DE4411650A1 - Formschließeinheit für eine Spritzgießmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Formschließeinheit für eine Spritzgieß­ maschine zur Verarbeitung von Kunststoffen, pulverförmigen Massen und dergleichen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei einer derartigen Formschließeinheit nach der WO 92/11993 werden die Bewegungen, die beim Formschluß einer Spritzgießmaschine erforderlich sind, auf zwei Baugruppen aufgeteilt, die nacheinander in zwei Stufen betätigbar sind. Zur Bewegung des beweglichen Form­ trägers wird ein Spindelantrieb eingesetzt, während zur Aufbringung der Schließkraft ein Hydraulikzylinder vorgesehen ist. Die Gewinde­ spindel ist im Tauchkolben des Hydraulikzylinders beweglich gelagert. Beide Elemente stützen sich an einem Abstützelement ab. Bei Betätigung der Gewindespindel wird diese durch Federmittel in einer Null-Lage gehalten, so daß sich eine flexible Aufhängung der Gewindespindel ergibt, die beim Aufbringen der Schließkraft Schwierigkeiten bereiten kann. Während des Aufbringens der Schließ­ kraft muß zudem die Gewindespindel - sofern sie nicht selbsthemmend ist - über ihren Antriebsmotor in Anlage gehalten werden, um ein Rückdrehen zu verhindern. Sie dient gleichzeitig als Zuhalte­ kraftüberträger und Zuhaltekrafterzeuger.

Bei einer weiteren Formschließeinheit nach der EP-B 271 588, insbesondere Fig. 3, sind zwei Spindelsysteme hintereinander geschaltet. Die Spindelsysteme werden nacheinander betätigt, wobei Kupplungen vorgesehen sind, die ein Trennen der jeweils nicht benötigten Spindel aus dem Kraftfluß ermöglichen. Hierbei ist der doppelte Aufwand der Spindellagerung in Bezug auf die volle Zuhalte­ kraft nicht zu unterschätzen. Zum Festlegen der Spindel können auch Bremsmittel oder Klauenkupplungen vorgesehen sein, deren Feder so eingestellt ist, daß beim Formschluß eine Reaktionskraft die Kupplung erzeugt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Formschließeinheit der eingangs genannten Gattung derart weiterzubilden, daß auf kostengünstigste Weise eine zuverlässige Kraftübertragung ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Die aufzubringenden Bewegungen und Kräfte werden dabei gezielt einzelnen Baugruppen zugewiesen. Die erste Einrichtung, vorzugsweise ein Spindelsystem, dient zur Bewegung des beweglichen Formträgers, während eine zweite Einrichtung die nach dem Zusammenführen der Gießform noch erforderliche Bewegung aufbringt, die die Schließkraft erzeugt. Beim Aufbringen der Schließkraft wird jedoch die gesamte erste Einrichtung einschließlich Abstützelement und Formträger von der zweiten Einrichtung beaufschlagt und dient insofern lediglich noch als Zuhaltekraftüberträger. Aufgrund der klar aufgegliederten Kraftverteilung können auch die Antriebsmotoren auf ihre jeweilige Funktion genau abgestimmt werden, so daß in der ersten Einrichtung günstigere kleine Antriebsmotoren einsetzbar sind.

Durch eine Ausbildung gemäß Anspruch 2 ist auch der Kraftfluß vom Abstützelement für die erste Einrichtung zum Abstützelement für die zweite Einrichtung klar festgelegt. Ausgehend von dem weiteren Ab­ stützelement können dann Kraftübertragungsmittel eine Verbindung innerhalb der Formschließeinheit zum stationären Formträger schaffen und dadurch einen Kraftrahmen aufbauen. Als Kraftübertragungsmittel können dabei bekannte Holme genauso vorgesehen werden wie Elemente, die die Schließkräfte um den Formspannraum herumleiten. Auch der Ma­ schinenfuß kann als Kraftübertragungsmittel vorgesehen werden.

Bei einer Ausbildung nach den Ansprüchen 5 und 6 ergibt sich eine Spindelrückdrehsicherung, bei der die Sicherung selbst aus den ei­ gentlichen Druckelementen besteht und somit direkt in den Kraftfluß integriert ist. Werden dabei zwei parallel angeordnete Spindelsyste­ me vorgesehen, können die Rückdrehmomente bei Werkzeugzuhaltung sich zum Teil wieder aufheben und hierdurch die Führungssysteme weniger belasten. Gerade bei einer Ausbildung nach Anspruch 6 werden somit die Spindellager nur noch durch die Kräfte belastet, die beim Be­ schleunigen bzw. Abbremsen des beweglichen Formträgers auftreten. Im eigentlichen Hochdruckbereich der Werkzeugzuhaltung sind die Lager der Spindel maximal mit der Kraft der Rückstellmittel beaufschlagt.

