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Die Erfindung betrifft eine Verriegelungsvorrichtung zum Verriegeln mindestens eines Holmes einer Kunststoffverarbeitungsmaschine mit einer festen oder beweglichen Werkzeugaufspannplatte oder einer Abstützplatte derselbigen, sodass nach dem Verriegeln die Zuhaltekraft bzw. Schließkraft auf das Kunststoffformwerkzeug aufgebracht werden kann. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Verriegelungsvorrichtung zum Ermöglichen bzw. Verhindern einer Relativbewegung zwischen einem Holm einer Kunststoffverarbeitungsmaschine und einer Werkzeugaufspannplatte bzw. Abstützplatte. Die Erfindung betrifft weiter eine Werkzeugaufspannplatte bzw. eine Abstützplatte einer Kunststoffspritzgussmaschine mit daran angeordneten Verriegelungsvorrichtungen. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Kunststoffverarbeitungsmaschine mit einer beweglichen und mindestens einer weiteren maschinenfesten Aufspannplatte / Abstützplatte mit zumindest einer daran angeordneten erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtung.
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Kunststoffverarbeitungsmaschinen, wie beispielsweise Spritzgussmaschinen oder Reaktionstechnikmaschinen (RIM-Maschinen), weisen üblicherweise zumindest eine feste und eine in Entformungsrichtung bzw. Werkzeugschließrichtung bewegliche Werkzeugaufspannplatte auf, die jeweils eine Formhälfte eines Formwerkzeuges tragen. Zum Formen des herzustellenden Kunststoffteils werden die beiden Werkzeugaufspannplatten mit den daran befestigten Formhälften zunächst zusammengefahren, in dieser Stellung fixiert und das Kunststoffmaterial in die Form eingebracht. Nach der Formgebung und evtl. Abkühlzeiten wird das Formwerkzeug auseinander gefahren und das Formteil aus der Form ausgeworfen. Für das Fixieren der Werkzeugaufspannplatten in der geschlossenen Stellung des Formwerkzeugs werden häufig Verriegelungsvorrichtungen eingesetzt, die die bewegliche Werkzeugaufspannplatte mit den maschinenfesten Säulen verriegeln und so das Werkzeug bei der Formgebung zuhalten.
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Insbesondere bei Kunststoffspritzgussmaschinen wird dabei die feste unbewegliche Werkzeugaufspannplatte üblicherweise an der Düsenseite der Kunststoffverarbeitungsmaschine angeordnet, an der der Materialeintrag in das Formwerkzeug stattfindet. Die feste Werkzeugaufspannplatte trägt somit üblicherweise auch die Düsenseite des Formwerkzeuges mit den darin angeordneten Angusskanälen und Angussvorrichtungen. Die bewegliche Werkzeugaufspannplatte trägt herkömmlich die Auswerferseite des Formgebungswerkzeuges und wird meist mittels hydraulischer, mechanischer, pneumatischer oder elektrischer Einrichtungen in Schließ- bzw. Entformungsrichtung entlang der Säulen bzw. der Holme der Kunststoffverarbeitungsmaschine bewegt.
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Am weitesten verbreitet sind Vier-Säulen-Maschinen, bei denen die im Wesentlichen quaderförmigen Werkzeugaufspannplatten an jeder ihrer Ecken mittels einer dort angeordneten Öffnung eine Säule aufnehmen. Dabei sind die Säulen je nach Bauart und Funktionsprinzip der Kunststoffverarbeitungsmaschine mit der jeweiligen Abstützplatte bzw. Werkzeugaufspannplatte – welche gleichzeitig auch eine Abstützplatte der Kunststoffverarbeitungsmaschine darstellt – dauerhaft oder temporär verriegelt. Oftmals erfüllen die Säulen auch eine Führungsfunktion und werden dann als Führungssäulen oder Führungsholme bezeichnet.
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Die erfindungsgemäße Verriegelungsvorrichtung kann sowohl an einer beweglichen als auch an einer festen Werkzeugaufspannplatte eingesetzt werden. Bei Einsatz an einer beweglichen Platte wird die Werkzeugaufspannplatte an den Säulen mittels den Verriegelungsvorrichtungen verriegelt, damit die während des Materialeintrags und Formen des Formteils erforderlichen Schließ- bzw. Zuhaltekräfte, bspw. mittels einem oder mehreren Kurzhubzylindern, auf das Formwerkzeug aufgebracht werden können und zwischen den beiden Werkzeugaufspannplatten, bzw. den daran befestigten Formhälften, während der Formgebung für das Formteil keine Relativbewegung auftritt.
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Damit Kurzhubzylinder oder andere Krafteinheiten, die in Längsrichtung der Holme/Säulen erforderliche Zug-/Druckkraft auf die Säulen aufbringen können, ist eine Verriegelung der beweglichen Werkzeugaufspannplatte mit den Säulen, bspw. mittels einer oder mehreren erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtungen, notwendig. Hierzu ist an jeder Ecke einer quaderförmig ausgebildeten beweglichen Werkzeugaufspannplatte, die längs ihrer Schmalseiten, d.h. in Schließrichtung der Kunststoffverarbeitungsmaschine, jeweils eine Öffnung für die Durchführung einer Säule aufweist, eine Verriegelungsvorrichtung vorgesehen, welche die bewegliche Werkzeugaufspannplatte schnell und zuverlässig mit den Säulen axial fest verbindet.
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Während des Formgebungsprozesses, beispielsweise beim Aufbringen des sogenannten Nachdrucks nach dem Materialeintrag beim Spritzgießen, müssen die beiden auf den jeweiligen Werkzeugaufspannplatten befestigten Formenhälften gegen hohe, in Entformungsrichtung wirkende, durch den Spritzdruck und/oder den Nachdruck generierte Öffnungskräfte zusammengehalten werden. Diese hohen Schließkräfte werden insbesondere durch den hohen Einspritzdruck, mit dem die Form befüllt wird, und den zur Ausformung des Formteils erforderlichen Nachdruck, projiziert auf die Trennebene verursacht. Damit diese hohen Zuhaltekräfte in Schließrichtung bzw. Entformungsrichtung für die beiden Formhälften eines Kunststoffformgebungswerkzeuges über die Säulen auf die beiden Werkzeugaufspannplatten aufgebracht werden können, sind im Durchmesser relativ große Hydraulikeinheiten im Einsatz, welche hohe Zug- bzw. Druckkräfte auf die Säulen ausüben. Diese Hydraulikeinheiten werden auch als Druckkissen bezeichnet.
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Zum Verfahren/Bewegen der beweglichen Werkzeugaufspannplatten ist es jedoch notwendig, die Platten und somit die daran befestigten Werkzeughälften möglichst rasch und oftmals auch über relative große Strecken von der festen Werkzeugaufspannplatte zu entfernen bzw. an diese anzunähern, damit die Formung bzw. Entformung des Formteils in einem zeitlich kürzest möglichen Formgebungszyklus erfolgen kann. Die Verfahrbewegungen erfolgen herkömmlich mittels im Durchmesser relativ dünner, linear wirkender, hydraulischer Kolben-Zylindereinheiten, die eine längere Wegstrecke schnell überbrücken können.
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Jedoch können im Durchmesser dünne Kolben-Zylindereinheiten aufgrund ihres relativ geringen Durchmessers nur geringe Kräfte bereitstellen, die zum Zuhalten des Formwerkzeuges oft nicht ausreichen. Kolben-Zylindereinheiten, die größere Kräfte übertragen sollen, müssen bei gleichem Hydraulikfluidstrom im Durchmesser größer ausgelegt sein. Jedoch nimmt die Kolbenverfahrgeschwindigkeit mit steigendem Durchmesser ab. Schnelle Verfahrgeschwindigkeiten der beweglichen Werkzeugaufspannplatte sind allerdings bevorzugt, da die Verfahrzeit direkt in die Zykluszeit für den Formgebungsprozess eingeht. Je kürzer die Auf- und Zufahrzeiten des Formwerkzeuges gestaltet werden können, desto geringer ist die Zykluszeit, und die hat direkten Einfluss auf die Herstellkosten des Formteils.
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Auch bei alternativ eingesetzten elektrischen oder pneumatischen Antrieben für das Verfahren der beweglichen Werkzeugaufspannplatte mit der daran befestigten Formhälfte reichen die durch diese Antriebsarten zur Verfügung gestellten Kräfte in Längsrichtung der Holme meist nicht aus, um die erforderliche Zuhaltekraft bereitzustellen.
