DE3809086A1 - Programmierbare schraubvorrichtung fuer spritzgiessmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine programmierbare Schraub­ vorrichtung für Spritzgießmaschinen, bei der ein als Gewinde­ kern oder Gewindehülse ausgebildetes Gewindewerkzeug zum Ein­ und Ausschrauben in eine und aus einer Spritzgießform mit einem Drehantrieb kuppelbar, eine die Schraubstellung erfas­ sende Meßeinrichtung mit dem Drehantrieb gekoppelt und ein Programmgeber zur Begrenzung des Schraubhubs vorgesehen ist. Ausgehend von einer definierten Ausgangsstellung wird das Gewindewerkzeug vor dem Einspritzvorgang um eine vorgegebene Zahl von Umdrehungsschritten in die Spritzgießform einge­ schraubt, danach umspritzt und nach Verfestigung der Formmasse zur Entformung des Spritzlings aus diesem ausgeschraubt.

Um die exakte Reproduzierbarkeit der Lage des eingeschraubten Gewindewerkzeugs in der Spritzgießmaschine und damit die iden­ tische Reproduktion von Spritzlingen zu gewährleisten, ist es notwendig, den Schraubprozeß mit gleichbleibend hoher Präzi­ sion durchzuführen und insbesondere die Anfangs- und Endpunkte des Schraubvorgangs exakt festzulegen.

Zu diesem Zweck sind Vorrichtungen bekannt, bei denen elek­ trische Schaltelemente zur Bestimmung von Anfangs- und Endzu­ stand durch mechanische Teile wie z.B. Nocken ausgelöst wer­ den. Aus der OE-PS 3 14 195 ist eine Ausschraubvorrichtung bekannt, bei der stationäre Endlaufschalter zur Begrenzung des Schraubhubs verwendet werden. Diese Endlaufschalter wirken mit Schaltnocken zusammen, die am Umfang einer Skalenscheibe ange­ ordnet und zum Programmieren der gewünschten Umdrehungszahl des Gewindewerkzeugs einstellbar sind. Die Skalenscheibe ist über ein Schneckengetriebe mit dem Drehantrieb des Werzeugs verbunden. Das Umpositionieren der Schaltnocken von Hand ist aufwendig und nur mit begrenzter Genauigkeit durchführbar.

Bei einer bekannten Vorrichtung der eingangs genannten Art dreht sich eine Gewindespindel in einer axial verschieblich gelagerten Mutter, die durch Führungsbolzen gegen Verdrehung gesichert ist. Die Gewindespindel verschiebt die Mutter in axialer Richtung proportional zum Arbeitshub. Anfangs- und Endzustände der Schraubvorgänge werden von stationären, ein­ stellbaren Grenztastern an der Mutter abgenommen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine verschleißarme programmier­ bare Schraubvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die auf einfache Weise eine exakte Steuerung des Schraubprozesses ermöglicht und ohne Verwendung mechanischer Anfangs- und End­ schalter eine zuverlässige und exakte Reproduktion der Null­ stellung vor und nach jedem Spritzvorgang sowie der Schraub­ stellung des Gewindewerkzeug ermöglicht.

Die gattungsgemäße Schraubvorrichtung zeichnet sich zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß dadurch aus, daß die Meßein­ richtung einen Drehwinkelgeber aufweist, dessen Antriebswelle über ein Proportionalgetriebe, insbesondere ein Reduktionsge­ triebe, in solchem Drehzahlverhältnis mit dem Drehantrieb verbunden ist, daß dem maximalen Schraubhub ein Winkel kleiner als 360° am Drehwinkelgeber entspricht und daß der Drehwinkel­ geber innerhalb eines vorgegebenen Winkelstellungsbereichs seiner Antriebswelle ein Nullstellungssignal und außerhalb dieses Bereichs ein den Istwert der Schraubstellung darstel­ lendes Meßsignal liefert.

Die Erfindung macht von der Erkenntnis Gebrauch, daß eine Umdrehungsmeßeinrichtung den Prozeßzustand eines Schraubvor­ gangs gerade und nur dann eindeutig anzeigen kann, wenn höch­ stens eine Umdrehung zu verfolgen ist, da nur dann jede Win­ kelstellung pro Ein- oder Ausschraubvorgang nur einmal er­ reicht wird. Für den Fall, daß - wie normalerweise - viele Umdrehungen für das Ein- und Ausschrauben des Gewindewerkzeugs notwendig sind, sieht die Erfindung vor, daß die maximale Umdrehungszahl eines Ein- und Ausschraubvorgangs vor der Meß­ einrichtung auf weniger als eine Umdrehung der Antriebswelle des Drehwinkelgebers untersetzt wird.

