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Hydraulischer Antrieb für Arbeitsmaschinen, insbesondere Spritz- und
Preßgießmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf einen hydraulischen Antrieb für
Spritz- oder Preßgießmaschinen mit mindestens je einem Formschließzylinder und Spritz-
oder Preßzylinder, die an ein gemeinsames hydraulisches Antriebsnetz angeschlossen
sind, und mit einem an das Antriebsnetz angeschlossenen Druckspeicher.
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Bekannte Antriebe dieser Art haben den Nachteil, daß rasche Bewegungen
eines der Arbeitskolben Druckmittelschwankungen im Antriebsnetz hervorrufen können,
die sich bei dem gemeinsamen Antriebsnetz auf die Betriebsverhältnisse anderer Arbeitskolben
ungünstig auswirken. So kann es z. B. vorkommen, daß infolge der Bewegung des Spritzkolbens
der vom Schließkolben einer Spritzform aufrechtzuerhaltende 5 chließilruck gerade
dann unzulässig klein wird, wenn er in voller Höhe benötigt wird.
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Der im allgemeinen verhältnismäßig groß zu bemessende Formschließkolben
benötigt über den weitaus größten Teil seines Rückhubes nur eine geringe Verschiebekraft,
die im wesentlichen nur von den Reilbungswiderständen des Kolbens und der Dichtungen
abhängt. Am Anfang des Rückhubes ist jedoch eine erhöhte Verschiebekraft aufzubringen,
die mit dem Widerstand der Paßstifte in den Formhälften und dem Anhaften der Werkstücke
an diesen Formhälften zusammenhängt. Auch gegen Hubende wächst der Verschiebewiderstand
nochmals, wenn dort Kerne gezogen und Spritzlinge ausgeworfen werden müssen. Treibt
man nun, wie das an sich bekannt ist, den Formschließkolbenrückhub vom
hydraulischen
Antriebsnetz aus durch eine mehrstufige Pumpe an, so paßt sich oder Kraftbedarf
oder Energieaufwand hierfür in denkbar günstiger Weise dem während des Hubes wechselnden
Verschiebewiderstand an.
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Eine solche günstige Anpassung des Kraftbedarfs an die tatsächlich
in jedem Augenblick des Formschließkolbenhubes erfordrliche Verschibekraft ist ausgeschlossen,
wenn der Schließkolbenrückhub durch einen lufthydraulischen Druckspeicher angetrieben
wird; denn bei einem solchen Speicher kann die Kraftabgabe auch bei kleinstem Bedarf
immer nur mit der größten, dem jeweiligen Aufladedruck entsprechenden Kraft erfolgen.
Da diese Kraft im Verlauf des Hubes in Anbetracht praktisch ausführbarer Speichergrößen
merklich abnimmt, anderseits aber ein relativ hoher Kraftbedarf noch .am Ende des
Rückhubes zum Kernziehen und Auswerfen der Spritzlinge verlangt wird, muß der Druckspeicher
vor Hubbeginn auf einen hohen Druck aufgeladen sein. Dieses Aufladen bedingt aber
einen sehr hohen Energieaufwand, dem beim Rückhub angesichts des geringen ATierschiebewiderstanldes
nur ein geringer Nutzen, aber infolge der langen Kolbenwege unter dem hohen Speicherdruck
hohe Reibungs- und Abnutzungsverluste der Dichtungsmanschetten und unerwünschte
Temperaturerhöhungen des Antriebsmittels gegenüberstehen. Diese Verhältnisse werden
natürlich noch ungünstiger, wenn gemäß einem bekannten ATorschlag.dirch denselben,
entsprechend größer zu bemessenden Druckspeicher außer dem Rückhub des Formschließkolbens
auch noch der Spritzhub des Spritzkolbens angetrieben wird.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis dieser Verhältnisse und Nachteile
aus und besteht im wesentlichen darin, daß der Druckspeicher den Spritz- oder Preßkolben
nur in dessen Arbeitsrichtung antreibt, so oft zur Ausfahrung dieses Hubes der Rückzugraum
für diesen Kolben von dem den Speicher aufladenden Antriebsnetz abgeschaltet ist,
und daß der Formschließkolben in seinen beiden Hubrichtungen unabhängig vom Druckspeicher
durch das hydraulische Antriebsnetz angetrieben wird.
