DE19756721A1 - Antrieb für eine Spritzgießmaschine und Verfahren zum Betreiben eines solchen Antriebs - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Antrieb für eine Spritzgießma­ schine, deren Schließeinheit eine bewegliche Werkzeugaufspann­ platte aufweist, die von einer Hydromaschine verfahrbar ist, deren Rotationsbewegung über ein Getriebe in eine lineare Bewe­ gung der Werkzeugaufspannplatte umgewandelt wird.

Es sind verschiedenartige Antriebe für die bewegliche Werkzeug­ aufspannplatte der Schließeinheit einer Spritzgießmaschine be­ kannt. So zeigt z. B. die EP 0 135 652 A1 eine Spritzgießmaschi­ ne, bei der die bewegliche Werkzeugaufspannplatte von einem Hy­ drozylinder, also von einem hydraulischen Linearmotor verfahren wird.

Aus vielen anderen Druckschriften sind Spritzgießmaschinen be­ kannt, bei denen der Antrieb für die bewegliche Aufspannplatte einen Rotationsmotor umfaßt. So zeigt etwa die EP 0 167 631 B1 eine Spritzgießmaschine mit einem elektrischen Servomotor, der über ein Ritzel eine Kugelumlaufbüchse drehend antreibt, durch die hindurch sich eine Spindel erstreckt, die fest mit der Werkzeugaufspannplatte verbunden ist. Wenn der Elektromotor die in Bewegungsrichtung der Werkzeugaufspannplatte ortsfeste Kugelumlaufbüchse antreibt, wandert die Spindel und mit ihr die Werkzeugaufspannplatte in axialer Richtung. Bei einer aus der EP 0 427 438 A1 bekannten Spritzgießmaschine treibt ein Elek­ tromotor über mehrere Zahnrädergetriebestufen ein mit einer Zahnstange kämmendes Ritzel an. Die Zahnstange ist fest mit der beweglichen Werkzeugaufspannplatte verbunden und bewegt diese je nach Drehrichtung des Elektromotors in Schließ- oder Öff­ nungsrichtung des Werkzeugs.

Ein hydrostatischer Antrieb für eine Spritzgießmaschine, der die Merkmale aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufweist, ist aus der DE 37 18 106 A1 bekannt. Dort wird eine in Axialrich­ tung ortsfest angeordnete Kugelspindel über ein erstes Zahnrad, das fest auf der Kugelspindel sitzt, einen Zahnriemen und ein zweites Zahnrad, das auf der Abtriebswelle eines Hydromotors befestigt ist, rotierend angetrieben. Diese rotierende Bewegung wird über eine Kugelumlaufbüchse in eine lineare Bewegung der beweglichen Werkzeugaufspannplatte umgesetzt. Ein Hydromotor baut gegenüber einem Elektromotor bei gleichem Leistungsvermö­ gen viel kleiner, so daß ein kompakter Maschinenaufbau möglich ist. Allerdings muß der Hydromotor von einer Druckmittelquelle mit Druckmittel versorgt werden, wobei als Druckmittelquelle üblicherweise eine von einem Elektromotor angetriebene Hydro­ pumpe dient.

Ziel der Erfindung ist es, für die bewegliche Werkzeugaufspann­ platte einer Spritzgießmaschine ein hydrostatisches Antriebssy­ stem zu schaffen, der mit einer kleineren installierten elek­ trischen Leistung als bisherige hydrostatische Antriebe aus­ kommt.

Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß das hydrostatische Antriebssystem ein solches mit Sekundärregelung ist und eine von einem Elektromotor angetriebene Hydropumpe, von der Druckmittel in eine Druckleitung förderbar ist, eine die mit der Werkzeugaufspannplatte gekoppelte Hydromaschine bildende hydrostatische Sekundäreinheit, die an die Drucklei­ tung angeschlossen ist, und einen Hydrospeicher umfaßt, der ebenfalls an die Druckleitung angeschlossen ist. Bei einem sol­ chen hydrostatischen Antriebssystem mit Sekundärregelung kann aus zweierlei Gründen die installierte elektrische Leistung we­ sentlich geringer als bei einem rein elektrischen Antrieb oder bei einem hydrostatischen Antrieb mit Volumenstromkoppelung ge­ halten werden. Zum einen ist es möglich, auch in den Zeiten, in denen die bewegliche Werkzeugaufspannplatte stillsteht, also bei geschlossenem und ganz geöffnetem Werkzeug, die Hydropumpe durch den Elektromotor anzutreiben und in den genannten Totzei­ ten den Hydrospeicher aufzufüllen, so daß für die anfängliche Beschleunigung der Werkzeugaufspannplatte trotz kleiner Lei­ stung des Elektromotors viel Druckmittel unter hohem Druck zur Verfügung steht. Zum andern kann während des Abbremsens der Werkzeugaufspannplatte die Sekundäreinheit als Hydropumpe fun­ gieren und aus einem Tank Druckmittel in die Druckleitung und in den Hydrospeicher fördern. Somit wird ein Teil der in die Beschleunigung der Werkzeugaufspannplatte hineingesteckten Energie während der Abbremsung wieder zurückgewonnen. Durch die Hydropumpe und den sie antreibenden Elektromotor müssen jeweils nur die Verluste an nicht wieder nutzbarer Energie ausgeglichen werden.

Die Zeit, in der das Werkzeug geschlossen ist, kann verschieden von derjenigen sein, in der das Werkzeug offen ist. Man wird den Elektromotor und die Hydropumpe jeweils so auslegen, daß in der jeweils kürzeren Totzeit der Hydrospeicher auf den für die folgende Bewegung der Werkzeugaufspannplatte notwendigen Druck aufgeladen wird. In der längeren Totzeit kann der Elektromotor zeitweise stillgesetzt werden. In diesem Fall ist es günstig, wenn gemäß Anspruch 2 zwischen der Anschlußstelle des Hydro­ speichers an die Druckleitung und der Hydropumpe in der Druck­ leitung ein Ventil angeordnet ist, durch das ein Druckmittel­ fluß von der Sekundäreinheit und vom Hydrospeicher zur Hydro­ pumpe verhindert wird. Sonst würde eventuell die Hydropumpe als Hydromotor arbeiten und den Elektromotor antreiben. Das Ventil ist gemäß Anspruch 3 vorzugsweise ein von der Sekundäreinheit zur Hydropumpe hin sperrendes Rückschlagventil.

Vorzugsweise wird gemäß Anspruch 4 ein Elektromotor zum Antrieb der Hydropumpe verwendet, dessen Drehzahl über ein Steuergerät veränderbar ist. Die Hydropumpe ist vorzugsweise eine Konstant­ pumpe. Es ist denkbar, den Elektromotor jeweils mit einer sol­ chen Drehzahl anzutreiben, daß am Ende einer Totzeit ein Druck herrscht, der für den Bewegungszyklus der Werkzeugaufspannplat­ te als besonders günstig angesehen wird. Günstiger erscheint es jedoch, den hydrostatischen Antrieb gemäß einem Verfahren zu betreiben, wie es in Anspruch 6 angegeben ist. Danach wird der Elektromotor unabhängig von der Dauer der Totzeit, in der die Werkzeugaufspannplatte ruht und die auch von Werkstück zu Werk­ stück unterschiedlich sein kann, jeweils mit einer Drehzahl ho­ hen Wirkungsgrades betrieben. Wird im Hydrospeicher schließlich ein Druck erreicht, der für den Bewegungszyklus der Werkzeug­ aufspannplatte als günstig angesehen wird und vorgegeben ist, so wird der Elektromotor ausgeschaltet. Die Wirkungsgradverlu­ ste sind dann besonders gering.

