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Oberwachungseinrichtung mit Näherungs-
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fühlern für Spritz- oder Druckgießmaschinen Die Erfindung betrifft
eine Oberwachungseinrichtung mit Näherungsfühlern für Spritz- oder Druckgießmaschinen
mit gegeneinander bewegbaren Formwerkzeugteilen.
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Derartige Spritz- und Druckgießmaschinen für Metalle und Kunststoffe,
zu denen auch Preßmaschinen zu rechnen sind, sofern es, beispielsweise für die Verarbeitung
von Duroplasten, um vergleichbare Maschinen mit Formen etc. geht, benötigen Oberwachungseinrichtungen,
um sicherzustellen, daß die Formen vollständig geschlossen werden. Bekannt sind
Werkzeugsicherungen, die an der Spritzgußmaschine selbst angeordnet sind und über
einstellbare Spindeln und Stellschrauben elektrische Endschalter betätigen. Sie
werden durch den Einrichter der Maschine so eingestellt, daß sie im zu überwachenden
Falle ansprechen. In dieser Einstellung liegt eine erste Fehlermöglichkeit, indem
die Einstellung unzureichend
oder zu grob toleriert sein kann. In
den meisten Fällen ist eine Einstellung auf wenige Zehntel und Hundertstel Millimeter
nicht möglich. Außerdem besteht die Gefahr, daß die Bedienungsperson der Spritzgießmaschine
beim Ansprechen der Sicherung ohne ersichtlichen Grund diese von sich aus verstellt,
um die Produktion ungestört fortzusetzen, so daß die Sicherung dann außer Funktion
ist.
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Es ist ferner vorgeschlagen worden, die Ausstoßerplatte eines Formwerkzeuges,
an der im Werkzeug die einzelnen Ausstoßer zusammengefaßt sind, mit einem elektrischen
Näherungsschalter daraufhin zu überwachen, ob sie vollständig zurückgezogen ist.
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Wie im vorherigen Falle ist auch dort die Sicherheit zu gering, weil
durch die Einstellmöglichkeit im Zusammenhang mit der Schalterbauart die Toleranzen
zu groß sind und eine bewußte Verstellung der Sicherung, um sie außer Funktion zu
setzen, möglich ist. Bei mechanischen Schaltern ist es auch möglich, daß durch Verschmutzungen
oder der zwischengefallene Teile die mechanischen Schalter betätigt werden, ohne
daß der von ihnen anzuzeigende Zustand überhaupt vorhanden ist.
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Es ist ferner vorgeschlagen worden, in bestimmte Formwe-rkzeuge piezoelektrische
Druckgeber einzubauen, die den Einspritzdruck im Formnest oder in den Angußwegen
direkt messen. Ober diese ist ein gewisser Rückschluß beispielsweise auf das vollständige
Schließen der Form etc. möglich. Diese Einrichtung benötigt jedoch eine komplizierte
Auswertelogik, um diese Rückschlüsse auch automatisch ziehen zu können.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Oberwachungseinrichtung zu schaffen,
die weitgehend unabhängig vom Bedienungspersonal mit großer Zuverlässigkeit und
Präzision arbeitet.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß
zumindest
ein Näherungsfühler an einem Formwerkzeugteil fest angebracht ist und von einem
anderen Formwerkzeugteil betätigbar ist.
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Die Näherungsfühler sind also nicht an der Spritzgußmaschine, sondern
am Formwerkzeug selbst angebracht. Dabei wird unter dem Begriff Formwerkzeug hier
die Gesamtheit des Werkzeuges verstanden, d.h. außer den eigentlichen Formhälften
auch alle Zusatzteile wie Schieber, Ausstoßer, Ausstoßerplatten etc. Die Näherungsfühler
können also bereits bei der Werkzeugherstellung mit großer Präzision positioniert
werden, beispielsweise angeschweißt oder verstiftet, so daß sie nicht mehr verstellt
werden können. Bei der Montage des Formwerkzeuges auf der Maschine ist keinerlei
Einstellung mehr notwendig. Die Näherungsfühler brauchen nur an die Oberwachungseinrichtung
angeschlossen zu werden und sind sofort einsatzbereit. Es ist natürlich auch möglich,
einen Näherungsfühler erst nachträglich anzubringen oder auszuwechseln, jedoch ist
seine genaue Positionierung, beispielsweise durch Paßstifte etc., genauestens festgelegt,
ebenso wie der mit ihm zusammenarbeitende Abschnitt am anderen Formwerkzeugteil.
