DE69032817T2

DE69032817T2 - Antriebsanordnung für eine Spritzgiessmaschine

Info

Publication number: DE69032817T2
Application number: DE69032817T
Authority: DE
Inventors: Bruno Ch-9011 St. Gallen Stillhard
Original assignee: Vickers Inc
Current assignee: Vickers Inc
Priority date: 1989-11-10
Filing date: 1990-10-30
Publication date: 1999-05-27
Anticipated expiration: 2010-10-31
Also published as: JP2612094B2; ES2125853T3; EP0427438B1; DE69032817D1; CH680916A5; EP0427438A1; ATE174255T1; JPH03221425A; US5266874A

Description

Antriebsanordnung für eine Spritzgießmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsanordnung für eine Spritzgießmaschine und insbesondere, aber nicht ausschließlich, auf die Formplatten einer Spritzgießmaschine.
Über viele Jahre hinweg sind bei der Mehrheit der Spritzgießmaschinen Hydraulikzylinder als Antriebsmittel verwendet worden. Seit einigen Jahren sind nun Antriebsmotoren - insbesondere elektrische Antriebe und Servomotoren - zur Bewegung der Formen-Aufspannplatten verwendet worden. In Antrieben dieser Art wird von einem elektrischen Servomotor Gebrauch gemacht, der bei relativ hoher Geschwindigkeit läuft, wobei die Drehbewegung des Motors durch die Wirkung einer Kugelumlaufspindel in eine lineare Bewegung umgewandelt wird, die in einem Kugelumlaufspindellager läuft.
Antriebe dieser Art sind in verschiedenen Veröffentlichungen dargestellt und beschrieben worden, z.B. EP-A-0 271 588, EP-A-0 281 637 und EP-A-0 277 249. In Expertenkreisen nahm man daher an, daß die Verwendung von Motoren - speziell elektrischen Motoren - als Antriebsmittel für Spritzgießmaschinen notwendigerweise die Verwendung einer Kugelumlaufspindel als linearem Antrieb voraussetzt. Die bekannten Antriebe genießen viele Vorteile gegenüber den Hydraulikantrieben. Sie sind jedoch außerordentlich verschleißanfällig, weil die hohen Drehzahlen von Kugelumlaufspindeln zu relativ hohen Dreh-Trägheitsmomenten und entsprechend schwierigen Steuer- und Antriebsmerkmalen führen. Außer diesen Nachteilen sind Kugelumlaufspindelantriebe dieser Art übermäßig kompliziert und teuer herzustellen und sie können nicht von Umwelteinflüssen geschützt werden - z.B. indem sie eingeschlossen werden - sei es nur deshalb, weil die Kugelumlaufspindel mit einem Schraubengewinde über ihre gesamte Länge versehen werden muß, und außerdem, weil sie in einem Kugelumlaufspindellager an der Formteil-Aufspannplatte läuft.
In der JP-A-61-189859 ist eine Aufspannvorrichtung für eine vertikale Spritzgießmaschine offenbart, bei der die Formteilplatten relativ zueinander durch einen linearen Antrieb in Form einer Zahnstangeneinrichtung bewegt werden, wobei die Zahnstange zwei entgegengesetzte bzw. gegenüberliegende Ritzel aufweist. Jedes Ritzel wird durch einen mit einer Bremse ausgerüsteten, umkehrbaren Elektromotor oder einen Hydraulikmotor angetrieben. Die Motoren werden durch Grenzschalter ein- und ausgeschaltet, mit einem daraus folgenden Mangel an Feineinstellung. Im einzelnen weist diese Anordnung folgende Nachteile auf:
1. Eine präzise Endpositionierung der Formplatten ist schwer zu erzielen.
2. Eine begrenzte Steuerung der Beschleunigung und Verlangsamung während der Aufspannoperation der Formteilplatten.
3. Erfordert langsamere Bewegungen, um sicherzustellen, daß eine Endaufspannposition erreicht wird, ohne darüber hinauszugehen, was schädigend sein kann.