Auf diese Weise ist stets eine geometrische Zuordnung zwischen Drehantrieb und Umdrehungszählung gegeben. Es ist jederzeit gewährleistet, daß im Störungsfall, z.B. bei Unterbrechung durch Stromausfall, die Ausgangsstellung des Schraubvorgangs mit Sicherheit reproduziert werden kann.

Besondere Vorteile ergeben sich aus der Entwicklung eines Nullstellungssignals innerhalb eines vorgegebenen Winkel­ bereichs des Drehwinkelgebers. Diejenige vorgegebene Winkel­ stellung (bei 0° bzw. 360°C) der Antriebswelle des Drehwinkel­ gebers die dem Beginn des definierten Einschraubvorgangs zugeordnet ist, kann im Zuge des Ein- und Ausschraubens nach beiden Richtungen hin mit maximaler Schraubgeschwindigkeit überschritten werden. Mechanische Endanschläge, die durch ruckartiges Anhalten der bewegten Komponenten vor allem Präzi­ sionsbauteile, z.B. Getriebe und Gewindegänge stark belasten, gibt es nicht. Der Drehwinkelgeber registriert beim Ausschrau­ ben des Gewindewerkzeugs aus dem Spritzling automatisch den Durchlauf durch die Ausgangspositionen. Mit Hilfe des Null­ stellungssignals, das über einen ausreichend großen Winkelbe­ reich entwickelt wird, kann der Drehantrieb sanft, zuverlässig und ohne mechanische Drehwinkelbegrenzung rein elektrisch angehalten werden. Für den nachfolgenden Schraubzyklus ist es ohne Belang, um wie weit die Antriebswelle des Drehwinkelge­ bers zuvor die Ausgangsposition des Einschraubvorgangs über­ fahren hat und im Verlauf des neuen Schraubzyklus bis zum erneuten Erreichen der Ausgangsstellung und bis zum Wirksam­ werden des Meßsignals zurückgedreht werden muß. Die erfin­ dungsgemäße Schraubvorrichtung ermöglicht daher eine Erhöhung der mittleren Arbeitsgeschwindigkeiten, eine entsprechende Verkürzung des Arbeitstakts und eine Minimierung des Ver­ schleisses der mechanischen Präzisionsbauteile.

In Weiterbildung der Erfindung ist als Drehwinkelgeber ein Rotationsimpulsgeber mit mindestens zwei unterschiedlichen Ausgangssignalen vorgesehen, wovon eines das Nullstellungs­ signal und das andere ein Impulssignal ist. Das Impulssignal kann beispielsweise über die volle Umdrehung der Antriebswelle des Rotationsimpulsgebers entwickelt werden. Das Nullstel­ lungssignal löscht im zugehörigen Winkelbereich der Antriebs­ welle des Rotationsimpulsgebers das Impulssignal.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Nullstellungs­ signal in einem Winkelbereich zwischen 288 und 360° bezogen auf die Lage der Antriebswelle des Drehwinkelgebers gegeben.

Statt des Rotationsimpulsgebers kann auch ein Winkelschrittge­ ber mit absoluter Erfassung der Winkelstellung eingesetzt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispie­ len beschrieben, die in der Zeichnung schematisch dargestellt sind. Dabei zeigen im Einzelnen:

Fig 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausfüh­ rungsbeispiels mit koaxialer Anordnung von An­ trieb, Getriebe und Drehwinkelgeber;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungs­ beispiels mit achsparalleler Anordnung von Dreh­ winkelgeber und Antrieb;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines anderen Aus­ führungsbeispiels mit achsparalleler Anordnung von Drehwinkelgeber und Antrieb; und

Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Veranschau­ lichung der Funktionsweise eines Rotationsimpuls­ gebers.