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Eine besonders einfache, präzise und betriebssichere Ausführung des
Näherungsfühlers ist möglich, wenn dieser berührungsfrei und zwar vorzugsweise pneumatisch
arbeitet. Ein pneumatisches Meßgerät hat den Vorteil, daß man einen raltiv einfachen
und nicht übermäßig genau zu bearbeitenden Meßkopf hat, der an die üblichen Druckluftnetze
in entsprechenden Betrieben ggf.
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über entsprechende Druckwandler angeschlossen werden kann. Das Gerät
ist im Betrieb nicht empfindlich und der Meßkopf so einfach, daß er bei der Herstellung
gleich fest angebaut und auch bei der Lagerhalterung der Form an dieser verbleibt.
Bei mehrmaligem Einsatz der gleichen Form sind also die zu überwachenden Funktionen
stets ohne neue Einstellung genau festgelegt. Das Gerät
kann ferner
an jedem Werkzeug auch nachträglich angebracht werden und ohne großen Aufwand an
übliche Spritzgußmaschinen-Steuerungen angeschlossen werden. Durch die eingeblasene
Luft ist ein pneumatischer Näherungsfühler selbstreinigend, d.h. er bläst seine
Meßwege selbst frei. Der Schaltpunkt bzw. die Schaltpunkte des Näherungsfühlers
können fest eingestellt sein. Der zugehörige Schalter kann relativ grob ausgelegt
sein, da bei der Annäherung der Düse des pneumatischen Näherungsfühlers an die mit
ihm zusammenwirkende Fläche der Druckanstieg relativ steil ist und so die Schaltung
mit Sicherheit auslöst. Besonders bevorzugt ist eine Ausführung,bei der der Näherungsfühler
eine Düsenanordnung und einen druckbetätigbaren Schalter aufweist, die in einer
Baugruppe zusammengefaßt und an einem Formwerkzeugteil fest angebracht sind.
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Die Formwerkzeugteile können zwei Formhälften, ein Ausstoßer (einschließlich
der zugehörigen Mechanik am Werkzeug), ein Kern oder ein Schieber (ebenfalls einschließlich
der zugehörigen Mechanik) sein. Damit sind zahlreiche Oberwachungsfunktionen möglich.
So kann beispielsweise der Näherungsfühler zwischen den eigentlichen Formteilen
oder -hälften einerseits die Form beim Schließen gegen ein unvollständiges Schließen
überwachen. Die Spritzgußmaschine wird dann so geschaltet, daß die Umschaltung vom
Zufahrdruck auf den um Größenordnungen höheren Formzuhaltedruck erst vorgenommen
wird, wenn der Fühler angezeigt hat, daß ein gewisser Spalt zwischen den beiden
WerkzeughUlften unterschritten ist. Mit dem beschriebenen Näherungsfühler ist es
durchaus möglich, dabei Spalte in der Größenordnung von 0,02 mm sicher zu Uberwachen
bzw. ihre Ober-und Unterschreitung zu einer sicheren Schaltung heranzuziehen.
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In Abhängigkeit von dieser Umschaltung wird erst der Einspritzvorgang
freigegeben. Es können aber auch andere Vorgänge von der Oberwachung ausgelöst werden,
und zwar von der Warenanzeige
bis zum Stoppen der Maschine oder
dem Wiederöffnen der Form vor Beginn des Einspritzvorganges. Mit dem gleichen Näherungsfühler
an den Formhälften läßt sich die Form auf unbeabsichtige Uffnung durch zu hohen
Spritzdruck überwachen.
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Derartige Fehlfunktionen können beispielsweise durch Änderung in der
Werkstoffviskosität etc. auftreten. Die Oberwachung geht dabei dahin, daß nach Beginn
des Einspritzvorganges der eingestellte Mindestspalt nicht überschritten werden
darf.
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Anderenfalls spricht der Fühler an und warnt bzw. reduziert den Einspritzdruck
oder setzt die Maschine still.
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Der Oberwachungsmechanismus kann ferner seine Funktionstüchtigkeit
dadurch selbst überwachen, daß beispielsweise bei geöffneter Form überprüft wird,
ob der Schalter in seiner Ausgangsstellung ("offen") steht.