Hydrostatische Antriebe mit Sekundärregelung sind an sich all­ gemein bekannt, so daß sich nähere Ausführungen zu ihrer Funk­ tionsweise erübrigen. Darüber hinaus wird auf das Buch "Hydrostatische Antriebe mit Sekundärregelung" verwiesen, das in der Reihe "Der Hydraulik Trainer" als Band 6 erschienen und von der Mannesmann Rexroth AG herausgegeben worden ist.

Zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen hydrostati­ schen Antriebs für eine Spritzgießmaschine sind in den Zeich­ nungen dargestellt. Anhand dieser Zeichnungen wird die Erfin­ dung nun näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 das erste Ausführungsbeispiel, bei dem die bewegliche Werkzeugaufspannplatte unmittelbar mit einer Kugelum­ laufbüchse verbunden ist, die auf einer Kugelspindel entlangläuft, und

Fig. 2 das zweite Ausführungsbeispiel, bei dem zwischen der Kugelumlaufbüchse und der Werkzeugaufspannplatte eine Kniehebelanordnung vorhanden ist.

Bei beiden Ausführungsbeispielen ist für den rotierenden An­ trieb der Kugelspindel 10 dasselbe hydrostatische Antriebssy­ stem verwendet. Dieses umfaßt eine Hydropumpe 11, die von einem in seiner Drehzahl einstellbaren Elektromotor 12 antreibbar ist und Druckmittel, das sie aus einem Tank 13 ansaugt, in eine Druckleitung 14 abgibt. Die Hydropumpe hat ein konstantes För­ dervolumen, drückt also bei jeder Umdrehung ihrer Antriebswelle dieselbe Menge Druckmittel in die Druckleitung hinein.

In der Druckleitung 14 ist ein Rückschlagventil 15 angeordnet, das zur Hydropumpe 11 hin sperrt. Es kann unmittelbar am Gehäu­ se der Hydropumpe sitzen.

Insgesamt ist das hydrostatische Antriebssystem für die Kugel­ spindel 10 ein sekundärgeregeltes Antriebssystem, zu dem eine hydrostatische Sekundäreinheit 20 gehört. Diese ist mit einem ersten Anschluß 21 mit der Druckleitung 14 und mit einem zwei­ ten Anschluß 22 mit einer Tankleitung 23 verbunden, die zum Tank 13 führt. Die Sekundäreinheit 20 kann in ihrem Hubvolumen von einem maximalen positiven Wert über null bis zu einem maxi­ malen negativen Wert verstellt werden und arbeitet in einem so­ genannten Vierquadrantenbetrieb. Dies bedeutet, daß die Sekun­ däreinheit 20 in beiden Drehrichtungen ihrer Abtriebswelle un­ ter Beibehaltung der Drehrichtung sowohl als Hydromotor als auch als Hydropumpe arbeiten kann. Im Betrieb als Hydromotor strömt Druckmittel von der Druckleitung 14 über die Sekun­ däreinheit 20 in die Tankleitung 23 und zum Tank 13. Im Betrieb als Hydropumpe saugt die Sekundäreinheit 20 über die Tanklei­ tung 23 Druckmittel aus dem Tank 13 an und gibt es in die Druckleitung 14 ab.

Zwischen dem Rückschlagventil 15 und der Sekundäreinheit 20 ist an die Druckleitung 14 ein Hydrospeicher 24 angeschlossen. Na­ türlich können auch mehrere Hydrospeicher 24 vorhanden sein. In den beiden Ausführungsbeispielen handelt es sich beim Hydro­ speicher um einen sogenannten Blasenspeicher. Der Druck in ihm wird von einem Drucksensor 25 erfaßt und in ein elektrisches Signal umgewandelt, das an eine elektrische Steuereinheit 26 gegeben wird. Diese stellt in Abhängigkeit von ihrer Program­ mierung und in Abhängigkeit von weiteren Betriebsparametern, die ihr in nicht näher dargestellter Weise zugeführt werden, die Drehzahl des Elektromotors 12 ein oder gibt dem die Dreh­ zahl null vor.