4. Während der Beschleunigungsphase wird das Drehmoment nicht geregelt, um optimale Beschleunigungsprofile zu gestatten. Somit muß die Beschleunigung darauf beschränkt werden, eine Spitzen-G-Belastung am Maschinenrahmen und an den Aufbauten zu vermeiden.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und insbesondere diese Kenntnis in der Herstellung einer Antriebsanordnung für eine Spritzgießmaschine anzuwenden, nämlich auf eine Anordnung, die als Allzweckmittel zur Ausführung verschiedener Bewegungssequenzen an verschiedenen Antriebsstellen an der Spritzgießmaschine verwendet werden kann, während sie gleichzeitig hohe Kräfte entwickelt, hohe Geschwindigkeiten erreicht und wirtschaftlich in der Herstellung und in der Wartung ist.
Im einzelnen kann die Aufgabe der Erfindung als die Bereitstellung einer Anordnung bezeichnet werden, bei der die Hauptkomponenten eines Zahnstangenantriebs von kontaminierenden Stoffen isoliert sind, um ihre Anwendung an den obengenannten verschiedenen Antriebsstellen zu gestatten, während sie dazu die vorgenannten Vorteile der Kraft, Geschwindigkeit und Wirtschaftlichkeit liefert.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Spritzgießmaschine mit einem Basisrahmen, zwei am Basisrahmen zur Relativbewegung zwischen einer Formöffnungsposition und einer Formschließposition angebrachten Formplatten sowie am Basisrahmen angebrachten und zum Verschieben und/oder Schließen mindestens einer der Formplatten betätigbaren Antriebsmitteln, wobei die Antriebsmittel bzw. die Antriebseinheit in Form einer Linearantriebseinheit mit mindestens einem Motor, mindestens einem vom Motor angetriebenen Zahnradsatz sowie einer mit der mindestens einen Formplatte verbundenen und in Eingriff mit mindestens einem Zahnrad des Zahnradsatzes stehenden Zahnstange vorliegen, wobei die Zahnstange und die mindestens eine Formplatte beim Betrieb des Motors angetrieben werden bzw. sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor der Antriebseinheit ein Servomotor ist, und daß die Zahnstange einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt hat, wobei eine oder mehr Zahnreihen nur über einen Teil der Länge der Zahnstange vorgesehen ist/sind und die Zahnstange gleitfähig in Lagern auf jeder Seite des verzahnten Teils angebracht ist, und daß die Maschine des weiteren ein Gehäuse aufweist, wobei die Zahnräder und mindestens ein Teil der Zahnstange innerhalb des Gehäuses angeordnet sind, die Zahnstange durch eine Wand des Gehäuses geführt ist, die Zahnstange in einem Lager in der Wand des Gehäuses gelagert ist und das Lager mit einer Dichtung versehen ist.
Durch Verwendung eines an sich bekannten Zahnstangenantriebs in Verbindung mit einem ebenfalls an sich bekannten Servomotor wird nicht nur die Aufbaukonfiguration des Antriebs in einer gänzlich überraschenden Weise vereinfacht, sondern auch die Steuer- und Antriebsmerkmale der Spritzgießmaschine ebenfalls in einer nicht zu erwartenden Weise entscheidend verbessert. So wird z.B. das Dreh-Trägheitsmoment entscheidend reduziert, weil die Zahnstange lineare Bewegungen ausführt, ebenso wie aufgrund des notwendigen - d.h. großen - Übersetzungsverhältnisses, das durch die Zahnräder zwischen dem Antriebsmotor und der Zahnstange bereitgestellt wird. Eine Verringerung des Dreh- Trägheitsmoments auf diese Weise vermindert den Verschleiß und verbessert die Steuermerkmale ebenso, wie sie es ermöglicht, höhere Beschleunigungen der Formteilbewegung zu erzielen.
