-
Verfahren und hydraulische Schaltungsanordnung zur Steuerung einer
Schneckenspritzgießmaschine Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung
einer Schneckenspritzgießmaschine zur Verarbeitung von organischen Kunststoffen,
insbesondere von thermoplastischen, thermoelastischen und duroplastischen Stoffen,
mit durch hydraulischen Antrieb axial bewegbar und zum Zwecke des Plastizierens
und Fdrderns mit Hilfe eines Hydraulikmotors drehbarer Schnecke.
-
Schneckenspritzgießmaschinen dieser Art bestehen im allgemeinen aus
einer oder mehreren Formschließ-und-öffnungseinrichtungen mit gewöhnlich einer feststehenden
und einer beweglichen Formaufspannplatte mit Mitteln zum Bewegen der beweglichen
Formaufspannplatte und zum Zuhalten der geschlossenen Formhälften während des Einspritzens
von'plastischem Werkstoff in die Form, und aus einer Spritzvorrichtung mit einer
zum Zwecke des Plastizierens und des Vorförderns von geschmolzenem Material drehbaren,
von einem Antriebsmotor angetriebenen und zum Zwecke des Einspritzens von geschmolzenem
Material in die geschlossene Form axial mittels eines Hydraulikkolbens verschiebbaren
Schnecke. Der Drehantrieb der Schnecke erfolgt gewdhnlich entweder durch einen Elektromotor
oder durch einen Hydraulikmotor.
-
Ganz allgemein hat es sich für die Auslegung des gesamten Hydrauliksystems
als günstig erwiesen, wenn die installierte Pumpenleistung aufgeteilt wird. Dadurch
ist es möglich, die reinen Fahrbewegungen durch Zuschalten aller Pumpen mit großer
Geschwindigkeit durchzuführen, während für beispielsweise den Verriegelungsvorgang
die Niederdruckpumpen hydraulisch abgeschaltet werden und die Hochdruckpumpen den
Formschließkolben um den noch verbleibenden geringen Weg mit grosser Kraft vorantreiben,
so-daß der Pumpenantriebsmotor nicht überlastet wird.
-
Der Gebrauchswert einer Schneckenspritzgießmaschine wird u. a. umso
hoher zu veranschlagen sein, je größer das maximal erreichbare Spritzvolumen sein
kann, d. h. also je größer die Formteile sein können, die noch auf einer bestimmten
Maschine herzustellen sind. Dieser Wert wird errechnet aus dem Produkt von Schneckenquerschnitt
und Schneckenhub. Der Schneckenquerschnitt kann nun nicht beliebig groß gewählt
werden, da bei vorgegebener Auslegung des Hydrauliksystems dadurch der verfugbare
spezifische Spritzdruck in der plastischen Masse empfindlich vermindert wird, so
daß unter Umständen bestimmte Formen, vor allem solche mit engem Fließquerschnitt,
nicht mehr vollständig gefüllt werden können.
-
Andererseits ist der maximale Schneckenhub durch die Bauart der Spritzgießmaschine
bedingt. Dieser Hub läßt sich nicht oder nur in sehr geringen Grenzen durch konstruktive
Anderungen nachträglich vergröBern. Außerdem wird bei größerem Schneckenhub die
wirksame Schneckenlänge infolge ihrer Rockwärtsbewegung geringer, was verfahrenstechnisch
nicht erwünscht ist.
-
Es ist bekannt, zur Erhöhung des Einspritzvolumens während des Einspritzens
der plastischen Masse in die geschlossene Form die Schnecke in Drehbewegung zu versetzen.
-
Dadurch können in Grenzfällen Formen vollgefüllt werden, deren Formhohlraum
gleich oder sogar größer als das theoretische Schußvolumen der Maschine ist. (Das
theoretische Schußvolumen einer Schneckenspritzgießmaschine errechnet sich aus Bohrung
x Schneckenhub.) Durch zum Teil unvermeidbare Rückströmungen treten Verluste auf,
die den in der Praxis erzielten Wert um 5 bis 20% geringer werden lassen.
-
Es hat sich weiter beim Antrieb der Schnecke durch einen Hydraulikmotor
als vorteilhaft erwiesen, zur Versorgung dieses Hydraulikmotors für die Schneckendrehung
mit Drucköl eine
oder mehrere Pumpen mit großer Liter-Leistung heranzuziehen.
