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Antrieb von Spritzgußmasdiinen und -pressen
Der Vorschub des Kolbens
zum Schließen der Spritzform, die Betätigung des Masse'kolbens zum Ausspritzen der
Spritzgußmasse und die gleichzeitig vorzunehmende Zuhaltung der Form unter erhöhtem
Druck sind Gegenstand verschiedener Anordnung an Spritzgußmaschinen und -pressen
gewesen. In ähnlicher Weise haben sich die verschiedenartigsten Verfahren mit der
gegenseitigen Abstimmung der Zeitfolge der Bewegungen und der Größenanordnung der
Drücke und Maschinenteile befaßt, jedoch fehlt es allen bisherigen Lösungen daran,
daß gerade in der letzten Phase der Herstellung von Spritzgußmassen der Formschließdruck
in richtiger Weise auf den Druck innerhalb der Form nach Zeitpunkt, Dauer und Größe
abgestimmt wird. Dies liegt daran, daß man im allgemeinen von dem Gedanken ausging,
die Form müsse so lange unter erhöhtem Druck geschlossen gehalten werden, als das
Einspritzen der Masse in die Form dauere. Nun hat sich aber gezeigt, daß es für
die Herstellung von Spritzgußteilen von besonderem Vorteil sein kann, wenn dieser
Formschließdruck noch wesentlich längere Zeit nachwirkt, so daß der hergestellte
Gegenstand unter dem hohen Druck der Form noch während der gesamten Zeilt des Abkühlens
bis unmittelbar vor dem Offnen der Form steht. Die verfahrensmäßigen und konstruktiven
Forderungen, die sich aus dieser neuen Erkenntnis ergeben, lassen sich aber mit
den bisher bekannten Mitteln deshalb nicht befriedigen, weil es wegen der Einfachheit
der Apparatur üblich ist, beide Zylinder miteinander zu verbinden und infolgedessen
mit dem Nachlassen des Druckes im Massezylinder auch der Druck im Formschließzylinder
absinkt. Damit geht aber die gesamte Zeit von der Beendigung des Vorschubes des
Massekolbens bis zu seinem völligen Rückgang, d. h. also die Zeit des ersten Erstarrens
der Masse in der
Spritzform, verloren, ohne daß die Masse unter
Druck gehalten wird.
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Die Erfindung betrifft nun einen Antrieb von Spritzgußmaschinen und
sie besteht darin, daß zunächst eine Hauptförderpumpe die Form schließt und danach
den Spritzkolben betätigt, der den Formabschließzylinder vom übrigen Kreislauf abschaltet
und mit einer Hochdruckpumpe verbindet bzw. diese in Wirkung setzt, die ausschließlich
zur Erzeugung des Formschließdruckes. dient. Diese Pumpe soll erst dann wieder außer
Tätigkeit gesetzt werden, wenn der Spritzkolben in seine rückwärtige Lage zurückgeführt
ist und kurz bevor er die Schaltung des Antriebes so umsteuert, daß danach auch
der Formschließzylinder die Form wieder öffnet.
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Der Vorteil dieser Ausführung liegt neben der Erzeugung des hohen
Formschließdruckes darin, daß der Schließdruck auch dann ausgeübt werden kann, wenn
auf den Spritzkolben nach dem Ausspritzen der Form kein Druck mehr auszuüben ist,
dieser vielmehr sogar bereits zurückgenommen wird, die Form jedoch zum Abkühlen
des Artikels noch geschlossen sein muß.
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Der weitere und demgegenüber hervorstechendere Vorteil des erfindungsgemäßen
Antriebes liegt jedoch darin, daß es bei Befriedigung der gestellten Forderungen
trotzdem möglich ist, zur Bewegung der Zylinder der Maschine nur eine einzige. Pumpe,
nämlich die Hauptförderpumpe, zu verwenden. Die Hochdruckpumpe dient nur zur Schaffung
und Aufrechterhaltung eines hohen Formschließdruckes. Sie wird zur Bewegung irgendwelcher
Teile überhaupt nicht herangezogen und braucht infolgedessen auch keinerlei Förderleistung
aufzubringen. Man wird allerdings aus betrieblichen Erwägungen heraus, z. B. um
ein Heißlaufen der Pumpe zu vermeiden, eine gewisse Förderleistung als erwünscht
ansehen, die sich aus natürliohen Undichtigkeiten des Kolbens und durch den Einbau
eines Überstromventiis in der Pumpe selbst oder an anderen Orten ohne Schwierigkeit
erreichen läßt. Im übrigen aber tritt diese Pumpe auch nur während einer verhältnismäßig
kurzen Zeit in Funktion, wogegen die Hauptförderpu'rnpe während des gesamten Arbeitsganges
mit Ausnahme der Abkühlzeit in Tätigkeit ist und die Spritzarbeit leisten muß. Derartige
Hochdruckpumpen lassen sich beispielsweise auch als Zahnradpumpen in zuverlässigen,
betriebssicheren und raumsparenden Ausführungen anfertigen, so daß die durch ihren
Einbau erfolgte Erweiterung der Anlage weder eine Verringerung der Betriebssicherheit
noch eine Ver. größerung des Maschinengewichtes oder der Kosten für eine solche
Maschine darstellt und auch der Kraftverbrauch im Hinblick auf die Entlastung der
Hauptförderpumpe nicht ansteigt.
