DE3530383A1 - Formgebendes werkzeugaggregat fuer eine strangpressvorrichtung fuer thermoplastifizierten kunststoff - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf ein formgebendes Werkzeugaggregat, insbes. ein Strangpreßwerkzeugaggregat oder Kalibrierwerkzeugaggregat, für eine Strangpreßvorrichtung für thermoplastifizierten Kunststoff, - mit
zumindest einer austrittsspaltdefinierenden, verstellbaren Werkzeuglippe,
einer Gegenlippe,
zumindest einem auf die Werkzeuglippe arbeitenden Stellglied sowie
einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung für die Dicke des stranggepreßten Kunststoffes,
wobei das Stellglied der Steuer- und/oder Regeleinrichtung angehört und als Piezotranslator ausgeführt ist, dem eine Spannungsquelle zugeschaltet ist. Es versteht sich, daß die Dicke des stranggepreßten Kunststoffes hinter dem Strangpreßwerkzeug bzw. dem Kalibrierwerkzeug gesteuert oder geregelt wird und daß dazu auf geeignete Weise der Istwert erfaßt und der Regeleinrichtung zugeführt wird, an der der Sollwert einstellbar ist. Auch die Gegenlippe kann in der beschriebenen Weise über zumindest ein Stellglied steuerbar oder regelbar sein.

Im Rahmen der bekannten gattungsgemäßen Maßnahmen (DE 34 27 915) kann der Piezotranslator auf bekannte Weise analog mit unterschiedlicher Spannung angesteuert werden. Der Stellweg hängt von der Größe des angelegten elektrischen Feldes und der sogenannten piezoelektrischen Ladungskonstanten ab. Das hat sich bewährt, verlangt jedoch entsprechende elektrotechnische Maßnahmen mit Spannungsverstärkung und dergleichen. Grundsätzlich ist es auch möglich, im Rahmen der bekannten Maßnahmen den Piezotranslator mit einer Festspannung im Sinne einer Ja/Nein-Steuerung anzusteuern. Das führt zu einem Stellweg mit entsprechend zwei Fixpunkten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Werkzeugaggregat so weiter auszubilden, daß der Stellweg des Stellgliedes praktisch beliebig fein unterteilt werden kann und daß beliebig große und beliebig kleine Stellwege mit hoher Auflösung und Genauigkeit auf einfache Weise eingestellt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß das Stellglied eine Vielzahl von gegeneinandergesetzten Piezoscheiben aufweist, die funktionsmäßig und damit schaltungsmäßig in Gruppen zusammengefaßt sind, und daß die Gruppen der Piezoscheiben einzeln sowie in aus mehreren Gruppen aufgebauten Gesamtheiten, einschließlich der aus allen Gruppen bestehenden Gesamtheit, an die Spannungsquelle anschaltbar sind. Dabei kann die Anzahl der Piezoscheiben in den einzelnen Gruppen veränderbar sein. - Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei Aufbau des Stellgliedes aus einer Vielzahl von gegeneinandergesetzten und damit mechanisch in Reihe geschalteten Piezoscheiben der Stellweg der einzelnen Piezoscheiben addiert werden kann und daß bei dem angegebenen funktionellen und schaltungsgemäßen Zusammenhang der Gruppen die einzelnen Gruppen nach Maßgabe der Anzahl der Piezoscheiben in einer Gruppe unterschiedlich große Gruppenstellwege verwirklichen können, die ihrerseits durch unterschiedliche Zusammenschaltung wieder beliebig addierbar sind, wobei die Gruppenstellwege der Gruppe mit der geringsten Anzahl an Piezoscheiben die Auflösung beeinflußt. Im Rahmen der Erfindung kann die Ansteuerung der Gruppen oder Gesamtheiten mit der den Piezoeffekt auslösenden Spannung analog erfolgen, was eine entsprechende Variation der im übrigen durch den Aufbau der Gruppen bzw. Gesamtheiten bestimmten Stellwege zuläßt. Einfacher ist es jedoch in schaltungsmäßiger Hinsicht, die Gruppen oder Gesamtheiten im Sinne einer Ja/Nein-Steuerung zu schalten. Durch einen in Stufen praktisch beliebig großen Stellweg mit hoher Auflösung ausgezeichnet ist eine Ausführungsform der Erfindung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß das Stellglied eine Vielzahl m von gegeneinandergesetzten Piezoscheiben aufweist, und zwar in der Form

m = Σ 2 ^x n    x = 1, 2, 3 . . .,

mit n gleich eins oder ganzzahlig größer als eins, wobei die einzelnen Summanden 2 ^x n die einzelnen Gruppen bilden. Besonders überschaubar werden die Verhältnisse, wenn alle Piezoscheiben die gleiche Dicke aufweisen. Schaltungsgemäß lassen sich die erforderlichen Maßnahmen auf einfache Weise verwirklichen, z. B. dadurch, daß die Piezoscheiben einerseits an eine durchlaufende Potentialleitung und andererseits gruppenweise an Verteilerleitungen angeschlossen sind, die wie die Potentialleitung mit der Spannungsquelle verbindbar ist.

Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß bei dem erfindungsgemäßen Werkzeugaggregat praktisch beliebig große und beliebig kleine Stellwege mit hoher Auflösung und Genauigkeit auf einfache Weise eingestellt werden können. Dabei bereitet die Einrichtung der entsprechenden Schaltungen und bereiten die erforderlichen schaltungstechnischen Maßnahmen keine Schwierigkeiten, wenn mit den Hilfsmitteln der modernen Elektronik gearbeitet wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 schematisch einen Ausschnitt aus einer Strangpreßvorrichtung für thermoplastifizierten Kunststoff mit Stellglied,

Fig. 2 in gegenüber der Fig. 1 vergrößertem Maßstab und weiter schematisiert den Aufbau des Stellgliedes aus dem Gegenstand nach Fig. 1 mit schaltungsgemäßen Maßnahmen.

In der Fig. 1 erkennt man ein formgebendes Werkzeugaggregat, welches einer weiter nicht gezeigten Strangpreßvorrichtung für thermoplastifizierten Kunststoff angehört. Es mag sich um ein Strangpreßwerkzeugaggregat in Form einer Breitschlitzdüse oder um ein Kalibrierwerkzeugaggregat handeln. Man erkennt eine den Austrittsspalt 1 definierende Werkzeuglippe 2 und eine Gegenlippe 3. Diese mag im Ausführungsbeispiel fest sein, sie könnte aber auch wie die Werkzeuglippe 2 verstellbar sein. Auf die Werkzeuglippe 2 arbeitet im Ausführungsbeispiel ein Stellglied 4. Das Stellglied 4 gehört einer nicht gezeichneten Steuer- und/oder Regeleinrichtung für die Dicke des stranggepreßten Kunststoffes hinter dem Strangpreßwerkzeugaggregat bzw. dem Kalibrierwerkzeugaggregat an. Der thermoplastifizierte Kunststoff bewegt sich in Richtung des eingezeichneten Pfeiles 5. Das Stellglied 4 gehört der Steuer- und/oder Regeleinrichtung an. Es ist als Piezotranslator ausgeführt, dem eine Spannungsquelle zugeordnet ist.

Insbes. aus der Fig. 2 entnimmt man, daß das Stellglied 4 eine Vielzahl von gegeneinandergesetzten Piezoscheiben 6 aufweist, die funktionsgemäß und damit schaltungsgemäß in Gruppen Gx, x = 1, 2, 3 . . ., d. h. in die Gruppen G 1, G 2, G 3, G 4 . . . zusammengefaßt sind. Die Gruppen G 1, G 2, G 3, G 4 . . . der Piezoscheiben 6 sind einzeln sowie in aus mehreren Gruppen (z. B. G 1 plus G 2 oder G 1 plus G 2 plus 3) aufgebauten Gesamtheiten, einschließlich der aus allen Gruppen G 1, G 2, G 3, G 4 . . . bestehenden Gesamtheit, an die Spannungsquelle anschaltbar, wie weiter unten erläutert wird. Die Anordnung könnte so getroffen sein, daß auch betriebsmäßig die Anzahl der Piezoscheiben 6 in den einzelnen Gruppen G 1, G 2, G 3, G 4 . . . veränderbar ist.

Im Ausführungsbeispiel weist das Stellglied 4 eine Vielzahl m von gegeneinandergesetzten Piezoscheiben 6 auf, und zwar in der Form

m = Σ 2 ^x n    x = 1, 2, 3 . . .,

mit n gleich eins oder ganzzahlig größer als eins. Die einzelnen Summanden 2 ^x n legen die Anzahl der Piezoscheiben 6 in den einzelnen Gruppen G fest. Im Ausführungsbeispiel ist n = 2, so daß die erste Gruppe G 1 zwei Piezoscheiben 6, die zweite Gruppe G 2 vier Piezoscheiben 6, die dritte Gruppe G 3 acht Piezoscheiben 6 usw. nach Maßgabe der Größe des einzurichtenden Stellweges aufweisen. Diese Gruppen G sind, wie bereits erwähnt, einzeln sowie in aus mehreren Gruppen G 1, G 2, G 3, G 4 . . . aufgebauten Gesamtheiten, einschließlich der aus allen Gruppen G bestehenden Gesamtheit, an die Spannungsquelle anschaltbar. Im Ausführungsbeispiel besitzen alle Piezoscheiben 6 die gleiche Dicke. Aus der Fig. 2 entnimmt man eine einfache Schaltung. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß die Piezoscheiben 6 einerseits an eine durchlaufende Potentialleitung 7 und andererseits gruppenweise an Verteilerleitungen 8, 9, 10, 11, 12 angeschlossen sind, die wie die Potentialleitung 7 mit der Spannungsquelle verbindbar ist.

