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Hydraulischer Antrieb für Spritzgußmaschinen
Die Erfindung bezieht
sich auf einen hydrauii sclien Antrieb für Spritzgußmaschinen, bei dem die Vorschubräume
in den Arbeitszylindern für den oder die Formträger und den Spritzkolhen mit dem
Zylinderraum vor einem freihkolhen hydraulisch verhunden und auch die Rückzugräume
der hetreffenden Arbeitszylinder gemeinsam mit Druckflüssigkeit gespeist werden.
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Bei bekannten Antrieben dieser Art wird bei gleichem Weg des Treibkolbens
stets das gleiche Flüssigkeitsvolumen in die Arheitszylinder verdrängt; dabei erfolgt
die Druckübertragung auf die Arl>eitskoll>en stets mit gleichem Ühersetzungsverhältnis
zwischen Treibkolben und Arl)eitskollien.
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Im Anschluß an den Vorschuhhuh des Treihkoll)ens ist daher zur Ausführung
des Spritzweges, für den nur ein kurzer Treibkolbenhub zur Verfügung steht, eine
erhebliche Drucksteigerung erforderlich.
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Dadurch tritt eine leträchtliche Leistungsspitze auf, die eine entsprechend
ausgelegte Energiespeicherung für den Antriel> des Treihkol'>ens verlangt.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Druck-Weg-Verhältnisse
so zu gestalten, daß die zur Überwindung des Spritzweges henötigte Kraft verringert
und eine unerwünschte Leistungsspitze vermieden wird.
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Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Treibkolben
in Form eines Stufenkolbens aus einem Niederdruck-Hauptkolhen und einem einen geringeren
Durchmesser aufweisenden, gleichachsigen Hochdruck-Nebenkolben besteht, der vom
Niederdruck-Hauptzylinder aus in den Hochdruck-Nebenzylinder bei einer Stellung
des Haupt-
kolbens eintaucht, in der dieser in einen erweiterten
Teil des Niederdruck-Hauptzylinders über getreten ist und dadurch den Flüssigkeitsweg
zu einem umschlossenen Zylinderraum hinter dem Hauptkolben freigibt, der mit den
Rückzugräumen in den Zylindern für den oder die Formträger und den Spritzkolhen
verbunden ist. Dadurch wird der Vorteil erzielt, daß auf einfache und funktionssichere
Weise beim Formschließen und beim Vorkomprimieren der Spritzmasse im Hauptzylinder
der Formschließkolben und der Spritzkolben-Antriebskolbfen einen langen Weg mit
geringem Druck und erst beim Formzuhalten und Einspritzen einen kurzen Weg mit hohem
Druck zurücklegen.
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Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung sind Anfang und
Ende des TreibLkolbenzylinders durch eine alischliefibare Leitung miteinander verbunden.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform als Beispiel der Erfindung
schematisch dargestellt. Die beweglichen Teile der Schließvorrichtung haben dabei
die zu Beginn der Schließbewegung übliche Stellung.
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Auf der Oberseite des Maschinengestells I sitzt der in engen Grenzen
axial bewegliche Formträger 2, zu dem der bewegliche Formträger 3 axial mittels
eines im Zylinder 4 gleitenden Kolbens verschonen wird und dabei die auf den Formträgern
2, 3 in üblicher Weise befestigten Spritzgußformen schließt. Der Zylinder 4 ist
starr auf dem Maschinengestell 1 befestigt. Der Formträger 2 hat eine Dichtfläche
6 und kann sich mit ihr gegen die Spritzdüse am starr zum Rahmen I gelagerten Massezylinder
7 anlegen. Der im Massezylinder 7 verschiebbare Spritzkolben 8 trägt einen Anschlag
g zur Steuerung des Massenachschuhs und ist bis zum Kolben 10 im Zylinder 1 1 verlängert.
Bei Beaufschlagung dieses Zylinders II von rechts her führt der Kolben 10 den Spritzkolben
8 im Massezylinder 7 gegen die Spritzdüse und drückt dort die plastische Masse aus
dem Massezylinder über die Spritzdüse in die Form.
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Der bewegliche Formträger 3, Formträger 2 und Spritzkolben 8 werden
von folgender Einrichtung mit Druckmitteln versorgt.
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Das über einen Elektromotor oder ein Handrad angetriebene Zahnritzd
12 verschiebt eine Zahnstange I3 und über den anschließenden Kolbenschaft 14 den
zweistufigen Druckkolben I5, I6 im Hauptzylinder I7. Der Durchmesser des Hauptzylinders
I7 erweitert sich an der Stelle a so stark, daß der Hauptkolben ab dieser Stelle
frei läuft und keinen Druck mehr ausübt. Am Ende des Hauptzylinders I7 sitzt ein
Nebenzylinder I8 koaxial zum Hauptzylinder mit einer Dichtung an seiner Mündung
zum Hauptzylinder. Der Nebenkolben I6 sitzt koaxial am Hauptkolben 15 und entspricht
in seinen Abmessungen dem Nebenzylinder 18. Das Ende des Nebenzylinders 18 ist über
eine Druckleitung 20 mit dem Anfang des Schuhzylinders 4 und von dort über die Druckleitung
20' mit dem Schubzylinder II für die Betätigung des Spritzvorganges verbunden. Der
Anfang des Hauptzylinders I7 ist über Druckleitungen 21, 21, 21 mit den Enden der
Schubzylinder4 und II verbunden. Außerdem ist der Hauptzylinder I7 an seinem erweiterten
Teil noch über die Leitungen 22, 21: 2I" mit den Enden der Schutzylinder 4 und II
verbunden.