Auf der dem Wellenstumpf 10 entgegengesetzten Seite des Dreh­ antriebs 1 ist ein im wesentlichen spielfreies Innenzahnradge­ triebe 2 befestigt. Ein Eingang des Getriebes 2 ist mit dem zweiten Wellenstumpf 20 des Drehantriebs 1 und ein Ausgang des Getriebes 2 mit einer Antriebswelle 30 eines Drehwinkelgebers 3 verbunden. Die Wellenstümpfe 10 und 20 und die Antriebswelle 30 haben dieselbe Drehachse 50. Das Innenzahnradgetriebe 2 untersetzt die Drehzahl an den Wellenstümpfen 10 und 20 des Drehantriebs 1 derart, daß die Antriebswelle 30 des Drehwin­ kelgebers selbst bei maximalem Schraubhub entsprechend der maximal möglichen Drehzahl der Wellenstümpfe 10 bzw. 20 um einen Winkel kleiner als 360° gedreht wird. Die Übertragung und Umsetzung der Drehzahl am Wellenstumpf 10 auf die Dreh- und Vorschubbewegungen des Gewindewerkzeug können herkömm­ licher Art sein und werden hier nicht näher erläutert.

Dem Drehwinkelgeber 3 ist ein Programmgeber 5 zugeordnet, dessen Programmeingabe (Sollwerteingabe) durch einen Pfeil 6 kenntlich gemacht ist. Mit Hilfe des Programmgebers 5 bzw. der Programmeingabe 6 werden die Parameter für den zugehörigen Schraubvorgang eingegeben, d.h. insbesondere die dem vorge­ sehenen Schraubhub zugeordnete Winkellage der Antriebswelle 30, ggf. die Drehrichtung und ein vorgegebener Winkelstel­ lungsbereich, in welchem ein Nullstellungssignal erzeugt wird, worauf weiter unten noch genauer eingegangen werden wird. Das Ausgangssignal des Drehwinkelgebers und des Programmgebers 5 wird über eine Leitung 7 an eine elektrohydraulische Steuer­ einrichtung 8 angelegt, die über Leitungen 9 a und 9 b auf die zu steuernden Elemente der Schraubvorrichtung bzw. der Spritz­ gießmaschine einwirkt. Selbstverständlich kann der Programm­ geber 5 auch der Steuereinrichtung 8 baulich zugeordnet wer­ den, wobei dann über die Leitung 7 vom Drehwinkelgeber 3 aus nur Meßsignale bzw. das Nullstellungssignal zu der Steuerein­ richtung 8 und dem dieser zugeordneten Programmgeber 5 über­ tragen werden. Auch eine getrennte Sollwerteingabe zur Begren­ zung des Nullstellungsbereichs und der Antriebsparameter des Gewindewerkzeugs ist möglich und in dem Fachmann bekannter Weise realisierbar.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind der Drehantrieb 1 und der Drehwinkelgeber 3 auf parallelen Achsen 50 und 40 angeordnet. Zur Übertragung der Drehbewegung von dem zweiten Wellenstumpf 20 zur Eingangsspindel 21 des Unterset­ zungsgetriebes 2 dient ein Zahnriementrieb 4. Das Überset­ zungsverhältnis über den Zahnriementrieb 4 ist bei dem darge­ stellten Ausführungsbeispiel 1 : 1, so daß für die Auslegung des Untersetzungsgetriebes 2 dieselben Gesichtspunkte wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 Gültigkeit haben.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 entspricht demjenigen gemäß Fig. 2, mit der Ausnahme, daß der Drehantrieb 1 nur einen Wellenstumpf 10 hat, von dem sowohl die Bewegung des in der Zeichnung nicht dargestellten Gewindewerkzeugs als auch diejenige des Drehwinkelgebers 3 abgeleitet sind. Zur Übertra­ gung der Drehbewegung dient der aus Zahnriementrieb 4 und spielfreiem Innenzahnradgetriebe 2 bestehende Getriebezug dessen Untersetzung so auszulegen ist, daß die Antriebswelle des Drehwinkelgebers 3 bei einem Schraubvorgang um weniger als 360° gedreht wird. Mögliche Getriebealternativen und -ausle­ gungen sind dem Fachmann bekannt; beispielsweise kann ein Schneckengetriebe zur Übertragung der Drehbewegung der An­ triebsspindel 10 bzw. 20 auf die Antriebswelle 30 des Drehim­ pulsgebers 3 verwendet werden. In dem zuletztgenannten Falle verlaufen die Achsen des Drehantriebs 1 und des Drehwinkelge­ bers gekreuzt zueinander.

Die prinzipielle Funktionsweise des Drehwinkelgebers bei der beschriebenen programmierbaren Schraubvorrichtung für Spritz­ gießmaschinen soll nachfolgend anhand der Fig. 4 erläutert werden. Der Drehwinkelgeber ist bei diesem Beispiel als Rota­ tionsimpulsgeber ausgebildet; mit prinzipiell gleicher Wirkung kann er aber auch als Winkelschrittgeber ausgebildet sein, wie er für andere Anwendungsfälle im Handel erhältlich ist.

