DE60110632T2

DE60110632T2 - Energieeffizientes getriebe für einen extruder

Info

Publication number: DE60110632T2
Application number: DE60110632T
Authority: DE
Inventors: D. Robert SCHAD
Original assignee: Husky Injection Molding Systems Ltd
Current assignee: Husky Injection Molding Systems Ltd
Priority date: 2000-07-06
Filing date: 2001-05-18
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2021-05-19
Also published as: ES2239135T3; CA2411149A1; WO2002004193A1; ATE294690T1; CN1206094C; US6478572B1; CN1447744A; JP2004501812A; HK1058647A1; KR20030014749A; CA2411149C; JP3725865B2; CN1600522A; DE60110632D1; KR100539645B1; AU2001259996A1; EP1343622B1; EP1343622A1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Formungsmaschinen und insbesondere auf eine Spritzgießmaschine, die einen einzigen elektrischen Motor anwendet, um sowohl einen Hydraulikmotor zum Laden eines Akkumulators als auch Antriebsmittel, beispielsweise eine Zuführschnecke und/oder ein Formschließmittel, anzutreiben.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Einspritzeinheit einer Spritzgießmaschine hat während des Ablaufes eines Normalzyklus im Verfahren im wesentlichen zwei Funktionen; nämlich das Einspritzen und das Extrudieren. Bei einer hin- und hergehenden Standardschnecken-Spritzgießmaschine wird die Extrudierfunktion ausgeführt, indem die Schnecke gedreht wird und die Kunststoffschmelze allmählich gegen das vordere Ende der Schnecke bewegt, wodurch ein Druck bzw. eine Kraft erzeugt wird, welcher die Schnecke nach hinten in ihre Voreinspritzposition bewegt, wenn sich die Schmelze ansammelt. Wenn eine ausreichende Materialmenge angesammelt ist („ein Schuß"), wird die Schnecke rasch nach vorwärts bewegt (ohne Drehung), um die Schmelze geradewegs in die Form zu spritzen, wodurch die Einspritzfunktion erfüllt wird. Die Verfahrenserfordernisse zum Spritzgießen von kommerziell signifikanten Kunststoffmaterialien umfassen Spritzgießdrücke von zumindest 100 MPa (15.000 psi) und häufig bis zu 200 MPa (30.000 psi).
Die Einspritzeinheit einer Spritzgießmaschine kann auch als ein „Zweistufen"-System bezeichnet werden, bei welchem die Extrudier- und die Einspritzfunktionen von separaten Maschinenelementen ausgeführt werden. In einem Zweistufen-Einspritzsystem wird die Extrudier- und die Plastifizierfunktion noch immer von einer Zuführschnecke in einer erhitzten Trommel ausgeführt, doch wird das gesamte oder ein Teil der Kunststoffschmelze in einen Schmelzenakkumulator abgelenkt, statt direkt in die Form befördert zu werden. Der Schmelzenakkumulator wird nachher betrieben, um die Einspritzfunktion zu vollführen oder zumindest zu dieser beizutragen. Die Vorteile einer zweistufigen Einspritzeinheit sind eine gleichmäßigere Plastifizierung des Materials, eine reduzierte Abnützung der Schnecke und der Trommel und das Potential für höhere Einspritzdrücke. Der Hauptnachteil sind höhere Kosten.
Sowohl die Einspritz- als auch die Extrudierfunktion erfordern eine zugeordnete Antriebsvorrichtung in der Einspritzeinheit. Bei den Hydraulikmaschinen nach dem Stand der Technik, wie sie in der US 3 734 667 beschrieben sind, wird die Einspritzfunktion typischerweise durch einen Hydraulikzylinder ausgeführt, während die Drehung der Zuführschnecke für den Extrudierschritt normalerweise von einem Hydraulikmotor vorgenommen wird. In jüngerer Zeit sind elektrische Motoren kombiniert mit mechanischen Systemen als direkte Antriebsquelle in der Einspritzeinheit angewendet worden. Einige elektrische Systeme nach dem Stand der Technik haben separate Motoren für jede Funktion verwendet; d.h. einen Motor für die Drehung der Zuführschnecke und einen zweiten Motor in Kombination mit einem Mechanismus, wie einer Kugelumlaufspindel, zum Umwandeln der Drehbewegung in eine Linearbewegung, die für das Einspritzen erforderlich ist. Andere „Hybrid"maschinen nach dem Stand der Technik haben einen elektrischen Motor zum Drehen der Zuführschnecke verwendet, während die übrigen Funktionen der Maschine hydraulisch angetrieben sind, wobei die Energie durch einen elektrischen Motor bereitgestellt wird, der einen oder mehrere Hydraulikmotoren antreibt.
