DE19824464A1

DE19824464A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Weg- und/oder Kraftübertragung

Info

Publication number: DE19824464A1
Application number: DE1998124464
Authority: DE
Original assignee: Stefan Pfaff Werkzeug- und Formenbau & Cokg GmbH; Stefan Pfaff Werkzeug und Formenbau GmbH and Co KG
Current assignee: Stefan Pfaff Werkzeug- und Formenbau & Cokg GmbH; Stefan Pfaff Werkzeug und Formenbau GmbH and Co KG
Priority date: 1998-05-30
Filing date: 1998-05-30
Publication date: 1999-12-02

Abstract

Beschrieben ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Weg- und/oder Kraftübertragung, bei dem durch geeignete Mittel Druck auf ein in einem Hohlraum enthaltenen Druckübertragungsmedium ausgeübt wird, welcher vom Druckübertragungsmedium auf Mittel zur Umwandlung des Druckes in eine Weg- und/oder Kraftkomponente übertragen wird. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß als Druckübertragungsmedium Festkörper eingesetzt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Weg- und/oder Kraftübertragung nach dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.

In allen Bereichen des Maschinenbaus besteht die Notwendigkeit der Weg- und/oder Kraftübertragung von einem kraftausübenden Mittel auf ein kraftaufnehmenden Mittel. Dies geschieht z. B. mittels hydraulischen oder pneumatischen Mitteln, bei denen ein Weg und/oder eine Kraft über eine Kolben/Zylindereinheit und ein geeignetes Druckmedium übertragen werden. Auch Stellglieder oder Kurbeltriebe werden zur Weg- und/oder Kraftübertragung eingesetzt.

Bei hydraulischen oder pneumatischen Systemen besteht jedoch der Nachteil, daß aufgrund der hohen Arbeitsdrücke eine hervorragende Abdichtung der das Druckübertragungsmedium aufnehmenden Systemkomponenten gewährleistet sein muß. In Bereichen, wo es auf größtmögliche Reinheit ankommt, z. B. im Lebensmittelbereich, können hydraulische Systeme nur unter hohen Sicherheitsvorkehrungen eingesetzt werden. Ferner gibt es Anwendungen, z. B. im Formenbau oder in der Kunststoffverarbeitung, bei denen mit sehr hohen Temperaturen gearbeitet wird, welche an das verwendete Druckmedium hohe Anforderungen an die Temperaturfestigkeit stellen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Weg- und/oder Kraftübertragung vorzuschlagen, welches die oben genannten Probleme bezüglich Dichtigkeit und Temperaturfestigkeit vermeidet.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst.

Die Erfindung beruht auf den Einsatz von Festkörpern als Druckübertragungsmedium, welche entweder aus Keramik, Quarz oder Stahlkugeln bestehen. Es hat sich herausgestellt, daß geeignete Festkörper bestimmter Größe sich wie flüssige Druckübertragungsmedien verhalten und demnach als Ersatz für flüssige oder gasförmige Druckübertragungsmedien geeignet sind. Je nach Grösse des Drucksystems können die Festkörper einen Durchmesser im Bereich von Millimetern bis Zentimetern aufweisen. Der Durchmesser kann jedoch auch kleiner als einen Millimeter sein.

Der Druckaufbau im Druckmedium kann in bekannter Weise über Hydraulikzylinder oder von Hand z. B. mittels einer Spindel, Druckschraube oder Elektrospindel oder auch durch Elektromagnetzylinder erfolgen.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist, daß keine Abdichtungsprobleme bei den das Druckmedium führenden Elementen mehr bestehen, ja sogar keinerlei zusätzliche Dichtmittel mehr notwendig sind, da die Abmessung der als Druckübertragungsmedium eingesetzten Festkörper wesentlich größer ist als das Spiel bzw. die Toleranzen der beweglichen Teile der Weg- und/oder Kraftübertragungsanordnung.

Zur Erleichterung der Montage und Funktion der Festkörper können die einzelnen Kugeln des Paketes mit Ferrit-Magneten, Elektromagneten vormagnetisiert sein, bzw. selbst magnetisch ausgebildet sein.