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Zur Lösung dieses Problems werden die beweglichen Werkzeugaufspannplatten mitsamt der Auswerferseite des Formwerkzeuges meist durch im Durchmesser relativ dünne und daher schnell verfahrbare Hydraulik-Kolben-Zylindereinheiten bewegt und in der geschlossenen Stellung des Formwerkzeuges für den Materialeintrag und Ausformung an den Säulen der Kunststoffverarbeitungsmaschine verriegelt. Nach Verriegelung der beweglichen Werkzeugaufspannplatte an den Säulen der Kunststoffverarbeitungsmaschine wird über – im Vergleich zu den Verfahrzylindern – dicke, d.h. im Durchmesser relative große, Hydraulik-Kolben-Zylindereinheiten Kraft in Längsrichtung auf die Säulen aufgebracht, wodurch die bewegliche und die feste Werkzeugaufspannplatte zusammengedrückt werden und so die erforderliche Schließkraft auf das Formgebungswerkzeug aufgebracht. Hierbei ist sowohl für Zwei-Platten-Maschinen als auch für Drei-Platten-Maschinen zur Trennung von Fahrantrieb und Schließkraftantrieb eine temporäre Verriegelung der beweglichen Werkzeugaufspannplatte mit den maschinenfesten Säulen notwendig. Die Schließkraft kann erst dann über die Säulen und die Werkzeugaufspannplatten auf Formwerkzeug aufgebracht werden, wenn dieses zusammengefahren, d.h. geschlossen ist, und die bewegliche Werkzeugaufspannplatte mit den maschinenfesten Säulen verriegelt ist. Somit geht die für die Verriegelung notwendige Zeit direkt in die Zykluszeit für die Formgebung ein, was somit direkt die Herstellkosten des Formteils beeinflusst. Es wird daher neben einer kurzen Verfahrzeit der beweglichen Werkzeugaufspannplatte vor allem eine kürzest mögliche Verriegelungszeit der beweglichen Werkzeugaufspannplatte mit den Säulen der Kunststoffverarbeitungsmaschine angestrebt.
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Zum Erreichen einer schnellen Öffnungs- bzw. Schließbewegung können alternativ auch elektrische, hydraulische, mechanische oder pneumatische Antriebe eingesetzt werden, die in Schließrichtung zwar keine hohen Kräfte erzeugen, dafür aber die bewegliche Werkzeugaufspannplatte schnell bewegen. Für das Zuhalten des Formgebungswerkzeuges wird bevorzugt eine hydraulische Kurzhub-Zylinder-Kolben-Einheit verwendet, die die hohen Zuhaltekräfte in Längsrichtung der Säulen aufbringen kann, die aber meist nur einen kurzen Verfahrweg zeigt. Dieser kann zudem meist nur mit relativ langsamer Geschwindigkeit durchfahren werden. Die Verfahrwege der Zylinder-Kolben-Einheit zum Aufbringen der Zuhaltekraft auf das geschlossene Formwerkzeug sind in der Regel jedoch sehr kurz und betragen oftmals nur wenige Zehntel-Millimeter bis einige Millimeter. Daher ist der Aufbau der Zuhaltekraft, d.h. die Schließkrafterzeugung mit Kurzhub-Zylinder-Kolben-Einheit mit relativ großen Durchmessern trotzdem schnell durchführbar.
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Für die obigen Erläuterungen der Einsatzmöglichkeiten von Verriegelungsvorrichtungen wurde davon ausgegangen, dass die Säulen fest mit einer Kunststoffverarbeitungsmaschine zumindest während des Formgebungszyklus verbunden sind und die bewegliche Werkzeugaufspannplatte entlang der Säulen bewegt wird. Insbesondere bei kleineren und mittelgroßen Kunststoffverarbeitungsmaschinen werden die Säulen jedoch auch zusammen mit der beweglichen Werkzeugaufspannplatte bewegt. Die Säulen-Verriegelungsvorrichtungen sind dann an der maschinenfesten Werkzeugaufspannplatte vorgesehen. In diesen Fällen gilt das oben erläuterte analog.
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Aus einer weiteren Anwendung für gattungsgemäße Verriegelungsvorrichtungen ist bekannt, eine oder mehrere Säulen durch eine sogenannte Säulenziehvorrichtung aus dem Werkzeugwechselbereich der Kunststoffverarbeitungsmaschine herauszubewegen, wenn die Abmessungen des Formwerkzeugs in horizontaler oder vertikaler Richtung den jeweiligen horizontalen oder vertikalen Abstand der Säulen überschreitet. Hierbei wird eine oder werden mehrere Säulen zusammen mit der beweglichen Werkzeugaufspannplatte aus dem Werkzeugwechselbereich bewegt. Dies kann dann erfolgen, wenn die Säule(n) durch eine oder mehrere Verriegelungsvorrichtungen an der beweglichen Werkzeugaufspannplatte verriegelt sind und zuvor die Verriegelung der Säule(n) an der festen Werkzeugaufspannplatte gelöst wurde(n). Nach dem Werkzeugwechsel wird/werden die Säule(n) an der festen Werkzeugaufspannplatte wieder positioniert und verriegelt und bleibt/bleiben unabhängig vom Arbeitszyklus der Kunststoffverarbeitungsmaschine bis zum nächsten Werkzeugwechsel fest mit der Kunststoffverarbeitungsmaschine verbunden. Bei Kunststoffverarbeitungsmaschinen mit Säulenziehvorrichtung sind also sowohl an der beweglichen als auch an der festen Werkzeugaufspannplatte Verriegelungsvorrichtungen angeordnet, die die jeweilige Werkzeugaufspannplatte mit der entsprechenden Säule zumindest temporär verriegeln.
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Aus der obigen Darstellung ist ersichtlich, dass die Zeit zur Verriegelung der beweglichen Aufspannplatte mit den Säulen der Kunststoffsverarbeitungsmaschine bzw. der beweglichen Säulen mit der festen Werkzeugaufspannplatte, Teil des Formgebungszyklus, d.h. des Arbeitszyklus der Kunststoffverarbeitungsmaschine ist. Die Verriegelungszeiten haben daher einen direkten Einfluss auf die Länge des Arbeitszyklus der Kunststoffverarbeitungsmaschine und erhöhen somit die Herstellkosten der Kunststoffformteile.
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Wegen der hohen Kräfte, die in axialer Richtung der Säulen, d.h. in Schließrichtung der Kunststoffverarbeitungsmaschine, aufgrund der aufzubringenden Zuhaltekräfte wirken, müssen die Verriegelungsvorrichtungen robust ausgestaltet sein, wobei gleichzeitig eine hohe Beweglichkeit gegeben sein muss. Weiter problematisch sind unterschiedliche Werkzeughöhen in Schließrichtung, die sich aus den verschiedenen herzustellenden Kunststoffsteilen ergeben. Hiervon ist u. a. der Abstand der beweglichen Werkzeugaufspannplatte von der festen (maschinenfesten) Werkzeugaufspannplatte betroffen. Dies kann durch längere Verriegelungsbereiche an den Säulen ausgeglichen werden. Hiervon sind aber auch die Verfahrwege zum Öffnen und Schließen der Form betroffen, was bei in Entformungsrichtung hohen Werkzeugen oftmals zu einer Verlängerung der Taktzeit führt, da die beiden Werkzeughälften zum Entformen des Formteils weit auseinander gefahren werden müssen und dieser Weg beim Schließen des Formwerkzeugs erneut durchfahren werden muss, bevor die beiden Formhälften über die Werkzeugaufspannplatte und die Säulen der Kunststoffverarbeitungsmaschine verriegelt werden können.
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Aus
DT 24 55 702 A1 ist eine Verriegelungseinheit für eine Säulenziehvorrichtung einer Spritzgießmaschinen bekannt, bei der zwei halbschalenförmige Verriegelungselemente, die an einer festen Werkzeugaufspannplatte angeordnet sind, in der Geschlossenstellung hülsenartig um eine Säule greifen und diese Verriegeln. Zum Verriegeln der Säule in Längsrichtung weisen sowohl die Säule als auch die beiden halbschalenförmigen Eingriffselemente gerillte ringförmige Ausnehmungen auf, die bei Umklammerung der Säule zum Verriegeln zahnstangenartig formschlüssig ineinander greifen. Nachdem die halbschalenförmigen Elemente mit den gerillten Bereichen der Säulen in der Offenstellung außer Eingriff sind, kann die Säule aus dem Werkzeugwechselbereich entfernt werden. Dazu wird die Säule an der beweglichen Werkzeugaufspannplatte blockiert und mittels der beweglichen Werkzeugaufspannplatte aus der Aufnahme an der festen Werkzeugaufspannplatte gezogen. Das Verriegeln und Entriegeln erfolgt demnach nur bei einem Werkzeugwechsel, nicht jedoch im Formgebungszyklus.
