DE3203763C2

DE3203763C2 - Plastifizier- und Einspritzeinheit für Spritzgießmaschinen

Info

Publication number: DE3203763C2
Application number: DE3203763A
Authority: DE
Inventors: Lothar 7809 Denzlingen Gutjahr
Original assignee: Kloeckner Werke AG
Current assignee: Kloeckner Werke AG
Priority date: 1982-02-04
Filing date: 1982-02-04
Publication date: 1990-09-13
Also published as: DE3203763A1; FR2520659B1; ATA28983A; CH668218A5; FR2520659A1; US4592712A; AT389492B

Abstract

Die Kolbenstange des Spritzzylinders einer Spritzgießmaschine ist mit einer Spindel gekoppelt, auf der axial verschiebbar der Ventilkörper eines Wegeventils geführt ist. Die Spindel ist mit einem in Abhängigkeit des Spritzdrucks und/oder der Spritzgeschwindigkeit gesteuerten Schrittmotor gekoppelt. Durch diese Maßnahmen wird bei Präzisionsteilen der Materialschwund kompensiert. Die Welle des Hydromotors, der die Plastifizier- und Einspritzschnecke antreibt, ist durch ein Wegeventil geführt, dessen Ventilkörper auf der Welle axial verschiebbar geführt ist. Die Welle ist weiterhin mit einem Schrittmotor gekoppelt. Nach Beendigung des Plastifizierens wird zum Schließen der Rückströmsperre die Drehrichtung des Hydromotors geändert, wobei durch das Zusammenwirken des Schrittmotors und des Wegeventils die Schnecke sich um einen vorgegebenen Betrag axial verschiebt und die Rückströmsperre schließt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Plastifizier- und Einsp'ritzeinheit für Spritzgießmaschinen entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Plastifizier- und Einspritzeinheit ist beispielsweise nach der DE-OS 23 64 559 bekannt.

Unter zu plastifizierenden Massen sind im folgenden zu verstehen: Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere/Gummi.

Derartige Plastifizier- und Spritzeinheiten sind an sich seit langem bekannt. Während des Plastifizierens des Materials wird die Plastifizier- und Einspritzschnekke im allgemeinen durch einen Hydromotor in Rotation versetzt, das zugeführte Kunststoffgranulat von der sich drehenden Schnecke plastifiziert, wobei sich die Schnecke axial in ihre "on der Form abgelegene Endstellung bewegt. Gleichzeitig bewegt sich der Kolben des Spritzzylinders in die entsprechende Endstellung, wobei das aus dem Spritzzylinder abfließende Arbeitsmittel unter dem sogenannten Staudruck steht Zur Herstellung des Sprit/lings wird tier Spritzzylinder derart beaufschlagt, daß sich die Seht ok- ■ ke nunmehr als Kolben wirkend in ihre ,innere nullstellung bewegt und gleich/eilig plasiifi/iertcs Material in die Spritzgießform einspritzt. Nach Füllen der Form wird auf Nachdruck umgeschaltet, um den unter den thermodynamischen Bedingungen ablaufenden Prozessen beim Abkühlen des Spritzlings Rechnung zu tragen.

Vor allem kommt es darauf an, den während des Abkuhlens eintretenden Schwund des Spritzlings zu kompensieren, was bisher dadurch erfolgte, daß der Nachdruck hinreichend hoch bemessen wurde, so daß durch eine geringfügige axiale Verschiebung der Schnecke Material zusätzlich in die Form gebracht wurde. Derartige Steuerungen sind im allgemeinen aufwendig. Nachteilig ist insbesondere, daß der Materialschwund nur in etwa kompensiert werden kann, da die Betriebstemperatur der Spritzgießmaschine und damit die Viskosität des einzuspritzenden plastifizierten Materials schwankt.