Während die „Hybrid"maschine einige Vorteile sowohl von der elektrischen Maschine (bessere Steuerung der Schneckendrehung) als auch von der hydraulischen Maschine (geringere Gesamtkosten) aufweist, verbleibt Raum für Verbesserung. Insbesondere ist ein Potential für ein wirtschaftlicheres System vorhanden, weil eine Überschußkapazität bei den elektrischen Motoren vorhanden ist, welche die Schnecke drehen. Dieser Motor wird nur während eines Teilens des Zyklus verwendet, wenn das thermoplastische Material (plastifizierte Material) extrudiert wird, um einen Schuß aufzubauen. Da der Motor und die zugeordnete Regelung relativ hohe Kosten haben, ist es erwünscht, die Anwendung dieses Motors zu maximieren. Überdies sind für Spritzgießmaschinen mit Regelmotoren, die derzeit verfügbar sind, die Motoren entweder spezifischen Achsen zugeordnet (wie mit elektromechanischen Systemen), oder sie werden auf standardhydraulische Schaltkreise angewendet, was redundant ist, so daß keine wirtschaftliche Kontrolle durch die Verwendung eines Regelmotors und -antriebs erzielt wird.
Dementsprechend ist typischerweise, wie dies bei der Anwendung neuer Technologien auf bestehende Produkte der Fall ist, der Versuch unternommen worden, die Ausführung der früheren Einspritzsystemtechnologie zu maximieren, um die Gefahr zu begrenzen und Produktidentität beizubehalten. Dies ist besonders beim Entwurf von elektrischen Spritzgießma schinen der Fall, bei denen die hydraulische Bewegungssteuerung durch eine elektromechanische Bewegungssteuerung ersetzt worden ist. Als Ergebnis dieser begrenzten Konstruktionsänderung sind wesentliche Vorteile der elektrischen Antriebsmotoren mit variabler Antriebsgeschwindigkeit in ihrer Anwendung auf das Spritzgießen nicht realisiert worden.
Es ist eingeführte Praxis, daß das einfache Ersetzen von hydraulischen Antriebsketten durch elektromechanische Antriebsketten eine signifikante meßbare Verbesserung hinsichtlich Wiederholbarkeit, Stabilität und Genauigkeit der Antriebsvorrichtung bietet. Dies ist ein Ergebnis der Reduktion der Anzahl von Komponenten in der Antriebskette, das Eliminieren von inhärenten Variationen im Hydraulikfluid als Funktion der Temperatur, Viskositätsänderungen infolge chemischen Zusammenbruches des Öls selbst, allfällige Erhöhung der Verunreinigungskonzentration usw. Während jedoch das einfache Ersetzen der hydraulischen Antriebskettenkomponenten mit servoelektrischen/mechanischen Komponenten die erwünschte Leistungsverbesserung bringt, ist das volle Potential an Verbesserung noch nicht realisiert worden.
Eine andere Überlegung ist jene, daß die Bodenfläche, die von einer Spritzgießmaschine eingenommen wird, ein zunehmend wichtigeres Kriterium geworden ist. Da die Ressourcen, die früher in Anlagen vorhanden waren, für andere Zwecke verwendet werden, um die Produktivität zu erhöhen, ist die Länge, die Breite und die Höhe einer Maschine eine zunehmend wichtige Überlegung bei konkurrierenden Maschinendesigns geworden.
Neben dem Erfordernis zu erhöhter Kapazität in elektrischen Einspritzeinheiten besteht ein Potential für Verbesserung hinsichtlich Haltbarkeit, Wiederholbarkeit, Stabilität und Genauigkeit der Antriebsvorrichtung sowie eine Reduktion der Gesamtlänge der Maschine, wenn ein Weg gefunden werden kann, um die Hindernisse zu überwinden, die durch die begrenzte Anwendung von elektromechanischer Technologie auf hin- und hergehende Schneckeneinspritzeinheiten gegeben sind.
Auf ähnliche Weise besteht das Erfordernis für ein verbessertes energiewirksames System, wenn eine Schließ- oder Klemmeinheit einer Spritzgießmaschine betrieben wird, bei welcher zwei Hälften gegeneinander und voneinander weg bewegbar sind, um die Spritzgießform zu öffnen und zu schließen. Bei dieser Anordnung muß die Spritzgießform einer relativ großen Schließkraft während des Spritzgießzyklus unterworfen werden. Der Stand der Technik bewegt sich um Vorrichtungen herum, die eine vollkommen hydraulische Betätigung sowohl des Langhubabschnittes beim Öffnen und Schließen der Form als auch zum Aufbringen der Schließkraft vorsehen. Kürzlich sind elektrische Motoren für den langen Öffnungs- und Schließhub verwendet worden, und Hydraulikdruck ist angewendet worden, um eine große Klemmkraft während des Spritzgießzyklus aufzubringen. Der Stand der Technik hat jedoch kein kompaktes energiewirksames Antriebssystem bereitgestellt, das sowohl elektrische Motoren als auch hydraulische Motoren anwendet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Dementsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Antriebsvorrichtung zu schaffen, welche die Anwendung eines einzigen optimierten elektrischen Motors ermöglicht, um die verschiedenen Maschinenelemente einer Spritzgießmaschine mit Energie zu versorgen.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine vereinfachte Vorrichtung zu schaffen, welche sowohl eine Extruderschnecke als auch gleichzeitig einen hydraulischen Motor antreibt.