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Ein solcher Antrieb ermöglicht es, einerseits den Spritzhub des Spritzkolbens
ungestört vom Antriebsnetz, an das er zum Aufladen angeschlossen ist, durch einen
relativ klein bemessenen Druckspeicher anzutreiben, während der Formschließkolben
beim Spritzvorgang vom Antriebsnetz aus eine hohe Schließkraft ausüben kann; und
anlderseits ermöglicht es dieser neueAntrieb, vom gemeinsamen Antriebsnetz aus tden
Spritzkolben zuverlässig zurückzuführen und zugleich Iden Druckspeicher zu laden
sowie außerdem den Förmschließkolben in beiden Hubrichtungen in günstigster, energiespareuder
Weise anzutreiben, wobei z. B. in dessen Rückzugrichtung der größte Teil des Hulbes
mit einer nur einen geringen Kraftbedarf eriordernden Niederdruck' pumpe ausgeführt
wird, während die Hochdruckpumpe gegebenenfalls nur für den kurzen Hubbeginn und
das ebenfalls kurze Hubende benötigt wird.
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Dlie Vorteile dieser Antriebsart und weitere Erfindungsmerkmale sind
der folgenden Beschreibung zu entnehmen, die die Erfindung im wesentlichen unter
Bezugnahme auf eine in der Zeichnung als Ausführungsbeispiel dargestellteSpritzgießmaschine
erläutert.
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In einem hydraulischen Arbeitszylinder I ist ein doppelt wirkender
Arbeitskolben 2 dicht geführt.
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Der Arbeitsraum 3 und der Rückhubraum 4 des Zylinders können über
Leitungen 6, 7 durch eine Umsteuereinrichtung 5 wahlweise mit einer Druckflüssigkeitszuleitung8
oder mit Entleerungsleitungen g verbunden werden, die in einen Flüssigkeitsbehälter
IO münden.
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II ist eine Niederdruckpumpe, I3 ihr in den Flüssigkeitsvorrat des
Behälters IO eintauchendes Saugrohr und 14 ihre Druckleitung, die zugleich die Zubringerleitung
für eine kleiner bemessene Hoch'druckpumpe 12 ist. Die Leitung 14 ist über ein Rüclçschlagventil
Is an die Druckleitung 8 der Hochdruckpumpe angeschlossen und kann in an sich bekannter
Weise bei niedrigem Druck in der Druckleitung 8 auch unmittelbar in diese fördern.
I6, I7 sind Uberdruckventile, die den verschiedenen Drükken der Nieder- bzw. Hochdruckpumpe
entsprechend vorgespannt sind und es ermöglichen, überschüssig geförderte Flüssigkeitsmengen
in Iden Behälter 10 zurückzuleiten.
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21 ist ebenfalls ein hydraulischer Arbeitszylinder und 22 ein doppelt
wirkender Arbeitskolben. Der Arbeitsraum 24 auf der einen Kolbenseite ist über eine
einstellbare Drossel 32 und eine Leitung 27 an einen hydraulischen Druckspeicher
20 angeschlossen. 30 ist ein während des normalen Arbeitens der Maschine geschlossenes
Ventil. -Es kann geöffnet werden, um über das Rückschlagventil 19 Druckflüssigkeit
in den Druckspeicher 20 hineinzulassen, bis dort der erforderliche Betriebsdruck
erreicht ist.
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3I ist ein Ablaßventil, weiches im Bedarfsfalle über eine zum Behälter
10 führende Entleerungsleitung 52 die Herabminderung eines etwa zu hohen Speicherdruckes
ermöglicht.
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23 ist der Rückhubraum des Arbeitszylinders 2I.
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Er ist über eine Leitung 26, eine Umsteuereinrichtung 25 und einen
Leitungsteil 28 an das hydraulische Antriebsnetz 11, I2, I4, I5 angeschlossen.
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Mit 29 ist eine Entleerungsleitung bezeichnet, die in den Behälter
10 mündet.
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Mit dem Arbeitskolben 22 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ein Verdränger- oder Spritzkolben 33 verbunden, der in einen Spritzzylinder 34 für
thermoplastische Masse hineinragt.
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Die Masse wird dem Spritzzylinder aus einem Vorratsbehälter 35 über
eine Zuteilvorrichtung 36 zugeführt und beim Arbeitshub des Verdrängerkolbens 33
unter hohem Druck in die Formhöhlung 37 der Form 40, 4I gespritzt. Dlie Form ist
in der Zeichnung in geöffnetem Zustand dargestellt. 40 ist die feste Formhälfte.