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Zum wechselweisen Öffnen und Schließen der Verriegelungsvorrichtung gemäß
DT 24 55 702 A1 werden die beiden um eine einzige Drehachse gelagerten halbschalenförmigen Verriegelungselemente mittels eines Kniehebelgetriebes, welches hydraulisch betätigt an beiden Verriegelungselementen angreift, aufgespreizt bzw. geschlossen. Dabei ist die Verriegelungsvorrichtung mit gestrecktem Kniehebelgetriebe in einer Offenstellung und mit gebeugtem Kniehebelgetriebe, also wenn die Kraftübertragung durch das Kniehebelgetriebe minimal ist, in einer Geschlossenstellung. Folgerichtig muss die Verriegelungsvorrichtung gemäß
DT 24 55 702 A1 in ihrer Geschlossenstellung durch einen Sicherungsstift in der Geschlossenstellung gegen unbeabsichtigtes Öffnen gesichert werden. Diese Vorrichtung ist daher für die Anordnung an einer beweglichen Werkzeugaufspannplatte zum zyklushaften periodischen Ver- und Entriegeln von Säulen einer Kunststoffverarbeitungsmaschine in einem Formgebungszyklus nur bedingt geeignet, da das Setzen des Sicherungsstiftes Zeit beansprucht, die den Formgebungszyklus verlängert und somit die Herstellkosten des Formteils erhöht. Weiterhin lässt die Vorrichtung nach
DT 24 55 702 A1 ein Durchtauchen einer Säule durch die Werkzeugaufspannplatte in nur sehr geringem Umfang zu, da es sonst zu einer Kollision zwischen der (durchtauchenden) Säule und dem Kniehebelgetriebe kommt. Dies lässt einen Höhenausgleich für unterschiedliche Formwerkzeughöhen über die Verriegelungsbereiche an den Säulen nicht zu.
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US 6,231,329 B1 zeigt zwei halbschalenartige Verriegelungsbacken, die an einer beweglichen Werkzeugaufspannplatte zum Verriegeln einer Säule angeordnet werden können. Die beiden Verriegelungselemente sind getrennt voneinander schwenkbar auf zwei Schwenkachsen gelagert und jeweils mit einer Koppelstange auf der diametral gegenüberliegenden Seite der zu verriegelnden Säule mit Kraft beaufschlagbar, sodass die beiden Verriegelungsbacken eine zangenartige Bewegung bei ihrem Übergang von einer Geschlossenstellung in eine Offenstellung und umgekehrt ausführen. Die beiden Koppelstangen werden hierbei über einen gemeinsamen Aktuator bewegt. An den beiden Verriegelungsbacken greift weiterhin jeweils eine Koppelstange an, die eine Verriegelungsbacke einer vertikal oberen Verriegelungsvorrichtung mit einer entsprechenden Verriegelungsbacke einer vertikal unteren Verriegelungsvorrichtung verbindet, womit die untere Verriegelungsvorrichtung zwangsgeführt mit der oberen Verriegelungsvorrichtung mitgeführt wird. Damit die aufwändige Hebelkonstruktion platzsparend angeordnet werden kann, ist eine vertikale Trennebene der beiden Verriegelungsbacken zueinander vorteilhaft. Dadurch ist diese Verriegelungsvorrichtung nicht dafür vorgesehen, hohe Kräfte zu übertragen, da zumindest die untere Verriegelungsvorrichtung nur indirekt mit Kraft beaufschlagbar ist. Zudem kommt es durch die Verwendung von mehreren Verbindungsstangen zur Zwangsführung einer Vielzahl an Bauteilen, Schwenkachsen und Gleitlagern, die aufeinander abgestimmt sein müssen, damit die Verriegelungsfunktion sichergestellt ist, was zu Lasten der Robustheit und Zuverlässigkeit geht.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine schnell und direkt betätigbare, aber dennoch kraftvolle sowie agile, robuste, wartungsarme bzw. wartungsfreundliche und möglichst verschleißfreie Verriegelungsvorrichtung für die Säulen einer Kunststoffverarbeitungsmaschine bereitzustellen, bei welcher die benötigte Teileanzahl auf ein Minimum reduziert ist, und der Zeitbedarf zum Verriegeln bzw. Entriegeln der Säule kurz ist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung die Funktionssicherheit der Verriegelungsvorrichtung zu erhöhen, ohne dass es vieler Gelenkstellen oder Gleitführungen bedarf. Zudem soll die Verriegelungsvorrichtung einen geringen Bauraumbedarf aufweisen.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird mit einer Verriegelungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst, wobei die erfindungsgemäße Verriegelungsvorrichtung sowohl an beweglichen als auch maschinenfesten Werkzeugaufspannplatten gemäß Anspruch 10 und an Kunststoffverarbeitungsmaschinen gemäß einem der Ansprüche 13 oder 16 zum Einsatz kommt. Die jeweiligen Unteransprüche sind auf bevorzugte Weiterbildung der jeweiligen Gegenstände gerichtet.
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Die erfindungsgemäße Verriegelungsvorrichtung für eine Kunststoffverarbeitungsmaschine zum Verriegeln einer Werkzeugaufspannplatte mit einer Säule der Kunststoffverarbeitungsmaschine weist eine erste und eine zweite Verriegelungsbacke auf. Die Verriegelungsbacken sind um zumindest eine in Schließrichtung der Kunststoffverarbeitungsmaschine angeordnete gemeinsame Drehachse zangen- bzw. klemmenartig aufeinander zu in eine Geschlossenstellung und zangen- bzw. klemmenartig voneinander weg in eine Offenstellung gegensinnig schwenkbar gelagert. Die beiden Verriegelungsbacken können einzeln, jede für sich, um jeweils eine separate Drehachse, als auch gemeinsam auf nur einer Drehachse gelagert sein, solange die beiden Verriegelungsbacke gegensinnig so zueinander verschwenkbar sind, dass sie eine zangen-, scheren- oder klemmenartige Bewegung relativ zueinander ausführen können. Daraus ergibt sich, dass im Falle von separaten Schwenkachsen für die Verriegelungsbacken, die beiden Schwenk- oder Drehachsen bevorzugt auf der selben Seite des Führungsholms angeordnet sind, da hiermit, im Vergleich zu einer diametral bzgl. des Führungsholms gegenüberliegenden Anordnung der Drehachsen, eine kompaktere Bauform erzielt werden kann und der erfindungsgemäße Einsatz eines Verzahnungsgetriebes zur Kraftweiterleitung zwischen den beiden Verriegelungsbacke erleichtert wird.
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Zum Überführen der ersten und zweiten Verriegelungsbacke von einer Offenstellung in die Geschlossenstellung und umgekehrt, werden die beiden Verriegelungsbacken einer Verriegelungsvorrichtung gegengleich zangenartig mit kleinst möglichen Schwenkwinkelwegen verschwenkt, was zu kürzest möglichen Ver- und Entriegelungszeiten führt. Hierzu wird zum Verschwenken der Verriegelungsbacken nur eine der beiden Verriegelungsbacken, bevorzugt die vertikal untere, mit einer Kraft in Schließ- oder Öffnungsrichtung der Verriegelungsvorrichtung beaufschlagt, und die zweite Verriegelungsbacke mittels eines Verzahnungs-Getriebes gegensinnig mitgeführt. Das die beiden Verriegelungsbacken koppelnde Verzahnungsgetriebe besteht im einfachsten Fall aus jeweils einer an einer Verriegelungsbacke angeordneten Verzahnung, die mit der an der anderen Verriegelungsbacke angeordneten Verzahnung kämmt. So wird die zweite Verriegelungsbacke gegensinnig zur Verschwenkbewegung der ersten Verriegelungsbacke mitgeführt. Die dabei auftretenden Kraftwege können somit sehr kurz gehalten werden. Gleichzeitig sind hohe Kräfte ohne eine Vielzahl von Hebeln und Gleitführungen mit kurzen Reaktionszeiten zuverlässig und robust übertragbar.
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Durch den direkten Kraftangriff an nur der ersten Verriegelungsbacke und die Mitführung der zweiten Verriegelungsbacke durch das Verzahnungsgetriebe können die Verriegelungsbacken schnell aufeinander zu oder voneinander weg bewegt werden, womit eine schnelle und zuverlässige Ver- und Entriegelung mit kürzesten Ver- und Entriegelungszeiten erreicht wird. Der Formgebungszyklus wird bei Einsatz der erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtung nur minimal durch die Ver- und Entriegelungsvorgänge der Werkzeugaufspannplatte an den Führungsholmen beeinflusst.
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Die Verriegelungsbacken weisen ferner auf den einander zugewandten Innenseiten vorspringende Verriegelungselemente auf, die in Gegenverriegelungselemente in ersten Verriegelungsbereichen der Führungsholme eingreifen können. Hierzu wird der Führungsholm / die Säule der Kunststoffverarbeitungsmaschine bevorzugt von einer ersten und einer zweiten Verriegelungsbacke halbschalenförmig in dem dafür vorgesehenen Verriegelungsbereich der Säule zumindest teilweise umschlossen. Die Verriegelungsbacken weisen hierzu vorspringende zahnstangenartige Verriegelungskonturen zum formschlüssigen Verriegeln auf, die in der Geschlossenstellung der Verriegelungsvorrichtung in komplementär ausgebildete Gegenverriegelungskonturen auf der Säule im Verriegelungsbereich eingreifen. Die an den Verriegelungsbacken angeordneten vorspringenden Verriegelungselemente wirken somit mit den Verriegelungskonturen der Säule formschlüssig verriegelbar zusammen.