Noch ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einspritzeinheit für eine Spritzgießmaschine zu schaffen, die weniger Komponenten aufweist und verläßlicher und leichter zu warten ist.
Ein noch anderes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein wirksames Antriebssystem für eine Spritzgießmaschine zu schaffen, die einen elektrischen Motor anwendet, um eine Extruderschnecke anzutreiben, und einen hydraulischen Motor, welcher gleichzeitig einen hydraulischen Akkumulator lädt, wobei die Ladung des Akkumulators dazu verwendet wird, der Schnecke während des Spritzgießzyklus einen Hub zu erteilen.
Ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein wirksames Antriebssystem für eine Spritzgießmaschine zu schaffen, welches einen elektrischen Motor anwendet, um eine Extruderschnecke anzutreiben, und einen hydraulischen Motor, um einen Akkumulator zu laden. Eine Kupplung ist zwischen dem elektrischen Motor und der Schnecke vorgesehen und gestattet es, daß der elektrische Motor den hydraulischen Motor auch während des Spritzgießzyklus kontinuierlich antreibt.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein wirksames Antriebssystem für eine Spritzgießmaschine zu schaffen, das einen elektrischen Motor anwendet, um die Formhälften zu schließen, während gleichzeitig ein Akkumulator geladen wird, und weiches die Ladung des Akkumulators dazu verwendet, um eine Klemmkraft während des Einspritz-/Formungszyklus aufzubringen.
Gemäß diesen Zielen ist ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf eine hybridartige Spritzgießmaschine gerichtet, deren Extruderschnecke und Hydraulikmotor von einem optimierten elektrischen Regelmotor mit variabler Geschwindigkeit gleichzeitig während des Plastifiziervorganges angetrieben werden. Während des Plastifiziervorganges lädt der hydraulische Motor einen hydraulischen Akkumulator. Wenn ausreichend Kunststoff extrudiert ist und die erforderliche Schußgröße erzeugt worden ist, wird die Ladung in dem Akkumulator dazu verwendet, entweder die Schnecke oder einen gesonderten Kolben zum Einspritzen der Schmelze in die Formhohlräume zu beaufschlagen.
Gegebenenfalls ist zwischen dem elektrischen Motor und der Extruderschnecke eine Kupplung vorgesehen, wodurch dem elektrischen Motor ermöglicht wird, den Akkumulator kontinuierlich zu laden, indem der hydraulische Motor angetrieben wird. Die Kupplung wird betätigt, um die Extruderschnecke zu trennen, sobald die erforderliche Schußgröße erzeugt worden ist, wodurch die Drehung der Schnecke stillgesetzt und es der Schnecke ermöglicht wird, von einem Kolben für ihren Hub beaufschlagt zu werden, der durch die Ladung in dem Akkumulator angetrieben wird, all dies, während der elektrische Motor den Akkumulator kontinuierlich lädt.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein separater elektrischer Motor auf der Klemmseite der Spritzgießmaschine vorgesehen. Der elektrische Motor ist an einem mechanischen Antriebsmittel befestigt, um die Form zu öffnen und zu schließen. An dem elektrischen Motor ist auch ein hydraulischer Motor befestigt, welcher einen gesonderten Akkumulator lädt. Wenn der elektrische Motor die Form schließt, treibt er auch den hydraulischen Motor an, welcher den Akkumulator lädt. Sobald die Form vollständig geschlossen ist, wird die Ladung in dem Akkumulator dazu verwendet, eine große Klemmkraft auf die Form aufzubringen, die für den Einspritz-/Formungszyklus erforderlich ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist fakultativ ein Kupplungsmechanismus zwischen dem elektrischen Motor und dem mechanischen Antriebsmittel vorgesehen, so daß der elektrische Motor den hydraulischen Motor kontinuierlich antreibt und den Akkumulator lädt, selbst, wenn die Form vollständig geschlossen ist. Die Kupplung wird betätigt, sobald die Form vollständig geschlossen ist, derart, daß das Antriebsmittel von dem elektrischen Motor getrennt wird, wodurch es dem elektrischen Motor ermöglicht wird, den hydraulischen Motor weiter anzutreiben und damit den Akkumulator zu laden.
Das Vorsehen eines einzigen elektrischen Motors, der für die gegebene Lasten optimiert ist, ergibt ein einfacheres und billigeres Antriebssystem. Ähnlich kann der separate hydraulische Motor optimiert werden, um den Akkumulator zu laden, wie dies für verschiedene Spritzgießmaschinengrößen erforderlich sein kann. Zusätzlich wird die Gesamtmaschinenwirksamkeit erhöht, indem der elektrische Motor dazu verwendet wird, zwei gleichzeitige Funktionen zu erfüllen. Das Hinzufügen der Kupplung gestattet es dem elektrischen Motor, den Akkumulator kontinuierlich zu laden, was zu kürzeren Zykluszeiten sowie zu einer Erhöhung der Gesamtmaschinenwirksamkeit führt.