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Der erfindungsgemäße Maschinenantrieb kann unter anderem etwa folgendermaßen
ausgestattet sein: Der Vorschub des Forrnschließkolbens sowie des Spritzkolbens
wird durch eine einheitliche Hauptförderpumpe bewirkt. Sobald dann im Anschluß an
den vollzogenen Formschluß der Spritzkolben vorgeht, sperrt er zu Beginn seines
Vorschubes den Formschließkolben von dem übrigen Kreislauf ab. Gleichzeitig setzt
er den Formschließkolben unter den Druck einer besonderen Hochdruckpumpe, wobei
entweder bei kontinuierlich umlaufender Hochdruckpumpe durch einen Anschlag an der
Kolbenstange des Spritzkolbens die Verbindung zwischen dieser Hochdruckpumpe und
dem Formschließkolben durch Schalten von Ventilen hergestellt werden kann, oder
aber bei dauernder Verbindung mit der Hochdruckpumpe und unterbrochenem Lauf diese
durch den Anschlag in Tätigkeit gesetzt wird. An Stelle der mechanischen Schaltweise
läßt sich selbstverständlich auch eine entsprechende elektrische Schaltung vorsehen.
Das Abschalten der Hochdruckpumpe vom Formschließzylinder und dessen Rückschalten
in den Kreislauf der Hauptförderpumpe wird erst vorgenommen, wenn der Spritzkolben
in seine Ausgangsstellung wieder zurückgekehrt ist.
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Gemäß einer weiteren Auslildung des Antriebes sollen noch besondere
Mittel zum Absperren des Formschließzylinders und der Hochdruckpumpe von dem übrigen
Kreislauf vorgesehen werden, und zwar ausgehend von dem Gedanken, daß diese Abtrennung
von dem Spritzkolben eingeleitet werden soll. Die Tatsache, daß sowohl der Formschließkolben
als auch der Spritzkolben von der Hauptförderpumpe bewegt werden und die Aufeinanderfolge
der Bewegung in allen Fällen so vorgenommen werden soll, daß der Formschließkolben
den Arbeitstakt beginnt, während der Spritzkolben noch in'zurückgezogener Stellung
verharrt, daß weiter der Spritzkollren erst dann seine Bewegung beginnen soll, wenn
der Formschließkolben bereits zum Stillstand gekommen ist und daß schließlich beim
Rückgang in umgekehrter Reihenfolge der Spritzkolben zuerst zurückkehren soll, während
der Formschließkolben noch in Ruhe verbleibt, worauf bei Stillstand des Spritzkolbens
der Formschließkolben zurückgeholt werden soll, läßt es als besonders zweckdienlich
erscheinen, die Kolben hintereinanderzuschalten und in der Weise miteinander zu
verbinden, daß eine andere als die gewünschte Bewegung nicht möglich ist. Dies erreicht
man dadurch, daß man die Hauptförderpumpe, in Richtung des Vorschubes gesehen, zunächst
auf den Spritzkolben arbeiten läßt, der mit einer von seiner Hinterseite ansetzenden
Längsbohrung versehen ist. Diese Bohrung mündet an der Gleitfläche des Kolbens und
zwar nahe der vorderen dichtenden Kante, die z. B. durch einen oder mehrere Kolbenringe
gebildet werden kann.
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An der Austrittsst,elle setzt sich bei zurückgezogenem Spritzkolben
diese Bohrung in der Zylinderwandung fort und führt von hier aus über eine Leitung
zur Rückseite des Formschließkolbens.
