DE4325180C2 - Schließeinheit für eine Spritzmaschine und Verfahren zum Betrieb derselben - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schließeinheit nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Verfahren zum Betrieb derselben nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruches 2.

Im allgemeinen umfassen bekannte Spritzgießmaschinen eine Maschinenbasis, eine Schließeinheit, eine Spritzgießeinheit und ein hydraulisches/elektrisches Steuersystem. Die in der Fig. 1 gezeigte Schließeinheit A weist eine vordere feste Formaufspannplatte A1, eine hintere Stützplatte A2, zwei Paare von Führungssäulen A3, die parallel zueinander ver­ laufen und mit den vier Ecken der Platten A1 und A2 verbun­ den sind und eine bewegbare Formaufspannplatte A4 auf, die entlang der Führungssäulen A3 bewegt werden kann. Die be­ wegbare Formaufspannplatte A4 und die Stützplatte A2 sind miteinander durch einen Satz von nach innen gebogenen Knie­ hebelmechanismen A5 verbunden, die durch einen hydrauli­ schen Zylinder A6 so angetrieben werden, daß die bewegbare Formaufspannplatte A4 in Vorwärtsrichtung zum Schließen der Spritzgießform oder in Rückwärtsrichtung zum Öffnen der Spritzgießform bewegt werden kann. Da es verschiedene Spritzgießformen mit unterschiedlichen Formhöhen gibt, muß die Stützplatte A2 von Zeit zu Zeit eingestellt werden, um an unterschiedliche Formhöhen angepaßt zu werden, wobei sich jeweils eine geeignete Schließkraft ergibt. Aus diesem Grunde ist an der Stützplatte A2 ein Formhöheneinstellmechanis­ mus angeordnet. Jedes hintere Ende der Führungssäulen A3 weist ein Trapezgewinde A31 auf, auf dem ein Stellglied in der Form eines Zahnrades mit Innengewinde A32 montiert ist. Die Stützplatte A2 weist mehrere Rollen A21 auf, um die ein Zahnkranz A22 verläuft. Der Zahnkranz A22 kämmt mit den Zahnrädern A32. Der Zahnkranz A22 wird durch einen Hydrau­ likmotor A7 angetrieben, der an der Stützplatte A2 befe­ stigt ist. Wenn sich der Hydraulikmotor A7 dreht, wird der Zahnkranz A22 gedreht, so daß die Zahnräder A32 ebenfalls in Drehung versetzt werden. Dann drehen sich die Zahnräder A32 auf den Trapezgewinden A31, wobei die Stützplatte A2 bewegt wird, so daß sich eine geeignete Formhöhe ergibt.

Der nach innen verlaufende Kniehebelmechanismus kann eine Formschließoperation B1 und eine Formöffnungsoperation B2 ausführen, wie dies die Fig. 2 zeigt, wobei die Länge des Hebelteiles B12 durch die Größe der Stützplatte B15 be­ grenzt ist. Die Länge des Hebelteiles B11 hängt von dem Raum ab, der für einen Auswurfmechanismus B16 erforderlich ist. Störungen zwischen dem Hebelteil B11 und dem Auswurf­ mechanismus B16 sind zu vermeiden. Aus diesem Grunde ist die räumliche Anordnung der Hebelteile sehr bedeutend. Es können sonst nicht die vollen Vorteile des Kniehebelmecha­ nismus ausgenutzt werden. Da überdies die Hebelteile B13 und B14 am äußeren Rand der bewegbaren Formaufspannplatte und der Stützplatte B15 angeordnet sein müssen, befindet sich der Stützpunkt des Kniehebelmechanismus am äußeren Rand, wohingegen der Druck der bewegbaren Formaufspann­ platte auf den mittleren Bereich, d. h. auf den Kontaktbe­ reich mit der Spritzgießform ausgeübt wird. Als ein Ergeb­ nis wird die Formplatte einer größeren Deformation unter­ worfen, weshalb die Qualität des erzeugten Produktes beein­ trächtigt wird. Im allgemeinen weist eine kleine Spritz­ gießmaschine einen Fünfpunkt-Kniehebelmechanismus C (siehe Fig. 3) auf. Bei einer vergleichbaren Entfernung der be­ wegbaren Formaufspannplatte von der festen Formaufspann­ platte wird bei einem Fünfpunkt-Kniehebelmechanismus C ein kleinerer Verstärkungswert der mechanischen Kraft bewirkt als bei einem Vierpunkt-Kniehebelmechanismus D (Fig. 3).