Insgesamt schafft die vorliegende Erfindung ein einzigartiges hybrides Antriebssystem für eine Spritzgießmaschine, das es ermöglicht, die verschiedenen Antriebskomponenten zu optimieren, und ein wirksames Antriebssystem sowohl für die Extruderschnecke als auch für den Klemmechanismus schafft.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird an Hand der detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen besser verständlich, in denen zeigen:
1 eine vereinfachte Ansicht einer schubartigen Schneckeneinheit eines Einspritzsystems einer Spritzgießmaschine mit der zugeordneten Antriebsvorrichtung für die Verlagerung und/oder Betätigungskraft;
2 eine vereinfachte vergrößerte Ansicht, teilweise im Schnitt, der verbesserten zweistufigen Einspritzvorrichtung einer Spritzgießmaschine;
3 ein vereinfachtes hydraulisches Schema der Einspritzeinheit der vorliegenden Erfindung;
4 ein vereinfachtes Schema einer verbesserten Klemmeinheit einer Spritzgießmaschine, welche das verbesserte Antriebssystem enthält.
IN DEN FIGUREN VERWENDETE BEZUGSZEICHEN

12: elektrischer Motor
14: bewegbare Platte
16: hydraulischer Motor
18: erster Antriebsriemen
20: zweiter Antriebsriemen
22: Kolbenanordnung
24: hydraulischer Akkumulator
26: erste feststehende Platte
28: zweite feststehende Platte
29: Extruderanordnung
30: Trichter
34: Heizeinrichtung
36: Zuführschnecke
38: Extrudergehäuse
40: Auslaß
42: Basis
46: Hydraulikventil
48: Führungsträger
50: Leitung
52: Schmelzenakkumulator
54: Vorrat
56: Rückschlagventil
58: Kupplungsmechanismus
59: Trommel
60: erste stationäre Platte
62: zweite stationäre Platte
64: Transmissionsmittel
66: bewegbare Formhälfte
68: Spannstangen
70: stationäre Formhälfte
72: bewegbare Platte
74: Antriebsmittel

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einspritzeinheit für eine Spritzgießmaschine; als solche wird sie im Kontext einer typischen Maschine beschrieben. Da der allgemeine Aufbau und die Betriebsweise von Spritzgießmaschinen gut bekannt ist, werden jene Aspekte der Vorrichtung, die verschieden von den bekannten sind oder eine neue Anwendung hinsichtlich der Spritzgießmaschinen erfahren, hauptsächlich hervorgehoben.
1 zeigt den Grundaufbau einer Einspritzeinheit einer Spritzgießmaschine mit einer einstufigen schubartigen Schneckeneinheit 10, die auf einer Basis 42 montiert ist. Die Extruderanordnung 29 weist ein Extrudergehäuse 38, einen Trichter 30 für die Zufuhr von festem Kunststoff und eine drehbare und verlagerbare schubartige Zuführschnecke 36 auf. In Wärmeverbindung mit dem Gehäuse 38 ist eine Heizeinrichtung 34 vorgesehen, welche die Schmelze zum Einspritzen über einen Auslaß 40 in geschmolzenem Zustand hält.
Die Vorrichtung nach 1 hat mehrere parallele Führungsträger 48, zwei feststehende Platten 26, 28 und eine bewegbare Platte 14. Die Platte 14 ist entlang der Führungsträger 48 durch eine Kolbenanordnung 22 bewegbar. Auf der Platte 14 ist ein elektrischer Motor 12 montiert, der durch einen ersten Antriebsriemen oder andere Transmissionsmittel 18 mit der Zuführschnecke 36 verbunden ist. Auf der Platte 14 ist auch ein hydraulischer Motor 16 montiert, der durch die Zuführschnecke 36 über einen zweiten Antriebsriemen oder andere Transmissionsmittel 20 angetrieben ist. Bei dieser Anordnung kann der Leser leicht verstehen, daß der elektrische Motor 12 Energie sowohl der Zuführschnecke 36 als auch dem hydraulischen Motor 16 gleichzeitig zuführt. Es sei bemerkt, daß die Anordnung des hydraulischen Motors 16 leicht verändert werden könnte, so daß er direkt von dem elektrischen Motor 12 angetrieben sein könnte.
Ein Vorrat 54 steht mit dem hydraulischen Motor 16 in Verbindung, um Hydraulikfluid zuzuführen, und ein hydraulischer Akkumulator 24 über ein Hydraulikventil 46, wobei der elektrische Motor 12 den hydraulischen Motor 16 antreibt, der seinerseits den hydraulischen Akkumulator 24 lädt, was zur Speicherung von Energie innerhalb des Akkumulators 24 führt.
