DE202008014672U1 - Anordnung mit einem Formteil - Google Patents

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Abstract

Anordnung mit einem Formwerkzeug, wobei das Formwerkzeug einen durch einen ersten Antrieb verfahrbaren Werkzeugbestandteil, insbesondere Schlitten, aufweist und wobei im Formwerkzeug eine durch den verfahrbaren Werkzeugbestandteil teilweise begrenzte größenveränderliche Kavität ausgebildet ist und mit einer durch einen zweiten Antrieb antreibbaren Einbringvorrichtung zum Einbringen von Kunststoff als Schmelzestrom in die Kavität, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung (1) eine Synchronisierungsvorrichtung für den ersten und zweiten Antrieb (7, 8) zur Abstimmung der Bewegungen des verfahrbaren Werkzeugbestandteils (3b) und der Einbringvorrichtung aufweist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Formwerkzeug, wobei das Formwerkzeug einen durch einen ersten Antrieb verfahrbaren Werkzeugbestandteil, insbesondere Schlitten, aufweist und wobei im Formwerkzeug eine durch den verfahrbaren Werkzeugbestandteil teilweise begrenzte größenveränderliche Kavität ausgebildet ist und mit einer durch einen zweiten Antrieb antreibbaren Einbringvorrichtung zum Einbringen von Kunststoff als Schmelzestrom in die Kavität.
  • Eine derartige Anordnung ist beispielsweise in der WO 2006/045720 A1 und der WO 2007/128787 A1 gelehrt.
  • Die gattungsgemäße Anordnung unterscheidet sich beispielsweise von herkömmlichen Spritzgießmaschinen dadurch, dass sie es ermöglicht, die größenveränderliche Kavität, welche zu Anfang eines Herstellungszyklus üblicherweise eine erste minimale Größe aufweist, nach Auffüllung des minimalen Volumens kontinuierlich zu vergrößern, sodass der entstehende Formteil durch fortgesetztes Einbringen von Kunststoff anwächst, wobei die bereits in die Kavität eingebrachte Masse durch das Verschieben eines Schlittens immer weiter von der Angießstelle weg verfahren wird und besonders bei der Ausbildung sehr langer Formteile den Bereich des Formwerkzeugs in erstarrter Form verlassen kann. Durch die Verschiebbarkeit des verfahrbaren Werkzeugbestandteils wird also bei der gattungsgemäßen Anordnung stets ein ausreichender Raum für die neu zu bildenden Abschnitte des Formteils geschaffen, bis der Formteil bei Erreichen einer vorbestimmten Länge fertig ausgeformt ist. Vorteilhaft ist bei der gattungsgemäßen Anordnung, dass der Formteil auf seine endgültige Länge anwachsen kann, jedoch der vom Schmelzestrom zurückzulegende Fließweg zumindest im Wesentlichen konstant bleibt. Die Länge der Formteile kann in aufeinander folgenden Herstellungsverfahren verändert werden ohne am Formwerkzeug Änderungen durchführen zu müssen. Es ist aus der erstgenannten Offenlegungsschrift bekannt, bei einem Formwerkzeug mehr als nur einen verfahrbaren Werkzeugbestandteil vorzusehen.
  • Die WO 2006/045720 A1 lehrt als Option zwei im Formwerkzeug angeordnete verfahrbare Werkzeugbestandteile (in der WO 2006/045720 A1 als „Kern" und „beweglicher Formeinsatz" bezeichnet) so anzutreiben und zu steuern, dass der eine verfahrbare Werkzeugbestandteil synchron und übereinstimmend zur Bewegung des anderen verfahrbaren Werkzeugbestandteils bewegt wird. Diese Bewegung kann entweder über Linearantriebe oder über eine Steuerung bzw. Regelung der Druckverhältnisse in der Kavität über die Einbringvorrichtung für den Kunststoff (Spritzaggregat) erfolgen.