Es ergeben sich weitere entscheidende Vorteile einschließlich niedriger Herstellungskosten und Antriebsanordnungen, die wesentlich weniger Verschleiß aufweisen, als Antriebe unter Verwendung von Kugelumlaufspindeln.
Durch die Erfindung ist es möglich, einen umschlossenen Konstruktionsstil anzuwenden, bei dem die Zahnstange über eine Vorrichtung, wie z.B. eine Durchführung, in ein Getriebegehäuse eingeführt sein kann, und mittels eines üblichen O-Rings oder einer lippenartigen Dichtung abgedichtet sein kann.
Wenn die Zahnstange mit einer Zahnreihe an mindestens zwei Seiten versehen ist, die vorzugsweise entgegengesetzt zueinander sind, und wenn zwei Zahnräder vorgesehen sind, ergibt sich eine Anordnung, die außerordentliche mechanische Steifigkeit besitzt. Durch eine solche Anordnung ist es möglich, die Antriebskraft an der Zahnstange auf beiden Seiten anzusetzen, was zu geringeren Zahnbelastungen und zu geringerem Zahnverschleiß führt, ebenso wie zu einer Verbesserung in den Bewegungsmerkmalen der Zahnstange.
Die Antriebsanordnung gemäß der Erfindung ist besonders geeignet zur Erzeugung hoher Schließkräfte, wenn die Antriebszahnräder die Zahnstange von mindestens zwei Seiten aus über getrennte Zahnradsätze antreiben, und vorzugsweise durch die Einwirkung getrennter Antriebsmotoren.
Eine Kraftverstärkungsanordnung mit Kniehebelwirkung ist gewöhnlich zur Erzeugung der Schließkraft vorgesehen. Wie der Motor kann diese Anordnung entweder auf die Zahnstange oder die Zahnräder einwirken, wie es einem Fachmann bekannt ist, der dies als üblich betrachtet.
Ausführungsformen zur Veranschaulichung der Erfindung werden im folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Spritzgießmaschine mit den Merkmalen der Erfindung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung verschiedener Bestandteile einer Antriebsanordnung,
Fig. 3 eine abgewandelte Ausführungsform zur Veranschaulichung einer Antriebsanordnung,
Fig. 4 einen Schnitt durch die Zahnstange längs der Linie IV-IV in Fig. 2, und
Fig. 5 eine teilweise im Schnitt gehaltene Seitenansicht zur detaillierteren Darstellung einer Kniehebelanordnung, die in den Ausführungsformen der Fig. 1 oder 3 angewandt werden kann.
Fig. 1 zeigt eine Spritzgießmaschine 1, die eine feststehende Formteil-Aufspannplatte 2 und eine bewegliche Formteil-Aufspannplatte 3 besitzt. Die Formteil- Aufspannplatten 2, 3 sind an einer Achse 4 in einer Weise angebracht, daß bei Bewegung einer Zahnstange 5 ihre Positionen relativ zueinander variiert werden können, und diese Bewegung veranlaßt ein in den Platten eingespanntes, aber in den Zeichnungen nicht gezeigtes Formteil, in einer bekannten Weise geöffnet oder geschlossen zu werden. Die Spritzgießmaschine 1 ist mit einem Rahmenabschnitt 6 (nur schematisch dargestellt), einer Zuführvorrichtung 7 für das Kunststoffmaterial und einer Steuereinheit 8 ausgestattet. Ein Gehäuse 9, das an dem Rahmenabschnitt 6 angebracht ist, enthält einen elektrischen Servomotor 10 und einen Zahnradsatz 11, der in einer Weise angeordnet ist, daß die Zahnstange 5 veranlaßt wird, lineare Bewegungen auszuführen. Außerdem ist die Zahnstange 5 