung der jeweils letzten Federwindung 7 wird in den Federn 4, 5 eine einem seitlichen Ausbiegen entgegenwirkende Gegenkraft erzeugt, die im gleichen Maße wie die Federkraft ansteigt, ohne dass die Federn 4, 5 wegen zu hoher Biegebeanspruchungen an der Einspannstelle zu Bruch gehen. Um das Schmiegeverhalten der Federwindungen 7 im Bereich des Flächenpaares 11, 12 zu verbessern, können die Federwindungen 7 mit einer sich in diesem Bereich in Richtung des Federendes 6 verjüngenden Querschnittshöhe gefertigt sein, insbesondere wenn sie aufgrund der oben beschriebenen, einstückigen Bauweise mit einem Rechteckquerschnitt gefertigt sind. Im Übrigen ist die Bau- und Funktionsweise der Federanordnung 1 nach den 4 und 5 die gleiche wie bei den eingangs beschriebenen Ausführungsbeispielen.

Claims

Druckfederanordnung, insbesondere Energiespeicher für den Hubantrieb einer Spritzgießmaschine, bestehend aus mindestens zwei identischen, zu einer mehrgängigen Schraubendruckfeder koaxial ineinandergeschraubten, zwischen endseitigen, relativ zueinander in Federachsrichtung beweglichen Auflagestücken druckkraftübertragend angeordneten Einzelfedern, gekennzeichnet durch mindestens einen die Einzelfedern (4, 5) im Bereich der Federmitte umschließenden und einander entsprechende Federwindungen (7) der Einzelfedern unter Federlast an in Umfangsrichtung gleichförmig zueinander versetzten Windungsabschnitten radial abstützenden Sicherungsring (9; 3).
Druckfederanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherungsring (9) in Federachsrichtung (A) linear beweglich geführt ist.
Druckfederanordnung, insbesondere Energiespeicher für den Hubantrieb einer Spritzgießmaschine, bestehend aus mindestens zwei identischen, zu einer mehrgängigen Schraubendruckfeder koaxial ineinandergeschraubten, zwischen endseitigen, relativ zueinander in Federachsrichtung beweglichen Auflagestücken druckkraftübertragend angeordneten Einzelfedern, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der letzten Federwindung (7) jeder Einzelfeder (4, 5) und dem Auflagestück (2) im Winkelabstand zum Federende (6) ein elastischer, unter Federkraftwirkung gemeinsam mit dem Federende druckkraftbeaufschlagter Stützkörper (8) angeordnet ist (1, 2).
Druckfederanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (8) einen im Lastbereich der Druckfederanordnung (1) konstanten Elastizitätsmodul besitzt.
Druckfederanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (8) bezüglich der Federachse (A) dem jeweiligen Federende (6) diametral gegenüberliegend positioniert und unter Federkraftwirkung in gleichem Maße wie das Federende (6) druckkraftbeaufschlagt ist.
Druckfederanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Federenden (6) im Auflagebereich kugelförmig gestaltet sind.
Druckfederanordnung, insbesondere Energiespeicher für den Hubantrieb einer Spritzgießmaschine, bestehend aus mindestens zwei identischen, in Form einer mehrgängigen Schraubdruckfeder koaxial zueinander angeordneten, zwischen endseitigen, relativ zueinander in Federachsrichtung beweglichen Auflagestücken druckkraftübertragend wirkenden Einzelfedern, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelfedern (4, 5) mit ihren Federenden (6) torsions- und biegefest mit dem endseitigen Auflagestück (2) verbunden sind und zwischen diesem und der jeweils letzten Federwindung (7) angrenzend an das Fe derende ein mit wachsender Federkraft über einen zunehmend größeren Flächenkontakt aufeinander abgestütztes Schmiegeflächenpaar (11, 12) vorgesehen ist (4, 5).
Druckfederanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die auf Seiten des Auflagestücks (2) ausgebildete Schmiegefläche (11) konvex gekrümmt und die auf Seiten der Federwindung (7) ausgebildete Schmiegefläche (12) planar gestaltet ist.
Druckfederanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils letzte Federwindung (7) eine sich im Schmiegeflächenbereich in Richtung des Federendes (6) verjüngende Querschnittshöhe besitzt.
Druckfederanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelfedern (4, 5) jeweils einstückig mit den Auflagestücken (2) verbunden sind.
Druckfederanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelfedern (4, 5) zusammen mit den Auflagestücken (2) aus einem zylindrischen, im Druckfederbereich zwischen den Federwindungen (7) benachbarter Einzelfedern ausgeschnittenen Hohlrohr hergestellt sind.
Druckfederanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federwindungen (7) einen Rechteckquerschnitt aufweisen.
Druckfederanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelfedern (4, 5) in Umfangsrichtung der Federanordnung (1) zueinander gleichförmig winkelversetzt sind.