Bei einer Ausbildung nach Anspruch 8 wird die Schließkraft erst bei absolutem Stillstand der Spindeln aufgebaut, so daß die Spindeln entsprechend kleiner ausgelegt werden können oder sich bei großen Spindeln eine entsprechend längere Lebensdauer ergibt, da die dyna­ mische Belastung geringer ist. Die dynamische Belastung aber steht in direktem Zusammenhang mit der Gesamtlebensdauer des Spindelsy­ stems.

Bei einer Ausbildung nach Anspruch 10 ist der bewegliche Formträger Teil einer Bewegungseinheit, die in sich steif ausgebildet ist und über vier Führungselemente exakt zum Ständer geführt werden kann. Dies erhöht die Führungsgenauigkeit, insbesondere aufgrund des in Schließrichtung gemessenen Abstandes zwischen dem beweglichen Form­ träger und dem Stützelement. Dieser Abstand ist abhängig vom Spindelhub, so daß bei größeren Maschinen auch die Länge der Bewegungseinheit und damit die Abstützung verbessert wird. Dies erhöht aber die Präzision der gesamten Formschließeinheit.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüche sowie der vor­ liegenden Figurenbeschreibung. Im folgenden wird die Erfindung an­ hand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Formschließeinheit mit ei­ nem elektromechanisch angetriebenen Exzenterantrieb zur Aufbringung der Schließkraft,

Fig. 2 einen vergrößerten, teilweise geschnittenen Aus­ schnitt aus Fig. 1 im Bereich der Abstützelemente,

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Draufsicht der Form­ schließeinheit in einer Darstellung gemäß Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt durch die Formschließeinheit gemäß Linie 4-4,

Fig. 5 eine Formschließeinheit gemäß einem weiteren Ausfüh­ rungsbeispiel in einer Ansicht gemäß Fig. 1,

Fig. 6 einen vergrößerten, teilweise geschnittenen Aus­ schnitt aus Fig. 5 im Bereich der Abstützelemente,

Fig. 7 eine Draufsicht auf die Formschließeinheit in einer Darstellung gemäß Fig. 6.

Die Formschließeinheit ist Teil einer Spritzgießmaschine zur Verar­ beitung von Kunststoffen, pulverförmigen Massen wie z. B. kera­ mischen Massen und dergleichen. Sie besitzt einen stationären Formträger 12 und einen beweglichen Formträger 11, die zwischen sich einen Formspannraum F zur Aufnahme einer Gießform 33 aufweisen. Über eine erste Einrichtung 10 wird die Bewegung des beweglichen Formträgers auf den stationären Formträger 12 zu und von diesem weg entlang einer Führung 45 bewirkt. Zur Aufbringung der Schließkraft ist eine zweite Einrichtung 24, 30 vorgesehen. Die zweite Einrichtung wird nach der ersten Einrichtung während des Form­ schlusses, insbesondere zur Aufbringung der Schließkraft der Gießform 33 betätigt. Die erste Einrichtung stützt sich an einem ersten Abstützelement 13 ab, das durch Kraftübertragungsmittel 25 mit dem stationären Formträger in Verbindung steht.

In Schließrichtung und aus Sicht der ersten Einrichtung 10 zur Be­ wegung des beweglichen Formträgers 11 hinter dem ersten Abstützele­ ment ist ein weiteres Abstützelement zur Abstützung der zweiten Ein­ richtung zur Aufbringung der Schließkraft vorgesehen. Wird diese zweite Einrichtung betätigt, so beaufschlagt sie die erste Einrich­ tung 10 mit erstem Abstützelement 13 und beweglichen Formträger 11 in ihrer Gesamtheit als Zuhaltekraftüberträger. Krafterzeuger für die Schließkraft hingegen ist lediglich die zweite Einrichtung.