Üblicherweise besitzen Spritzgießmaschinen eine ortsfeste Werk­ zeugaufspannplatte 29 und eine bewegliche Werkzeugaufspannplat­ te 30, die zur Bildung der Form für ein Werkstück zusammen- und zur Entnahme des Werkstücks auseinandergefahren werden. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist eine Kugelumlaufbüchse 31, durch die die Kugelspindel 10 hindurchgeht, ortsfest bezüglich der Werkzeugaufspannplatte 30 angeordnet und fest mit dieser verbunden. Die Einheit ist linear in Richtung der Achse der Ku­ gelspindel 10 geführt. Durch Drehen der Kugelspindel 10 in die eine Richtung wird die Werkzeugaufspannplatte 30 zur Werkzeug­ aufspannplatte 29 hinbewegt, durch Drehung der Kugelspindel 10 in die andere Richtung von der Werkzeugaufspannplatte 29 wegbe­ wegt.

In ihrer Schließstellung wird die Werkzeugaufspannplatte 30 durch hydraulische Zylinder 32 gegen den Druck im Innern der Form an der ortsfesten Werkzeugaufspannplatte 29 gehalten.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist zwischen der be­ weglichen Werkzeugaufspannplatte 30 und einer Kugelumlaufbüchse 31 eine Kniehebelanordnung 33 vorgesehen. Diese hält die beweg­ liche Werkzeugaufspannplatte 30 ohne zusätzliche Maßnahmen in ihrer Schließstellung an der ortsfesten Werkzeugaufspannplatte 29.

Beginnend mit der Schließbewegung der beweglichen Werkzeugauf­ spannplatte 30 sei nun ein Arbeitszyklus betrachtet. Der Elek­ tromotor 12 treibt die Hydropumpe 11 mit einer Drehzahl, bei der ein hoher Wirkungsgrad besteht, an. Der Hydrospeicher 24 ist auf einen bestimmten Druck aufgeladen. Zur Beschleunigung der Werkzeugaufspannplatte 30 arbeitet die Sekundäreinheit 20 als Hydromotor und wird auf ein großes Hubvolumen eingestellt. Die Sekundäreinheit 20 erzeugt deshalb ein hohes Drehmoment und beschleunigt die Werkzeugaufspannplatte schnell. Dabei wird viel mehr Druckmittel aus dem Hydrospeicher 24 entnommen, als die Hydropumpe 11 in ihn fördert. Der Druck in der Druckleitung 14 und im Hydrospeicher 24 nimmt also ab. Sobald die Werkzeug­ aufspannplatte 30 ihre maximale Geschwindigkeit erreicht hat, schwenkt die Sekundäreinheit 20 so weit zurück, daß von dem von ihr abgegebenen Drehmoment nur noch Reibungsverluste ausgegli­ chen werden. Die Geschwindigkeit der Werkzeugaufspannplatte 30 ist dann konstant. Zum Abbremsen der Werkzeugaufspannplatte 30 wird die Sekundäreinheit 20 über null verschwenkt. Unter Beibe­ haltung der Drehrichtung ihrer Abtriebswelle und unter Beibe­ haltung der Drehrichtung der Kugelspindel 10 arbeitet die Se­ kundäreinheit 20 nun als Pumpe und fördert aus der Tankleitung 23 angesaugtes Druckmittel in den Hydrospeicher 24. Es kann durchaus sein, daß vor dem endgültigen Schließen der Werkzeug­ aufspannplatte 30 der Bremsvorgang beendet ist und die Sekun­ däreinheit 20 wieder zurückschwenkt und noch einmal als Hydro­ motor arbeitet, bis die bewegliche Werkzeugaufspannplatte 30 in relativ langsamer Fahrt ihre Schließstellung erreicht hat. Wäh­ rend der nun folgenden Totzeit wird die Hydropumpe 11 weiterhin vom Elektromotor 12 angetrieben, bis der Druck im Hydrospeicher 24 einen vorgegebenen Wert erreicht. Sobald der Drucksensor 25 diesen Druck meldet, schaltet die Steuereinheit 26 den Elektro­ motor 12 aus. Durch das Rückschlagventil 15 wird verhindert, daß während der Ausschaltzeit des Elektromotors 12 Druckmittel aus dem Hydrospeicher 24 über die Hydropumpe 11 zum Tank 13 entweicht. Wenn der Einspritzvorgang beendet ist und das Werk­ stück bis zur Formstabilität abgekühlt ist, wird zur Beschleu­ nigung der Werkzeugaufspannplatte 30 in Öffnungsrichtung die Sekundäreinheit 20 von null in eine Richtung verschwenkt, daß sich die Abtriebswelle und die Kugelspindel 10 umgekehrt wie während der Schließbewegung drehen. Es wird nun sofort viel Druckmittel verbraucht, das aus dem Hydrospeicher 24 über die Sekundäreinheit 20 und die Tankleitung 23 zum Tank 13 abfließt. Der Elektromotor 12 wird eingeschaltet, damit durch die Pumpe 11 zumindest ein Teil des abfließenden Druckmittels ersetzt wird. Nach der Beschleunigungsphase schwenkt die Sekundärein­ heit 20 wieder zurück und schließlich, um die Werkzeugaufspann­ platte 30 abzubremsen, über null in die Gegenrichtung aus. Jetzt arbeitet die Sekundäreinheit 20 wieder als Hydropumpe und hilft mit, den Hydrospeicher 24 auf den gewünschten Druck auf­ zufüllen. Je nach der Zeitdauer, die bis zu Beginn der Schließ­ bewegung der Werkzeugaufspannplatte 30 vergeht, wird auch jetzt der Elektromotor 12 für eine bestimmte Zeit ausgeschaltet. Wäh­ rend des Stillstands der Werkzeugaufspannplatte 30 kann die Se­ kundäreinheit 20 ausgeschwenkt bleiben, wenn die Werkzeugauf­ spannplatte 30 an einem Anschlag anliegt. Vorzugsweise wird die Sekundäreinheit 20 jedoch auf ein Hubvolumen nahe null zurück­ geschwenkt.