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Zur weiteren Verkürzung der Ver- und Entriegelungszeiten werden die Schwenkwinkel der beiden Verriegelungsbacken auf ein Minimum reduziert, indem die Höhe der Verriegelungselemente der Verriegelungsbacken und/oder radiale Höhe der Gegenverriegelungselemente in den Verriegelungsbereichen der Führungsholme in radialer Richtung in Bereichen benachbart zur Drehachse reduziert werden. Damit wird erreicht, dass die Verriegelungselemente zum in und außer Eingriff gelangen geringere Schwenkwinkel überstreichen müssen. Wird z.B. die Verschwenkgeschwindigkeit und die geometrischen Verhältnisse zweier halbschalenförmiger Verriegelungsbacken, so wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, beibehalten, so ergibt sich durch die Reduzierung der radialen Höhe der Verriegelungselemente und/oder der Gegenverriegelungselemente eine kürzere Betätigungszeit der Verriegelungsvorrichtung von einer Offenstellung in eine Geschlossenstellung und umgekehrt, da die überstrichenen Winkelbereiche für die Freigabe des Holmes bzw. zur Verriegelung des Holmes nun kleiner sind. Für eine kompakte und robuste Bauform der Verriegelungsvorrichtung ist eine Anordnung der Schwenkachsen für die Verriegelungsbacken nahe der Längsachse der Führungssäule der Kunststoffverarbeitungsmaschine bevorzugt. Dies trägt auch dazu bei, dass mit der erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtung hohe Kräfte agil, robust und schnell übertragen werden können. Jedoch sind mit Annäherung der Drehachsen der Verriegelungselemente an die Längsachse der Säulen relativ große Öffnungswinkel für die Verriegelungsbacken notwendig, um den Führungsholm entriegeln zu können, d.h. um die Werkzeugaufspannplatte relativ zum Führungsholm bewegen zu können.
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Aus der täglichen Praxis weiß man, dass eine Schere nahe ihrer Drehachse kraftvoller schneidet als an ihren Enden, jedoch muss zum Schneiden in den drehachsennahen Bereichen die Schere weit geöffnet werden. Ähnlich verhält es sich bei einem zangenartigen Öffnen und Schließen einer Verriegelungsvorrichtung für Führungsholme. Die Bereiche der Verriegelungselemente sowie die Verriegelungsbereiche der Führungsholme, die benachbart der Drehachse der Verriegelungsbacken sind, d.h. die der jeweiligen Drehachse der Verriegelungsbacken am nächsten sind, übertragen die höchste Verriegelungskraft auf die jeweiligen Verriegelungsbereiche, jedoch müssen die Verriegelungsbacken zur Freigabe des Führungsholms soweit geöffnet werden, dass die der Drehachse benachbarten Bereiche der Verriegelungsbacken außer Eingriff an den Verriegelungsbereiche am Führungsholm gelangen. Das heißt auch, dass der Öffnungswinkel der Verriegelungsbacken umso größer sein muss, je näher die Drehachse(n) der Verriegelungsbacke(n) an den Verriegelungsquerschnitt zum Erreichen einer kompakten Bauform angeordnet werden.
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Erfindungsgemäß wird, um diesen Öffnungswinkel der Verriegelungsbacken zu verringern und damit eine kürzere Verriegelungszeit der Verriegelungsvorrichtung am Führungsholm zu erzielen, die radiale Höhe der Verriegelungselemente der Verriegelungsbacken in den der Drehachse benachbarten Bereichen reduziert. Somit kommen die der Drehachse benachbarten Bereiche der Verriegelungselemente beim Öffnen der Verriegelungsvorrichtung schneller außer Eingriff. Der von den Verriegelungsbacken zu überstreichende Winkelbereich beim Öffnen und Schließen der Verriegelungsvorrichtung kann kleiner ausgelegt werden. Je kleiner der Öffnungswinkel desto schneller kann die Verriegelungsvorrichtung von einer Offenstellung in eine Geschlossenstellung und umgekehrt überführt werden, was die Gesamtzykluszeit für den Formgebungszyklus insgesamt verringert, und so die Teilekosten für das herzustellende Formteil reduziert.
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Gleichzeitig kann mit der Reduzierung der radialen Höhe der Vorsprünge der Verriegelungsbacken zum Verriegeln an einem Führungsholm eine kompakte Bauform der Verriegelungsvorrichtung insgesamt erreicht werden, da die Drehachsen für die Verriegelungsbacke nah an den zu verriegelnden Holmquerschnitt angeordnet werden können. Damit ergibt sich weiterhin eine robuste Bauart, da Kraftwege und einzelne Bauteile kurz und somit per se steif ausgelegt werden können. Dies wirkt sich auch gewichtsreduzierend auf die Verriegelungsvorrichtung aus, wodurch geringere Massen beschleunigt werden müssen, und so entsprechend schwächere Antriebselemente für die Verriegelungsvorrichtung ausreichend sind, um die erforderliche Verriegelungskraft zu erreichen.
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Durch Reduzierung der radialen Höhe der Gegenverriegelungselemente in Bereichen benachbart zu der(n) Drehachse(n) der Verriegelungsbacken kann analog der gleiche Effekt erzielt werden, wobei sich in diesem Fall – bei Säulen mit bereichsweise höhenreduzierten Gegenverriegelungselementen – in diesen Bereichen Verriegelungselemente in den Verriegelungsbacken erübrigen können oder die in diesem Bereichen vorgesehenen Verriegelungselemente in ihrer radialen Höhe ebenfalls reduziert sind. Erfindungswesentlich ist nur, dass sich die radiale Überschneidungshöhe der Verriegelungselemente der Verriegelungsbacken mit den Gegenverriegelungselementen der Holme in den Bereichen benachbart zu der zumindest einen Drehachse der jeweiligen Verriegelungsbacke geringer ist, als in den Bereichen entfernt von dieser Drehachse. Dabei kann die radiale Überschneidungshöhe in den drehachsennahen Bereichen selbstredend auch null sein bzw. einen bis auf Null abnehmenden Verlauf zeigen. Der Erfindungsgedanke umfasst damit eine Reduzierung der radialen Überschneidung der Verriegelungselemente der Verriegelungsbacken mit den Gegenverriegelungselementen der Führungsholme, welche entweder nur an den Verriegelungselementen oder nur an den Gegenverriegelungselementen oder an beiden Bauelementen bzw. Verriegelungsgeometrien ausgeführt ist, wobei diese in ihren jeweiligen radialen Höhe in drehachsennahen Bereichen zurückgenommen werden können und so den Erfindungsgedanken erfüllen. Selbst eine nachträgliche Abänderung der Verriegelungsgeometrien einer bereits hergestellten oder in Betrieb befindlichen Säulenverriegelung zum Erreichen eines kleineren Öffnungswinkels zur Freigabe der Führungssäule mittels Rücknahme der radialen Höhe der jeweiligen Verriegelungs- und/oder Gegenverriegelungselemente erfüllt den Erfindungsgedanken. Dabei ist denkbar beispielsweise nur die Säulengeometrie zu erfindungsgemäß im Verriegelungsbereich zu verändern, damit der Öffnungswinkel zur Freigabe des Führungsholmes kleiner und somit die Entriegelungszeit verkürzt werden kann.
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Die kompakte Bauform wird dabei durch das erfindungsgemäß eingesetzte einfache Verzahnungs-Getriebe für die Betätigung der Verriegelungsbacken weiter gefördert. Das Verzahnungs-Getriebe weist dabei in einer einfachen Bauart zwei miteinander kämmende Zahnräder auf, die zur weiteren Reduzierung des benötigten Bauraums für die Verriegelungsvorrichtung auch als Zahnradsegmente ausgebildet sein können. Dabei ist an jeder Verriegelungsbacke ein solches Zahnrad oder Zahnradsegment vorgesehen, wobei die Zähnezahl und/oder der Durchmesser der Zahnräder nicht identisch sein müssen und voneinander abweichen können. Im Bereich des fachüblichen liegt auch eine integrale Ausbildung der miteinander kämmenden Zähne an den Verriegelungsbacken selbst. Insbesondere kann hier an eine Verwendung von Gleichteilen für die Verriegelungsbacken gedacht werden, die bspw. symmetrisch zueinander bzgl. der Winkelhalbierenden des Öffnungswinkels der Verriegelungsvorrichtung angeordnet werden. Bevorzugt ist dabei die Winkelhalbierende horizontal ausgerichtet, wodurch die beiden Verriegelungsbacken vertikal übereinander zu liegen kommen.