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Die Anbringung eines Näherungsfühlers an dem Ausstoßermechanismus,
beispielsweise zwischen der Ausstoßerplatte und einem anderen Werkzeugteil, kann
mit großer Präzision überwachen, ob alle Ausstoßer vor dem Schließen der Form vollständig
zurückgezogen sind, weil es sonst zu Werkzeugbeschädigungen, beispielsweise durch
eine Kollision zwischen Schiebern und Ausstoßern kommen kann. Außerdem würde die
Qualität der hergestellten Teile durch sich abzeichnende Ausstoßer leiden.
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Bei hohen Anforderungen an die Präzision der Oberwachung können mehrere
Näherungsfühler an unterschiedlichen Stellen der gleichen Werkzeugteile angeordnet
sein, wobei das Ansprechen eines der Näherungsfühler bereits das Oberwachungs-Ausgangssignal
auslöst. So könnten beispielsweise an einer Ausstoßerplatte zwei oder drei Näherungsfühler
angeordnet sein, wodurch ausgeschaltet wird, daß eine mangelhafte Zurückziehung
der Ausstoßer durch Verkanten der Ausstoßerplatte auftreten kann.
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In gleicher Weise können Kerne, Schieber etc. durch einen oder mehrere
Fühler gesichert werden, um sicherzustellen, ob sie vollständig aus- oder auch eingefahren
sind.
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Es ist zu erkennen, daß hier eine besonders einfache und auch von
der Bedienungsperson kaum zu "überlistende" Oberwachung geschaffen wird, die die
kostbaren Werkzeuge gegen die wesentlichsten Ursachen von Beschädigungen sichert.
Insbesondere bei häufig eingesetzten Werkzeugen wird auch die Arbeitszeit für das
Einrichten der Werkzeuge verringert. Außer der Sicherung des Werkzeuges gegen Beschädigungen
werden auch die Produkte in ihrer Maßhaltigkeits Gratfreiheit etc. überwacht.
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Der beschriebene pneumatische Fühler ist vorzugsweise in einem mit
dem Schalter zusammengefaßten Bauteil am Werkzeug angebracht. Die Düse könnte aber
auch in ein Werkzeugteil selbst eingearbeitet sein und entweder mit dem anderen
Werkzeugteil direkt oder einem daran ebenfalls fest montierten Teil ständig zusammenwirken.
Der feste und nicht einstellbare Einbau ist dadurch möglich, daß der Näherungsfühler
praktisch verschleißfrei ist und keine empfindlichen beweglichen Teile im Außenbereich
hat. Dadurch ist es möglich, beim Nacharbeiten der Form in der Teilungsebene auch
die entsprechenden Flächen des Näherungsfühlers mit nachzuarbeiten (z.B.
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durch Oberschleifen), so daß automatisch wieder der Ausgangszustand
hergestellt ist. Die räumliche Zusammenfassung von Düse und Druckschalter hat außer
den baulichen Vorteilen den Vorteil, daß der die Schaltung auslösende Druckaufbau
durch nur geringfügige Druckräume und Leitungswege sehr schnell erfolgen kann, so
daß keine Zeitverzögerung eintritt.
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Dadurch kann die Oberwachungseinrichtung auch an sehr schnell arbeitende
Maschinen eingesetzt werden.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen
und der Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen erläutert. Ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung
ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden
näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch ein Formwerkzeug
und Teile einer Spritzgußmaschine mit einem Blockschaltbild, und Fig. 2 einen schematischen
Schnitt durch einen Näherungsfühler und das mit ihm zusammenarbeitende Teil.
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In Fig. 1 ist von einer Spritzgußmaschine 11 die feste Werkzeugaufnahmeplatte
12, die an den Einspritzzylinder 13 anschließt, und die bewegliche Werkzeugaufnahmeplatte
14 gezeigt, die von starken, z.B. hydraulisch wirkenden Schließzylindern 15 in horizontaler
Richtung bewegbar ist.
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Zwischen den beiden Werkzeugaufnahmeplatten 12, 14 ist das Formwerkzeug
16 montiert, das aus verschiedenen Formwerkzeugteilen besteht, die nachstehend beschrieben
werden: An der festen Werkzeugaufnahmeplatte 12 ist eine Formhälfte 17 mit einem
Teil des Formnestes 18 montiert, das über einen Eingußkanal 19 an den Einspritzzylinder
13 angeschlossen ist. Die feste Werkzeughälfte 17 arbeitet mit der beweglichen Werkzeughälfte
20 zusammen, die den anderen Teil des Formnestes 18 enthält und zusätzlich die Ausstoßerstifte
21 und einen Schieber 22 aufweist, die in ihr verschiebbar geführt sind. Der Ausstoßer
23 besteht aus den Ausstoßerstiften 21 und einer diese tragenden Ausstoßerplatte
24, die über einen Stempel 25 von einer Antriebseinrichtung, beispielsweise einem
Pneumatik- oder Hydraulik-Zylinder 26 unabhängig von der Bewegung der beweglichen
Werkzeugaufnahmeplatte 14 verschoben werden kann.