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Der Leitungsübergang von der vorderen Mündung der Bohrung im Spritzkolben
zur entsprechenden Mündung in der Zylinderwand ist also nur in der zurückgezogenen
Stellung des Spritzkolbens geöffnet. In allen anderen Stellungen ist dieser Ubergang
verschlossen. Sorgt man nun dafür, daß der
Spritzkolben in seiner
hintersten Stellung zurückgehalten wird, so wird der Formschließkolben zunächst
von der Hauptförderpumpe vorgetrieben werden. Erst wenn dieser Vorgang sein Ende
gefunden hat und der Druck in der Hauptförderleitung weiter ansteigt, wird dann
die Bewegung des bis dahin zurückgehaltenen Spritzkolbens eingeleitet werden. Das
Zurückhalten des Spritzkolbens läßt sich auf verschiedene Art erreichen. So würde
man beispielsweise einen kleinen Absatz in der Zylinderwandung vorsehen können,
in den ein Kolbenring einspringt, oder aber man würde eine besondere Raste im Zylinder
anordnen können, der eine unter Federdruck stehende Kugel im Kolben entspricht.
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Als besonders günstig hat sioh jedoch die Anwendung einer I)ruckfeder
erwiesen, die entweder innerhalb des Spritzkolbens auf dessen Vorderseite vorgesehen
sein kanu und dann am besten die Kolbenstange umgibt, oder aber man zieht, um diese
Feder I,eobachten zu können, die Kolbenstange auch nach hinten aus dem Spritzzylinder
heraus und bringt dort die Druckfeder an. Die beschriebene Einrichtung ist durch
eine Saugleitung zu vervollständigen, die mit einem Rückschlagventil ausgestattet
ist und in einer Oil'wanne endet.
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Die I>eschriel,ene Anordnung zeigt wegen ihrer Einfachheit besondere
Vorteile. Die Zahl der vorzusehenden Ventile und Leitungen läßt sich darüber hinaus
nicht mehr vermindern. Damit sind auch die Betriebssicherheit der Anlage und ihre
Gestehungskosten so günstig gestellt als nur eben möglich.
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Störungsquellen sind weitestgehend vermieden. Die geschilderte Anordnung
ergibt sich jedoch keineswegs zwangsläufig, vielmehr ist es ohne weiteres möglich,
an Stelle der Bohrung durch den Spritzkolben eine Verbindung zwischen den an ihn
angeschlossenen Leitungen vorzusehen und diese durch ein Ventil abzusperren, das
dann allerdings auch wieder vom Spritzkolben gesteuert werden müßte. Aber auch ohne
die grundsätzliche Leitung führung könnte man die Maschine sehr wohl betreiben,
indem man entweder jedem Kolben eine eigene Förderpumpe zuweist und diese durch
Ventile oder durch elektrische Schaltungen 0. dgl. schaltet. Man kann aber auch,
wie im vorliegendem Beispiel, nur eine einzige Hauptförderpumpe vorsehen, die dann
aber je zwei Leitungen zu jedem Zylinder haben kann, wobei sich diese Leitungen
einzeln durch Ventile abschließen lassen, die wiederum alle von der Bewegung zu
steuern wären.
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Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß diese naheliegenden Lösungen
die Vorteile der in weiterer Ausbildung der Erfindung vorgeschlagenen Lösung nicht
aufweisen.
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In gleiciher Weise ist es möglich, die Hochdruckpumpe völlig vom
übrigen Kreislauf zu trennen und auch mit einer besonderen Olwanne auszustatten,
wobei sich aber ebenfalls weitere zusätzliche Ventile bedingen würden, durch die
die gesamte Vorrichtung wesentlich komplizierter gestaltet würde.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
in einem Längsschnitt dargestellt.
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Im Spritzzylinder 1 bewegt sich der Spritzkolben 2 mit der vorderen
Kolbenstange 3, die in ihrer Verlängerung den Massekolben 4 trägt, der seinerseits
auf die plastische Masse 5 im Massezylinder 6 einwirkt. Außerdem trägt die Kolben
stange 3 die Steuerstange 7, die auf die Hochdruckpumpe 8 einwirkt. In dem gegenüberstehenden
Schließzylinder g gleitet der Schli.eßkolben I0, der über die Kolbenstange II die
Spritzform 12 bewegt.
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13 ist die Hauptförderpumpe, die je nach ihrem Drehsinn das Druckmittel
in der einen oder anderen Richtung durch die Leitungen I4,I5,I6 und I7 fördert.
I8 und 19 sind die Verbindungsleitungen der Hochdruckpumpe 8. Die Verbindung zwischen
der Leitung 14 und 15 wird in zurückgezogener Stellung des Kolbens durch eine Bohrung
20 im Spritzkoll,en 2 hergestellt, die sich in dieser Stellung in der Zylinderwand
21 fortsetzt. Der Kolben wird dabei durch eine Feder 22 in der hintersten Stellung
gehalten. Die Feder 22 ist im Innern des Kolbens untergebracht und umgibt die Kolbenstange
3,. durch die sie gleichzeitig geführt wird. Die Länge des Spritzkolbens 2 ist größer
als sein Hub. Seine Vorder- und Hinterkanten sind, z. B. durch Kolbenringe, abgedichtet.