Der Kraftfluß erfolgt also ausgehend vom beweglichen Formträger zunächst über die erste Einrichtung zum ersten Abstützelement, das seinerseits über Übertragungselemente mit dem weiteren Abstützele­ ment verbunden ist. Erstes Abstützelement und beweglicher Formträger sind insofern auch an den Kraftübertragungsmitteln beweglich gehal­ ten. Ausgehend vom weiteren Abstützelement erfolgt der Kraftfluß dann über die Kraftübertragungsmittel 25, die im Ausführungsbeispiel Holme sind, zum stationären Formträger. Statt dieser Holme können als Kraftübertragungsmittel jedoch auch Elemente vorgesehen sein, die die Schließkraft um den Formspannraum herumleiten oder es kann sogar der Maschinenfuß als Kraftübertragungsmittel vorgesehen werden. Die gesamte Formschließeinheit ist lediglich am stationären Formträger 12 über Befestigungsmittel 36 mit dem Maschinenfuß 26 verbunden.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1-4 wird als zweite Einrichtung 30 zur Aufbringung der Schließkraft ein vorzugsweise elektromechanisch angetriebener Exzenter eingesetzt. Gemäß den Fig. 3 und 4 wird der Exzenter von einem Antriebsmotor 40 über einen Riemen 41 angetrie­ ben, der ein Riemenrad 42 betätigt, das zentrisch zur Exzenterwelle 34 angeordnet ist. Die Exzenterwelle 34 ist am weiteren Abstützele­ ment 31 gelagert und bei Betätigung der zweiten Einrichtung 30 führt die exzentrische Lagerung dazu, daß sich ein Exzenterlager 44, an dem eine Lasche 35 als Übertragungselement angeordnet ist, in Schließrichtung bewegt. Die Lasche 35 selbst wiederum ist über einen Gelenkbolzen 39 mit dem Ansatz 13c des ersten Abstützelements verbunden. Der zur Aufbringung der Schließkraft bei geschlossener Gießform 33 erforderliche nur noch geringe Verformungsweg, hervorgerufen durch die Verformung der gesamten Formschließeinheit, kann so durch den Exzenter leicht aufgebracht werden.

Im zweiten Ausführungsbeispiel der Fig. 5-7 wird als zweite Ein­ richtung 24 ein Hydraulikantrieb vorgesehen. Hierbei steht der An­ satz 13c gemäß Fig. 6 über Bolzen 29 mit dem Kolben 24a einer hydraulischen Antriebseinheit in Verbindung. Die hydraulische An­ triebseinheit besitzt einen Zylinderraum 28, der durch einen Zylin­ derdeckel 24b verschlossen ist. Die Bewegung erfolgt gegen die Kraft von elastischen Rückstellmitteln 27, die auch bei geöffneter Form für einen eindeutigen Abstand zwischen erstem Abstützelement 13 und weiteren Abstützelementen 31 sorgen.

Beiden Ausführungen ist darüber hinaus gemeinsam, daß die erste Ein­ richtung ein elektromechanisch angetriebener Spindelmechanismus ist. Im Ausführungsbeispiel werden dabei zwei Kugelrollspindeln bevor­ zugt, da dadurch die großen Rückdrehmomente bei Werkzeugzuhaltung sich zum Teil wieder aufheben und hierdurch die Führungssysteme weniger belasten. Die Kugelrollspindel 16 wirkt mit einer Mutter 14 zusammen, die über ein Stützelement 37 in der Formschließeinheit ab­ gestützt ist. Das Stützelement 37 ist ferner über Zuganker 38 mit dem beweglichen Formträger verbunden. Die Zuganker 38 spannen Rohre 46 zwischen dem Stützelement 37 und dem beweglichen Formträger ein. Dadurch wird eine in sich steife und leicht zu führende Bewegungseinheit 47 aus diesen Teilen gebildet, was die Präzision der Maschine erhöht. Die Länge der Bewegungseinheit wird vor allem durch die Rohre 46 bestimmt, die die Kugelrollspindel aufnehmen, und damit vom Spindelhub. Der Antrieb der Kugelrollspindeln 16 - es kann auch nur eine vorgesehen sein - erfolgt über einen Antriebsmotor 15, auf dessen Motorwelle 15a zwei Riemen 22, 23 angetrieben werden, die Riemenräder 20, 21 antreiben.

Um bei Aufbringen der Schließkraft ein Rückdrehen der Kugelroll­ spindel 16 zu vermeiden, sind Blockiermittel 17 vorgesehen. Die Blockiermittel 17 umfassen eine Blockierscheibe 17a, die an der Achse 16a der Kugelrollspindel 16 über Schrumpfmittel 43 aufgeschrumpft ist. Die Achse 16a selbst ist über Lager 50 gelagert und gegen die Kraft elastischer Rückstellmittel 18 in Längsrichtung der Spindel beweglich. Beim Aufbringen der Schließkraft kommt die Blockierscheibe mit dem ersten Abstützelement in Berührung. Die Blockierscheibe 17a besitzt einen sich in Längsrichtung der Kugelrollspindel 16 erstreckenden umlaufenden Ring 17b, der beim Blockiervorgang mit einem entgegengesetzt gerichteten ringförmigen Vorsprung 19a eines Lagerrings 19 in kraftschlüssige Verbindung gelangt. Ring 17b und ringförmiger Vorsprung 19a können ggf. zum Aufbau einer formschlüssigen Verbindung auch verzahnt sein. Der Lagerring 19 ist über Bolzen 32 mit dem Ansatz 13c verbunden, wobei diese beiden Elemente zwischen sich die Lagerung für die Achse 16a aufnehmen. Im Ausführungsbeispiel ist die Blockierscheibe gleichzeitig die Nabe des Riemenrades 20, 21.