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Durch den erfindungsgemäßen direkten Kraftangriff an nur einer der beiden Verriegelungsbacken und die Mitführung der anderen Verriegelungsbacke über das Verzahnungsgetriebe wird weiterhin der Kraftfluss auf kurzen Wegen gehalten, wodurch selbst bei Rücknahme der radialen Höhe der Verriegelungselemente oder Gegenverriegelungselemente in Bereichen benachbart zur Drehachse der Verriegelungsbacken eine ausreichend hohe Kraft zum sicheren Verriegeln des Führungsholms erzielt wird. Bei dem bevorzugten Kraftangriff nur an der vertikal unteren Verriegelungsbacke der Verriegelungsvorrichtung kann dabei soviel Kraft von der unteren Verriegelungsbacke auf den Verriegelungsbereich des Führungsholms übertragen werden, dass eine Korrektur einer leichten Auslenkung des Führungsholmes aus seiner Solllage möglich ist. Ein bspw. aufgrund seines Eigengewichtes nach unten durchhängender Führungsholm kann somit mit der erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtung, insbesondere durch den alleinigen Kraftangriff an der unteren Verriegelungsbacke, angehoben und wieder in seine Sollposition verbracht werden. Das hat nicht nur einen positiven Einfluss auf die Teilequalität des herzustellenden Formteils, sondern auch auf die Standfestigkeit des Formwerkzeugs sowie auf die Standfestigkeit der Kunststoffverarbeitungsmaschine selbst.
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Das durch den erfindungsgemäßen Einsatz eines Verzahnungsgetriebes bewirkte Mitführen der zweiten Verriegelungsbacke unterstützt den Zentriereffekt für den Führungsholm, da über die erfindungsgemäße Verzahnung der beiden Verriegelungsbacken selbst hohe Kräfte übertragen werden können. Somit kann sowohl ein vertikaler als auch ein seitlicher Versatz des Führungsholms mit der erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtung ausgeglichen werden.
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Die erfindungsgemäße Verriegelungsvorrichtung zeichnet sich speziell durch ihre Schnelligkeit und Robustheit aus, die insbesondere durch die kompakte Bauform, die kurzen und direkten Kraftwege sowie die Einfachheit der verwendeten Bauteile erreicht wird. So kann durch die bereichsweise Rücknahme der radialen Höhe der Verriegelungsvorsprünge an den Verriegelungsbacken und/oder den Gegenverriegelungselementen an den Führungsholmen eine kurze Bauform der Verriegelungsbacken quer zur Schließrichtung der Kunststoffverarbeitungsmaschine erreicht werden, ohne dass der Öffnungswinkel der Verriegelungsbacken in der Offenstellung der Verriegelungsvorrichtung groß sein muss. Bevorzugt ist der Öffnungswinkel zwischen den Verriegelungsbacken in der Offenstellung kleiner als 45°, weiter bevorzugt kleiner 30°
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Mit der erfindungsgemäßen Verwendung einer Verzahnung für die beiden Verriegelungsbacken wird nicht nur eine schnelle Bewegung der Verriegelungsbacken erreicht, sondern auch eine optimale Kraftverteilung über den Bewegungsverlauf erzielt. Damit können die Verriegelungsbacken von der Offenstellung, also von der Position, an der sie nicht mit dem Verriegelungsbereich der Holme im Eingriff sind, schnell und gleichmäßig auf die Holme zubewegt werden, bei gleichbleibender Kraft in Bewegungsrichtung. So wird eine zuverlässige Verriegelung erreicht, ohne, dass die Verriegelungsbacken in der Geschlossenstellung gegen ungewolltes Öffnen gesichert werden müssen.
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In einem Längsschnitt, d.h. in Schließrichtung der Kunststoffverarbeitungsmaschine, sind die Verriegelungselemente in den Verriegelungsbacken und auch die Gegenverriegelungselemente im Verriegelungsbereich der Führungssäule bevorzugt zahnstangenartig ausgebildet. Im Falle von halbrunden Verriegelungsbacken bilden diese zahnstangenartigen Konturen halbringartige Vorsprünge und Einkerbungen, die bevorzugt mit gegengleichen Ringelementen, bevorzugt in Gestalt von Nuten und umlaufenden Ringen, im Verriegelungsbereich der Säule verriegelnd zusammenwirken. Die jeweiligen Verriegelungskonturen bilden bevorzugt einen Formschluss in der Art ineinandergreifender Zähne aus.
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Bevorzugt sind an den Säulen der Kunststoffverarbeitungsmaschine in den Verriegelungsbereichen umlaufende Nuten eingearbeitet, die im Querschnitt längs zur Holmachse in die Verriegelungselemente der Verriegelungsbacken komplementär eingreifen. Dabei zeigen sowohl die Verriegelungselemente der Verriegelungsbacken als auch die Verriegelungsbereiche der Säulen im Querschnitt längs der Säulenachse ein zahnstangenartiges Profil.
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Unter dem Begriff zahnstangenartig fallen erfindungsgemäß auch Querschnitte, die eine in etwa rechteckige oder trapezförmige Gestalt zeigen. Bevorzugt kommen halbrunde, d.h. halbschalenförmige Verriegelungsbacken zum Einsatz, da die Säulen üblicherweise eine langgestreckte zylindrische Form aufweisen. Die Säulen können in den Verriegelungsbereichen auch abgeflacht sein, d.h. im Querschnitt quer zur Längsachse der Säule von der runden Form abweichen, wobei auch solche Querschnitte in Längsrichtung der Säule wiederum ein zahnstangenartiges Profil zeigen können, d.h. bspw. mit quer zur Entformungsrichtung bzw. Schließrichtung der Kunststoffverarbeitungsmaschine linear verlaufenden Vorsprüngen und Nuten.
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In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist sowohl das Zahnstangenprofil der Säule im Verriegelungsbereich als auch an den Verriegelungselementen mit einem Hinterschnitt in Längsrichtung, d.h. in Schließrichtung, des Formwerkzeugs ausgebildet, sodass ein krallenartiges Eingreifen der Verriegelungsbacken in die Verriegelungskonturen der Säulen erreicht wird. Eine solche Ausgestaltung der bei der Verriegelung zusammenwirkenden Konturen wird insbesondere dann ausgeführt werden, wenn sehr hohe Schließkräfte notwendig sind. Im Regelfall wird es jedoch ausreichend sein, die in Schließrichtung des Formwerkzeugs hinteren Flanken des zahnartigen Profils zumindest im Verriegelungsbereich der Säule senkrecht oder nahezu senkrecht zur Säulenlängsachse auszubilden. Konsequenterweise ist dann das Querschnittsprofil der Gegenverriegelungselemente an den Verriegelungsbacken mit einer senkrechten oder nahezu senkrechten vorderen Flanke versehen. Allgemein gilt, dass die zum Zuhalten der Verriegelung notwendige Kraft abnimmt, je steiler die Flanken an der Hinterseite der Ringnuten der Säule und der Vorderseite der Verriegelungszähne der Verriegelungsvorrichtung ausgebildet sind. Weisen die Verriegelungselemente zudem einen Hinterschnitt auf, so kommt es zu einer Selbsthemmung im verriegelten Zustand.
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Im Rahmen der Erfindung ist „vorne“ an der Düsenseite und hinten an der Auswerferseite bzw. in Richtung der beweglichen Seite der Kunststoffverarbeitungsmaschine. Mit anderen Worten ist die bewegliche Formhälfte in der geschlossenen Stellung des Formwerkzeuges vorne und in der geöffneten Stellung hinten an der Kunststoffverarbeitungsmaschine angeordnet.
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Zum Überführen der ersten und zweiten Verriegelungsbacke von einer Offenstellung in die Geschlossenstellung und umgekehrt, werden die beiden Verriegelungsbacken einer Verriegelungsvorrichtung gegengleich zangenartig verschwenkt mit kleinst möglichen Schwenkwinkelwegen bewegt, was zu kürzest möglichen Ver- und Entriegelungszeiten führt.
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Die erfindungsgemäße Verriegelungsvorrichtung mit Verzahnungs-Getriebe weist eine minimale Anzahl an Teilen und Gelenkstellen auf, womit nicht nur eine schnelle Bewegung der Verriegelungsbacken erreicht, sondern auch eine optimale Kraftverteilung über den Bewegungsverlauf erzielt wird. Die erfindungsgemäße Verriegelungsvorrichtung mit Verzahnungs-Getriebe weist eine minimale Anzahl an Teilen und Gelenkstellen auf. Sie ist daher sehr robust und aufgrund der geringen bewegten Massen sehr agil. Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Verriegelungsvorrichtung wegen ihrer Einfachheit kostengünstig in der Herstellung. Schon allein aus der geringen Teileanzahl und den wenigen Gelenkstellen ergibt sich eine verbesserte Wartungsarmut und Wartungsfreundlichkeit. Kurze Verriegelungszeiten werden durch kurze Kraftwege ohne unnötige Weiter- und Umlenkungen erreicht, was ebenfalls zu einer hohen Robustheit und Zuverlässigkeit der erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtung führt. Eine hohe Wiederholbarkeit der Ver- und Entriegelungszyklen wird damit genauso erreicht, wie eine materialschonende, maßhaltige und sichere Bewegungsführung.
