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Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Antrieb, insbesondere
eine Schließvorrichtung für Spritzgießmaschinen, mit einer Vorrichtung zur Erhöhung
der Vorschubkraft eines Verschiebungsteiles am Ende des Hubes. Bei einem solchen
Antrieb wirkt eine durch eine oder mehrere Pumpen auf hohen Druck gebrachte Arbeitsflüssigkeit
auf einen oder mehrere Kolben ein, welche mit dem Verschiebungsteil, etwa der einen
Hälfte einer Spritzgießform tragenden Schließplatte, verbunden ist. Beim Schließen
der Form muß diese Formhälfte zunächst mit möglichst großer Geschwindigkeit bewegt
werden, wobei nur Reibungswiderstände zu überwinden sind; nach dem Auftreffen auf
die zweite Formhälfte ist hingegen bei annäherndem Stillstand ein hoher Schließdruck
erforderlich.
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Zur Erzielung dieses Arbeitsablaufes ist es bei Spritzgießmaschinen
bekannt, zwei Zylinder unterschiedlicher Durchmesser mit entsprechenden Kolben vorzusehen,
wobei zum Schließen der Form der Kolben kleineren Durchmessers und anschließend
zum Andrücken der Formhälften jener größeren Durchmessers von der Flüssigkeit beaufschlagt
wird.
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Diese Anordnung weist verschiedene Nachteile auf: Es sind zunächst
zwei Pumpen oder eine Umschaltvorrichtung nötig. Weiterhin sind die ÖImengen, die
dem größeren Zylinder während des Schließens zugeführt werden müssen, beträchtlich.
Die zugehörigen Leitungen müssen also zur Begrenzung der Strömungsverluste mit entsprechend
großem Durchmesser und wegen des hohen Druckes gleichzeitig mit erheblichen Wandstärken
ausgeführt werden. Besonders nachteilig ist, daß der Kolben mit dem großen Durchmesser
wegen der hohen Drücke gegen die Zylinderwand eine satte Abdichtung aufweisen muß.
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Das erfordert einerseits eine sorgfältige und daher teure Bearbeitung
der Zylinderwand, andererseits ergibt sich aber während des Schließens ein nicht
unerheblicher Reibungsverlust, der sich auf die Dimensionierung des Schließzylinders
auswirkt. Weiterhin können Funktionsstörungen durch Abnützung oder durch größere
Fremdkörper nicht ganz ausgeschaltet werden. Schließlich liegen die beiden Zylinder
koaxial hintereinander, was Größe und Gewicht der Schließeinheit ungünstig beeinflußt.
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Der erfindungsgemäße Antrieb vermeidet die genannten Nachteile dadurch,
daß der zu bewegende Teil über mindestens eine Schubstange mit einem in einem Druckraum
berührungsfrei beweglichen Arbeitskolben verbunden ist, der auf der dem zu bewegenden
Teil zugewandten Stirnseite mit dem Dichtring für einen in den Deckel des Arbeitszylinders
eingesetzten, an seinem äußeren Umfang gegenüber diesen abgedichteten und in der
Hubrichtung des Arbeitskolbens verschiebbaren Ventilkolben versehen ist, dessen
vom Ventilsitz begrenzter, dem Arbeitskolben zugewandter Boden eine Durchgangsöffnung
zwischen dem Druckraum und dem von Ventilkolben und Deckel des Arbeitszylinders
umschlossenen, über einen verschließbaren Auslaß mit einem Raum niedrigeren Druckes
als der Arbeitsdruck in Verbindung stehenden Ventilraum aufweist.
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Der Ventilkolben führt nur eine kurze Hubbewegung während des Andrückens
aus, die Dichtflächen haben daher eine verhältnismäßig kleine axiale Länge, ihre
Bearbeitung ist daher billig und ihre Abnutzung und Reibung sind gering.
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Schließlich entstehen am Ende des Schließvorganges bei abgesperrtem
Druckraum große Staudrücke, die eine weiche Abbremsung der sich bewegenden Massen
bewirken, auch wenn schwere Formen auf die Schließplatte aufgespannt sind.
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Nachfolgend werden an Hand der F i g. 1 bis 6 verschiedene Ausführungsbeispiele
von erfindungsgemäßen hydraulischen Antrieben beschrieben. Der Umfang des Patentbegehrens
soll jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt sein, insbesondere haben
auch die in den Ansprüchen angeführten Bezugsziffern nur erläuternden Charakter.
Die F i g. 1 und 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel in verschiedenen Betriebsstellungen;
in den F i g. 3 und 4 sind Varianten der Querschnittsform des Druckraumes und des
Arbeitskolbens dargestellt; die F i g. 5 und 6 zeigen weitere Ausführungsmöglichkeiten
des Arbeitskolbens und des Ventilkolbens.