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Der Schieber 22 wird von einem Pneumatik- oder Hydraulikzylinder 27
zwischen seinen beiden Endstellungen bewegt. Er verschiebt sich quer zur Bewegungsrichtung
der Ausstoßer und es ist anhand der strichliert ausgezogenen Bewegungsbahn der Ausstoßer
zu erkennen, daß diese sich mit der Schieberbahn überkreuzt, so daß mit einer Kollision
gerechnet werden muß, wenn Ausstoßer und Schieber gleichzeitig eingefahren wären.
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Im Bereich der Formteilungsfläche 28 ist im Außenbereich der Werkzeughälfte
20 ein Näherungsfühler 30 angebracht. Es handelt sich um einen pneumatischen Fühler,
der später anhand von Fig. 2 noch näher beschrieben wird. Seine Meßdüse arbeitet
mit der Meßfläche 35 eines fest, beispielsweise durch Schweißung, mit der anderen
Werkzeughälfte 17 verbundenen Teils 36 zusammen. Der Näherungsfühler 30 ist an der
Werkzeughälfte 20 ebenfalls fest und genau positioniert angebracht, beispielsweise
durch Schweißung, Schraubung und Verstiftung etc. Auf gleiche Weise ist am Schieber-Betätigungsmechanismus
ein Näherungsfühler 31 angebracht, der mit einem Bund 37 am Schieber-Betätigungsmechanismus
zusammenwirkt.
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Zwei weitere Näherungsfühler 32, 33 sind an dem die bewegliche Werkzeughälfte
20 tragenden Formwerkzeugteil 38 derart fest angebracht, daß sie mit unterschiedlichen
Stellen des äußeren Randes der Ausstoßerplatte 24 zusammenwirken.
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Die pneumatischen Näherungsfühler sind über Luftleitungen 39 an eine
beliebige Druckluftquelle 40 angeschlossen, ggf.
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über Einrichtungen zur Druckminderung und -konstanthaltung.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird einer der verwendeten Näherungsfühler,
z.B. der Näherungsfühler 30, näher beschrieben.
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Er besitzt ein Gehäuse 41, das mit der Formhälfte 20 über
Paßstifte
42 und nicht dargestellte Schrauben befestigt ist.
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Er könnte aber auch direkt angeschweißt sein. Eine an die Luftleitung
39 angeschlossene Bohrung 43 erweitert sich zu einer Meßdüse 44, die von einer Meß-
oder Referenzfläche 45 umgeben ist. Die Meßdüse 44 ist über eine Querbohrung 46
mit einem Druckmeßraum 47 verbunden, der an der Oberseite des Gehäuses ausgebildet
und durch eine elastische Membran 48 abgeschlossen ist. Die Membran 48 wirkt auf
einen elektrischen Schalter, beispielsweise einen Schnappschalter 49 ein, der in
einem die Membran haltenden entlüfteten Deckel 50 montiert ist.
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Bei Annäherung der Meßfläche 35 des dem Näherungsfühler gegenüberliegenden
Teils 36 an die Meßfläche 45 bzw. die Meßdüse 44 baut sich, abhängig von der Größe
der Meßdüse und der Luftgeschwindigkeit auf den letzten Hundertstel Millimetern
außerordentlich schnell ein Gegendruck auf, der auf den Meßraum 47 wirkt und über
die federbelastete Membran den Schalter 49 ein- oder ausschaltet (je nach Bauart).
Es könnte auch ein Umschalter verwendet werden und es ist möglich, durch zwei unterschiedlich
belastete Schalter oder ggf. auch zwei Membranen Schaltungen an verschiedenen Schaltpunkten
vorzunehmen.
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Die elektrischen Signale der Näherungsfühler 30 bis 33 (falls einfache
strichpunktierte Linien dargestellte) Signalleitungen 51 dem mit der Maschinen-Gesamtsteuerung
verbundenen Steuergerät 52 der Oberwachungseinrichtung zugeführt. Im dargestellten
Beispiel sind Ausgangs-Signal leitungen 53 angedeutet, die eine optische oder akustische
Warneinrichtung 54 sowie die Betätigung der Schließzylinder 15 und die Drucksteuerung
des Einspritzzylinders 13 ansteuern.