Claims (6)

1. Hydrostatisches Antriebssystem für eine Spritzgießma­ schine mit einer beweglichen Werkzeugaufspannplatte (30), die von einer Hydromaschine (20) verfahrbar ist, deren Rotationsbe­ wegung über ein Getriebe (10, 31) in eine lineare Bewegung der Werkzeugaufspannplatte (30) umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß es ein hydrostatisches Antriebssy­ stem mit Sekundärregelung ist und eine von einem Elektromotor (12) angetriebene Hydropumpe (11), von der Druckmittel in eine Druckleitung (14) förderbar ist, eine die mit der Werkzeugauf­ spannplatte (30) gekoppelte Hydromaschine bildende hydrostati­ sche Sekundäreinheit (20), die an die Druckleitung (14) ange­ schlossen ist, und einen Hydrospeicher (24) umfaßt, der eben­ falls an die Druckleitung (14) angeschlossen ist.

2. Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Anschlußstelle des Hydrospei­ chers (24) an die Druckleitung (14) und der Hydropumpe (11) in der Druckleitung (14) ein Ventil (15) angeordnet ist, durch ,das ein Druckmittelfluß von der Sekundäreinheit (20) und vom Hydro­ speicher (24) zur Hydropumpe (11) verhinderbar ist.

3. Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein von der Sekundäreinheit (20) zur Hydropumpe (11) hin sperrendes Rückschlagventil (15) ist.

4. Hydrostatisches Antriebssystem nach einem vorhergehen­ den Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß über eine elektrische Steuereinheit (26) die Drehzahl des Elektromotors (12) verän­ derbar ist.

5. Hydrostatisches Antriebssystem nach einem vorhergehen­ den Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Getriebe eine Spindel (10) gehört.

6. Verfahren zum Betreiben eines hydrostatischen Antriebs­ systems nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Elektromotor (12) jeweils mit einer Drehzahl hohen Wirkungsgrades betrieben und zeitweise ausgeschaltet wird.