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In den Fig. 1 und 2 ist 1 eine glockenförmige Wandung, welche zusammen
mit dem Deckel 4 einen Druckraum 6 einschließt. Deckel 4 und Wandung 1 sind miteinander
und mit einer Aufspannplatte 2 durch Stehbolzen 3 verbunden.
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Im Druckraum 6 ist unter Wahrung eines Abstandes 22 von dessen Wandungl
ein Kolben 5 angebracht und durch zwei Schubstangen 9, welche im Deckel 4 geführt
sind und diesen dichtend durchsetzen, mit einer Schließplatte 8 verbunden.
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10 und 11 sind die beiden Teile einer Spritzgußform, die von der
Aufspannplatte2 bzw. von der Schließplatte 8 aufgenommen werden. Mit 12 ist der
Spritzkopf angedeutet, mit 13 der Auswerfer.
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Seitlich des Druckraumes 6 sind zwei Zylinder von kleinerem Durchmesser
für die Rückholkolben 14 vorgesehen, die über Kolbenstangen 15 fest mit der Schließplatte
8 verbunden sind. Die seitliche Anordnung der Rückholkolben 14 ergibt eine kurze
axiale Baulänge und ebenso ein geringes Gewicht des gesamten Antrieb es.
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Der Deckel 4 weist eine Bohrung auf, in welcher ein Ventilkolben
30 längsverschiebbar und dichtend so gelagert ist, daß anschließend an seine Rückseite
ein Raum 7 entsteht. An seiner Vorderseite weist der Ventilkolben 30 einen kegelförmigen
Sitz 33 auf, der mit einem entsprechenden im Arbeitskolben 5 vorgesehenen Dichtring
35 zusammenarbeitet. Mit 24 sind am Umfang innerhalb des Ventilsitzes 33 angebrachte
Einfräsungen bezeichnet.
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Der dem Arbeitskolben 5 zugewandte Boden des Ventilkolbens 30 besitzt
eine Durchgangsöffnung 40.
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Die der zu bewegenden Schließplatte 8 zugewandte Bodenseite des Ventilkolbens
30 weist am Umfang einen Absatz 34 auf.
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Der Druckraum 6 ist über die Rohrleitung 17 und jeder Rückholzylinder
über eine Rohrleitung 16, jeweils unter Zwischenschaltung von nicht dargestellten
Regelorganen, an ein Pumpensystem angeschlossen. Der Raum 7 ist durch den Auslaß
18 über ein nicht dargestelltes Ventil mit dem ebenfalls nicht dargestellten drucklosen
Vorratsbehälter des Pumpensystems verbunden. Das genannte Ventil ist beispielsweise
ein Magnetventil, welches vom Endschalter 21 geöffnet wird, sobald der einstellbare
Betätigungsstift 20 auf den Endschalter 21 auftrifft.
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Ein mit dem Ventilkolben 30 fest verbundener Anschlagstift 32 durchsetzt
dichtend sowohl denArbeitskolben 5 als auch die haubenförmige Wandung 1 des
Druckraumes
6. Durch eine Stellschraube 31 wird die Bewegung des Ventilkolbens 30 in Richtung
auf den Arbeitskolben 5 hin begrenzt.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende: Ausgehend von der
in F i g. 1 gezeichneten Lage der Elemente wird über den Anschluß 17 Druckflüssigkeit
in den Druckraum 6 gefördert. Der Arbeitskolben 5 wird dadurch in Richtung auf die
Schließstellung zu mit einer Kraft bewegt, die sich aus dem Produkt von Arbeitsdruck
und Fläche der Schubstangen 9 ergibt. Diese Kraft reicht aus, um die geringen Reibungswiderstände
der Schubstangen 9 und sonstiger Führungen zu überwinden. Andererseits ist die zuzuführende
Ölmenge gering, nämlich nur gleich dem Produkt von Fläche der Schubstangen 9 und
dem Vorschub. Die Hauptströmung der Druckflüssigkeit findet im Druckraum 6 selbst
von einer Seite des Arbeitskolbens 5 auf die andere durch den Ringspalt 22 statt,
der so groß bemessen werden kann, daß die Strömungsverluste hier genügend gering
bleiben. Die Leitung 17 braucht demgegenüber nur für eine kleine Durchflußmenge
dimensioniert zu werden.
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Während dieses Vorschiebens des Arbeitskolbens 5 wird der Anschlagstift
32 mit einer Kraft gegen die Stellschraube 31 gedrückt, die sich aus dem Produkt
von Querschnitt des Anschlagstiftes 32 und dem Arbeitsdruck ergibt.