41 ist die bewegliche Formhälfte, die vom Arbeitskolben 2 aus ihre Hubbewegung erhält.
Der Arbeitskolben2 kann demnach als Formschließkolben bezeichnet werden. Die Formhälfte
41 trägt überdies noch einen Hilfszylinder 38 mit einem
die Kerubewegung
steuernden Hilfskolben 39 und enthält ferner einen Auswerferkolben 42. Sie können
in nicht dargestellter Weise an das hydraulische Anftiehsnetz II, I2, 14, I5 angeschlossen
sein.
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Die beschriebene Anordnung wirkt wie folgt: Wenn die Steuervorrichtungen
5, 25 in der gezeichneten Stellung stehen, kann Druckflüssigkeit aus dem Rüclthubraum
3 über die Leitungen6, g abfließen, und die beiden Pumpen II, I2 können gemeinsam
Druckflüssigkeit in den Arbeitsraum 4 pumpen. Hierdurch wird der Arbeits- oder Formscbließkolben
2 so weit verschoben, bis die beiden Formhälften aufsitzen. Von nun an steigt der
Druck in den Räumen4, 7, 8. Das Rückschlagventil IS schließt sich, und die von der
Niederdruckpumpe II geförderte große Flüssigkeitsmenge fließt soweit sie nicht von
der Hochdruckpumpe I2 angesaugt wird, über das Überdruckventil I6 ab. Die mit einer
relativ kleinen Fördermenge weiter in die Druckleitung fördernde Hochdruckpumpe
I2 erzeugt nun eine Druckerhöhung im Arbeitsraum 4> wodurch die Formhälften o,
41 fest aufeinandergepreßt werden.
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Ein ähnlich hoher Druck entsteht dabei auch über das Ventil 19 und
die Leitungen I5, 28, 26 in dem Rückhubdruckraum 23 des Arbeitskolbens 212, wodurch
dieser entgegen dem im Druckspeicher 20 herrschenrden Druck in seine rechte Endstellung
bewegt und der Speicher 20 aufgeladen wird.
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Wird nun die Steuervorrichtung 25 umgesteuert, so wird der Rückhubraum
23 über die Leitung 29 entlastet und die Druckmittelzufuhr aus dem hydraulischen
Antriebsnetz II, I2, 14, 15 auf die linie Seite des Arbeitskolbens 22 unterbrochen.
Die Pumpe 12 hat jetzt nur noch die Aufgabe, mit einer geringen, zur Deckung der
Leckverluste erforderlichen Hochdruckfördermenge den hohen Druck im Arbeitsraum
4 aufrechtzuerhalten. Der Hauptteil der Hochdruckfördermenge strömt aber über das
Überdruckventil 17 ab. Während auf diese Weise die beiden Formhälften 40, 41 mit
dem erforderlochen hohen Schließdruck dicht zusammengehalten werden und der Rückhubraum
23 vom Druck entlastet ist, kann das Druckmittel aus dem Druckspeicher 20 über die
Drossel 32 in den Arbeitsraum 24 des Zylinders 2I strömen. Hierdurch wird der Arbeitskolben
22 in seiner Arbeitsrichtunga verschoben, wobei die zu verarbeitende Masse aus dem
Spritzzylinder 34 in die Formhöhlung 37 spritzt.
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Es ist klar, daß der von der Hochdruckpumpe I2 im Antriebsnetz 8,
7, I5, 28 und im Arbeitsraum 4 erzeugte Druck bei der geschilderten Spritzbewegung
der Kolben 22, 33 keinen Abfall erleidet, wie dies bei bekannten hydraulischen Antrieben
mit einem gemeinsamen Antriebsnetz für mehrere Arbeitskolben zutrifft.
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Sobald der Spritzvorgang bei fest geschlossener Form go; ßI beendet
ist, kann die Steuervorrichtung 25 wieder in die gezeichnete Stellung zurückgebracht
werden, in der der Rückhubraum 23 von. der Entleerungsleitung 29 abgeschaltet und
mit dem Antriebsnetz II, I2, 8, 15 verbunden ist. Ferner wird beim Umstellen der
Umsteuerungsvorrichtung 5 aus der gezeichneten Stellung der Arbeitsraum 4 mit einer
Entleerungsleitung g und der Rückhubraum 3 mit der Druckleitung 8, 15 verbunden.