Zwischen der feststehenden Platte 26 und der bewegbaren Platte 14 ist eine Kolbenanordnung 22 operativ befestigt. Die Kolbenanordnung 22 wird während des Einspritzvorganges in Richtung „B" durch die gespeicherte Energie im Akkumulator 24 ausgefahren. Die Kolbenanordnung 22 wird durch die Kraft der Schmelze zurückgezogen, wenn diese sich an der Vorderseite der Zuführschnecke 36 ansammelt.
Um die Spritzgießform (nicht gezeigt) mit Kunststoffschmelze zu beaufschlagen oder zu füllen, wird der elektrische Motor 12 stillgesetzt, und die Kolbenanordnung 22 wird selektiv durch das Hydraulikventil 46 betätigt, welches die gespeicherte Hydraulikenergie in dem Ak kumulator 24 dazu ausnützt, um die Kolbenanordnung 22 in Richtung „B" auszufahren. Die schubartige Zuführschnecke 36 wird dann in dem Gehäuse 38 durch die Platte 14 vorgeschoben, welche das Schmelzenmaterial durch den Auslaß 40 einspritzt.
Alternativ ist ein fakultativer Kupplungsmechanismus 58 vorgesehen, derart, daß der elektrische Motor 12 während des Einspritzzyklus von der Zuführschnecke 36 getrennt werden kann. Diese Anordnung gestattet dem elektrischen Motor 12, den hydraulischen Motor 16 kontinuierlich anzutreiben und den hydraulischen Akkumulator 24 zu laden.
Unter Bezugnahme auf 2 wird die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einer Spritzgießmaschine 100 verwendet. Die allgemeine Konfiguration der Formungsmaschine 100 umfaßt eine zweistufige elektrische/hydraulische Einspritzeinheit, die an einem langgestreckten Träger oder einer Basis 42 montiert ist. Die Komponenten der Einspritzeinheit 100 sind speziell ausgebildet, um die Antriebstechnologie des elektrischen Motors in einer Zweistufen-Einspritzeinheit zu implementieren. Vorzugsweise sind die primären Elemente eine elektrisch angetriebene Extruderanordnung 29 und ein Schmelzenakkumulator 52. Die Extruderanordnung 29 ist dazu bestimmt, kontinuierlich Material zu plastifizieren und hat deshalb keine hin- und hergehende Zuführschnecke 36. Falls erwünscht, können die Konzepte der vorliegenden Erfindung jedoch auch auf ein Zweistufen-Einspritzsystem mit einer hin- und hergehenden Zuführschnecke, wie der bereits beschriebenen und in 1 gezeigten, angewendet werden.
Es ist im Stand der Technik allgemein bekannt, daß Material einem Extruder auf irgendeine zweckmäßige Weise, wie durch einen Trichter 30, zugeführt werden kann. Die Drehenergie für die Zuführschnecke 36 wird ebenfalls auf konventionelle Weise bereitgestellt, wie durch einen elektrischen Motor 12, der mit einem Riemen oder einer anderen Transmissionseinrichtung verbunden ist, weicher die Schnecke 36 antreibt. Da die Bewegung der Zuführschnecke 36 nur eine Drehbewegung ist, wird das Antriebssystem gegenüber Einspritzeinheiten, die eine Schnecke haben, welche auch hin- und herbewegt werden muß, stark vereinfacht.
Der Schmelzenakkumulator 52 ist im wesentlichen ein variabler Vorratsraum, der durch eine zylindrische Trommel 59 und eine Kolbenanordnung 22 gebildet wird, welche linear innerhalb der Trommel 59 hin- und herbewegt wird. Die relative Größe der Trommel 59 und der Kolbenanordnung 22 sowie des Hubes des Kolbens 22 variieren entsprechend der Schmelzenmenge, die zum Füllen der Form erforderlich ist. An der Verengung des Schmelzenakkumulators 52 ist es erwünscht, die Endform der Trommel 59 und des Kolbens 22 derart zu konfi gurieren, daß die Menge an Harz, die in der Trommel 59 bleibt, wenn der Kolben 22 voll ausgefahren ist, minimiert wird.
Der Auslaß der Zuführschnecke 36 ist mit dem Akkumulator 52 über eine geeignete Leitung 50 verbunden. An einem zweckmäßigen Punkt zwischen der Zuführschnecke 36 und dem Einlaß zu dem Schmelzenakkumulator 52 ist ein Kugelrückschlagventil 56 oder eine andere geeignete Rückschlagvorrichtung vorgesehen, um die Richtung der Strömung durch die Leitung 50 zu steuern. Wenn der hydraulische Akkumulator 24 aktiviert wird, um Kunststoff in den Formhohlraum einzuspritzen und den Druck während des Packens und Haltens aufrechtzuerhalten, verhindert das Rückschlagventil 56 einen Rückstrom der Schmelze in die Zuführschnecke 36 infolge der Druckdifferenz. Der Auslaß des Schmelzenakkumulators 52 ist mit der Spritzgießform (nicht gezeigt) über einen geeigneten Auslaß 40 verbunden.