als zylindrische Stange gestaltet, die mit einer Reihe von Zähnen 12 über nur einen bestimmten Abschnitt ihrer Länge am linken Ende gemäß Fig. 1 versehen ist. Die Länge der Zahnreihen hängt ab von der Wegstrecke, über die ein Vorwärtsantrieb der beweglichen Formteilaufspannplatte 3 erwünscht ist. Die Zahnstange 5 ist an beiden Enden in Lagern 13, 14 gelagert, die ein Gleiten bzw. Verschieben gestatten. Zusätzlich ist das Gehäuse 9 mit einem zylinderähnlichen Vorsprung 14a versehen, der die Zahnstange aufnimmt und schützt, wenn sie bis zur linken Grenze ihres Wegs verschoben wird.
Das Gehäuse 9 ist auf allen Seiten umschlossen und schützt die Zahnräder 11 und die Zähne 12 vor Schmutzansammlung und Beschädigung. Gleichzeitig wirkt das Gleitlager 13 als eine Dichtung zur Verhinderung des Schmutzeintrags und des Entweichens von Schmierfett oder einem anderen Schmiermittel aus dem Gehäuse 9.
Fig. 2 zeigt die Anbringung einer Zahnstange 5 in zwei Gleitlagern 13 und 14, wobei ein Teflon-Abstreif/- Dichtungsring 15 vor dem Gleitlager 13 eingepaßt ist, um eine zuverlässige Abdichtung zu gewährleisten.
Die zylindrische Zahnstange 5 ist mit einem Paar diametral entgegengesetzter Flachteile 30, 31 (Fig. 4) versehen, die jeweils mit einer Zahnreihe 12a, 12b ausgebildet sind, mit denen die zwei zum Zahnradsatz 11 gehörigen Antriebszahnräder oder Ritzel 16, 17 in Eingriff stehen. Da die Zahnstange 5 an beiden Enden in Lagern montiert ist, wird jegliche Tendenz ausgeschaltet, daß sie sich in den Lagern 13, 14 schräg stellt, und außerdem wird der Verschleiß an der Zahnreihe 12a, 12b verringert. In dieser Ausführungsform werden beide Antriebszahnräder 16, 17 über die Zahnradsätze 11 durch den gemeinsamen Servomotor 10 angetrieben. Der Servomotor 10 ist mit einem schematisch angedeuteten Stromversorgungsgerät 24 ausgestattet. Dieses Stromversorgungsgerät 24 empfängt über eine Rückführleitung 18 Rückkoppelungssignale von einem (nicht dargestellten) Tachometer in dem Servomotor 10, über eine Rückführleitung 19 von einem Positionsübertrager 21 zur Überwachung der Zahnstangenposition, und über eine Rückführleitung 20 ein Kraftsignal von einem Kraftaufnehmer 22 zur Überwachung der Schließkraft zwischen den Platten 2 und 3.
Die Ausgestaltung und konstruktive Details der Servo- und Steuerantriebe dieser Art sind bekannt und üblich.
Fig. 3 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei der zwei Servomotoren 10a, 10b vorgesehen sind, von denen jeder ein ihm zugeordnetes Antriebszahnrad 16, 17 in jedem Fall über einen separaten Zahnradsatz 11a, 11b antreibt. Das Stromversorgungsgerät 24 für die beiden Servomotoren 10a, 10b wird getriggert, damit es so funktioniert, daß die beiden Antriebszahnräder 16, 17 synchron zueinander umlaufen, was durch die Bereitstellung von Positions-Rückkoppelungssignalen über die Rückführleitungen 18a, 18b und durch Anwendung eines Impulswandlers 23 bewerkstelligt wird. Die gezeigte Anordnung ermöglicht es insbesondere, hohe Kräfte zu übertragen und hohe Beschleunigungen zu erzielen.
Die in Fig. 3 gezeigte Zahnstange 5 hat einen zylindrischen Aufbau ähnlich der Zahnstange gemäß Fig. 2 und ist mit einer Reihe von Zähnen 12a, 12b auf beiden Seiten versehen.