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Die Funktion ist wie folgt: In Fig. 1 ist die Form kurz vor dem Schließen
dargestellt.
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Die Schließzylinder 15 bewegen den Teil links von der Formtrennfläche
28 nach rechts, die Ausstoßer 21 sind aus der Form zurückgezogen und der Schieber
22 ist vollständig in die Form eingefahren.
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Anschließend an das Ausstoßen des vorhergehenden Werkstücks aus dem
Formnest 18 durch Betätigung des Zylinders 26 war die Ausstoßerplatte 24 durch diesen
Zylinder wieder in ihre Ausgangslage zurückgezogen worden und hatte dabei die beiden
Näherungsfühler 32, 33 zum Schalter gebracht, wodurch festgestellt wurde, daß die
Ausstoßer völlig zurückgezogen waren, so daß der erneute Formschließ-Vorgang freigegeben
werden konnte. Durch die zwei, ggf. auch drei Näherungsfühler in Dreiecks-Anordnung,
wurde gleichzeitig überprüft, daß die Ausstoßerplatte nicht verkantet war.
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Bei Teilen, bei denen es auf die genaue Einfahrposition der Schieber
22 ankommt, beispielsweise um einen Grat zu vermeiden, kann diese durch einen weiteren
Näherungsfühler ebenfalls überwacht werden. Bei der Annäherung beider Formhälften
17, 20 aneinander, wird auf den letzten Hundertstel Millimetern (vorzugsweise bei
einem Spalt kleiner als 0,02 mm) der Näherungsschalter 30 betätigt, so daß von der
bis dahin wirksamen Schließkraft (z.B. Größenordnung 1 kN (100 kp)) auf die wesentlich
höhere Zuhaltekraft (z.B. 400 kN = 40 000 kp) umgeschaltet wird, wonach der Einspritzvorgang
freigegeben wird. Das Steuergerät 52 überwacht während des Einspritzvorganges, ob
dieser vorgegebene Schließspalt nicht überschritten wird. Das bedeutet, daß in dem
Falle, daß die Form sich während der Einspritzung geringfügig öffnet, der Schalter
des Näherungsfühlers 30 wieder anspricht und eine entsprechende Oberwachungsfunktion
auslöst, beispielsweise Reduzierung
des Einspritzdruckes, Abschaltung
der Maschine, Aussortieren des nunmehr nicht maßhaltigen Werkstücks etc.
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Nach dem ordnungsgemäßen Einspritzvorgang wird die Form durch Betätigung
der Schließzylinder 15 geöffnet, wobei die soeben beschriebene Oberwachungsfunktion
gegen ungewolltes Formöffnen ausgeschaltet ist. Gleichzeitig oder vorher wird durch
Betätigung des Zylinders 27 der Schieber 22 zurückgezogen.
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Seine vollständige Zurückziehung wird durch den Näherungsfühler 31
überwacht und erst nach dem Ansprechen des Schalters dieses Näherungsfühlers wird
der Ausstoßer 23 in Funktion gesetzt, so daß sichergestellt ist, daß der Schieber
22 das Werkstück im Formnest 18 freigegeben hat.
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Es ist also zu erkennen, daß mit der Oberwachungseinrichtung außer
der Sicherung gegen Beschädigung der Werkzeuge z.B.
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durch zwischen den Formhälften befindliche Fremdkörper (Werkzeuge
oder nicht ausgeworfene Werkstücke) zahlreiche andere Oberwachungsfunktionen möglich
sind. Da ihre Funktion nicht von einer erst nach dem Einrichten des Werkzeugs vorzunehmenden
Einstellung abhängt, kann sie ggf. auch schon während des Einrichtens angeschlossen
werden und so das kostbare Werkzeug auch gegen Bedienungsfehler beim Einrichten
schützen.
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Obwohl es auch möglich wäre, die pneumatischen Meßdüsen direkt in
das Werkzeug,z.B. im Bereich der Formtrennebene, hineinzubohren, wird eine Anordnung
im Randbereich bevorzugt, weil sich dort einerseits eine Anordnung als Baugruppe
besser bewerkstelligen läßt und andererseits die Meßdüse gegen Verstopfung durch
überspritzten Werkstoff oder Werkstoffabfälle sicherer ist.