Bei dieser bekannten Spritzgießmaschine wird die Antriebs­ kraft durch ein hydraulisches System erzeugt. Ein solches hydraulisches System ist im Hinblick auf die Wartung nach­ teilig. Auch gibt es Nachteile bei der Positionssteuerung. Außerdem verursacht eine hydraulische Pumpe Geräusche, Schwingungen und Ölverschmutzungen, die negative Auswirkun­ gen auf die Arbeitsumgebung haben. Wenn die Spritzgießform automatisch eingestellt wird, muß die Stützplatte mit einem Sensor ausgerüstet sein und muß ein Zweistufenverfahren zur Bewegung oder ein statistisches Konzept verwendet werden und muß ein Prüf- und Fehlerverfahren zum Auffinden der richtigen Formhöhen angewendet werden. Die zuvor genannten Verfahren und Schritte benötigen sehr viel Zeit und eine komplizierte Software und komplizierte Berechnungsoperatio­ nen. Ein Auswurfzylinder benötigt sehr viel Raum, was den Entwurf des Kniehebelmechanismus verkompliziert und zudem den Raum zwischen der bewegbaren Formaufspannplatte A4 und der Stützplatte A2 (Fig. 1) negativ beeinträchtigt.

Aus der US 5 052 908 ist eine Schließeinheit für eine Spritzgießform bekannt, bei der zwei Servomotoren zum An­ trieb von Stellgliedern mit Spindel und Mutter verwendet werden, die unterschiedliche Gewindehöhen aufweisen, um eine schnelle und eine langsame Formschließfunktion auszu­ führen. Dadurch wird auch eine voll elektrisch betriebene Schließeinheit geschaffen, wobei für die Arbeitsumgebung Geräusche, Schwingungen oder Ölverschmutzungen vermieden werden. Die zuvor genannte Schließeinheit verwendet jedoch zwei Servomotoren zum Schließen der Spritzgießform, was nachteilig ist. Aus der US 4 938 682 geht eine Schließein­ heit für eine Spritzgießform hervor, bei der ein Servomotor zum Antrieb der Schließeinheit verwendet wird. Dieser übt seine Kraft auf konische Teile zur Ausführung der Schließ­ funktion und zur Erzeugung einer ausgeglichenen Schließ­ kraft aus. Diese konischen Teile können jedoch nicht zu ei­ nem besseren Ausgleich führen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Schließeinheit der eingangs genannten Art und ein Ver­ fahren zum Betrieb derselben dahingehend zu verbessern, daß die Einstellung für die Formhöhen schnell ausgeführt wird und daß eine ausgeglichene Schließkraft erzeugt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 und 2 genannten Merkmale gelöst.

Der wesentliche Vorteil besteht darin, daß die erfindungs­ gemäße Schließeinheit und das Verfahren zum Betrieb dersel­ ben eine schnelle und automatische Einstellung der Schließ­ kraft der Formhälften ermöglichen. Vorteilhafterweise wer­ den durch die vorliegende Erfindung eine ausgeglichene Schließkraft und eine bessere Positionierung erreicht. Mit der vorliegenden Erfindung können die Qualität und die Ge­ nauigkeit der hergestellten Produkte verbessert werden. Die Schließeinheit ermöglicht eine effektive Raumausnutzung. Der Kniehebelmechanismus ist leicht einbaubar, weshalb eine relativ einfache Wartung möglich ist. Die Schließeinheit ermöglicht vorzugsweise einen so glatten Betrieb, daß Be­ schädigungen ihrer Bestandteile vermeidbar sind. Die bes­ sere Positionierung, die vereinfachte Wartung und ein rela­ tiv geringer Energieverbrauch lassen sich insbesondere im Vergleich zu hydraulischen Formschließsystemen erzielen.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer bekannten Schließeinheit für eine Spritzgießmaschine;