Die Ansteuerung kann analog erfolgen. Von besonderem Vorteil ist, daß die Ansteuerung auch mit einer Festspannung erfolgen kann, wobei nichtsdestoweniger beliebige Stellwege mit hoher Auflösung eingerichtet werden können. Das insoweit digital aufgebaute Stellglied 4 benötigt also für die Ansteuerung von Null bis Maximum nur eine Festspannung, die in der beschriebenen Weise auf die einzelnen Gruppen Gx, x = 1, 2, 3 . . . bzw. Gesamtheiten aufgeschaltet wird, wobei jede Schaltung ein Stellglied 4 mit Ja/Nein-Funktion darstellt, die Stellwege aber nichtsdestoweniger beliebig groß und mit entsprechender Auflösung eingerichtet werden können. Der minimale Stellweg wird erreicht, wenn nur die erste Gruppe G 1 angesteuert wird und alle anderen Piezoscheiben 6 auf Nullpotential liegen. Die erste Gruppe G 1 kann aus einer einzigen Piezoscheibe 6 bestehen, im Ausführungsbeispiel besteht sie aus deren zwei. Der Stellweg jeder einzelnen Piezoscheibe 6 wird selbstverständlich noch durch eine Konstante bestimmt, deren Wert von der Höhe des elektrischen Feldes und der piezoelektrischen Ladungskonstanten abhängt. Die Anzahl der möglichen Schaltungen folgt bekannten mathematischen Gesetzen und kann entsprechend eingerichtet werden. Die Stellgeschwindigkeit läßt sich durch die Stromstärke beeinflussen. Dabei wird man die folgenden Bedingungen erfüllen: Der positive und der negative Stellweg müssen für die ersten 95% des Stellweges mit der gleichen Geschwindigkeit erfolgen. Die Stellgeschwindigkeit aller Gruppen Gx, x = 1, 2, 3 . . . muß gleich sein. Außerdem muß die Zuschaltung und Abschaltung der einzelnen Gruppen Gx, x = 1, 2, 3 . . . oder Gesamtheiten zum gleichen Zeitpunkt erfolgen, was die moderne Elektronik mit extrem hoher Genauigkeit zuläßt. Es versteht sich, daß zwischen den einzelnen Piezoscheiben 6 Elektroden 13 angeordnet sind, die für die beschriebene Ansteuerung erforderlich sind. Auf die Enden der gegeneinandergesetzten Piezoscheiben 6 sind Metallkappen 14 aufgesetzt. Als Isolation ist eine Lackschicht 15 aufgetragen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 kann über eine Voreinstellung 16 der Nullpunkt eingestellt werden. Die Steuersignale die über die Leitungen 17 zugeführt werden wirken auf ein Schaltglied 18. Der Schaltglied 18 bestimmt welche der Gruppen Gx, x = 1, 2, 3 . . . und Gesamtheiten nach Maßgabe der zugeordneten steuerungs- oder regeltechnischen Zusammenhänge wirksam geschaltet werden. Alle anderen liegen, wie bereits erwähnt auf Nullpotential.

Claims (5)

1. Formgebendes Werkzeugaggregat, insbes. Strangpreßwerkzeugaggregat oder Kalibrierwerkzeugaggregat, für eine Strangpreßvorrichtung für thermoplastifizierten Kunststoff, - mit
zumindest einer austrittsspaltdefinierenden, verstellbaren Werkzeuglippe,
einer Gegenlippe,
zumindest einem auf die Werkzeuglippe arbeitenden Stellglied sowie
einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung für die Dicke des stranggepreßten Kunststoffes,
wobei das Stellglied der Steuer- und/oder Regeleinrichtung angehört und als Piezotranslator ausgeführt ist, dem eine Spannungsquelle zugeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (4) eine Vielzahl von gegeneinandergesetzten Piezoscheiben (6) aufweist, die funktionsmäßig und damit schaltungsmäßig in Gruppen (Gx, x = 1, 2, 3 . . .) zusammengefaßt sind, und daß die Gruppen (Gx, x = 1, 2, 3 . . .) der Piezoscheiben (6) einzeln sowie in aus mehreren Gruppen (G 1, G 2, G 3, G 4 . . .) aufgebauten Gesamtheiten, einschließlich der aus allen Gruppen (Gx, x = 1, 2, 3, . . .) bestehenden Gesamtheit, an die Spannungsquelle anschaltbar sind.

2. Werkzeugaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Piezoscheiben (6) in den einzelnen Gruppen (Gx, x = 1, 2, 3 . . .) veränderbar ist.

3. Werkzeugaggregat nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (4) eine Vielzahl m von gegeneinandergesetzten Piezoscheiben (6) aufweist, und zwar in der Form m = Σ 2 ^x n    x = 1, 2, 3 . . .,mit n gleich eins oder ganzzahlig größer als eins, und daß die einzelnen Summanden 2 ^x n die einzelnen Gruppen (Gx, x = 1, 2, 3 . . .) bilden.

4. Werkzeugaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß alle Piezoscheiben (6) die gleiche Dicke aufweisen.

5. Werkzeugaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Piezoscheiben (6) einerseits an eine durchlaufende Potentialleitung (7) und andererseits gruppenweise an Verteilerleitungen (8, 9, 10, 11, 12) angeschlossen sind, die wie die Potentialleitung (7) mit der Spannungsquelle verbindbar ist.