  • Beim Stand der Technik besteht das Problem, dass es zu einer ungleichmäßigen Füllung der in jedem Zeitpunkt des Herstellungsverfahrens vorhandenen momentanen Kavität mit Kunststoff kommen kann, wenn zum Beispiel die Verfahrgeschwindigkeit des verfahrbaren Werkzeugbestandteils aufgrund des ersten Antriebs so groß ist, dass es bei einer durch den zweiten Antrieb vorgegebenen Bewegung der Einbringvorrichtung nicht zu einem ausreichend großen Schmelzestrom zur volumetrischen Füllung der momentanen Kavität kommt. Genauso kann das Problem bestehen, dass der verfahrbare Werkzeugbestandteil eine zu geringe Geschwindigkeit aufweist und somit in der Kavität durch das durch die Einbringvorrichtung nachgeförderte Kunststoffmaterial ein unerwünscht hoher Innendruck entsteht.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Anordnung derart weiterzuentwickeln, dass dieses Problem behoben wird.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Durch das Vorsehen einer Synchronisierungsvorrichtung für den ersten und zweiten Antrieb zur Abstimmung der Bewegungen des verfahrbaren Werkzeugbestandteils und der Einbringvorrichtung wird erreicht, dass zu jedem Zeitpunkt des Herstellungsverfahrens die momentane Größe der Kavität und die momentane Menge an in die Kavität durch die Einbringvorrichtung eingebrachtem Schmelzestrom stets optimal aufeinander abgestimmt werden können, was die Herstellung von Formteilen mit einer optimalen Qualität erlaubt. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die momentane Kavität, deren Größe durch die Bewegung des verfahrbaren Werkzeugbestandteils und damit durch den ersten Antrieb festgelegt wird einerseits und die Größe des Schmelzestroms, welche durch die Einbringvorrichtung und damit durch den zweiten Antrieb festgelegt wird, andererseits, stets so aufeinander abgestimmt sind, dass es zu einer ausreichenden Füllung der Kavität oder zu einem nicht zu hohen oder niedrigen Innendruck in der Kavität kommt. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • Obwohl es an sich möglich und vorstellbar ist, die Synchronisierungsvorrichtung als mechanische Koppelung zwischen dem ersten und zweiten Antrieb auszubilden und so eine mechanische Abstimmung der Bewegungen des verfahrbaren Werkzeugbestandteils und der Einbringvorrichtung zu erzwingen, ist es besonders bevorzugt vorgesehen, die Synchronisierungsvorrichtung in wenigstens einer elektronischen Steuer- oder Regelvorrichtung der Anordnung auszubilden.
  • Dies kann beispielsweise derart geschehen, dass in der wenigstens einen elektronischen Steuer- oder Regelvorrichtung ein Datensatz abgelegt ist, der vorgegebene Positionen des verfahrbaren Werkzeugbestandteils und der Einbringvorrichtung als Steuer- bzw. Regelgrößen zur Herstellung eines Formteils aufweist, wobei die vorgegebenen Positionen des verfahrbaren Werkzeugbestandteils und der Einbringvorrichtung in einer festen vorbestimmten – vorzugsweise proportionalen – Beziehung zueinander stehen.
  • Beispielsweise können die vorgegebenen Positionen Xs(t) des verfahrbaren Werkzeugbestandteils zu einer bestimmten Zeit t und die vorgegebenen Positionen XE(t) der Einbringvorrichtung zu einer bestimmten Zeit t durch die folgende Formel gegeben sein. Xs(t) × Ls = Xe(t) × Le
  • Dabei bezeichnen Ls bzw. Le jeweils den gesamten möglichen Verfahrweg des verfahrbaren Werkzeugbestandteils bzw. der Einbringvorrichtung.
  • Es wäre natürlich auch denkbar, anstelle der Positionen alternativ die Geschwindigkeiten des verfahrbaren Werkzeugbestandteils und der Einbringvorrichtung durch die dieselbe Gleichung festzulegen.
  • Besonders dann, wenn die beiden Antriebe als an sich sehr genaue Servomotoren ausgebildet sind, kann es ausreichend sein, die Synchronisierungsvorrichtung in einer elektronischen Steuervorrichtung, d. h. ohne das Vorsehen einer Rückkopplungsschleife auszubilden. Es kann natürlich auch (unabhängig von der Art der Antriebe) vorgesehen sein, eine Rückkopplungsschleife einzuführen, d. h. die Synchronisierungsvorrichtung in einer Regelvorrichtung auszubilden.