Der Kolben 22 des Schmelzenakkumulators 52 wird vorzugsweise selektiv durch das hydraulische Ventil 46 betätigt, welches die gespeicherte Energie in dem hydraulischen Akkumulator 24 zum Ausfahren des Kolbens 22 verwendet.
Der elektrische Motor 12 ist mit dem hydraulischen Motor 16 über Transmissionsmittel, wie Riemen 18 und 20, verbunden. Wenn der elektrische Motor die Zuführschnecke 36 antreibt, treibt er auch den hydraulischen Motor 16 an, wobei der hydraulische Motor 16 den Akkumulator 24 lädt. Die gespeicherte hydraulische Energie im Akkumulator 24 wird dann verwendet, um den Kolben 22 zu beaufschlagen und die Schmelze in den Auslaß 40 zu spritzen.
Der Betrieb der Spritzgießmaschine 100, einschließlich der zweistufigen Einspritzeinheit der vorliegenden Erfindung, wird nun beschrieben. Die Zuführschnecke 36 wird innerhalb des Extrudergehäuses 38 durch den Extrudermotor 12 gedreht, um mit dem Plastifizieren des Materials zu beginnen, das als Kunststoffschmelze dem Schmelzenakkumulator 52 zugeführt wird. Die Drehung der Schnecke 36 baut Druck am Ende der Zuführschnecke 36 auf, bewegt das Kugelrückschlagventil 56 (im Öffnungssinn) und bewirkt, daß das Material durch die Leitung 50 und in den Schmelzenakkumulator 52 strömt. Wenn der Druck der Kunststoffschmelze eine bestimmte Höhe erreicht, beginnt diese, den Kolben 22 nach hinten zu drücken.
Die Extrudierfunktion wird beendet und die Drehung der Zuführschnecke 36 stillgesetzt, wenn sich eine ausreichende Charge von Kunststoffschmelze im Schmelzenakkumulator 52 vor dem Kolben 22 angesammelt hat, wie dies erforderlich ist, um den Hohlraum der Form zu füllen. An diesem Punkt wird das hydraulische Ventil 46 betätigt, um Druck aufzubringen und die Strömung zum Einlaß des Kolbens 22 zu veranlassen. Die Vorwärtsbewegung des Kolbens 22 bewirkt, daß die angesammelte Kunststoffschmelze durch den Auslaß 40 in den Formhohlraum gedrückt wird. Der Einspritzdruck, der durch die Bewegung des Kolbens 22 erzeugt wird, bewegt das Rückschlagventil 56 in die Position, die verhindert, daß geschmolzenes Harz in das Extrudergehäuse 38 transferiert wird.
Zwischen dem elektrischen Motor 12 und der Zuführschnecke 36 ist fakultativ ein Kupplungsmechanismus 58 vorgesehen, derart, daß der elektrische Motor 12 von der Zuführschnecke 36 getrennt werden kann, was es gestattet, daß der elektrische Motor 12 den hydraulischen Motor 16 kontinuierlich antreibt und den hydraulischen Akkumulator 24 lädt. Der Kupplungsmechanismus 58 gestattet deshalb, daß der elektrische Motor 12 weiterläuft und den Akkumulator 24 während des Einspritzzyklus lädt.
Unter Bezugnahme auf 3 ist ein vereinfachtes hydraulisches Schema der vorliegenden Erfindung gezeigt. Wie vorher erörtert, wird der hydraulische Akkumulator 24 selektiv durch ein hydraulisches Zweiwegeventil 46 mit vier Öffnungen betätigt. Das Ventil ist in seinem normalen Zustand federbelastet, damit der hydraulische Motor 16 den Akkumulator 24 laden kann, und gestattet einen Rückfluß von Hydraulikfluid aus dem Kolben 22 zu einem Ölvorrat 54, wenn der Kolben 22 während des Extrusionsprozesses zurückgezogen wird. Wenn das Ventil 46 betätigt ist, leitet es die hydraulische Strömung aus dem Akkumulator 24 zum Kolben 22, welcher die Schmelze in den Schmelzenhohlraum einspritzt (nicht gezeigt). Das Ventil 46 kann ein solenoid- oder servogesteuertes Ventil sein, wobei das bevorzugte Ausführungsbeispiel ein Servoventil ist, daß es gestattet, eine sehr kleingliedrige Einstellung des Zeit-Druckprofiles vorzunehmen, das dem Kolben 22 während des Einspritzens übermittelt wird.