-
Aus der Tatsache, daß bei Schneckenspritzgießmaschinen mit Schneckendrehantrieb
durch einen Hydraulikmotor dieser durch die Pumpe oder Pumpengruppe mit der großen
Liter-Leistung angetrieben wird, ergibt sich aber bei Maschinen mit der bisher üblichen
Art der Steuerung der schwerwiegende Nachteil, daß die Einspritzgeschwindigkeit
wesentlich geringer ist als beim Einspritzen der plastischen Masse mit nicht rotierender-Schnecke,
weil die Fördermenge einer Pumpe oder Pumpengruppe in dieser Phase ausschließlich
für die Versorgung des Hydraulikmotors gebraucht wird, und zwar unabhängig von der
gewählten Drehzahl dieses Motors, weil entweder die überschüssig gefbrderte Olmenge
im Nebenschlufl zum Tank zurückgeleitet wird oder der Förderstrom durch Einschalten
einer Drosselstelle reduziert wird, wobei noch der Nachteil einer unnötigen Olerwärmung
auftritt.
-
Es ist ebenfalls bekannt, zur Erhöhung des maximal erzielbaren Schußvolumens
den eigentlichen Einspritzvorgang zwar mit nicht rotierender Schnecke auszuführen,
jedoch nach dem Erreichen der vordersten Endstellung des Schneckenkolbens die Schnecke
für die Dauer der auf das Einspritzen folgenden Arbeitsphase (Nachdruckzeit) in
Drehung zu versetzen.
-
Dadurch soll das noch fehlende Schußvolumen in die Formhöhlung gebracht
werden bzw. durch den Druck auftretende RUckströmung ausgeglichen werden. Dieses
Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß die Masse im Formfüllkanal im allgemeinen
sehr schnell erstarrt, so daß es nach Ablauf des Einspritzvorganges im allgemeinen
nicht mehr möglich ist, unvollständig gefüllte Formen zu diesem Zeitpunkt noch aufzufullen.
-
Die Verringerung der Einspritzgeschwindigkeit ist vor allem bei der
Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe ein entscheidender Nachteil, da beim
langsamen Einspritzen der Formmasse diese in der gekuiten Form bereits erstarrt,
bevor die Form vollständig gefüllt ist. Weiter kann bei Ausführung der Steuerung
nach der bisher üblichen Art nur eine Schneckendrehzahl eingestellt werden. Es ist
also nicht möglich, im automatischen Betrieb während des Einspritzens mit einer
Schneckendrehzahl zu arbeiten, die von der beim Fördern und Plastizieren verschieden
ist.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch bestimmte Verfahrens-und
Schaltungsmaßnahmen zu erreichen, daß auch für die Arbeitsphase der Spritzgießmaschine,
in der unter Drehung der Schnecke eingespritzt wird, die gesamte, durch die hydraulische
Pumpenanlage der Maschine erzielbare hydraulische Leistung für den Drehantrieb und
den Axialantrieb der Schnecke zur Verfügung steht. Es soll dadurch er- » reicht
werden, eine Verringerung der Einspritzgeschwindigkeit infolge Drehung der Schnecke
zu verhindern. Dies wird nach der Erfindung dadurch ermöglicht, daß die von mindestens
einem Pumpenantriebsmotor erzeugte hydraulische Leistung beim Spritzen mit drehender
Schnecke derart verzweigt wird, daß diese Leistung unabhängig von der gewählten
Schneckendrehzahl ein Maximum beträgt. Dadurch werden wesentliche Vorteile erzidt.
Es ist nämlich aufgrund der erfindungsgemäßen Maßnahmen möglich, 1. die für die
Drehung des Hydraulikmotors des Schneckendrehantriebs nicht genutzte Fördermenge
einer Pumpe oder Pumpengruppe zur Erhöhung der Einspritzgeschwindigkeit zu verwenden
und 2. für die Arbeitsphasen"Fördern bzw. Plastizieren"und Spritzen mit drehender
Schnecke"zwei Schneckendrehzahlen zu wählen, die voneinander unabhängig sind, 3.
ergibt sich der außerordentliche Vorteil, daß die e durch den Pumpenantriebsmotor
an den Pumpen zur Verfügung stehende Antriebsleistung auch wirklich voll- » ständig
genutzt wird, so daß sich für den Arbeitsvorgang"Spritzen mit drehender Schnecke"eine
wesentliche Leistungssteigerung der Maschine ohne ErhOhung der installierten Antriebsleistung
ergibt, 4. kann unter Umständen bei der Verarbeitung bei Massen, die einer langen
Nachdruckzeit bedürfen, auf das Rückschlagventil im Schneckenkolben (Rückstausperre)
verzichtet werden. Dieser Vorteil ist sehr hoch zu bewerten, da die genannte Rückstausperre
im Massestrom liegt und vor allem bei mit Fullstoffen versetzten Massen stark dem
Verschleiß unterliegt.