  • Prinzipiell kann es genügen, eine einzige elektronische Steuer- oder Regelvorrichtung für beide Antriebe vorzusehen. Es kann aber auch vorgesehen sein, dem ersten und zweiten Antrieb gesonderte elektronische Steuer- oder Regelvorrichtungen zuzuordnen. In diesem Fall kann vorgesehen sein, dass in der elektronischen Steuer- oder Regelvorrichtung für den ersten Antrieb nur die vorgegebenen Positionen des verfahrbaren Werkzeugbestandteils als Steuer- oder Regelgrößen abgelegt sind und dass in der elektronischen Steuer- oder Regelvorrichtung für den zweiten Antrieb nur die vorgegebenen Positionen der Einbringvorrichtung als Steuer- oder Regelgröße abgelegt sind.
  • In jedem Fall kann vorgesehen sein, die Synchronisierungsvorrichtung in einer zentralen elektronischen Steuer- oder Regelvorrichtung der Anordnung, beispielsweise der Spritzgießmaschine auszubilden.
  • Vor allem dann, wenn eine Regelung vorgesehen ist, erweist es sich als günstig, eine Positionsmesseinrichtung zum Erfassen der Position des ersten und/oder zweiten Antriebs und/oder zum Erfassen der Position des verfahrbaren Werkzeugbestandteils und/oder der Einbringvorrichtung vorzusehen.
  • Grundsätzlich sind verschiedenste Ausbildungen der Einbringvorrichtung denkbar. So kann vorgesehen sein, dass die Einbringvorrichtung wie bei einer Spritzgießmaschine eine in einem Zylinder axial bewegbare Plastifizierschnecke aufweist. Es ist aber auch möglich, die Plastifizierschnecke nur drehbar im Zylinder (also axial feststehend) anzuordnen, wie dies an sich bei Extrudern bekannt ist.
  • Für den Fall, dass die Einbringvorrichtung eine in einem Zylinder drehbar gelagerte feststehende Plastifizierschnecke (Extruderschnecke) aufweist, kann weiters vorgesehen sein, zwischen der Kavität und der Extruderschnecke eine Schmelzepumpe anzuordnen. Eine derartige Schmelzepumpe dient dazu, den Schmelzestrom mit einem meistens etwas höheren Druck als dem durch die Extruderschnecke zur Verfügung gestellten in die Kavität einzubringen. Bei einer derartigen Ausbildung kann vorgesehen sein, dass der zweite Antrieb die Drehbewegung der Schmelzepumpe antreibt.
  • Prinzipiell ist es auch denkbar, dass die Einbringvorrichtung eine Kolbeninjektionsvorrichtung aufweist, wobei der Injektionskolben der Kolbeninjektionsvorrichtung über ein Schmelzereservoir mit einer Plastifizierschnecke in Verbindung stehen kann, wie dies an sich bei Compounder-Spritzgießmaschinen bekannt ist. Die Plastifizierschnecke kann als Extruderschnecke ausgebildet sein.
  • In diesem Fall wird der Injektionskolben durch den zweiten Antrieb angetrieben und werden also die Bewegungen des verfahrbaren Werkzeugbestandteils und des Injektionskolbens aufeinander abgestimmt.
  • Ein derartiges Schmelzereservoir kann natürlich auch in Kombination mit der oben genannten Schmelzepumpe eingesetzt werden. Wahlweise kann dann der zweite Antrieb die Schmelzepumpe, das Schmelzereservoir oder die Plastifizierschnecke (axial oder rotatorisch) antreiben.
  • Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Formteils unter Verwendung eines Formwerkzeugs mit einem verfahrbaren Werkzeugbestandteil, insbesondere Schlitten, und einer verfahrbaren Einbringvorrichtung zum Einbringen von Kunststoff als Schmelzestrom in eine im Formwerkzeug ausgebildete und durch den verfahrbaren Werkzeugbestandteil teilweise begrenzte größenveränderliche Kavität, wobei Kunststoff als Schmelzestrom in die Kavität eingebracht wird, können die bei einem Herstellungsverfahren nach dem in der Beschreibungseinleitung genannten Stand der Technik vorliegenden Probleme, welche sich sinngemäß aus den bei der gattungsgemäßen Anordnung vorliegenden Problemen ergeben, dadurch gelöst werden, dass die Bewegungen des verfahrbaren Werkzeugbestandteils und der Einbringvorrichtung während des Einbringens des Kunststoffs in die Kavität aufeinander abgestimmt erfolgen.