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Für eine sichere und zuverlässige Verriegelung kommt es nicht nur auf die Höhe der radial wirkenden Umschließungskräfte an, sondern auch auf eine minimale Abweichung der Säulen von der Sollposition und eine optimale Zentrierung der Säulen mit den entsprechenden Öffnungen in der Werkzeugaufspannplatte. Eine optimale Zentrierung der Säulen der an den Werkzeugaufspannplatten gewährleistet, dass die daran befestigten Formhälften in der Geschlossenstellung exakt aufeinander gedrückt werden und so eine gleichbleibende Qualität der zu erzeugenden Formteile erreichbar ist. Gleichzeitig werden Spannungen, Verschleiß und Störungen in den im Formgebungsprozess beteiligten Formwerkzeugen, Vorrichtungen und Maschinen minimiert. Weiterhin werden zusätzliche und ggf. überdimensionierte Antriebselemente für die Mitführung der Verriegelungsbacken vermieden, was zu einer einfacheren und kostengünstigeren Konstruktion der Verriegelungsvorrichtung führt.
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Die Kräfte, die von dem Verzahnungsgetriebe in der Geschlossenstellung übertragbar sein müssen, müssen bei korrekt zentrierten Säulen nicht größer sein als die von den Flanken der Ringelemente erzeugten Aufspreizkräfte (resultierend aus den Werkzeugzuhaltekräften und der Flankensteigung der Verriegelungskonturen). Greift an der unteren Verriegelungsbacke eine in etwa vertikal nach oben gerichtete höhere Kraft an, damit eine ggf. ausgelenkte Säule wieder zentriert wird, muss diese Kraft jedoch nicht vom Verzahnungsgetriebe auch auf die obere Verriegelungsbacke übertragen werden. Der Verzahnungs-Antrieb der erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtung muss effektiv nur die tatsächlich auftretenden Kräfte auf die obere Verriegelungsbacke übertragen, was ohne komplizierte Hebelgetriebe und/oder Hebelgestänge erfolgt.
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Durch den einfachen Aufbau der erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtung, insbesondere durch den singulären Kraftangriffpunkt an nur einer Verriegelungsbacke, können zwei vertikal oder horizontal benachbarte Verriegelungsvorrichtung an einer Werkzeugaufspannplatte über eine Koppelstange, bspw. eine Zug-/Druckstange, die jeweils an der kraftbeaufschlagbaren Verriegelungsbacke angreift, in einfacher Weise miteinander verbunden/gekoppelt werden. Somit können die jeweils an einer Seite der Werkzeugaufspannplatte angeordneten Verriegelungsvorrichtungen paarweise mittels jeweils einem Aktuator bewegt werden, wodurch der zentrale Bereich der Werkzeugaufspannplatte von Bauteilen für die Verriegelung der Werkzeugaufspannplatte an den Säulen freigehalten werden kann. Die so an den Seiten der Werkzeugaufspannplatte mit jeweils einer Koppelstange miteinander verbundenen Verriegelungsvorrichtungen können in einer weiteren Ausführungsform weiter mittels einer Verbindungsstange, welche bspw. im oberen Bereich der Werkzeugaufspannplatte angeordnet werden kann, verbunden werden. Durch geeignete Kraftbeaufschlagung der Verbindungsstange können dann alle vier Verriegelungsvorrichtungen von nur einem Aktuator gleichzeitig betätigt werden, indem die bevorzugt horizontal angeordnete Verbindungsstange bspw. vertikal parallel verschoben wird. Selbstredend kann eine derartige Verbindung der an den Seiten der Werkzeugaufspannplatte angeordneten und miteinander gekoppelten Verriegelungsvorrichtungen auch im unteren Bereich der Werkzeugaufspannplatte erfolgen. Denkbar ist weiterhin eine separate Verbindung der beiden oberen Verriegelungsvorrichtungen und der beiden unteren Verriegelungsvorrichtungen, die dann über jeweils einen Aktuator paarweise oder alle vier zusammen über einen gemeinsamen Aktuator betätigbar sind.
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Geignet sind bei allen Ausführungsformen Linearantriebe, die die Koppelstange linear in Bewegungsrichtung der mit Kraft beaufschlagbaren Verriegelungsbacken schieben oder ziehen können, oder die die Verbindungsstangen paarweise miteinander gekoppelter Verriegelungsvorrichtungen parallel verschieben können. Die Linearantriebe selbst können dabei hydraulisch, pneumatisch, elektrisch oder mechanisch angetrieben sein. Der Aktuator kann aber auch eine von zwei miteinander gekoppelten Verriegelungsvorrichtungen direkt Antreiben, in dem er an einer der Verriegelungsbacken der Verriegelungsvorrichtung angreift. Über eine Koppelstange, die die beiden mit Kraft beaufschlagbaren Verriegelungsbacken verbindet, kann die zweite Verriegelungsvorrichtung direkt betätigt werden, wobei die Koppelstange jeweils an den unteren Verriegelungsbacken angeordneten Kraftangriffspunkten angreift. Einsetzbar ist auch ein exzentrisch wirkender Drehantrieb bzw. ein rotatorischer Antrieb mit mechanischer Umsetzung in eine Linearbewegung. Eine drehstarre Anbindung der Zug-/Druckstange an die Verriegelungsbacke ist dabei in allen Fällen nicht erforderlich.
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Mit der erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtung lässt sich somit auf einfache Art und Weise eine Verbindung/Kopplung mehrerer Verriegelungsvorrichtungen erreichen, sodass der zentrale Bereich einer Werkzeugaufspannplatte frei bleibt und nicht durch den Bewegungsmechanismus der Verriegelungsvorrichtungen eingenommen wird. Unabhängig wie die einzelnen Verriegelungsvorrichtungen miteinander gekoppelt sind (paarweise, C-förmig oder ähnlich einer nach unten oder oben geöffneten U-Form), ist der zentrale Bereich der Werkzeugaufspannplatte nicht von den Verriegelungsvorrichtungen bzw. deren Antrieben belegt und ist bspw. für die Anordnung eines Auswerfermechanismus frei. Die oben beschriebenen Beispiele für Vier-Säulen-Maschinen sind analog übertragbar auf andere Ausführungsformen für Mehr-Säulen-Maschinen, bei denen die Säulen mittels Verriegelungsvorrichtungen mit einer Werkzeugaufspannplatte oder mit der Maschine selbst ver- und entriegelbar sein müssen.
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Herkömmlich weisen Säulen nicht über ihre gesamte Länge Verriegelungsbereiche auf, da diese Bereiche den Querschnitt der Säulen schwächen. In Regel gibt die Kunststoffverarbeitungsmaschine Mindest- und Maximalhöhe für die Formwerkzeuge vor, so dass sich daraus die notwendigen Verriegelungsbereiche ergeben, in denen die Säulen mit den Werkzeugaufspannplatten verriegelt werden können.
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Sollen Säulen, die während des Arbeitszyklus unbeweglich, also maschinenfest bezüglich der Kunststoffverarbeitungsmaschine sind, aus einem Werkzeugwechselbereich der Kunststoffverarbeitungsmaschine entfernt werden, so ist hierfür ein zweiter Verriegelungsbereich am Endbereich der jeweiligen Säule anzuordnen, an dem die Säule mit der maschinenfesten Werkzeugaufspannplatte ver- und entriegelbar ist. Eine derartige aus dem Werkzeugwechselbereich entfernbare Säule weist zusätzlich einen von den Endbereichen der Säule beabstandeten Verriegelungsbereich auf, an dem die Säule mit der beweglichen Werkzeugaufspannplatte verriegelbar ist. Die an der maschinenfesten Werkzeugaufspannplatte angeordnete Verriegelungsvorrichtung wird nur zum Werkzeugwechsel betätigt, und auch nur dann, wenn das Formwerkzeug nicht zwischen den Säulen aus dem Werkzeugwechselbereich der Kunststoffverarbeitungsmaschine entfernt oder in diesen eingebracht werden kann. Hierbei wird die (störende) Säule zunächst mit der beweglichen Werkzeugaufspannplatte verriegelt, anschließend an der maschinenfesten Werkzeugaufspannplatte entriegelt und dann zusammen mit der beweglichen Werkzeugaufspannplatte aus dem Werkzeugwechselbereich entfernt. Nach dem Werkzeugwechsel kann die Säule wieder an der maschinenfesten Werkzeugaufspannplatte verankert werden, indem die zuvor beschriebenen Schritte in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden.