Es ist auch bekannt, bei der Herstellung maßgenauer und fehlerfreier Spritzlinge die Maß- und Gewichtsstreuungen der Spritzlinge auf ein Minimum zu reduzieren, indem beim Umschalten von dem Spritzdruck auf den Nachdruck Unstetigkeiten im tatsächlichen Druckverlauf gegenüber einem vorprogrammierten Druckverlauf nicht auftreten (DE-PS 25 33 303).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Plastifizier- und Einspritzeinheit der eingangs erwähnten Art derart auszubilden, daß bei Präzisionsteilen der Materialschwund hinreichend genau kompensiert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs enthaltenen Merkmale gelöst. Der Schrittmotor wird in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Spritzdruck-Nachdruck-Verlauf bzw. in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Geschwindigkeitsverlauf des Spritzkolbens bzw. der Schnecke gesteuert. Dies hat zur Folge, daß der Schrittmotor versucht, die Spindel zu verdrehen, wobei gleichzeitig der Ventilkörper des Wegeventils entsprechend verschoben wird und einen mehr oder weniger großen Durchlaßquerschnitt freigibt, so daß der Zylinder der Kolbenzylindereinheit entsprechend beaufschlagt wird und die Kolbenstange eine entsprechende Bewegung ausführt, was wiederum eine entsprechende gegenläufige Verschiebung des Ventilkörpers nach sich zieht, der durch den Schrittmotor wieder entgegengewirkt wird. Es entsteht auf diese Weise ein hydraulisch stark zurückgekoppelter Regelkreis, der zur Folge hat, daß mit beliebiger Genauigkeit, die von der Genauigkeit der Spindel abhängt, die Bewegung des Spritzkolbens und damit der Schnecke gesteuert wird. Es ist insbesondere durch diese Maßnahmen möglich, während des Einspritzens von einer geschwindigkeits abhängigen auf eine druckabhängige Steuerung umzu schalten, indem der Schrittmotor die entsprechenden Steuerbefehle erhält.

Generell kann die Spindel durch eine Zahnstange oder einen Zahnriemen ersetzt werden.

Nach diesem Prinzip der hydraulisch starren Rückkopplung arbeitende hydraulische Bauelemente sind an sich bereits bekannt (Prospekt der Fa. Hartmann und Lämmle KG, Elektrohydraulisch^ Linearverstärker LVS, Ausgabe 10,1977). Derartige Bauelemente wurden bisher lediglich dazu verwendet, um z. B. an Werkzeugmaschinen verschiebbare Maschinenteile exakt zu positionieren.

Die Schnecke hat wie einleitend erwähnt, zwei I iinktionen durchzuführen: einerseits dient sie zum Plastifizieren des Materials, andererseits dient sie als Kolben. Beim Übergang von der ersten Funktion in die /weite und während des Spritzens muß dafür Sorge

getragen werden, daß ein Zurückströmen der plastifizierten Masse von der Schneckenspitze her in den riereich der Stege unterbunden ist

Es ist bekannt (DE-AS 25 41 733, DE-OS 21 55 130) bei Plastifizier- und Einspritzschnecken zwischen der Schneckenspitze und dem Stegbereich einen axial verschieblichen Sperring vorzusehen, der mit der Schnecke und einem sogenannten Stauring die Rückströmsperre bildet Die axiale Verschiebung Ues Sperrings ist einerseits begrenzt durch die benachbarte konische Schulter der Schneckenspitze, die kranzartig verlaufende Nuten aufweist und andererseits durch die Stirnfläche der Schnecke, in die die Rückströmsperre eingeschraubt ist Während des Plastifizierens steht die Sperre gegen die konische Schulter der Schneckenspitze an, wobei durch den von ihr mit dem Ansatz begrenzten Ringspalt sowie durch die Nuten der konischen Schulter das plastifizierte Material an der Schneckenspitze vorbei in den Plastifizierraum vor der Schneckenspitze strömt. Während des Spritzens steht 2» der Sperring dichtend gegen die Stirnfläche der Schnecke an und verhindert ein Zurückströmen der plastifizierten Masse in Richtung zu den Schneckenstegen. Bei der Herstellung von gespritzten Präzisionsteilen, bei denen extrem geringe Gewichtsstreuungen zum Teil dadurch bedingt sind, daß beim Anlegen des Spritzdrucks die geringen Mengen an plastifiziertem Material aus dem Bereich der Schneckenspitze durch den geöffneten Ringspalt zurückströmen. Da die Viskosität des plastifizierten Materials u. a. von der Temperatur abhängt, ist ohne weiteres verständlich, daß stets schwankende Massenmengen zurückströmen, die trotz ihrer Geringfügigkeit sich bei Präzisionsteilen nachteilig auswirken. Ausgehend von der Erkenntnis, daß durch eine geringfügige gegenläufige Rotationsbe- r, wegung vor dem Einleiten des Spritzvorganges ein Rückströmen der Masse praktisch zu Null wird, wird in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die im kennzeichnenden Teil des Unteranspruchs 2 enthaltenen Merkmale vorgeschlagen. 4»

Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Mit 1 ist die Plastifizier- und Spritzeinheit bezeichnet die aus dem Plastifizier- und Spritzzylinder 2 und der Plastifizier- und Spritzschnecke 3 besteht. Dem Plastifizier- und Spritzzylinder 4s 2 wird das Granulat in an sieb bekannter Weise über einen Trichter 4 zugeführt Während des Plastifizierens ist die Plastifizier- und Einspritzschnecke 3 mit einem Hydromotor 5 in an sich bekannter Weise derart gekoppelt daß sie einerseits eine Rotationsbewegung ausführt und andererseits sich in axialer Richtung (in der Zeichnung nach rechts) verschiebt Die Plastifizier- und Einspritzschnecke 3 ist weiterhin in an sich bekannter Weise mit dem doppelseitig beaufschlagbaren Spritzzylinder 6 mit den Zylinderräumen 7 und 8 verbunden. Diese Zylinderräume werden über das 4/2-Wegeventil durch die entsprechende Stellung des Ventilkörpers mit einem hydraulischen Arbeitsmittel beaufschlagt. Diese Maßnahmen sind an sich allgemein bekannt und werden deshalb nicht weiter erläutert Der Ventilkörper des 4/2-Wegeventils ist axial verschiebbar auf dem Abschnitt der Gewindespindel 9 innerhalb des Gehäuses des 4/2-Wegeventils verschiebbar geführt Der eine Endabschnitt der Gewindespindel 9 ist als Gewindeabschnitt 10 ausgebildet, der in der Traverse 11 verdrehbar geführt ist. Die Traverse 11 ist ihrerseits mit der Kolbenstange 12 des Spritzzylinders 6 verbunden. Der andere Endabschnitt der Spindel 9 ist mit dem Schrittmotor 13 gekoppelt. Dieser Schrittmotor 13 ist entweder geschwindigkeitsabhängig bzw. druckabhängig gesteuert, was schematisch durch die beiden Speicher 14 und 15 md den Schalter 16 dargestellt ist. Weiterhin ist ein Winkelkodierer 17 mit der Weile des Schrittmotors 13 gekoppelt und gibt jeweils eine ,Vizeige für den Istwert des von dem Kolben der Kolbenzylindereinheit zurückgelegten Wertes. Der Druckraum 7 steht weiterhin mit einem Druckaufnehmer 18 in Verbindung, der den Istwert des Spritzdruckes und des Nachdruckes anzeigt (Istwertaufnehmer).

Auf der Welle 20 des Hydromotors 5 ist der Ventilkörper des Wegeventils 19 innerhalb seines Gehäuses axial verschiebbar angeordnet. Die Welle ist über das Gehäuse des Wegeventils hinausgeführt und mit dem Schrittmotor 21 gekoppelt.

Nach Beendigung des Plastifizierens wird zum Schließen der Rückströmsperre die Drehrichtung des Hydromotors 5 geändert, wobei durch das Zusammenwirken des Schrittmotors 21 und des "Wegeventils 19 die Schnecke 3 sich um einen vorgegebenen Betrag axial verschiebt und die Rückströmsperre schließt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Plastifizier- und Einspritzeinheit für Spritzgießmaschinen, mit einem Drehantrieb für die Plastifizier- und Einspritzschnecke und eine über ein ; Wegeventil gesteuerte Kolbenzylindereinheit zum axialen Verschieben der Plastifizier- und Einspritzschnecke in Abhängigkeit des Spritzdruck-Nachdruckverlaufs bzw. eines vorgegebenen Einspritzge- schwindigkeitsverlaufs, mit einem Druckgeber zur ui Erfassung der Istwerte des Hydraulikdruckes in der Kolbenzylinder-Einheit und einem Wegegeber zur Erfassung des von der Plastifizier- und Einspritzschnecke zurückgelegten Weges, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper des η 4/2-Wegeventils zur Steuerung der Kolbenzylindereinheit auf einer Gewindespindel (9) axial verschiebbar angeordnet ist, die Gewindespindel (9) mit der Kolbenstange (12) der Kolbenzylinder-Einheit und mit einem Schrittmotor (13) gekoppelt ist und daß der Schrittmotor (13) in Abhängigkeit des Spritzdruckes oder in Abhängigkeit der Spritzgeschwindigkeit gesteuert ist

2. Plastifizier- und Einspritzeinheit nach Anspruch 1, mit einem zwischen der Schneckenspitze >i und dem Stegbereich der Plastifizier- und Einspritzschnecke angeordneten Sperring, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehantrieb für die Plastifizier- und Einspritzschnecke (3) ein Hydromotor (5) ist, auf der Welle (20) des Hydromotors (5) der Ventilkörper ₎₀ eines Wegeventils (19) verschiebbar angeordnet, die Welle (20) mit einem Schrittmotor (21) gekoppelt ist und daß zum Schließen der Rückstromsperre nach Beendigen des Plastifizierens der Schrittmotor (21) unter Umkehr der Drehrichtung der Plastifizier- und a Einspritzschnecke (3) und unter gleichzeitiger axialer Verschiebung der Plastifizier- und Einspritzschnecke (3) um einen vorgegebenen Betrag steuerbar ist, der dem Schließweg der Rückstromsperre entspricht.