Mittels Federkraft, Magneten oder Hydraulik kann das Druckmedium unter eine gewisse Vorspannung gesetzt werden.

Es ist notwendig, daß das Ausgleichsvolumen bzw. der Hohlraum zur Aufnahme der Kugeln gehärtete Oberflächen aufweist, da ansonsten ein erheblicher Verschleiß der Oberflächen die Folge wäre. Ein Schmieren der Kugeln mit einem geeigneten Gleitmittel fördert die Funktion und das Gleitverhalten.

Wesentlicher Vorteil des Einsatzes von Festkörpern als Druckübertragungsmedium ist, daß diese hoch wärmefest sind, und keine Dichtprobleme auftreten, wie sie bspw. beim Einsatz von Hydraulikkomponenten entstehen.

Bei Spritzgußwerkzeugen kann das Festkörper- Druckübertragungsmedium als Spann- und Ausgleichspaket arbeiten. Das zu umspritzende Objekt wird von Hand oder einem Robotersystem in die Spritzgußform eingelegt, bzw. das Extrudat in die Vulkanisationsform eingeschoben. In bekannter Weise werden die Formhälfen geschlossen und mit Hochdruck beaufschlagt. Diese Formschließkraft wirkt zunächst auf die äußere Trennebene jedoch noch nicht auf das zu spannende Werkstück.

Der Klemmvorgang und Toleranzausgleich für das zu umspritzende Werkstück erfolgt über einen Rahmen oder über Presstifte, die den gleichmäßigen speziellen Druck des Festkörper-Druckübertragungsmediums übertragen. Nach Erreichen bzw. Überprüfen des Innendrucks im Ausgleichspaket erfolgt die Einspritzfreigabe eventuell mit optischer oder akustischer Anzeige. Die Entlastung des Werkstückes nach dem Spritz- und Kühlvorgang bzw. nach der Vulkanisation erfolgt in umgekehrter Reihenfolge; zuerst die Entlastung im Ausgleichspaket, dann Öffnen der Schließeinheit und die Teileentformung. Dadurch können auch Werkstücke mit großen Toleranzen problemlos gespannt und gefertigt werden. Bei Werkstücken aus empfindlichen Materialien wie z. B. Glas oder Keramik wird ein Bruch (Ausschuß) beim Klemmvorgang sicher verhindert. Ferner ist ein gratarmes Herstellen von Dichtungen mit Verzug im Trennbereich möglich. Die Spritzwerkzeuge können ohne teuere Dicht- bzw. Schneidkanten gefertigt werden.

Der Verschleiß des Spritzwerkzeuges wird erheblich reduziert. Insbesondere bei Aludruckguß ist der Werkzeugverschleiß enorm groß und kann nach Fertigung von 30.000 Teilen bis zu 1 mm betragen. Die Ausgleichspackungen gleichen solche Toleranzen aus und stellen sie automatisch nach. Weiterer Vorteil ist, daß erfindungsgemäss eine sichere Klemmung von Werkstücken aus Duro- und Thermoplast, welche große Schwundmaße aufweisen, möglich ist.

Der Einsatz erfindungsgemässer Druckübertragungsmedien ermöglicht ein gleichmäßiges Spannen oder Klemmen von vorgeformten Einlegeteilen, wie z. B. Weichteilen aus Gummi, Elastomeren, etc.

Ebenso können alle Arten von Spannsystemen mit dem erfindungsgemäßen Druckmedium betrieben werden. Es sind nur unwesentliche Änderungen notwendig, um ein vorhandenes hydraulisch arbeitendes System auf den Betrieb mit einem Festkörper-Druckübertragungsmedium umzurüsten.