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Anstelle nur eines Holmes können auch zwei oder mehr Holme in analoger Weise aus dem Bereich zwischen den beiden Werkzeugaufspannplatten herausbewegt werden, wobei für jede weitere von der festen Werkzeugaufspannplatte entfernbare Säule eine weitere erfindungsgemäße Verriegelungsvorrichtung vorgesehen ist.
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Für Kunststoffverarbeitungsmaschinen, bei denen zwei oder alle vier Säulen zusammen mit der beweglichen Werkzeugaufspannplatte bewegt werden, bspw. bei Zwei-Platten-Maschinen, ist an der maschinenfesten Werkzeugaufspannplatte für jeden Holm/Säule eine Verriegelungsvorrichtung vorgesehen, die den jeweiligen Endbereich der Säule mit der relativ zur Entformungsrichtung des Formwerkzeug unbeweglichen Platte der Kunststoffverarbeitungsmaschine fest verbindet. Nach ihrer Verriegelung können die Säulen mit einer in Schließrichtung des Formwerkzeugs gerichteten Kraft beaufschlagt werden, die als Zuhaltekraft oder Schließkraft bezeichnet wird. Die Höhe der Zuhaltekraft ergibt sich dabei aus der in Entformungsrichtung projizierten Fläche des Formteils und dem Einspritzdruck der Kunststoffverarbeitungsmaschine. Auch hier können die einzelnen Verriegelungsvorrichtungen in der oben beschriebenen Weise miteinander verbunden bzw. gekoppelt werden, wodurch die Verriegelungsvorrichtungen mit nur einem Aktuatoren betätigt werden können. Selbstredend kann jede der Verriegelungsvorrichtung auch separat von jeweils einem Aktuator betätigt werden.
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Bei Kunststoffverarbeitungsmaschinen mit beweglichen Säulen/Holmen, also bei Maschinen bei denen die Holme mit der beweglichen Werkzeugaufspannplatte verfahren werden und während des Formgebungsprozesses mit der maschinenfesten Werkzeugaufspannplatte verriegelt sind, bietet sich eine nach unten geöffnete Verbindung / Kopplung der einzelnen Verriegelungsvorrichtungen an. Eine Verbindungsstange für die beiden unteren Verriegelungsvorrichtungen könnte ggf. eine Änderung an der Einspritzeinheit nach sich ziehen.
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Unabhängig von der Maschinenart, d.h. unabhängig davon, ob die Säulen relativ zu einer Werkzeugaufspannplatte bewegt werden oder ob die Werkzeugaufspannplatte relativ zu den Säulen bewegt wird, wirkt die Schließkraft/Zuhaltekraft immer in Längsrichtung der Säulen und zwar in Richtung der Düsenseite und somit quer zu den Verriegelungskonturen der Verriegelungsbacken bzw. der Säulen. Hieraus ergibt sich weiterhin, dass die zahnartigen Verriegelungskonturen in Entformungsrichtung, d.h. in axialer Säulen-Längsrichtung mit hohen Kräften belastet werden und in radialer Richtung von der Verriegelungsvorrichtung in der Geschlossenstellung nur geringe Kräfte aufgebracht werden müssen, die sich aus der Flankensteigung der Verriegelungskonturen und der Zuhaltekraft ergeben.
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Anhand der 1 bis 4 werden im Folgenden beispielhaft bevorzugte Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtung für mindestens eine Säule einer Kunststoffverarbeitungsmaschine beschrieben sowie eine Anordnung mehrerer erfindungsgemäßer Verriegelungsvorrichtungen an einer Werkzeugaufspannplatte erläutert und Kunststoffverarbeitungsmaschinen mit angegeben, die dem Einsatz der erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtung zeigen. Die Figuren und Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele sollen dabei lediglich zur Verdeutlichung des grundlegenden Erfindungsgedanken dienen und schränken die Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungen ein. Weitere für den Fachmann naheliegende Abwandlungen der gezeigten Ausführungsformen, sind vom Erfindungsgedanken mitumfasst, sofern die Betätigung der Verriegelungsbacken über ein Verzahnungs-Getriebe erfolgt, das von nur einer über einen Kraftangriffspunkt mit Kraft beaufschlagten Verriegelungsbacke angetrieben wird, der wiederum von einem Aktuator direkt oder über eine Koppelstange oder eine Verbindungsstange bewegt wird. In den Figuren sind gleiche Bauteile zur besseren Verständlichkeit mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren zeigen:
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1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtung gemäß der Erfindung in Geschlossenstellung.
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2 die Ausführungsform gemäß 1 in einer perspektivischen Darstellung.
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3 eine Werkzeugaufspannplatte einer Kunststoffverarbeitungsmaschine mit vier erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtungen gemäß 1 oder 2, wobei jeweils zwei Verriegelungsvorrichtungen miteinander verbunden sind und paarweise mittels je einem Aktuator betätigt werden.
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4 eine Werkzeugaufspannplatte gemäß 3 mit vier an der Werkzeugaufspannplatte mit erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtungen verriegelten Säulen einer Kunststoffverarbeitungsmaschine in einer perspektivischen Darstellung.
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1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtung 1 in einer ersten beispielhaften Ausführungsform. Die Verriegelungsvorrichtung gemäß 1 ist in ihrer Geschlossenstellung und weist eine erste Verriegelungsbacke 4 mit einem daran angeordneten ersten Zahnrad 22 auf, das zusammen mit der Verriegelungsbacke 4 um eine erste Drehachse 10 verschwenkbar ist. Die erste Drehachse 10 ist dabei in Schließrichtung 18 parallel zur Säulenlängsachse einer Kunststoffverarbeitungsmaschine ausgerichtet. Das erste Zahnrad 22 kämmt mit einem zweiten Zahnrad 24, das auf der zweiten Verriegelungsbacke 6 angebracht ist, wobei das zweite Zahnrad 24 zusammen mit der zweiten Verriegelungsbacke 6 drehbar um eine zweite Schwenkachse 12 gelagert ist. Zum Überführen der Verriegelungsvorrichtung 1 in die Offenstellung können die beiden Verriegelungsbacken 4, 6 gegensinnig um die beiden Drehachsen 10, 12 verschwenkt werden, wobei die Kraft zum Öffnen der Verriegelungsvorrichtung am Kraftangriffspunkt 3 eingeleitet wird. Dies kann bspw. Mittels eines in 3 beispielhaft dargestellten Aktuators 32 erfolgen.
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Wie sich anhand der eingezeichneten Bewegungspfeile 5 in 1 nachvollziehen lässt, können sich die beiden Verriegelungsbacken 4, 6 aufgrund ihrer Koppelung über das Verzahnungs-Getriebe 20 nur zangen-, scheren- oder klemmenartig aufeinander zu in eine Geschlossenstellung oder von einander weg in eine Offenstellung bewegen. Eine unabhängige Verschwenkung nur einer der beiden Verriegelungsbacken 4 oder 6 ist nicht vorgesehen. Mit der verzahnten Zwangsführung der beiden Verriegelungsbacken 4 und 6 wird eine schnelle, sichere sowie robuste Kraftübertragung von der unteren Verriegelungsbacke 4 auf die obere Verriegelungsbacke 6 gewährleistet.
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Zum Erreichen einer kompakten Bauform und zum Erzielen eines kleinen Öffnungswinkels der Verriegelungsbacken 4, 6 in der Offenstellung sind die Verriegelungselemente 8 der Verriegelungsbacken 4 und 6, welche jeweils auf den Innenseiten der Verriegelungsbacken 4, 6 angeordnet sind und in entsprechende Gegenverriegelungselemente an den Säulen der Kunststoffverarbeitungsmaschine eingreifen können, in den zur jeweiligen Drehachse 10 bzw. 12 benachbarten Bereichen 9 in ihrer radialen Höhe gegenüber den von den Drehachsen 10 bzw. 12 entfernten Bereichen 7 reduziert. Gleiches kann durch Reduzierung der radialen Höhe der Gegenverriegelungselemente 16 an den Führungsholmen in den Bereichen nahe der Drehachsen 10, 12 für die Verriegelungsbacken 4, 6 erreicht werden.
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Wird die in 1 dargestellte Verriegelungsvorrichtung 1 in die Offenstellung verbracht, so wird eine schnellere Freigabe des Holmes 14 dadurch erreicht, dass der Öffnungswinkel, an dem der Führungsholm 14 freigegeben wird, kleiner ist, als wenn die radiale Höhe der Verriegelungselemente 8 und/oder der Gegenverriegelungselemente 16 durchgehend beibehalten würde. Dies liegt daran, dass die der Drehachsen 10 und 12 benachbarten Verriegelungsbereiche der Verriegelungsbacken 4, 6 mit den Gegenverriegelungselementen 16 an den Säulen 14 bei einer zangenartigen Öffnung der Verriegelungsbacken 4, 6 als letztes freigegeben werden.