  • Das Abstimmen der Bewegungen kann dabei derart erfolgen, dass die Bewegungen des verfahrbaren Werkzeugbestandteils und der Einbringvorrichtung bzw. des jeweiligen Antriebs festgelegt werden, bereits bevor der Kunststoff in die Kavität des Formwerkzeugs eingebracht wird. Dies ist beispielsweise mit der oben stehenden in einer elektronischen Steuer- oder Regelvorrichtung ausgebildeten Synchronisierungsvorrichtung möglich. In diesem Fall kann nämlich das Abstimmen der Bewegungen aufeinander durch einen in der elektronischen Steuer- oder Regelvorrichtung vorabgelegten Datensatz erfolgen.
  • Es kann aber alternativ auch vorgesehen sein, dass das Abstimmen der Bewegungen während des Einbringens von Kunststoff in die Kavität in geregelter Weise erfolgt. Dies kann auch zusätzlich zu dem Abstimmen der Bewegungen vor dem Einbringen des Kunststoffs in die Kavität wie oben beschrieben erfolgen. In diesem Fall wird durch die Regelschleife kontrolliert, ob das Abstimmen der Bewegungen tatsächlich in der gewünschten vordefinierten Weise erfolgt. Gegebenenfalls kann ein Nachregeln der Bewegungen zur Erzielung der gewünschten Abstimmung erfolgen.
  • Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das Antreiben des verfahrbaren Werkzeugbestandteils und/oder Einbringvorrichtung durch Servomotoren erfolgt.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der Figuren sowie der dazugehörigen Figurenbeschreibung. Dabei zeigen:
  • 1 bis 3 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung in drei schematischen Ansichten, während der Herstellung eines Formteils.
  • Die Anordnung 1 weist einen Maschinenständer 10 auf, auf welchem zwei Formaufspannplatten 5, 6 angeordnet sind. Die Formaufspannplatte 6 ist dabei feststehend am Maschinenständer 10 angeordnet. Die Formaufspannplatte 5 kann über einen nur schematisch gezeigten Verstellmechanismus 9 auf die Formaufspannplatte 6 zu und von dieser wegbewegt werden.
  • Zwischen den Formaufspannplatten 5, 6 ist ein Formwerkzeug 3a, 3b, 4 aufgespannt. Das Formwerkzeug 3a, 3b, 4 weist dabei einen mit der feststehenden Formaufspannplatte 6 verbundenen Werkzeugteil 4 und einen mit der bewegbaren Formaufspannplatte 5 verbundenen Werkzeugteil 3a, 3b auf. Der Werkzeugteil 3a, 3b ist zweiteilig ausgeführt und weist einen feststehenden Werkzeugteil 3a und einen bezüglich diesem verfahrbaren Werkzeugbestandteil (hier: Schlitten) 3b auf. Der verfahrbare Werkzeugbestandteil 3b ist über eine Zahnstange 14 und ein Ritzel 15 durch einen ersten Antrieb 7 verfahrbar.
  • Zwischen dem verfahrbaren Werkzeugbestandteil 3b und dem feststehenden Werkzeugteil 4 ist die in den Figuren nicht erkennbare Kavität ausgebildet.
  • Die Einbringvorrichtung zur Einbringung von Kunststoff in Form eines Schmelzestroms in die Kavität umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel eine in einem Zylinder 11 drehbare und axial verschiebbare angeordnete Plastifizierschnecke 12.
  • Zur axialen Verschiebung der Plastifizierschnecke 12 ist ein zweiter Antrieb 8 vorgesehen.
  • Der erste Antrieb 7 und der zweite Antrieb 8 sind durch eine gemeinsame Steuer- bzw. Regeleinrichtung 13 steuer- bzw. regelbar.
  • In der Steuer- bzw. Regeleinrichtung 13 ist die Synchronisierungsvorrichtung ausgebildet. In der elektronischen Steuerung der Regelvorrichtung ist ein Datensatz abgelegt, der die vorgegebenen Positionen Xs(t) des verfahrbaren Werkzeugbestandteils 3b und die vorgegebenen axialen Positionen Xe(t) der Plastifizierschnecke 12 als Steuer- bzw. Regelgrößen für den ersten Antrieb 7 und den zweiten Antrieb 8 definiert. Die Positionen Xs(t) und Xe(t) stehen in einer proportionalen Beziehung zueinander, wobei der Proportionalitätsfaktor durch das Verhältnis des gesamtmöglichen Verfahrweges des verfahrbaren Werkzeugbestandteils 3b (vergleiche 1 und 3) und des maximalen axialen Hubs der Plastifizierschnecke 12 gegeben ist.