Der Abstand b zwischen dem Ring 17b der Blockierscheibe 17a und dem ringförmigen Vorsprung 19a des Lagerringes 19 ist bei geschlossener Gießform und vor Aufbringen der Schließkraft kleiner als z. B. die Exzentrizität e des Exzenters im ersten Ausführungsbeispiel oder als der Hub a des Kolbens 24a im zweiten Ausführungsbeispiel.

Die Betätigung erfolgt grundsätzlich so, daß zunächst über die Kugelrollspindel die Gießform 33 geschlossen wird. Sobald die Hälften der Gießform in Anlage kommen, stellt sich der Abstand b ein. Sodann wird die zweite Einrichtung geschaltet, wobei zunächst der Abstand b beseitigt wird. Zu diesem Zeitpunkt muß der Antriebsmotor 15 noch arbeiten, damit ein Rückdrehen verhindert wird. Sobald jedoch der Abstand b überwunden ist, stellt sich aufgrund der kraftschlüssigen Verbindung eine Blockierung der Kugelrollspindel 16 ein, so daß während des weiteren Aufbringens der Kraft die Blockiereinrichtung nur noch ein Druckelement ist, das in den Kraftfluß integriert ist. Die Lager sind somit nur noch mit der Kraft der Tellerfedern beaufschlagt, die so stark eingestellt sind, daß bei Bewegen des Formträgers noch kein Blockieren möglich ist und dieses sich erst dann einstellt, wenn die zweite Einrichtung zugeschaltet wird. Die Blockiereinrichtung wird vorzugsweise so ausgebildet, daß es nicht zu einem Gleiten zwischen Blockierscheibe 17a und dem Lagerring 19 kommt. Bis zur Anlage der beiden Teile infolge der Betätigung der zweiten Einrichtung 24, 30 zur Aufbringung der Schließkraft wird daher der Antriebsmotor betrieben, so daß die beiden Teile im Ruhezustand, also bei ruhender Blockierscheibe, aufeinandertreffen und dann die kraft- oder formschlüssige Verbindung eingehen.

Die gesamte Formschließeinheit ist weitgehend symmetrisch zu einer vertikalen Mittelebene aufgebaut. In dieser Ebene liegt auch der Antriebsmotor 15. Die beiden Riemenräder der ersten Einrichtung sind in Schließrichtung s-s gegeneinander versetzt (Fig. 2, 7). Die sym­ metrische Anordnung insbesondere bei zwei Gewindespindel n hat aber auch den Vorteil, daß zwischen den beiden Spindeln bedarfsweise eine Auswerfereinheit vorgesehen werden kann. Am stationären Formträger ist zudem eine Durchtrittsöffnung 12a vorgesehen, durch die eine Spritzgießeinheit an den Formhohlraum der Spritzgießform 33 heran­ führbar ist.

Die zweite Einrichtung zur Aufbringung der Schließkraft läßt auch eine Regelung der Schließkraft zu. So können einerseits die Form­ hälften zunächst in Anlage gebracht werden (entsprechend einem Spaltmaß c = 0 in Fig. 1 bei dem dort gestrichelt eingezeichneten Formschluß), und die zweite Einrichtung 24, 30 wird dann über ein bestimmtes Maß betätigt, so daß damit eine bestimmte gewünschte, voreinstellbare Zuhaltekraft aufgebaut wird. Dies ist insbesondere dann erwünscht, wenn Spritzgießformen 33 sich in der Maschine be­ finden, die nicht mit der vollen Kraft der Formschließeinheit be­ aufschlagt werden dürfen oder sollen.

Andererseits kann auch ein Spritzprägen z. B. dadurch realisiert werden, daß die Formhälften zunächst auf ein beliebiges Spaltmaß c zusammengefahren werden und dann die zweite Einrichtung die Form­ schließeinheit in ihre Endlage überführt. Auch dadurch kann die maximal aufbringbare Kraft nach oben begrenzt werden.