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Wird, wie erfindungsgemäß vorgeschlagen, die radiale Höhe der Verriegelungselemente 8 und/oder der Gegenverriegelungselemente 16 in den Bereichen 9 benachbart zu den Drehachsen 10, 12 reduziert, so wird der mit Verriegelungsvorrichtung 1 verriegelte Führungsholm 14 schon bei kleineren Öffnungswinkeln der Verriegelungsvorrichtung 1 entriegelt. Die gepunktete Linie in 1 im drehachsenbenachbarten Bereich stellt eine nicht reduzierte Höhe der Verriegelungselemente 8 dar, so wie sie im Stand der Technik verwendet werden. Deutlich sichtbar ist, dass eine radiale Freigabe des Führungsholms 14 mit nicht-höhenreduzierten Verriegelungselementen 8 gemäß der gepunkteten Linie sehr viel größere Öffnungswinkel erfordert als bei höhenreduzierten Verriegelungselementen 8 bzw. höhenreduzierten Gegenverriegelungselementen 16 gemäß der Erfindung in drehachsennahen Bereichen der Drehachsen 10, 12 für die Verriegelungsbacken 4, 6. Die Gegenverriegelungselemente 16 des Führungsholms 14 – gestrichelte Linie in 1 – sind in der Geschlossenstellung der Verriegelungsbacken 4 und 6 nicht vollumfänglich im Eingriff, wodurch schon bei geringen Öffnungswinkeln schnell die weiteren Bereiche der Gegenverriegelungselemente 16 des Führungsholms 14 freigegeben werden.
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Beispielweise kann, wie in 1 dargestellt, die radiale Höhe der Verriegelungselemente 8 linear bis auf Höhe null zurückgenommen werden. Alle denkbaren Übergänge auf Null oder zumindest soweit, dass in diesem drehachsennahen Bereichen 9 in der Geschlossenstellung kein Eingriff der Verriegelungselemente 8 in die Gegenverriegelungselemente 16 der Säulen 14 stattfindet, sind dabei von dem Erfindungsgedanken umfasst, wie bspw. linear, tangential, evolventenartig oder anderweitig gekrümmt.
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Weiter ist eine Reduzierung der radialen Höhe in der Art in den drehachsenbenachbarten Bereichen 9 denkbar, dass die radiale Höhe der Verriegelungselemente 8 in der Geschlossenstellung der Verriegelungsvorrichtung 1 eine Linie, die den Außenumfang des verriegelten Holmes bspw. tangential berührt und die entsprechende Drehachse schneidet, nicht überschreitet. Eine analoge Ausführung ist für Bereiche nahe den Drehachsen der Verriegelungsbacken ebenfalls denkbar. In beiden Fällen reicht der zur Drehachse benachbarte Bereich 9 der Verriegelungsbacken 4, 6 bis zum Berührungspunkt am Außenumfang des Führungsholms 14, entsprechend übertragen auf die jeweilige Verriegelungsbacke 4 bzw. 6. Der zur Drehachse benachbarte Bereich 9 ist in einem weiteren Ausführungsbeispiel bevorzugt innerhalb eines Winkelbereiches kleiner gleich +/–45º um den Mittelpunkt des Führungsholms 14 bzgl. der Kontaktlinie der beiden Verriegelungsbacken 4 und 6 in der Geschlossenstellung auf der Seite, auf der die Drehachsen 10, 12 angeordnet sind.
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2 zeigt die Verriegelungsvorrichtung 1 gemäß 1 in einer perspektivischen Darstellung, wobei gleiche Bauteile mit denselben Bezugzeichen versehen sind.
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Die in 3 dargestellte Werkzeugaufspannplatte kann sowohl eine bewegliche Werkzeugaufspannplatte 40 als auch feste Werkzeugaufspannplatte 42 darstellen, wobei an jeder Ecke der Werkzeugaufspannplatte 40, 42 eine Verriegelungsvorrichtung 1 angeordnet ist. Jeweils zwei vertikal übereinander angeordnete Verriegelungsvorrichtungen 1 sind dabei über eine Zug-/Druckstange 26 gekoppelt, die jeweils an der vertikal unteren Verriegelungsbacke 4 am Kraftangriffpunkt 3 angreift. Somit können die beiden vertikal übereinander angeordneten Verriegelungsvorrichtungen 1 gemeinsam über einen Aktuator 32 betätigt werden. Da die Kräfte an den jeweiligen Kraftangriffspunkten 3 an der jeweils unteren Verriegelungsbacke 4 angreifen, können alle vier Säulen 14 von den Verriegelungsvorrichtungen 1 bei einer Auslenkung aus der Solllage von den Verriegelungsvorrichtungen 1 wieder in ihre Sollpositionen zurückbewegt bzw. zentriert werden.
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3 zeigt den zentralen Bereich der Werkzeugaufspannplatte 40 bzw. 42 frei bspw. für die Durchführung/Anordnung einer Auswerferstange oder einer (Maschinen-)Einspritzdüse. Der zentrale Bereich der Werkzeugaufspannplatte 40 bzw. 42 bleibt auch dann frei, wenn die Zug-/Druckstangen 26 durch eine weitere, nicht dargestellte und in diesem Fall horizontale Verbindungstange verbunden sind, wobei die Verbindungsstange zur Betätigung der Zug-/Druckstangen 26 vertikal durch einen Aktuator 32 parallel verschoben werden kann, um so alle Verriegelungsvorrichtungen 1 gemeinsam zu bewegen. Hierdurch kann eine weitere Vereinfachung des Verriegelungsmechanismus für eine Kunststoffverarbeitungsmaschine erreicht werden, da nur ein Aktuator 32 betätigt werden muss.
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Die in 4 perspektivisch dargestellte bewegliche Werkzeugaufspannplatte 40 zeigt die Verriegelungsbereiche 15 mit Gegenverriegelungselementen 16 in ersten Endbereichen der Säulen 14 einer Kunststoffverarbeitungsmaschine, an denen, in Abhängigkeit von der Formwerkzeughöhe, die bewegliche Werkzeugaufspannplatte 40 an unterschiedlichen Stellen verriegelbar ist. 4 zeigt weiterhin zweite Verriegelungsbereiche 17 an den gegenüberliegenden Endbereichen der Säulen 14, welche bspw. mit einer maschinenfesten Werkzeugaufspannplatte 42 verriegelt werden können.
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In der bevorzugten Ausführungsform gemäß 4 sind die beiden seitlichen Paare der Verriegelungsvorrichtungen 1 jeweils über eine Zug-/Druckstange 26 miteinander verbunden und können so paarweise gemeinsam jeweils über einen Aktuator 32 betätigt werden. Wie schon für die Anordnung der 3 beschrieben, können die beiden Seiten jedoch auch mit einer Verbindungsstange verbunden werden und so die beiden Paare gemeinsam von einem die Verbindungsstange parallel verschiebenden Aktuator 32 geschlossen und geöffnet werden. Die Verbindungsstange sowie der Aktuator 32 können dabei oben oder auch unten an der Werkzeugaufspannplatte 40 bzw. 42 angeordnet werden. Alle vier Verriegelungsvorrichtungen 1 können somit erfindungsgemäß schnell, robust, kraftvoll und zuverlässig über die durch die Verzahnungs-Getriebe 20 zwangsgeführten mit relativ kleinen Öffnungswinkel in kurzer Zeit sowohl geöffnet als geschlossen werden, da die zur jeweiligen Drehachsen 10, 12 benachbarten Bereiche 9 der Verriegelungselemente 8 in ihrer radialen Höhe zurückgenommen sind, womit ein schnelles in und außer Eingriff gelangen mit erfindungsgemäß geringen Schwenkwinkeln gewährleistet wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verriegelungsvorrichtung
- 2
- Gehäuse
- 3
- Kraftangriffspunkt
- 4
- erste Verriegelungsbacke
- 5
- Bewegungsrichtungen /Bewegungspfeile
- 6
- zweite Verriegelungsbacke
- 7
- zur Drehachse entfernter Bereich
- 8
- Verriegelungskonturen
- 9
- zur Drehachse benachbarter Bereich
- 10
- erste Drehachse
- 12
- zweite Drehachse
- 14
- Säule / Holm / Führungsholm
- 15
- erster Verriegelungsbereich Säule / Holm
- 16
- Verriegelungskonturen an Säule / Holm
- 17
- zweiter Verriegelungsbereich Säule / Holm
- 18
- Schließrichtung
- 20
- Verzahnungs-Getriebe
- 22
- erstes Zahnrad
- 24
- zweites Zahnrad
- 26
- Zug-/Druckstange
- 32
- Aktuator
- 40
- bewegliche Werkzeugaufspannplatte (BWAP)
- 42
- maschinenfeste Werkzeugaufspannplatte (FWAP)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DT 2455702 A1 [0017, 0018, 0018, 0018]
- US 6231329 B1 [0019]