Reihe Saugleitung 23 verbindet die Leitung I7 mit einer Olwanne 24. Die Leitung
ist durch ein Rückschllagventil 25 verschlossen.
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DieArbeitsweise der Maschine ist wie folgt: Nach dem Einschalten
der Pumpe auf Förderung in Arbeitsrichtung strömt das Druckmittel durch die Leitungen
I4,20 und 15 zum Schließzylinder g und treibt den Kolben 10 voran, der seinerseits
die Spritzform 12 schließt. Der Spritzkolben 2 beharrt deshalb in seiner Stellung,
weil sowohl die Spritzmasse 5 im Massezylinder 6 als auch (bei Arbeitsbeginn oder
Vorliegen eines Spieles) die Druckfeder 22 der Bewegung einen höheren Widerstand
entgegensetzt, als im Formschließzylinder g vorhanden ist. Am Ende der Bewegung
des Formschließkolbens 10 erhöht sich dann der Widerstand, so daß nunmehr auch der
Spritzkolben 2 vorgeschoben wird. Dabei überdeckt er die Bohrung der Leitung 15
in der Zylinderwand 2I, so daß damit die Abtrennung des Formscihließzylinders in
diesem Leitungszug vorgenommen i'st. Am Beginn seines Hubes schaltet der Spritzkolben
2 über die Stange 7 die Hochdruckpumpe 8 ein. Diese fördert über die Leitung 19
in den Schließzylinder 9 und erzeugt den erwünschten Formschließdruck. Eine Trennung
der Kreisläufe der beiden Pumpen auf der Saugseite ist nicht erforderlich, da die
Saugleitung 23 in Zusammenarbeit mit dem Rückschlagventil 25 aus der Ölwanne 24
das fehlende Öl nachsaugen kann und jede Pumpe den für sie notwendigen Bedarf deckt.
Es erübrigt sich also durch diese Anordnung einmal die Einschaltung eines besonderen
Absperrventils zum Abtrennen' auch der Saugleitungen der beiden Pumpenkreise voneinander,
zum anderen aber auch die Anordnung je einer besonderen mit Rückschlagventil versehenen
Saugleitung für jede Pumpe. Das Rückschlagventil 25 ist deshalb erforderlich, weil
die Hauptförder-
pumpe am Ende des beschriebenen Arbeitsganges umgeschaltet
wird und der Kreislauf dann an der Änschlußstelle geschlossen sein muß. Da nun während
des Rückholens der beiden Kolben keine große Arbeit zu leisten ist und infolgedessen
die Drücke nicht sehr hoch liegen, ist mit nur geringen Leckverlusten zu rechnen.
Es wird sich deshalb ih der Regel eine zweite Saugleitung nicht als notwendig erweisen.
Sollte dies in Abhängigkeit von der Größe der Maschine oder anderen Gegebenheiten
dech erforderlich sein, so läßt sie sich in die Leitung und, ebenfalls mit einem
Rückschlagventil versehen, in die Ölwanne führen.
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Der Spritzkolben 2 drückt bei seinem Vorgehen über den Massekolben
4 die plastische Masse 5 aus dem Massezylinder 6 in die Spritzform 12. Nach dem
Ausspritzen der Form wird dann die Pumpe.
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13, wie bereits erwähnt, auf entgegengesetzte Förderrichtung gesidhaltet.
Das Druckmittel treibt nunmehr über die Leitungen I6 zuerst den Spritzkolben 2 zurück.
Am Ende des Rückholhubes wird die Hochdruckpumpe 8 über Steuerstange 7 wieder abgeschaltet.
Danach stellt der Spritzkolben die Verbindung der Leitung 14, in wieder her, so
daß das Druckmittel den Schließkolben io zurückbewegt. Kurz vor der Endstellung
wird die Pumpe 13 stillgesetzt.
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Das An-, Ab- und Umschalten kann durch elektrische Kontakte und Schaltuhren
so bewirkt werden, daß die Maschine selbsttätig arbeitet.
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Gegebenenfalls kann der Schließzylinder g auch. in mehrere Zylinder
unterteilt sein.
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PAT8NTANSPROCHE I. Antrieb von Spritzgußmaschinen und -pressen, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Hauptförderpumpe (3) die Form (12) schließt und danach
den Spritzkolben (2) betätigt, der den Formschließzylinder (9) vom übrigen Kreislauf
abschaltet und mit einer Hochdruckpumpe (8) verbindet, bzw. diese in Wirkung setzt,
die ausschließlich zur Erzeugung des Formschließdruckes dient.