  • In diesem Ausführungsbeispiel ist die Anordnung 1 als holmlose Spritzgießmaschine ausgebildet.
  • Die 1 zeigt die Anordnung 1 zu Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens, kurz nachdem sich der verfahrbare Werkzeugbestandteil 3b in Bewegung gesetzt hat und vom ersten Antrieb 7 angetrieben wird.
  • Die 2 zeigt die Situation, in welcher sich der verfahrbare Werkzeugbestandteil 3b am Ende des Herstellungsverfahrens in seiner maximal vom Maschinenständer wegbewegten Position befindet. Das Formwerkzeug 3a, 3b, 4 ist allerdings noch geschlossen.
  • In 3 ist erkennbar, dass ein erfindungsgemäß hergestellter länglicher Formteil 16 durch einen nicht dargestellten Handlingroboter aus der Kavität entnommen wird.
  • In diesem Ausführungsbeispiel sind die beiden Antriebe 7, 8 als Servomotoren ausgebildet. Es ist aber auch der Einsatz anderer Elektromotoren oder nicht-elektrischer Antriebe (zum Beispiel hydraulischer Antriebe) denkbar.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - WO 2006/045720 A1 [0002, 0004, 0004]
    • - WO 2007/128787 A1 [0002]

Claims (12)

  1. Anordnung mit einem Formwerkzeug, wobei das Formwerkzeug einen durch einen ersten Antrieb verfahrbaren Werkzeugbestandteil, insbesondere Schlitten, aufweist und wobei im Formwerkzeug eine durch den verfahrbaren Werkzeugbestandteil teilweise begrenzte größenveränderliche Kavität ausgebildet ist und mit einer durch einen zweiten Antrieb antreibbaren Einbringvorrichtung zum Einbringen von Kunststoff als Schmelzestrom in die Kavität, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung (1) eine Synchronisierungsvorrichtung für den ersten und zweiten Antrieb (7, 8) zur Abstimmung der Bewegungen des verfahrbaren Werkzeugbestandteils (3b) und der Einbringvorrichtung aufweist.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisierungsvorrichtung in wenigstens einer elektronischen Steuer- oder Regelvorrichtung (13) ausgebildet ist.
  3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der wenigstens einen elektronischen Steuer- oder Regelvorrichtung (13) ein Datensatz abgelegt ist, der vorgegebene Positionen des verfahrbaren Werkzeugbestandteils (3b) und der Einbringvorrichtung als Steuer- bzw. Regelgrößen zur Herstellung eines Formteils aufweist, wobei die vorgegebenen Positionen des verfahrbaren Werkzeugbestandteils (3b) und der Einbringvorrichtung in einer festen vorbestimmten – vorzugsweise proportionalen – Beziehung zueinander stehen.
  4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine gemeinsame elektronische Steuer- oder Regelvorrichtung (13) für den ersten und zweiten Antrieb (7, 8) vorgesehen ist.
  5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten und zweiten Antrieb (7, 8) gesonderte elektronische Steuer- oder Regelvorrichtungen (13) zugeordnet sind.
  6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der elektronischen Steuer- oder Regelvorrichtung (13) für den ersten Antrieb (7) nur die vorgegebenen Positionen des verfahrbaren Werkzeugbestandteils (3b) als Steuer- oder Regelgrößen abgelegt sind und dass in der elektronischen Steuer- oder Regelvorrichtung (13) für den zweiten Antrieb (8) nur die vorgegebenen Positionen der Einbringvorrichtung als Steuer- oder Regelgröße abgelegt sind.
  7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Positionsmesseinrichtung zum Erfassen der Position des ersten und/oder zweiten Antriebs (7, 8) und/oder zum Erfassen der Position des verfahrbaren Werkzeugbestandteils (3b) und/oder der Einbringvorrichtung vorgesehen ist.
  8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbringvorrichtung eine in einem Zylinder (11) drehbar gelagerte Plastifizierschnecke (12) aufweist.
  9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Plastifizierschnecke (12) zum Ausführen eines Einspritzhubs im Zylinder (11) axial bewegbar gelagert ist.
  10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Antrieb (8) die Drehbewegung der Plastifizierschnecke (12) antreibt.
  11. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Antrieb (8) die Axialbewegung der Plastifizierschnecke (12) antreibt.
  12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder zweite Antrieb (7, 8) als Servomotor ausgebildet ist (sind).
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