-
Weitere vorteilhafte Wirkungen und Merkmale der Erfindung werden
später anhand der Zeichnung erläutert.
-
Nach einer Ausfuhrungsform der Erfindung wird die Fördermenge mindestens
einer Hydraulikpumpe aufgeteilt und gleichzeitig zum Beaufschlagen des Hydraulikmotors
für den Drehantrieb und eines Hydraulikzylinders für den axialen Antrieb der Schnecke
verwendet. Diese Art der Leistungsverzweigung stellt eine besonders zweckmäßige
Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Leistungen dar.
-
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine hydraulische Schaltungsanordnung
zur Durchführung des geschilderten Verfahrens. Diese Schaltungsanordnung ist dadurch
gekennzeichnet, daß eine Druckmittelpumpe oder eine Gruppe solcher Pumpen auf eine
Druckleitung fördert und diese Druckleitung in einer Schaltstellung eines Mehrwegesteuerorgans
über dieses Mehr. wegesteuerorgan mit dem Hydraulikmotor fUr den Schneckendrehantrieb
und in einer zweiten Schaltstellung über ein Drosselorgan mit dem Hydraulikmotor
und Uber das Mehrwegesteuerorgan mit dem Hydraulikzylinder für axialen Schneckenantrieb
verbunden ist. Durch diese Schaltungsanordnung wird erreicht, daß die jeweils fUr
den Drehantrieb der Schnecke nicht benötigte hydraulische Leistung für die Axialbewegung
der Schnecke zur Verfügung gestellt werden kann, so daß einerseits die gesamte zur
Verfügung stehende Antriebsleistung ausgenutzt und andererseits der Einspritzvorgang
mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden kann.
-
In weiterer Ausbildung der Erfindung sind zwei getrennte auf den
Druckmittelstrom wirkende Mengeneinstellorgane fur die Einstellung der Drehzahl
des Hydraulikmotors für den Schneckendrehantrieb vorhanden, die in Abhängigkeit
von der Schaltstellung des Mehrwegesteuerorgans abwechselnd zur Einstellung der
Drehzahl dieses Motors in die Druckleitung zu diesem Motor bzw. in eine von dieser
Druckleitung zum Tank fUhrende Abzweigleitung einschaltbar sind. Auf diese Weise
ist es durch einfache Einstellung der beiden gesonderten Mengeneinstellorgane möglich,
die jeweils günstigste Schneckendrehzahl für die Arbeitsphasen"Fördern bzw. Plastizieren"
und"Spritzen mit drehender Schneckett zu wählen.
-
Anhand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erlEutert.
In der Zeichnung zeigen : Fig. 1 ein Diagramm zur Erläuterung der LeistungaverhAltnisse,
Fig.
2 eine Ausführungsform der hydraulischen Schaltungs.. anordnung in einer der beiden
Schaltstellungen mit einer zusätzlichen Ausführungsmöglichkeit, Fig. 3 die hydraulische
Schaltungsanordnung nach Fig. 2 in der zweiten Schaltstellung.
-
Das in Fig. 1 dargestellte Diagramm macht die Zusammenhänge der Leistungsverzweigungen
und den durch die Erfindung erreichten Leistungsgewinn deutlich. Die Angaben in
diesem Diagramm sind nur qualitativ unter der Voraussetzung verlustloser Leistungsübertragung
und Drehzahlregelung zu werten. In Fig. 1 bedeuten : die am Pumpenantriebsmotor,
also am Elektromotor, zur zur Verfügung stehende Gesamtleistung, NS die für den
Spritzvorgang zusätzlich zur Verfügung pr stehende Leistung, abhdngig von der Drehzahl
des Hydraulikmotors, die für den Drehantrieb der Schnecke erforderliche NDR = Leistung
in Abhängigkeit von der jeweiligen Drehzahl des Hydraulikmotors.