Fig. 2 eine Darstellung einer Schließeinheit einer her­ kömmlichen Spritzgießmaschine, wobei die Form­ schließposition und die Formöffnungsposition ge­ zeigt sind;

Fig. 3 einen Fünfpunkt-Kniehebelmechanismus und einen Vierpunkt-Kniehebelmechanismus der Schließeinheit einer herkömmlichen Spritzgießmaschine;

Fig. 4-1 eine Ansicht von oben auf eine erfindungsgemäße Schließeinheit, wobei die Formöffnungsposition dargestellt ist;

Fig. 4-2 eine Ansicht von oben auf eine erfindungsgemäße Schließeinheit, wobei die Formschließposition dargestellt ist;

Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung einer vorgespannten hydraulischen Kolben/Zylindereinheit der erfin­ dungsgemäßen Schließeinheit;

Fig. 6-1 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Schließeinheit, wobei die Formöffnungsposition dargestellt ist;

Fig. 6-2 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Schließeinheit, wobei die Formschließposition dargestellt ist;

Fig. 7 eine Ansicht von der Seite der Stützplatte auf die erfindungsgemäße Schließeinheit;

Fig. 8 eine Seitenansicht von der Seite der Stützplatte auf eine Auswurfvorrichtung der erfindungsgemäßen Schließeinheit;

Fig. 9 ein Diagramm, das die relative Position zwischen der Mutter und der bewegbaren Formaufspannplatte der erfindungsgemäßen Schließeinheit zeigt;

Fig. 10 ein Ablaufdiagramm der Schritte der Formeinstel­ lung und der Einstellung der Schließkraft für die Form;

Fig. 11 eine Aufsicht auf die Schließeinheit einer her­ kömmlichen Spritzgießmaschine und

Fig. 12 eine Teildarstellung im Schnitt einer Antriebs­ riemenscheibe und eines keilförmigen Verbindungs­ teiles einer herkömmlichen Schließeinheit.