In Fig. 4 ist eine Scheibe 100 dargestellt, auf der die vom Rotationsimpulsgeber im Verlauf einer Umdrehung seiner An­ triebswelle 30 um 360° entwickelten Signale sowie die zuge­ hörigen Signalbereiche veranschaulicht sind. Bei dem beschrie­ benen Beispiel entwickelt der Drehimpulsgeber zwei unter­ schiedliche Signale, nämlich ein Nullstellungssignal 310, beschränkt auf den Winkelbereich ϕ und Impulse 410 mit über­ einstimmenden Winkelabständen. Der Bereich des Nullstellungs­ signals 310 erstreckt sich bei einem in der Praxis realisier­ ten Ausführungsbeispiel über 72° bis zu der mit 110 bezeichne­ ten Position, die nachfolgend als Ausgangsposition für den überwachten Einschraubvorgang bezeichnet wird. Die Impulse 410 werden an sich in genauer Proportionalität zur Winkelstellung über eine volle Drehung der Antriebswelle 30 entwickelt. Wäh­ rend der Erzeugung des Nullstellungssignals, z.B. einem Dauer­ signal, werden die das eigentliche Nutzsignal bildenden Impul­ se 410 entweder elektrisch gelöscht oder unterdrückt, so daß die Impulse 410 in dem Winkelbereich ϕ, also zwischen 288 und 360° der Scheibe gemäß Fig. 4, neutral sind. d.h. in den Meßvorgang nicht eingehen.

Vor der Inbetriebnahme der beschriebenen Schraubvorrichtung ist die genaue Sollstellung der Einschraub-Endposition durch Eichung festzulegen. Diese Sollstellung ist in der Darstellung gemäß Fig. 4 mit 460 bezeichnet. Nach der Eichung des Schraubhubs und damit der Einstellung der Endposition 460 wird die das Gewindewerkzeug tragende Spindel bis über die als Ausgangsposition 110 bezeichnete Zwölfuhr-Stellung reversiert, und zwar mit maximaler Drehzahl. Beim Überschreiten dieser Ausgangsposition 110 löscht das Nullstellungssignal 310 die Impulse 410, und in einem geeigneten Speicher ist die Anzahl der Impulse zwischen der Soll-Endstellung 460 der Ausgangs­ stellung, und der Position 110 gespeichert. Ohne Belang ist es, wie weit die Spindel 30 bei der Ausschraubbewegung entge­ gen dem Uhrzeigersinn in Fig. 4 in den Nullstellungsbereich 310 eindringt. Die an der Drehbewegung während des Ausschrau­ bens beteiligten mechanischen Komponenten können daher relativ sanft und verschleißarm abgebremst werden. Beim Beginn eines neuen Arbeitstaktes zum Zwecke des Einschraubens des Gewinde­ werkzeugs wird der Antrieb mit voller Drehzahl ablaufen gelas­ sen, so daß die Spindel 30 des hier als Rotationsimpulsgeber ausgebildeten Drehwinkelgebers 3 die für den Meßvorgang maß­ gebliche Ausgangsstellung bei 110 überschreitet, worauf der eigentliche Meßvorgang zur Erfassung der Schraubstellung be­ ginnt. Rechtzeitig vor Erreichen der Endposition 460 wird die Drehzahl der Antriebsspindel in bekannter Weise herabgesetzt, um die Soll-Endstellung 460 exakt erreichen zu können.

Es ist klar, daß der Bereich 310 des Nullstellungssignals den jeweiligen Bedürfnissen entsprechend eingestellt werden kann. Er sollte nicht zu klein eingestellt werden, um für das Über­ fahren der Ausgangsposition 110 beim Ausschrauben und für das sanfte Abbremsen der Drehbewegung genügend Spielraum zur Ver­ fügung zu haben. Andererseits sollte er aber nicht so groß gestaltet werden, daß der eigentliche Meßbereich außerhalb des Nullstellungsbereichs 310 zu stark eingeschränkt wird. Die Genauigkeit kann durch geeignete Wahl der im Meßbereich ver­ fügbaren Zahl von Impulsen 410 erhöht oder zur Vereinfachung der Ausführung verringert werden. Systematisch bleibt die Funktionsweise auch gleich, wenn eine andere Ausführung eines Drehwinkelgebers, beispielsweise ein analog arbeitender Dreh­ winkelgeber zum Einsatz kommt.