-
Aus dem in Fig. 1 dargestellten Diagramm ist der durch das Verfahren
und die Schaltungsanordnung nach der Erfindung mögliche Leistungszuwachs deutlich
erkennbar. Bei jeder Drehzahl des Hydraulikmotors addieren sich die fUr den Spritzvorgang
zusätzlich zur Verfügung stehende Leistung (Ng) und die für den Drehantrieb erforderliche
Leistung (NDr) zur Gesamtleistung (Nges). Zur Verdeutlichung ist der Leistungsgewinn
in Fig. 1 durch die schraffierte Fläche hervorgehoben.
-
Die Wirkungsweise und der Aufbau und damit das erfindungsgemäße Verfahren
werden anhand der in Fig. 2 und 3 dargestellten hydraulischen Schaltungsanordnung
beschrieben.
-
Es möge zunächst der in Fig. 2 dargestellte Betriebszustand beschrieben
werden, in dem ledigjtch ein Drehantrieb der Schnecke erforderlich ist, da diese
Arbeitsphase zum Fördern bzw. Plastizieren dient. Ein Pumpenantriebsmotor 1, vorzugsweise
ein Elektromotor, treibt die Druckmittelpumpe 2 und die Druckmittelpumpe 3 an. W§hrend
der in Fig. 2 dargestellten Schaltstellung zum Fördern wird die Pumpe 2 z. B.
auf
den Tank geschaltet. Die dafUr notwendigen hydraulischen Schaltmittel sind für die
Erfindung nicht wesentlich und daher nicht dargestellt. Der Hydraulikmotor 4 fUr
den Schneckendrehantrieb erhält das Druckmittel von der Niederdruckpumpe 3. Wie
die Fig. 1 andeutet, steht in der hier beschriebenen Schaltstellung das Mehrwegesteuerorgan
5 in der durch die parallelen Pfeile gekennzeichneten Schaltstellung.
-
In dieser Betriebsstellung wird das Mengeneinstell-oder Drosselorgan
6 infolge des Durchströmens des RUckschlagventils 7 umgangen. Ein zweites Mehrwegesteuerorgan,
der Steuerschieber 8, befindet sich dabei in der durch die gekreuzten Pfeile gekennzeichneten
Schaltstellung, so daß das Druckmittel zum Hydraulikmotor 4 strömen kann. In einer
Abzweigleitung von der zum Hydraulikmotor 4 fUhrenden Druckleitung zum Tank sind
ein Folgeventil 9 und ein zweites Mengeneinstell-oder Drosselorgan 11 zur Einstellung
der Drehzahl des Hydraulikmotors 4 angeordnet. Das Folgeventil 9 wird auf einen
niedrigen Schaltdruck von beispielsweise 20 atü eingestellt und erhält seinen Steuerimpuls
Uber die Steuerleitung 10 aus der Druckleitung zum Hydraulikmotor 4.
-
Dadurch wird für das Druckmittel der Weg über das Drosselorgan 11
zum Tank frei.
-
Der Antrieb des Hydraulikmotors 4 erfolgt also in dieser Schaltstellung
des Mehrwegesteuerorgans 5 durch Druck-61 von konstantem Druck. Die Einstellung
der Schneckendrehzahl kann durch Veränderung des Drosselquerschnitts des Drosselorgans
11 vorgenommen werden, so daß mehr oder weniger Druckmittel im Nebenschluß zum Tank
gelangen kann, wodurch die Aufnahmemenge des Hydraulikmotors 4 und dadurch die Schneckendrehzahl
beeinflußt wird. Die Fig. 3 zeigt eine zweite Schaltstellung der hydraulischen Schaltungsanordnung.
Anhand der Fig. 3 wird der Aufbau und die Wirkung der Erfindung näher erläutert.