In 4 ist ein verbessertes Spritzgießklemmsystem 200 allgemein dargestellt. Die Verwendung von vielen gleichartigen energiewirksamen Prinzipien, wie vorstehend erörtert, bedeutet, daß ein elektrischer Motor 12 an einer Basis (nicht gezeigt) befestigt ist, der über Transmissionsmittel 64 in Verbindung mit einem Antriebsmittel 74 steht. Auf dem Antriebsmittel 74 ist ein fakultativer Kupplungsmechanismus 58 für den wahlweisen Eingriff des Antriebsmittels 74 mit dem elektrischen Motor 12 montiert. Am distalen Ende einer Vielzahl von Spannstangen 68 ist starr eine erste stationäre Platte 60 befestigt. Am anderen distalen Ende der Vielzahl von Spannstangen 68 ist eine zweite stationäre Platte 62 befestigt. Zwischen der ersten und der zweiten stationären Platte und geführt von der Vielzahl von Spannstangen 68 ist eine bewegbare Platte 72 angeordnet. Die bewegbare Platte 72 steht mit dem Antriebs mittel 74 in Verbindung, so daß die Drehung des Antriebsmittels 74 die bewegbare Platte 72 zu einer Translationsbewegung bezüglich der stationären Platte entlang der Längsachse der Vielzahl von Spannstangen 68 verursacht.
Mechanisch verbunden mit dem elektrischen Motor 12 ist ein hydraulischer Motor 16. Der hydraulische Motor 16 steht mit einem hydraulischen Akkumulator 24 über ein hydraulisches Ventil 46 in Fluidverbindung. Wenn der elektrische Motor 12 den hydraulischen Motor 16 antreibt, werden Druck und Fluid aus einem Vorrat 54 wahlweise über das Hydraulikventil 46 dem hydraulischen Akkumulator 24 zur Energiespeicherung zugeführt.
An der bewegbaren Platte 72 ist starr eine bewegbare Formhälfte 66 befestigt. An der ersten stationären Platte 60 ist starr eine stationäre Formhälfte 70 befestigt. Wenn die Antriebsmittel 74 die bewegbare Platte 72 bewegen, wird die bewegbare Formhälfte 66 zu einer Translation veranlaßt, um die Form zu öffnen und dadurch zu ermöglichen, daß ein fertiggestellter Kunststoffteil aus der Form ausgestoßen wird.
Der hydraulische Akkumulator 24 kommuniziert selektiv mit einer Kolbenanordnung 22 über das hydraulische Ventil 46. Die hydraulische Kolbenanordnung 22 ist operativ zwischen einer der stationären Platten 60 oder 62 und der bewegbaren Platte 72 montiert. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Kolbenanordnung 22 ein einziger wirksamer Hydraulikkolben, der an der stationären Platte 62 montiert ist.
Bei der Anordnung, die in 4 gezeigt ist, erfüllt der elektrische Motor 12 zwei Funktionen, eine Funktion zum Öffnen und Schließen der Formhälften 66 und 70. Während dieser Funktion ist der fakultative Kupplungsmechanismus 58 in Eingriff und gestattet, daß der elektrische Motor 12 die Antriebsmittel 74 aktiviert. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Antriebsmittel vom Typ einer Kugelumlaufspindel. Die zweite Funktion des elektrischen Motors 12 besteht darin, den hydraulischen Motor 16 anzutreiben, der den Akkumulator 24 zur Energiespeicherung lädt.
Sobald die Formhälften durch die Antriebsmittel 74 vollständig zusammengebracht und in Vorbereitung für den Einspritzzyklus sind, beaufschlagen Druck und Fluid, die im Akkumulator 24 gespeichert sind, die Kolbenanordnung 22 über das hydraulische Ventil 46. Der der Kolbenanordnung 22 von dem Akkumulator 24 zugeführte Druck ist erforderlich, um die beiden Formhälften 66 und 70 eng aneinanderzuhalten und um dem Einspritzdruck zu widerstehen, der bestrebt ist, die Formhälften zu öffnen. Sobald der geformte Teil eingespritzt ist, wird nach einer vorbestimmten Verweilzeit, die es dem geformten Teil gestattet, sich abzu kühlen, der Druck auf die Kolbenanordnung 22 über das hydraulische Ventil 46 aufgehoben. Zu diesem Zeitpunkt kommuniziert der elektrische Motor 12 mit dem Antriebsmittel 74, um die Form zu öffnen und den fertiggestellten Formteil aus den Formhohlräumen auszustoßen.
Während die Erfindung detaillierter gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, das in den angeschlossenen Zeichnungen gezeigt ist, beschrieben worden ist, und während das bevorzugte Ausführungsbeispiel detaillierter beschrieben worden ist, besteht keine Absicht, die Erfindung auf dieses Detail zu beschränken. Im Gegenteil ist beabsichtigt, alle Modifikationen, Abwandlungen und Äquivalente abzudecken, die in den Schutzbereich der angeschlossenen Ansprüche fallen. Obzwar die Antriebskupplungen allgemein als Riemen und Antriebsscheiben beschrieben sind, könnten beispielsweise andere mechanische Kupplungen, wie geeignete Getriebe, verwendet werden, um die gleiche Funktion auszuführen.