Die Fig. 4-1 und 4-2 zeigen die vorliegende Schließein­ heit in der Formöffnungsposition bzw. in der Formschließpo­ sition. Die vorliegende Schließeinheit umfaßt eine Maschi­ nenbasis 1 (siehe Fig. 6-1 und 6-2), eine vordere feste Formaufspannplatte 2, eine hintere Stützplatte 3, zwei Paare von Führungssäulen 4, die parallel zueinander ange­ ordnet sind und fest an den jeweiligen vier Ecken der Vor­ richtung montiert sind, einen Gleitblock 5, und eine beweg­ bare Formaufspannplatte 6. Die bewegbare Formaufspannplatte 6 und die Stützplatte 3 sind miteinander durch einen sich nach außen biegenden Kniehebelmechanismus 7 verbunden, der durch einen Servomotor 8 in Bewegung versetzt wird, der an der Stützplatte 3 montiert ist. Der Servomotor 8 treibt den sich nach außen biegenden Kniehebelmechanismus 7 über ein auf der Welle des Servomotors 8 montiertes Antriebsteil 9, einen Steuerriemen 10, eine Riemenspannrolle 11, ein ange­ triebenes Rad 12 (siehe Fig. 6-1 und 7) und ein Stell­ glied mit Spindel 16 und Mutter 17 an, das in einem Lager 13 (Fig. 4-1) mit einem Lagerdeckel 14 und einem Trenn­ ring 15 gehalten wird. Das Stellglied kann die Mutter 17 derart antreiben, daß sie sich geradlinig entlang der Spin­ del 16 bewegt, und so eine Kraft auf den Vierpunkt-Kniehe­ belmechanismus 7 ausübt. Bei der vorliegenden Schließein­ heit wird der Servomotor 8 zum Antrieb des Stellgliedes und der Mutter 17 verwendet. Dadurch wird eine bessere Positio­ niergenauigkeit neben einer Vereinfachung des Zusammenbaus und der Wartungsanforderungen erreicht. Der Vierpunkt-Knie­ hebelmechanismus 7 weist einen Antriebsarm 18, der mit ei­ ner Druckplatte 27 verbunden ist, einen Arm 19, der fest mit der Vorderseite der Stützplatte 3 verbunden ist, einen hinteren Arm 20, einen vorderen Arm 21, einen mit der be­ wegbaren Formaufspannplatte 6 verbundenen Arm 22 und vier Wellenzapfen 23, 24, 25 und 26 mit ölfreien Lagern auf. Um die Kraft des Stellgliedes zu verringern und um eine ausge­ glichene Schließkraft zu erzeugen, werden bei der vorlie­ genden Schließeinheit zwei Stellglieder verwendet. Um die zuvor genannten Funktionen sicher erhalten zu können, muß die auf die beiden Stellglieder ausgeübte Kraft gleich groß sein und müssen Fehler der Windungsganghöhen zwischen den beiden Stellgliedern und ein unvermeidbarer Stoß beim Öff­ nen der Form absorbiert werden. Aus diesem Grunde sind zwei abgedichtete und zusammenwirkende, vorgespannte hydrauli­ sche Zylinder zwischen der Mutter 17 und der Druckplatte 27 angeordnet, die als Puffereinrichtung 28 verwendet werden. Die Fig. 5 zeigt eine vergrößerte Darstellung der vorge­ spannten Puffereinrichtung 28 bzw. der hydraulischen Kol­ ben/Zylindereinheit, von denen jede einen Kolben 29, eine Dichtung 30, ein gegenüber einem hohen Druck resistentes Fluid 31 und zwei Deckelplatten 32 umfaßt, die an beiden Enden der Druckplatte 27 montiert sind und vorzugsweise ei­ nen Zylinder für den Kolben 29 bilden. Die vorgespannte Puffereinrichtung 28 ist zusammen mit dem Kolben 29 mit der Hilfe einer Schraube 33, einer Unterlegscheibe 34 und einer Feder 35 montiert. Rohrverbindungselemente 36 und eine Lei­ tung 37 werden verwendet, um die beiden vorgespannten Puf­ fereinrichtungen 28 in einem ausgeglichenen Druckzustand zu halten. Bei der Schließeinheit wird der sich nach außen biegende Kniehebelmechanismus 7 durch zwei Spindeln 16 be­ tätigt, so daß die üblicherweise auf eine einzige Spindel ausgeübte Kraft verringert wird. Um auf die beiden Spindeln 16 eine ausgeglichene Kraft auszuüben, um die Windungsgang­ höhenfehler zwischen den beiden Spindeln 16 zu kompensieren und um einen Stoß zu absorbieren, der unvermeidbar während der Öffnung der Form oder der Verriegelung der Form ausge­ übt wird, sind die beiden zusammenwirkenden, vorgespannten hydraulischen Puffereinrichtungen 28 zwischen der Mutter 17 und der Druckplatte 27 angeordnet.

Anstelle des herkömmlichen hydraulischen Motors wird bei der Schließeinheit ein elektrischer Motor verwendet. Dieser elektrische Motor ist ein an der Stützplatte 3 befestigter Formhöheneinstellmotor 38, der einen Zahnkranz 40 antreibt, der durch mehrere Rollen 39 gehalten wird. Der Zahnkranz 40 ist mit mehreren Zahnrädern 41 mit einem Innengewinde ge­ koppelt, die die Stützplatte 3 so antreiben, daß sie sich hin- und herbewegt. Die Form kann schnell mit der Hilfe ei­ nes Servomotorkodierers und eines Stromsensors (nicht dar­ gestellt) eingestellt werden.