Hierdurch wird der Formschließkolben 2 in der Zeichnung nach links geschoben und
die Form 40, 41 in die gezeichnete offene Stellung gebracht.
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Danach kann sich das Arbeitsspiel, wie beschrieben, wiederholen. Wesentlich
ist dabei, daß es mit einem einzigen hydraulischen Antriebsnetz II, I2, 8, I5 möglich
ist, die von dem Druckspeicher ausgeführten Arbeitshübe (Pfeilrichtung a) einerseits
so ablaufen zu lassen, daß der Arbeitskolben 22 während dieser Arbeitsbübe die Druckhübe
im Antriebsnetz II, I2, 8, I5 nicht beeindußt, und anderseits derart, daß das Druckmittel
des gleichen Antriebsnetzes gegen die Wirkung des Speicherdrucks als Antriebsmittel
für die Rückhübe des Kolbens dienen kann.
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Kenn2eichnend ist ferner, daß der Druckspeicher 20 von demselben
einzigen Antriebsnetz II, I2, 14, I5 aus geladen wird, das den Arbeitskolben212
in der der Arbeitshubrichtung a entgegengesetzten Richtung entgegen der Wirkung
des Druckspeichers antreibt. Wichtig ist auch die einfache Regulierbarkeit der Arbeitsgeschwindigkeit
dadurch, daß man zwischen dem Druckspeicher und dem ständig mit ihm verbundenen
Arbeitsraum 24 eine einfache verstellbare Drossel 32 einbaut. Ebenso einfach ist
auch die Anordnung eines Ladeventils 30 in einer vom Antriebsnetz ausgehenden, zum
Druckspeicher 20 führenden Ladeleitung, die im normalen Betrieb der Maschine dauernd
geschlossen ist und nur dann geöffnet zu werden braucht; wenn der Druck im Dfruckspeicher
20 einen vorbestimmten M indestwert unterschritten hat.
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Sollte der Druck im Speicher 20 für einen bestimmten Arbeitsfall
zu hoch liegen, so kann er durch Benutzung des Entladeventils 3I jederzeit leicht
herabgesetzt werden.
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Normalerweise sind jedoch die beiden Ventile 30, 3I während des Betriebes
geschlossen. Die Flüssigkeit im Druckspeicher 20 ist also im Normalbetrieb vollkommen
vom Antriebsnetz abgetrennt und pendelt bei der Hubbewegung des einen Arbeitskolbens
2T2 zwischen dem Arbeitsraum 24 und dem Druckspeicher 20 ständ.ig hin und her. Dlas
schließt natürlich nicht aus, die Ventile 30, 3I z. B. so auszubilden, daß das Ventil
30 bei Leckverlusten selbsttätig öffnet und den Druck im Raum 20 auf die erforderliche
Höhe ergänzt oder daß das Ventil im Bedarfs falle von selbst kurzfristig öffnet.
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Das Rückschlagventil 19 verhindert, daß beiVerschiebebewegungen der
Kolben 2, 42 oder 39, die unter dem Druck der Niederdruckpumpe II ausgeführt werden,
in der gezeichneten Lage des Steuerapparates 25 ungewollt eine Arbeitsbewegung des
Kolbens 22 vor sich geht.
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Das Anwendungsgebiet der Erfindung ist keineswegs auf ein einziges
Arbeitskolbenpaar 2, 22 beschränkt. Beispielsweise könnten dem Arbeitskolben 2 noch
ein oder mehrere derartiger Kolben parallel geschaltet sein. Das gleiche trifft
auch für den Arbeitskolben m zu. Ferner ist die Anwendung nicht auf die beispielsweise
erwähnten Spritz- oder
Preßgießmaschinen eingeengt, sondern überall
da möglich, wo zwei oder mehr Arbeitskolben oder Arbeitskolbengruppen in ähnlicher
Aufeinanderfolge zusammenarbeiten wie bei dem erläuterten Beispiel.
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Wesentlich ist jedoch, daß die Hauptteile der Maschine (bei dem beschriebenen
Beispiel der Schließzylinder I mit den angeschlossenen Hilfseinrichtungen, wie Auswerfzylinder
,2 und Kernziehzylinder 38) undEder Spritzzylinder 21I außerhalb der Zeit, während
welcher der vom Druckspeicher2o aus angetriebene Arbeitskolben22 ,bzw. Spritzkolben
33 seine Arbeitsbewegung durchführt, zu gemeinsamem Antrieb an die Pumpen 11, I2
angeschlossen sind.