Am Beispiel von Spritzgußwerkzeugen werden nachfolgend mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf mehreren Zeichnungsfiguren näher erläutert. Dabei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere Merkmale der Erfindung hervor. Es zeigen:

Fig. 1 ein Spritzgußwerkzeug zum Anspritzen einer Dichtung an ein Werkstück;

Fig. 2 ein Spritzgußwerkzeug zum Umspritzen einer Glas scheibe;

Fig. 3 eine Variante des Spritzgußwerkzeuges gemäß Fig. 2;

Fig. 4 den Einsatz von Druckübertragungsmedien in einem Etagenwerkzeug mit Druckerzeugung im Ausgleichspaket durch Vorspannzylinder;

Fig. 5 den Einsatz von Druckübertragungsmedien in einem Etagenwerkzeug mit Druckerzeugung im Ausgleichspaket durch Hydraulikzylinder;

Fig. 6 Einsatz von Druckübertragungsmedien für die Druckausübung direkt auf die Trennebene zwischen den Formteilen.

Fig. 1 zeigt ein Spritzgußwerkzeug bestehend aus jeweils einer Spannplatte 9, 10, an welche sich jeweils eine Trägerplatte 11, 14 anschließt. Die Trägerplatte 11 enthält dabei die Verteilereinheit die über den Einspritzkanal 12 mit Spritzmasse versorgt wird. In der auswerfseitigen Formplatte 13 ist ein Druckgußteil 1 aufgenommen, an das eine Dichtung 2 aufgespritzt wird. Die geschlossenen Formhälften bilden eine Trennebene 15. Zwischen der Trägerplatte 14 und der Formplatte 13 ist ein Hohlraum vorgesehen in welchem ein Druckübertragungsmedium 3 als Ausgleichspaket angeordnet ist, welches aus einer Vielzahl von kugelförmigen Festkörpern, vorzugsweise Stahlkugeln, besteht. Mittels einer Hydraulikeinheit 6 kann auf dieses Druckübertragungsmedium 3 Druck ausgeübt werden. Der Innendruck des Druckübertragungsmediums 3 wird durch eine Druck- Meßeinrichtung 7 überwacht. Unterhalb des Druckübertragungsmediums 3 befindet sich ein gehärtetes Stahlblech 8, um die Oberfläche der Trägerplatte 14 gegen die Stahlkugeln des Druckübertragungsmediums 3 zu schützen. Der auf das Druckübertragungsmedium 3 ausgeübte Druck überträgt sich auf mehrere Presstifte 5 und auf den Einsatz 4, die das Gußteil 1 klemmen, unabhängig von Toleranzabweichungen oder Verschleißerscheinungen des Druckwerkzeugs im Bereich der Trennebene 15. Der Druck der Presstifte 5 wirkt dabei in Pfeilrichtung 16.

Beispiel 2 stellt das Umspritzen einer Glasscheibe 18 dar. Die Vorspannung auf das Druckübertragungsmedium 21 erfolgt über eine Auswerfeinheit 19 und über Presstifte 20. Das Druckübertragungsmedium 21 überträgt den Druck auf einen umlaufenden Rahmen 22 und ermöglicht es so, das Werkstück im Bereich seiner Kanten, dort wo der Spritzling 17 angespritzt wird, optimal zu klemmen. Durch den Druck des Druckübertragungsmediums entsteht zum Einen eine Dichtzone 23 zwischen Rahmen 22 und Glasscheibe 18 bzw. Trägerplatte 11 und Glasscheibe 18 und weiterhin eine Dichtzone 24 zwischen Rahmen 22 und Trägerplatte 11 im Bereich der Trennebene 15.

Fig. 3 zeigt eine Variante zum Ausführungsbeispiel in Fig. 2. Es ist ein Formeinsatz 25 vorgesehen, welcher der erforderlichen Kontur des Spritzlings 26 angepaßt ist. Das Druckübertragungsmedium 27 wirkt dabei auf eine flexible Wand und diese wiederum wirkt auf die Trennebene 15 und bildet eine Dichtzone 33. Das Druckübertragungsmedium 27 wird mittels einer Hydraulikeinheit 31 mit Druck beaufschlagt. In der Trägerplatte 11 ist ein weiteres Druckübertragungsmedium 28 angeordnet, das über einen Einsatz 29 Druck auf die zu umspritzende Glasscheibe 18 ausübt. Die Vorspannung dieses Druckübertragungsmediums erfolgt über eine Hydraulikeinheit 30. Hier entsteht eine Dichtzone 32 zwischen Einsatz 29 und Glasscheibe 18, die ein Austreten der Spritzmasse verhindert.