Claims (12)

1. Programmierbare Schraubvorrichtung für Spritzgießmaschi­ nen, bei der ein als Gewindekern oder Gewindehülse ausgebilde­ tes Gewindewerkzeug zum Ein- und Ausschrauben in eine und aus einer Spritzgießform mit einem Drehantrieb (1) kuppelbar, eine die Schraubstellung erfassende Meßeinrichtung (3) mit dem Drehantrieb (1) gekoppelt und ein Programmgeber (5) zur Be­ grenzung des Schraubhubs vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung einen Drehwinkelgeber (3) aufweist, dessen Antriebswelle (30) über ein Proportionalgetriebe (2), insbesondere ein Reduktionsgetriebe, in solchem Drehzahlver­ hältnis mit dem Drehantrieb (1) verbunden ist, daß dem maxima­ len Schraubhub ein Winkel kleiner als 360° am Drehwinkelgeber entspricht und daß der Drehwinkelgeber (3) innerhalb eines vorgegebenen Winkelstellungsbereichs seiner Antriebswelle (30) ein Nullstellungssignal (310) und außerhalb dieses Bereichs ein den Istwert der Schraubstellung darstellendes Meßsignal liefert.

2. Programmierbare Schraubvorrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß der Drehwinkelgeber (3) so ausgebil­ det ist, daß eine definerte Grenze (110) zwischen Nullstel­ lungssignal und Meßsignal bei 0° liegt, wobei 0° die Ausgangs­ stellung des überwachten Schraubvorgangs darstellt.

3. Programmierbare Schraubvorrichtung nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß das Nullstellungssignal (310) in einem Winkelbereich vor dem Anfangspunkt des überwachten Ein­ schraubvorgangs gegeben wird und daß das Meßsignal außerhalb des durch das Nullstellungssignal bestimmten Winkelbereichs (300) den Schraubhub für einen Schraubvorgang bestimmt.

4. Programmierbare Schraubvorrichtung nach Anspruch 3, da­ durch gekennzeichnet, daß das Meßsignal innerhalb des vorgege­ benen Winkelstellungsbereichs von dem Nullstellungssignal (310) gelöscht wird.

5. Programmierbare Schraubvorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Drehwinkelge­ ber (3) ein Rotationsimpulsgeber mit mindestens zwei unter­ schiedlichen Ausgangssignalen vorgesehen ist, wovon eines das Nullstellungssignal (310) und das andere ein Impulssignal (410) ist.

6. Programmierbare Schraubvorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Drehwinkelge­ ber (3) ein Winkelschrittgeber mit absoluter Erfassung der Winkelstellung vorgesehen ist.

7. Programmierbare Schraubvorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehantrieb (1) zwei Wellenstümpfe (10, 20) aufweist und daß das Gewinde­ werkzeug mit der Achse des ersten Wellenstumpfes (10), ein Eingang des Proportionalgetriebes (2) mit dem zweiten Wellen­ stumpf (20) und ein Ausgang des Proportionalgetriebes mit der Antriebswelle (30) des Drehwinkelgebers (3) verbunden ist.

8. Programmierbare Schraubvorrichtung nach Anspruch 7, da­ durch gekennzeichnet, daß das Gewindewerkzeug, der Antrieb (1), das Getriebe (2) und der Drehwinkelgeber (3) koaxial angeordnet sind.

9. Programmierbare Schraubvorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehwinkelge­ ber (3) auf einer zur Antriebsdrehachse (50) parallelverlau­ fenden Achse (40) angeordnet ist, und daß ein formschlüssiger Getriebezug (2, 4) zur Kraftübertragung von einem Wellenstumpf (10, 20) des Antriebs (1) auf die Antriebswelle (30) des Dreh­ winkelgebers (3) vorgesehen ist.

10. Programmierbare Schraubvorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (2) als spielfreies Schneckengetriebe ausgebildet ist, wobei die Schnecke koaxial zur Antriebswelle (10) und der Drehwinkelge­ ber (3) hierzu rechtwinklig angeordnet ist.

11. Programmierbare Schraubvorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Proportio­ nalgetriebe (2) ein spielfreies Innenzahnradgetriebe auf­ weist.

12. Programmierbare Schraubvorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrohy­ draulische Steuerung (8) für die Ein- und Ausschraubfunktio­ nen, insbesondere zur Vorwahl der Gewindedrehrichtung, der Gewindesteigung, der Schraubumdrehungsschrittzahl, der Schraubgeschwindigkeiten und einer Sicherheitsverriegelung vorgesehen und mit dem Programmgeber (5) verbunden ist.