Ferner ist anzumerken, daß statt einer einzelnen Zahnstange 5 zwei oder mehr Zahnstangen vorgesehen sein könnten, und daß sie zusammen, beispielsweise durch ein separates Zahnrad 16, 17 für jede (Zahnstange), oder durch gemeinsame Zahnräder angetrieben sein könnten, die mit einer geeigneten Breite gestaltet wären.
Fig. 5 gibt eine detailliertere Darstellung der Beziehung zwischen den feststehenden und beweglichen Platten 2, 3 und der Zahnstange 5 und des zugehörigen Antriebs. Zusätzlich veranschaulichen diese Figuren, wie ein Kniehebelmechanismus angewandt wird, um die bewegliche Platte 3 relativ zur feststehenden Platte 2 während der eigentlichen Formarbeit zu schließen, wobei der Kniehebelmechanismus durch die Zahnstange 5 angetrieben wird, und nicht wie üblich über eine hydraulische Betätigungsvorrichtung oder eine Kugelspindel.
Die bewegliche Platte 3 ist an vier Verbindungsstangen 25 montiert, die an einem Ende an der feststehenden Platte 2 befestigt sind. Der Kniehebelmechanismus, allgemein bei 26 angezeigt, umfaßt einen oberen Abschnitt 27 und einen unteren Abschnitt 28, wobei jeder Abschnitt identisch ist und jeweils an der Ober- und Unterseite der Zahnstange 5 über Blöcke 29 befestigt ist. Jeder Block 29 ist mit einem feststehenden Verbindungsglied 31 versehen, an dem drehschwenkbar ein Ende eines ersten beweglichen Verbindungsglieds 32 befestigt ist, dessen anderes Ende drehschwenkbar über die Enden eines zweiten beweglichen Verbindungsglieds 33 befestigt ist. Ein Ende des beweglichen Verbindungsglieds 33 ist drehschwenkbar an einem Ansatz 34 befestigt, der von einem C-förmigen Tragarm 35 getragen wird, welcher am Maschinenrahmen 6 befestigt ist. Das andere Ende des zweiten beweglichen Verbindungsglieds 33 ist an einem Ende eines dritten beweglichen Verbindungsglieds 36 angelenkt, dessen anderes Ende an einem von der beweglichen Platte 3 getragenen Ansatz 37 angelenkt ist. Es ist anzumerken, daß die Fig. 5 die obere linke Hälfte des Kniehebelmechanismus in der ausgefahrenen Schließposition und in der unteren linken Hälfte den Kniehebelmechanismus in der eingezogenen Position darstellt.
Der nicht gezahnte Abschnitt der Zahnstange 5 erstreckt sich durch eine Öffnung im Tragarm 35 und ist, wie schon vorstehend beschrieben, mit zwei entgegengesetzten Zahnreihen 12a bzw. 12b versehen, die mit den betreffenden Ritzeln 16 und 17 in Eingriff stehen. Wenn sich die Spritzgießmaschine in der Öffnungsposition befindet, d.h. wenn die bewegliche Platte 3 von der feststehenden Platte zurückgezogen ist, befindet sich der Kniehebelmechanismus in der gefalteten oder Rückzugsposition, die in dem unteren linken Abschnitt von Fig. 5 dargestellt ist. Wenn es erforderlich ist, einen Gießvorgang auszuführen, wird der Servomotor 10 eingeschaltet und die Zahnstange 5 in der vorstehend schon beschriebenen Weise nach rechts bewegt. Während sich die Zahnstange 5 nach rechts bewegt, wirken die zwei feststehenden Verbindungsglieder 31 auf die beweglichen Glieder 32, 33 und 36 derart, daß diese entfaltet werden, was dazu führt, daß die zweiten und dritten beweglichen Verbindungsglieder 33 und 36 schließlich im wesentlichen miteinander fluchten, wobei sie in dieser Position durch die Einwirkung des feststehenden Verbindungsglieds 31 und des ersten beweglichen Glieds 32 versperrt werden, und eine weitere Bewegung der Zahnstange 5 dazu dient, die erforderliche Schließkraft zwischen den Platten 2 und 3 herzustellen.