Bei der Schließeinheit kann die Schließkraft schnell und automatisch gemäß den Schritten der Fig. 11 eingestellt werden. Zuerst werden die folgenden Faktoren anhand der Gleichung

erhalten, wobei F die Formschließkraft, δx die Dehnung der Führungssäulen, E den E-Modul, A die Querschnittsfläche der Führungssäulen und L die Länge der Führungssäulen bedeuten.

Die Schließkraft F und die Formhöhe müssen bekannt sein, um in Abhängigkeit von der Dehnung der Führungssäulen 4 δx die erforderliche Schließposition zu errechnen. Dann kann die Formschließposition (die Entfernung δm der Position der Mutter 17) unter Bezugnahme auf das Kurvendiagramm der Fig. 10 herausgefunden werden, das die Beziehung zwischen der Mutter 17 und der bewegbaren Formaufspannplatte 6 zeigt. Die Mutter 17 kann dann mit einem kleinen Drehmoment und einer kleinen Geschwindigkeit angetrieben werden, bis die Formschließposition erreicht ist. Der Servomotor 8 führt eine Positionierbremsung durch und der Formhöhenein­ stellmotor 38 dreht sich vorzugsweise im Uhrzeigersinn, bis die beiden Formhälften einander berühren. In diesem Fall vergrößert sich der Strom im Formhöheneinstellmotor 38 bei Erreichen eines mechanischen Totpunktes beträchtlich. Ein Signal eines Stromsensors schaltet dann den Formhöhenein­ stellmotor 38 aus. In dem Fall, in dem die Mutter 17 die Formschließposition nicht erreichen kann, erzeugt der Ser­ vomotor 8 weiter ein kleines Drehmoment und der Formhöhen­ einstellmotor 38 wird vorzugsweise entgegen dem Uhrzeiger­ sinn gedreht, d. h. sowohl der Formhöheneinstellmotor 38 als auch der Servomotor 8 drehen sich, bis die Mutter 17 die Schließposition der Form erreicht. Dann werden der Formhö­ heneinstellmotor 38 und der Servomotor 8 gleichzeitig ge­ bremst. Obwohl der Servomotor 8 eine genaue Steuerung be­ wirken kann, kann es passieren, daß die beiden Formhälften nicht genau schließen, weil ein durch den Formhöhenein­ stellmotor 38 verursachter Fehler vorliegt. Um einen klei­ neren Spalt zwischen den Formhälften zu beseitigen, muß sich der Formhöheneinstellmotor 38 vorzugsweise wieder im Uhrzeigersinn drehen. Der Strom des Formhöheneinstellmotors wird sofort auf einen vorgegebenen Wert vergrößert und dann wird der Formhöheneinstellmotor 38 ausgeschaltet, um die Formeinstellung durch ein Signal des Stromsensors zu been­ den. Mit anderen Worten werden, sobald der Kniehebelmecha­ nismus 7 auf einen geradlinigen Zustand eingestellt wird, der mit einem Berührungsgrenzschalter ermittelt wird, die Führungssäulen 4 verlängert (das Inkrement der Verlängerung beträgt δx), so daß eine gefordert Schließkraft F aufge­ bracht wird und die Einstellung schnell beendet wird. Eine Auswurfvorrichtung 42 kann, wie dies die Fig. 8 und 9 zeigen, vorteilhafterweise zwischen dem doppelten Kniehe­ belmechanismus 7 angeordnet sein, so daß der Raum zwischen der Stützplatte 3 und der bewegbaren Formaufspannplatte ausgenutzt und die Länge der Schließeinheit verkürzt wird.