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Nähert sich nun der imArbeitskolben 5 angebrachte Dichtungsring 35
dem Ventilkolben 30, so werden durch die abnehmenden Strömungsquerschnitte in den
Ausfräsungen 24 und durch den bei abgesperrtem Druckraum 6 entstehenden Staudruck
die sich bewegenden Massen rasch und doch weich abgebremst.
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Hat die Aufspannplatte 8 die Schließstellung nahezu erreicht (Fig.
2), so wird durch den Betätigungsstift 20 über den Endschalter 21 der Auslaß 18
geöffnet, wodurch der Ventilraum 7 und infolge der Durchgangsöffnung 40 auch die
zwischen derVorderseite des Ventilkolbens 30 und dem Arbeitskolben 5 gebildete Kammer
drucklos wird. Dadurch wird der Arbeitskolben 5 mit einer Kraft in Schließrichtung
gedrückt, die sich aus dem Produkt von der von der Ventilabdichtung umschlossenen
Fläche und dem Arbeitsdruck ergibt.
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Durch eine entsprechende Justierung der Stellschraube 31 kann dabei
erreicht werden, daß der Arbeitskolben 5 auf den Ventilkolben 30 auftrifft, bevor
die beiden Formhälften 10 und 11 sich berühren; Arbeitskolben 5 und Ventilkolben
30 legen dann nach Öffnen des Auslasses 18 eine Strecke gemeinsam zurück, die jedoch
verhältnismäßig kurz ist, so daß also die Abnutzung der Dichtflächen gering bleibt.
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Der Absatz 34 am Umfang des Ventilkolbens 30 bildet eine axiale Angriffsfläche
für den Druck der Arbeitsflüssigkeit, der eine in Schließrichtung des Ventilkolbens
30 wirkende Kraft hervorruft. Da der zwischen den Sitzflächen des Ventils vorhandene
und in Öffnungsrichtung des Ventilkolbens 30 wirkende Druck nach innen zu abnimmt,
bleibt eine Überschußkraft in Schließrichtung übrig, und ein Abheben des Ventils
wird dadurch verhindert. Diese Schließkraft kann auch auf andere Weise erzielt werden,
etwa durch eigene im Deckel 4 angebrachte Druckkolben, die von der Druckflüssigkeit
beaufschlagt werden und auf den Ventilkolben 30 einwirken, oder dadurch, daß der
Anschlagstift 32 im Bereich seiner Durchführung durch die Wandung 1 des Druckraumes
6, also an seinem freien Ende, einen größeren
Durchmesser aufweist als im Bereich
seiner Durchführung durch den Arbeitskolben 5, also auf dem Rest seiner Länge. Auch
eine Feder kann in bekannter Weise zum Andrücken des Ventilkolbens 30 an den Dichtring
35 verwendet werden, etwa dann, wenn der Anschlagstift 32 nicht aus dem Druckraum
6 herausgeführt ist, sondern der Anschlag im Druckraum 6 selbst vorgesehen ist.
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Es sei darauf hingewiesen, daß an Stelle des erwähnten Magnetventils
ein einfaches Überdruckventil oder auch nur eine Drosselstelle eingebaut werden
kann, wobei auch die Bohrung 40 als Drosselstelle ausgebildet sein kann. Der Endschalter
ist dann unnötig, und es ergibt sich eine wesentliche Vereinfachung der Konstruktion.
In einem Fall wird erst in der letzten Phase des Schließvorganges eine sehr kleine
Ölmenge über das Überdruckventil abfließen; im zweiten Fall tritt zwar während des
ganzen Schließvorganges ein Ölverlust auf, dieser kann aber bei dem während dieser
Zeitspanne nur mäßigen Druck im Druckraum 6 in erträglichen Grenzen gehalten werden.
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Wie die F i g. 3 und 4 zeigen, braucht der Querschnitt des Druckraumes
6 und der des Arbeitskolbens 5 nicht kreisförmig zu sein, sondern kann eine beliebige
Form aufweisen. Der in Fig. 3 dargestellte rhombusförmige Querschnitt ist bei zwei
Schubstangen 9 besonders vorteilhaft, die quadratische Form nach F i g. 4 erweist
sich dann als günstig, wenn vier Schubstangen 9 vorgesehen sind. Im übrigen können
auch Arbeitskolben 5 und Druckraum 6 voneinander abweichende Querschnittsformen
erhalten, wenn dies aus konstruktiven Gründen wünschenswert ist.