-
Die Fig. 3 zeigt diejenige Schaltstellung der hydraulischen Schaltungsanordnung,
bei der mit drehender Schnecke eingespritzt werden soll, bei der also sowohl eine
Drehbewegung der Schnecke als auch eine Axialbewegung der Schnecke erforderlich
ist. Zur Einstellung dieser Arbeitsphase wird der Steuerschieber 12 in die durch
parallele Pfeile gekennzeichnete Schaltstellung überführt und gibt damit zunächst
den Weg des Druckmittels aus der Hochdruckpumpe 2 zum
Hydraulikzylinder
13 für den axialen Antrieb der Schnecke frei. Das Rückschlagventil 14 verhindert
das Überströmen des Hochdruckmittels auf die Niederdruckseite. Ferner wird bei dieser
Arbeitsphase das Mehrwegesteuerorgan 5 in die durch gekreuzte Pfeile gekennzeichnete
Schaltstellung überführt, während das Mehrwegesteuerorgan $ in der gleichen Schaltstellung
wie beim in Fig. 2 dargestellten Fördern verbleibt.
-
Die Wirkung dieser Einstellungen ist, daß der Leitungsabschnitt 15
der Druckleitung zum Hydraulikmotor 4 drucklos wird und das Folgeventil 9 aufgrund
des Steuerbefehls aus der Steuerleitung 10 schließt. Dadurch wird eine zu Verlusten
führende RUckströmung des Druckmittels zum Tank während dieser Schaltstellung oder
Betriebsphase ausgeschlossen, so daß der gesamte Druckmittelstrom zur Arbeitsleistung
zur Verfügung steht.
-
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme der Leistungsverzweigung teilt
sich der Druckmittelstrom der Niederdruckpumpe 3 am Punkt 16 der Druckleitung. Entsprechend
der Ein-' stellung des Mengeneinstell-oder Drosselorgans 6 fließt mehr oder weniger
Druckmittel durch das Mehrwegs steuerorgan 8 zum Hydraulikmotor 4, während die von
dem Mengeneinstellorgan 6 nicht zum Hydraulikmotor 4 durchgelassene restliche Druckmittelmenge
durch das Mehrwegesteuerorgan 5, ein Vorspannventil 17 und ein Rückschlagventil
18 zum Verbindungspunkt 19 der gemeinsamen Druckleitung 20 und damit durch den Steuerschieber
12 zum Antriebszylinder 13 für die Axialbewegung der Schnecke gelangt. Das Vorspannventil
17 hält dabei in der Druckleitung zum Hydraulikmotor 4 einen konstanten Druck aufrecht,
während das Rückschlagventil 18 ein Uberströmen von Drucköl von der Hochdruckseite
zur Niederdruckseite verhindert.
-
Wie sich aus der Beschreibung der hydraulischen Schaltungsanordnung
ergibt, wird die vom Pumpenantriebsmotor 1 erzeugte hydraulische Leistung beim Spritzen
mit drehender Schnecke derart verzweigt, daß diese Leistung unabhängig von der gewählten
Schneckendrehzahl stets ein Maximum beträgt, wie dies Fig. 1 veranschaulicht. Dazu
wird die Fördermenge der Hydraulikpumpe 3 aufgeteilt und gleichzeitig zum Beaufschlagen
des Hydraulikmotors 4 für den Drehantrieb und des Antriebszylinders 13 für den axialen
Schneckenantrieb verwendet. Ls wird
die fUr den Hydraulikmotor
4 nicht bendtigte hydraulische Leistung jederzeit während der Arbeitsphase"Spritzen
mit drehender Schnecke"für den axialen Antrieb der Schnecke durch den Antriebszylinder
13 ausgenutzt.
-
Eine zweckmäßige weitere Ausführungsform eines wesentlichen Teils
der hydraulischen Schaltungsanordnung ist in Fig. 2 und 3 durch Einzeichnung in
strichpunktierten Linien ebenfalls dargestellt. Wie Fig. 2 und 3 zeigen, kann anstelle
des Folgeventils 9 und des Mengeneinstell-oder Drosselorgans 11 ein entsprechendes
Mengeneinstell-oder Drosselorgan 111 zwischen den Leitungsabschnitt 15 der Druckleitung
zum Hydraulik. motor 4 und den Punkt 21 einer vom Steuerschieber 12 zum Tank fUhrenden
Abzweigungsleitung eingeschaltet werden. Durch diese Anordnung des Mengeneinstellorgans
11'können die Steuerleitung 10 und das Folgeventil 9 entfallen. Dies wird dadurch
ermöglicht, daß die Beaufschlagung des Leitungsabschnitts 15 anstelle der Steuerleitung
10 und des Folgeventils 9 unmittelbar die Steuerung der Beaufschlagung des Mengeneinstell-oder
Drosselorgans 11t übernimmt.