Die Regelung erfordert verschiedene Hilfsmittel zur Ermittlung der Regelparameter, und hierzu kann z. B. zur Lagebestimmung des beweg­ lichen Formträgers ein Servomotor mit Absolutweg-Meßsystem vorgese­ hen werden. Bei Verwendung eines Motors mit inkrementaler Wegmessung werden zusätzlich separate, parallel zur Spindelachse montierte Linearpotentiometer verwendet, die die aktuelle Lage des beweglichen Formträgers sicher melden. Aber auch die richtige Schließkraft kann mittels Kraftmeßbolzen in den Holmen nachgeregelt werden. Die Kraft­ meßbolzen oder Druckmeßdosen können jedoch an beliebiger Stelle innerhalb des Kraftflusses angeordnet sein, wie z. B. beim Exzenter innerhalb des Lagerbolzens.

Claims (10)

1. Formschließeinheit für eine Spritzgießmaschine zur Verarbeitung von Kunststoffen, keramischen Massen und dergleichen mit

• - einem stationären Formträger (12),
• - einem beweglichen Formträger (11), der zwischen sich und dem stationären Formträger (12) einen Formspannraum (F) zur Auf­ nahme einer Gießform (33) ausbildet,
• - einer ersten Einrichtung (10) zur Bewegung des beweglichen Formträgers (11) auf den stationären Formträger (12) zu und von diesem weg,
• - einer zweiten nach der ersten Einrichtung, während des Form­ schlusses der Gießform (33) betätigbaren Einrichtung (24, 30) zur Aufbringung der Schließkraft,
• - einem ersten Abstützelement (13) zur Abstützung zumindest der ersten Einrichtung (10), das durch Kraftübertragungsmittel (25) mit dem stationären Formträger (12) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Abstützelement (31) zur Abstützung der zweiten Einrichtung (24, 30) vorgesehen ist, die bei Betätigung die erste Einrichtung (10) mit erstem Abstütz­ element (13) und beweglichem Formträger (11) beaufschlagt.

2. Formschließeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Abstützelement (13) in Schließrichtung (s-s) beweglich gehalten ist und über einen Ansatz (13c) mit einem Übertragungselement gekoppelt ist, das die Kräfte vom weiteren Abstützelement (31) überträgt, das seinerseits über die Kraftübertragungsmittel (25) mit dem stationären Formträger in Verbindung steht.

3. Formschließeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die zweite Einrichtung (30) zur Aufbringung der Schließkraft ein vorzugsweise elektromechanisch angetriebener Exzenter ist, dessen Exzenterwelle (34) mit dem als Lasche (35) ausgebildeten Übertragungselement verbunden ist.

4. Formschließeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Übertragungselement ein vorzugsweise gegen Rück­ stellmittel (27) beaufschlagbarer Kolben (24a) einer als zweite Einrichtung (24) zur Aufbringung der Schließkraft ausgebildeten hydraulischen Antriebseinheit ist.

5. Formschließeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung (10) zur Bewegung des beweglichen Formträgers (11) wenigstens eine Kugelrollspindel (16) aufweist, die bei Aufbringen der Schließ­ kraft durch Blockiermittel (17) selbsttätig blockierbar ist.

6. Formschließeinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Blockiermittel (17) eine Blockierscheibe (17a) an der Achse (16a) der Gewindespindel (16) vorgesehen ist, die gegen die Kraft eines elastischen Rückstellmittels (18) mit dem ersten Abstütz­ element (13) in Verbindung kommt.

7. Formschließeinheit nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Blockierscheibe (17a) eine sich in Längsrichtung der Kugelrollspindel (16) erstreckenden umlaufenden Ring (17b) aufweist, der beim Blockiervorgang mit einem entgegengesetzt gerichteten ringförmigen Vorsprung (19a) eines Lagerrings (19) in kraftschlüssige Verbindung gelangt.

8. Formschließeinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (b) zwischen dem Ring (17b) der Blockierscheibe (17a) und dem ringförmigen Vorsprung (19a) des Lagerrings (19) bei geschlossener Gießform vor Aufbringen der Schließkraft kleiner ist als die Exzentrizität (e) des Exzenters bzw. der Hub (a) des Kolbens (24a).

9. Formschließeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung zur Betätigung der Kugelrollspindel (16) einen Antriebsmotor (15) aufweist, dessen Motorwelle (15a) über zwei Riemen (22, 23) Riemenräder (20, 21) antreibt, deren Nabe die Blockierscheibe (17a) ist.

10. Formschließeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Formträger (11) Teil einer auf Führungen (45) geführten Bewegungseinheit (47) ist, die Rohre (46) zur Aufnahme der Kugelrollspindeln (16), ein Stütz­ element sowie diese Teile verspannende Zuganker (38) aufweist und von der ersten Einrichtung (10) beaufschlagbar ist.