Folgende Ausgestaltungen der vorliegenden Schließeinheit sind möglich:

• a) Es wird ein Servomotor zum Antrieb eines Stellgliedes zum Antrieb des Kniehebelmechanismus verwendet.
• b) Es werden zwei Servomotoren zum Antrieb von zwei Stellgliedern verwendet, die unterschiedliche Win­ dungsganghöhen besitzen, so daß eine schnelle und eine langsame Formschließfunktion in der Schließein­ heit erreichbar sind.
• c) Es können Ketten und Zahnräder zur Betätigung des Formhöheneinstellmechanismus verwendet werden.

Claims (2)

1. Schließeinheit für eine Spritzgießmaschine mit einer festen Formaufspannplatte (2), einer Stützplatte (3) und einer entlang von Führungssäulen (4), die die feste Formaufspannplatte (2) und die Stützplatte (3) verbinden, bewegbaren Formaufspannplatte (6), wobei zwischen der festen Formaufspannplatte (2) und der bewegbaren Formaufspannplatte (6) die Formhälften der Spritzgießform anordenbar sind und wobei ein Servomotor (8) mittels Stellgliedern mit Spindel (16) und Mutter (17) einen Kniehebelmechanismus (7) zum Öffnen und Schließen der Spritzgießform antreibt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Puffereinrichtung (28) zwischen den Muttern (17) der Stellglieder und einer durch sie bewegten Druckplatte (27) zum Betätigen des Kniehebelmechanismus (7) angeordnet ist und aus abgedichteten, vorgespannten hydraulischen Kolben/Zylindereinheiten (29, 32) besteht, wobei die Kolben/Zylindereinheiten (29, 32) über eine Leitung (37) miteinander in Verbindung stehen.

2. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein die Höhe der Spritzgießform einstellender Formhöheneinstellmotor (38) vorgesehen ist, mit folgenden Schritten:

• a) Eingabe eines Wertes für die Schließkraft und eines Wertes für die Formhöhe zur Berechnung der Dehnung x der Führungsstangen (4) und zum Auffinden einer entsprechenden Formschließposition der Mutter (17) auf den Spindeln (16) der Stellglieder mittels eines Kurvendiagramms, das die Position der Muttern (17) relativ zur bewegbaren Formaufspannplatte (6) angibt, Bewegen der Muttern (17) durch den Servomotor (8) mit einem kleinen Drehmoment und einer kleinen Geschwindigkeit bis die ermittelte Schließposition erreicht ist, an welcher der Servomotor (8) eine Positionierbremsung durchführt, Anlaufen des Formhöheneinstellmotors (38) und Bewegen der Stützplatte (3), des Kniehebelmechanismus (7) und der beweglichen Formaufspannplatte (6) auf die feste Formaufspannplatte (2) zu solange, bis sich die Formhälften berühren, wobei dies durch einen starken Stromanstieg des Formhöheneinstellmotors (38) angezeigt wird und wodurch der Formhöheneinstellmotor ausgeschaltet wird,
• b) für den Fall, daß die Muttern (17) ihre Formschließposition nicht erreichen können, weil die Formaufspannplatten (2, 6) bereits zu weit zusammengefahren sind, erzeugt der Servomotor (8) weiter ein kleines Drehmoment zum Bewegen der Mutter (17), wobei gleichzeitig der Formhöheneinstellmotor (38) die Stützplatte (3), den Kniehebelmechanismus (7) und die bewegbare Formaufspannplatte (6) von der festen Formaufspannplatte (2) wegbewegt solange, bis die Muttern (17) ihre Schließposition erreicht haben, wonach beide Motoren (8, 38) zum Stillstand gebracht werden, der Formhöheneinstellmotor (38) durch erneutes Anlaufen in entgegengesetzter Richtung die beiden Formhälften zur Berührung bringt, wodurch der Strom im Formhöheneinstellmotor (38) ansteigt und dieser ausgeschaltet wird.