Claims

1. Spritzgießmaschine (1) mit einem Basisrahmen (6), zwei am Basisrahmen (6) zur Relativbewegung zwischen einer Formöffungsposition und einer Formschließposition angebrachte Formplatten (2, 3) sowie am Basisrahmen (6) angebrachten und zum Verschieben und/oder Schließen mindestens einer der Formplatten (2, 3) betätigbaren Antriebsmitteln (5, 10,11), wobei die Antriebsmittel bzw. die Antriebseinheit in Form einer Linearantriebseinheit mit mindestens einem Motor (10), mindestens einem vom Motor (10) angetriebenen Zahnradsatz (11) sowie einer mit der mindestens einen Formplatte (2, 3) verbundenen und in Eingriff mit mindestens einem Zahnrad (16, 17) des Zahnradsatzes (11) stehenden Zahnstange (5) vorliegen, wobei die Zahnstange (5) und die mindestens eine Formplatte beim Betrieb des Motors angetrieben werden bzw. sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor der Antriebseinheit ein Servomotor ist, und daß die Zahnstange (5) einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt hat, wobei eine oder mehr Zahnreihen (12a,12b) nur über einen Teil der Länge der Zahnstange (5) vorgesehen ist/sind und die Zahnstange (5) gleitfähig in Lagern (13, 14) auf jeder Seite des verzahnten Teils angebracht ist, und daß die Maschine des weiteren ein Gehäuse (9) aufweist, wobei die Zahnräder (16, 17) und mindestens ein Teil der Zahnstange (5) innerhalb des Gehäuses angeordnet sind, die Zahnstange durch eine Wand des Gehäuses geführt ist, die Zahnstange (5) in einem Lager (13, 14) in der Wand des Gehäuses (9) gelagert ist und das Lager mit einer Dichtung (15) versehen ist.

2. Maschine nach Anspruch 1, wobei die Zahnstange (5) mit einer Zahnreihe (12a,12b) an mindestens zwei Seiten versehen ist, und (wobei) zwei Antriebsräder (16, 17) des Satzes von Zahnrädern (11) in Eingriff mit jeweiligen Zahnreihen an der Zahnstange stehen.

3. Maschine nach Anspruch 2, wobei die Zahnstange (5) mit Zahnreihen (12a,12b) an zwei entgegengesetzten Seiten versehen ist.

4. Maschine nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Antriebszahnräder (16, 17) über getrennte Sätze von Zahnrädern (11a,11b) angetrieben sind.

5. Maschine nach Anspruch 4, wobei die getrennten Sätze von Zahnrädern (11a,11b) mittels getrennter Antriebs-Servomotoren (10a,10b) angetrieben sind.

6. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Antriebseinheit mindestens zwei jeweils durch Zahnradsätze angetriebene Zahnstangen (5) umfaßt.

7. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der oder jeder Servomotor (10) von einem Energieversorgungsgerät mit Energie versorgt wird, das als Rückkopplungssignale ein Signal von einem Positionswandler zum Überwachen bzw. Kontrollieren der Position der Zahnstange (5) sowie ein Kraftsignal zum Überwachen der Schließkraft zwischen den Formplatten (2, 3) erhält.

8. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine der Formplatten (2) feststehend und die andere der Formplatten (3) relativ zu der einen Formplatte bewegbar bzw. verschiebbar ist.

9. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Kniehebelmittel (26) zum lösbaren Verschließen der Formplatten (2, 3) in der Formschließposition vorgesehen ist, wobei das Kniehebelmittel zwischen der Zahnstange (5), dem Basisrahmen (6) und der mindestens einen Formplatte (3) angebracht ist.

10. Maschine nach Anspruch 5 und einem der Ansprüche 6 bis 13, soweit davon abhängig, wobei das Energieversorgungsgerät (24) für die beiden Servomotoren (10a,10b) derart getriggert bzw. gesteuert ist, daß es auf eine Weise funktioniert, daß sich die beiden Antriebszahnräder (16, 17) synchron zueinander drehen, indem Positions-Rückkopplungsmittel vorgesehen sind, die so betätigbar sind, daß sie die Position der Zahnstange (5) abgreifen und die Positions-Rückkopplungssignale an eine Impulswandlereinrichtung (23) liefern, deren Ausgang(ssignal) das Energieversorgungsgerät (24) steuert.