Claims

Spritzgießmaschine (10) mit einem verbesserten Antriebssystem (12, 16, 18, 20), einschließlich einer Einspritzeinheit (29), wobei die Spritzgießmaschine (10) aufweist: eine Zuführschnecke (36) innerhalb einer Trommel (38), die mit einem Einlaß (30) und einem Auslaß (40) versehen ist; einen hydraulischen Motor (16), der selektiv mit einem hydraulischen Akkumulator (24) über ein hydraulisches Ventil (46) in Verbindung steht; eine Drehantriebseinheit (12, 18, 74), die so ausgebildet ist, daß sie gleichzeitig die Zuführschnecke (36) dreht, um im Betrieb das Material innerhalb der Trommel (38) zu plastifizieren und von dem Einlaß (30) zu dem Auslaß (40) zu fördern und den elektrischen Motor (16) anzutreiben, um eine Speicherung von Energie in dem Akkumulator (24) zu bewirken; einen hydraulischen Kolben (22) in selektiver Verbindung mit dem Akkumulator (24) über das hydraulische Ventil (46), wobei Druck und Strömung, die im Betrieb von dem Akkumulator (24) geliefert werden, eine relative Translation und Bewegung des Kolbens bewirken, um das Material durch den Auslaß einzuspritzen.
Spritzgießmaschine nach Anspruch 1, die ferner einen Kupplungsmechanismus (58) aufweist, der zwischen der Zuführschnecke (36) und der Drehantriebseinheit vorgesehen ist, wobei die Drehantriebseinheit wahlweise von der Zuführschnecke getrennt werden kann.
Spritzgießmaschine nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher das hydraulische Ventil ein federbelastetes Solenoidventil, ein servogesteuertes Ventil oder ein hydraulisches Pilotventil ist.
Spritzgießmaschine nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei welcher die Drehantriebseinheit ein elektrischer Motor oder ein elektrischer Regelmotor ist.
Spritzgießmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Drehantriebseinheit mit dem hydraulischen Motor unter Verwendung zumindest eines Drehmomentübertragungsriemens kommuniziert, oder die Drehantriebseinheit mit dem hydraulischen Motor unter Verwendung zumindest eines Getriebesatzes kommuniziert.
Spritzgießmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Akkumulator vom Gasladungskolbentyp oder vom Gasladungsbalgentyp ist.
Spritzgießmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der hydraulische Kolben (22) in Verbindung mit der Zuführschnecke steht.
Spritzgießmaschine (10) mit verbessertem Antriebssystem, einschließlich einer Klemmeinheit, wobei die Spritzgießmaschine (10) aufweist: zumindest eine Spannstange (66), die zwischen einer ersten (60) und einer zweiten (62) stationären Platte verläuft und mit diesen verbunden ist; eine bewegbare Platte (72), die operativ zwischen der ersten (60) und der zweiten (62) stationären Platte angeordnet ist, wobei die bewegbare Platte (72) mit einer Antriebseinrichtung (74) verbunden ist; einen hydraulischen Motor (16), der über ein hydraulisches Ventil (42) selektiv in Verbindung mit einem Akkumulator (24) steht; eine Drehantriebseinheit (12), die so ausgebildet ist, daß sie gleichzeitig die Antriebseinrichtung (74) antreibt, um im Betrieb eine Translation der bewegbaren Platte (72) zu bewirken, und den hydraulischen Motor (16) antreibt, um Energie in dem Akkumulator (24) zu speichern; einen hydraulischen Kolben (22), der operativ mit der bewegbaren Platte (72) verbunden ist und über das hydraulische Ventil (42) in wählbarer Kommunikation mit dem Akkumulator (24) steht, wobei Druck aus dem Akkumulator im Betrieb bewirkt, daß die Position der bewegbaren Platte (72) während des Spritzgießvorganges beibehalten wird.
Spritzgießmaschine nach Anspruch 8, die ferner einen Kupplungsmechanismus (58) aufweist, der zwischen der Antriebseinrichtung (74) und dem Drehantrieb angeordnet ist, so daß die Antriebseinrichtung (74) wahlweise vom Drehantrieb (12) getrennt werden kann.
Spritzgießmaschine nach Anspruch 8 oder 9, bei welcher der Drehantrieb ein elektrischer Motor ist.
Spritzgießmaschine nach Anspruch 8, 9 oder 10, bei welcher das hydraulische Ventil ein federbelastetes Solenoidventil oder ein servogesteuertes Ventil ist.
Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei welcher die Drehantriebseinheit (12) mit dem hydraulischen Motor unter Verwendung einer Transmissionseinrichtung (64) kommuniziert, die aus der Gruppe gewählt ist, welche Riemen, Getriebe, Reibscheiben und Ketten umfaßt.