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In den Fig. 5 und 6 sind zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen
hydraulischen Antriebes dargestellt, bei dem die Schubstangen 9 auf einen kleineren
Durchmesser als die Ventildichtung 35 angebracht sind. Mit dieser Anordnung ist
ein größerer Durchmesser des Ventilsitzes und damit bei gleichem Arbeitsdruck eine
höhere Schließkraft erreichbar. An Stelle eines in den Arbeitskolben 5 eingesetzten
Dichtringes 35 wird hier der Arbeitskolben 5 selbst als Gegenfläche für den Ventilsitz
33 benutzt.
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In der Ausführungsform nach F i g. 5 ist der Sitz 33 auf dem Ventilkolben
30 als Innenkegel, in jener nach F i g. 6 als Außenkegel ausgeführt.
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Wenn auch der erfindungsgemäße hydraulische Antrieb an Hand von Ausführungsbeispielen
für gegeradlinig bewegte Teile beschrieben wurde, so kann er sinngemäß auch für
Verschiebungsteile verwendet werden, die sich auf kreisförmig oder anders gekrümmten
Bahnen bewegen; der Schutz soll sich dementsprechend auch auf solche Antriebe erstrecken.
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Weitere Verbesserungen des erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebs
sind in den Ausführungsformen gemäß den F i g. 7 bis 9 beispielhaft erläutert.
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F i g. 7 zeigt eine Verbesserung der Ausführungsform gegenüber F
i g. 6, dabei ist der Arbeitskolben 5 mit einer Ringnut 36 versehen, in welcher
ein Dichtring 35 aus kompressiblem Werkstoff gelagert ist. Der auf dem Anschlagstift
32 axial begrenzt beweglich gelagerte Ventilkolben 30 weist einen hülsenförmigen
Ventilsitz 33 auf. Diese erfindungsgemäße Ausgestaltung des Antriebs hat den Vorteil,
daß der Ventilkolben 30 mit seinem hülsenförmigen Ventilsitz 33, wenn der Arbeitskolben
5 mit seinem kompressiblen Dichtring 35 bis an den äußeren Rand des hülsenförmigen
Ventilsitzes
33 herangefahren ist, schnell über den Dichtring auf den Arbeitskolben aufschlüpft.
Die Dichtwirkung wird also sofort herbeigeführt und infolgedessen der Arbeitszyklus
des Antriebs verkürzt.
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Das weitere Ausführungsbeispiel der Erfindung nach den Fig. 8 und
9 läßt die beiden soeben beschriebenen Vorgänge ohne weiteres erkennen. Darüber
hinaus ist in dieser Ausführungsform aber auch noch eine weitere Ausgestaltung der
Erfindung verwirklicht. Der Ventilkolben 30 weist nämlich eine glockenförmige Hydraulikkammer
38 auf, in welche der Anschlagstift 32 abgedichtet hineinragt. Wie sich aus F i
g. 9 ergibt, wird infolgedessen die axiale Bewegung des Ventilkolbens 30 auf den
Anschlagstift 32 durch diesen begrenzt. Die Hydraulikkammehr 38 besitzt ferner in
ihrer den Anschlagstift 32 abdichtend umschließenden geraden Wandung 41 eine Durchgangsöffnung
40, in welcher ein Ventilstift 39 Aufnahme finden kann (vgl. F i g. 9), der am Arbeitskolben
5 befestigt ist. In der gegenüberliegenden, glockenförmigen Wandung 42 der Hydraulikkammer38
ist eine Austrittsöffnung 43 angeordnet, die mit einem Rückschlagventil ausgerüstet
ist. Durch diese Weiterbildung des erfindungsgemäßen Antriebs wird der soeben bereits
an F i g. 7 erläuterte Vorteil noch verstärkt. Durch die glockenförmige Hydraulikkammer
38 wird nämlich die Angriffsfläche für die Hydraulikflüssigkeit beim Öffnen der
beiden Werkzeughälften größer als diejenige Fläche, an welcher die Hydraulikflüssigkeit
angreifen kann, um den Arbeitskolben vom hülsenförmigen Ventilsitz des Ventilkolbens
zu trennen. Denn die Hydraulikflüssigkeit kann auch im Bereich des Anschlagstiftes
32 ihre öffnungskraft entfalten. Infolgedessen wird eine große Kraft aufgebaut,
die die Werkzeughälften langsam auseinanderfährt, bis der Anschlagstift32 auf der
Innenseite der glockenförmigen Wandung42 auftrifft, worauf die Trennung von Arbeitskolben
5 und Ventilkolben 30 eingeleitet wird. Bis zu diesem Zeitpunkt ist also auch in
Öffnungsrichtung ein Krafthub möglich. Denn der Kompensationsraum wird auf dem Weg,
auf welchem der Ventilkolben 30 mit seiner Hydraulikkammer 38 auf dem Anschlagstift
32 axial verschiebbar ist, zum Arbeitsraum.