Fig. 4 zeigt den Einsatz von Druckübertragungsmedien in einem Etagenwerkzeug. Das Werkzeug umfaßt zwei Spannplatten 35, 36 welche zwischen sich eine Trägerplatte 34 mit Verteilereinheit aufnehmen. Jedes Werkzeug besitzt eine weitere Spannplatte 38 an der sich eine Formplatte 37 anschließt. In der Spannplatte 38 bzw. zwischen Spannplatte 38 und Formplatte 37 ist das Druckübertragungsmedium 39 angeordnet. Das zu umspritzende Werkstück 45 wird mittels eines Einsatzes 43 gehalten, welcher über Presstifte 42 mit Druck beaufschlagt wird, wobei die Presstifte 42 wiederum durch das Druckübertragungsmedium 39 mit Druck beaufschlagt werden. Die Vorspannung im Druckübertragungsmedium 39 geschieht durch einen Vorspannzylinder 40 mit einem Federpaket 41. Die Höhe der Vorspannung kann z. B. per Hand durch eine Einstellschraube eingestellt werden.

Fig. 5 zeigt eine Variante zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4. Es ist hier ebenfalls ein Etagenwerkzeug gezeigt, wobei der Druck auf das Druckübertragungsmedium 39 durch eine Hydraulikeinheit 46 und einen Presstift 47 erzeugt wird.

Fig. 6 zeigt im Beispiel die Herstellung eines Spritzlings in einem Spritzgußwerkzeug mit einer Trägerplatte 48 und einer Formplatte 54. Die Form des Spritzlings wird durch den Formhohlraum 52 gebildet durch die Kontureinsätze 49, 50 und 51 vorgegeben. Die Einspritzeinheit 53 befindet sich in der Trägerplatte 54. Das Druckübertragungsmedium 58 ist in dem Kontureinsatz 49 angeordnet und wird von außen mit einer Kraft F mit Druck beaufschlagt. Dieser Druck wirkt auf eine flexible Wand, welche Druck auf die Trennebene 15 ausübt, so daß sich eine Dichtzone 55 ergibt. Ferner wird Druck auf den Kontureinsatz 50 ausgeübt, so daß sich eine weitere Dichtzone 56 bildet. Es kann ein weiteres Druckübertragungsmedium (nicht gezeigt) vorgesehen sein, welches über einen Presstift 57 auf den Kontureinsatz 51 Druck ausübt. Dieser wiederum übt Druck auf die Trägerplatte 54 aus, so daß sich eine dritte Dichtzone 59 bildet.

Weitere Anwendung der Erfindung sind auch in der Mehrkomponenten-Technik möglich oder im gesamten Werkzeugbau bei Schieberbewegungen. Die Ausgleichspakete stellen eine gute und sichere Möglichkeit dar, um Toleranzproblemen im Werkzeug- und Formenbau begegnen zu können.

Bezugszeichenliste

1

Werkstück

2

Spritzling (Dichtung)

3

Druckübertragungsmedium

4

Einsatz

5

Presstift

6

Hydraulikeinheit

7

Druckmeßeinrichtung

8

Einlage (Stahl/Keramik)

9

Spannplatte

10

Spannplatte

11

Trägerplatte

12

Einspritzkanal

13

Formplatte

14

Trägerplatte

15

Trennebene

16

Pfeilrichtung

17

Spritzling

18

Werkstück

19

Auswerfereinheit

20

Presstift

21

Druckübertragungsmedium

22

Rahmen

23

Dichtzone

24

Dichtzone

25

Formeinsatz

26

Spritzling

27

Druckübertragungsmedium

28

Druckübertragungsmedium

29

Einsatz

30

Hydraulikeinheit

31

Hydraulikeinheit

32

Dichtzone

33

Dichtzone

34

Trägerplatte

35

Spannplatte

36

Spannplatte

37

Formplatte

38

Spannplatte

39

Druckübertragungsmedium

40

Vorspannzylinder

41

Federpaket

42

Presstift

43

Einsatz

44

Spritzling

45

Werkstück

46

Hydraulikeinheit

47

Presstift

48

Formplatte

49

Kontureinsatz

50

Kontureinsatz

51

Kontureinsatz

52

Formhohlraum

53

Einspritzdüse

54

Trägerplatte

55

Dichtzone

56

Dichtzone

57

Presstift

58

Druckübertragungsmedium

59

Dichtzone

Claims

1. Verfahren zur Weg- und/oder Kraftübertragung, bei dem durch geeignete Mittel Druck auf ein in einem Hohlraum enthaltenes Druckübertragungsmedium ausgeübt wird, welcher vom Druckübertragungsmedium auf Mittel zur Umwandlung des Druckes in eine Weg- und/oder Kraftkomponente übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckübertragungsmedium Festkörper eingesetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß kugelförmige Festkörper eingesetzt werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckaufbau im Druckübertragungsmedium mittels einer Hydraulikeinheit erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckaufbau im Druckübertragungsmedium von Hand mittels eines Spindeltriebs, einer Druckschraube oder dergleichen erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckübertragungsmedium mittels eines Federpakets, mittels Magneten oder hydraulischen Komponenten unter Vorspannung gesetzt wird.

6. Vorrichtung zur Weg- und/oder Kraftübertragung, gekennzeichnet durch:

1. einen Hohlraum mit einem darin enthaltenen Druckübertragungsmedium (3; 21; 39);
2. Mittel (6; 30; 40, 41) zur Ausübung von Druck auf das Druckübertragungsmedium (3; 21; 39); und
3. Mittel (5; 4; 22) zur Umwandlung des vom Druckübertragungsmedium ausgeübten Drucks in eine Weg und/oder Kraftkomponente.

7. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckübertragungsmedium (3; 21; 39) aus kugelförmigen Festkörpern besteht.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die kugelförmigen Festkörper aus Stahl, Keramik oder Glas bestehen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die kugelförmigen Festkörper magnetisiert sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß kugelförmigen Festkörper durch ein Gleitmittel geschmiert sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Ausübung von Druck auf das Druckübertragungsmedium (3; 21; 39) aus mindestens einer Hydraulikeinheit (6) bestehen.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Ausübung von Druck auf das Druckübertragungsmedium aus mindestens einem Spindeltrieb oder einer Druckschraube oder dergleichen besteht.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Ausübung von Druck auf das Druckübertragungsmedium aus mindestens einem Federpaket (41), Magnet oder einer hydraulischen Komponenten besteht, welche das Druckübertragungsmedium unter konstante Vorspannung setzen.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckmeßeinrichtung für die Drucküberwachung im Druckübertragungsmedium (3; 21; 39) vorhanden ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die das Druckübertragungsmedium (3; 21; 39) umgebenden Oberflächen des Hohlraums gehärtete Oberflächen sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie Teil eines Spritzgußwerkzeuges ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Spritzgußwerkzeug mindestens zwei Formeinsätze (4, 13) umfaßt, die durch eine von außen wirkende Kraft geschlossen werden können, daß im Spritzgußwerkzeug oder Teilen davon mindestens ein besagter Hohlraum angeordnet ist, in welchem das Druckübertragungsmedium (3; 21; 39) angeordnet ist, wobei der Druck über das Druckübertragungsmedium (3; 21; 39) direkt oder indirekt auf die Kontur oder Trennung der Formeinsätze (4, 13) oder ein Werkstück (1) übertragen wird.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckübertragungsmedium (3; 21; 39) auf mindestens einen Presstift (5; 20; 47) wirkt, welcher direkt oder über einen Einsatz (4) auf ein Werkstück (1) Druck ausübt.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckübertragungsmedium (3; 21; 39) direkt aus einen ein Werkstück (18) klemmenden Rahmen (29) wirkt.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckübertragungsmedium (3; 21; 39) direkt auf die Trennebene (15) zwischen den Formeinsätzen/Kontureinsätzen (49-51, 54) wirkt.