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Dieser Druckerzeuger arbeitet folgendermaßen: Das Zahnritzel I2 verschiebt
zur Einleitung der Schließbewegung den Stufenkolben I5, 16 nach links. Dabei erzeugt
der Hauptkolben 15 Druck im Nebenzylinder I8, der sich durch die Leitung 20 in den
Schubzylinder 4 fortpflanzt und dort den Kolben 5 und damit den beweglichen Formträger
3 nach rechts gegen den Formträger 2 verschiebt, bis die beiden Formteile schließen.
Der Formträger 2 wird nach rechts verschoben und legt sich mit seiner Dichtfläche
6 gegen die Spritzdüse am Massezylinder 7 und nicht weiter dargestellte axiale Anschläge
an. Zugleich pflanzt sich der Druck über die Leitung 20' zum Schubzylinder 11 fort
und verschiebt dort den Kolben 10 und damit den Spritzkolben 8 im Massezylinder
7 nach links.
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Dabei wird die plastische Masse im Massezylinder 7 vorkomprimiert.
Der Hub des Hauptkolbens 15 bis zur Stelle a ist so bemessen, daß er zum Schließen
der Form durch Verstellung des Kolbens 4 und zum Aufsetzen des Formträgers auf die
Spritzdüse ausreicht. In diesem Augenblick tritt der Hauptkolben 15 bei der Stelle
a in den erweiterten Zylinderraum ein, so daß sich der Druck vor und hinter dem
Hauptkolben ausgleichen kann und das System drucklos würde, wenn nicht gleichzeitig
der Nebenkolben I6 durch die Dichtung 19 in den Nebenzylinder 18 tauchen und dort
nach Art einer hydraulischen Presse den Druck auf die Kolben 5 und 10 erhöhen würde.
Dadurch verschiebt sich der Spritzkolben 8 im Massezylinder 7 und preßt die plastische
Masse in die Form ein. Gleichzeitig ist die Form unter dem vergrößerten Druck auf
den Kolben 4 hermetisch geschlossen.
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Der Öffnungsvorgang verläuft umgekehrt. Das Zahnritzel I2 wird umgesteuert
und verschiebt den Stufenkolben I5, 16 nach rechts. Dabei werden zunächst die Kolben
5 und 10 druckentlastet. Der Spritzkolben 8 wird nach rechts gegenüber seinem Massezylinder
7 verschol)en, was den weiteren Austritt plastischer Masse verhindert. Zugleich
sinkt der Druck der beiden Formteile aufeinander, und der Formträger 2 hellt sich
vom Massezylinder 7 ab. Wenn der Hauptkolben 15 dann die Stelle a überschreitet
und mit dem Hauptzylinder I7 wieder dicht läuft, fördert er durch die Leitungen
2I, 21 2I" Druckmittel auf die beiden Enden der Zvlinder 4 und 11 und führt die
beiden Kolben 5, 10 mit dem festen Formträger 3 und dem Spritzkolben 8 wieder in
ihre Ausgangsstellungen zurück, worauf der ganze Vorgang von neuem beginnen kann.
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Zum Volumenausgleich der Druckflüssigkeit vor und hinter dem Hauptkolben
15 dienen zwei kleine Ausgleichsbehälter 23, 24. Die Summe der Volnmina der Zylinder
4, 11 und I7 ist so ausgelegt, daß in allen drei Zylindern zusammen in Nullstellung
der Maschine der größte Flüssigkeits-
bedarf besteht. Die Gesamtflüssigkeitsmenge
ist so bemessen, daß die Ausgleichsbehälter 23 und 24 in dieser Nullstellung praktisch
leer sind. In dieser Stellung wird, mit Hilfe eines gasförmigen Mediums, in dem
Ausgleichzylinder ein geringfügiger Überdruck von vorzugsweise 0,I bis 0,2 kp/cm2
aufrechterhalten, um mit Sicherheit zu vermeiden, daß beim C)ffnen der Maschine
in diesen Behältern ein Unterd'ruck entsteht. Der Gasdruck in den Behältern muß
auf jeden Fall so gering bemessen sein, daß sein Druck auf die ihnen angeschlossenen
Zylinderräume nicht in der Lage ist, die an den Dichtflächen herrschenden Reibungskräfte
zu über winden und eine Bewegung der Kolben 5 bzw. 10 zu verursachen. Um bei der
Vorwärtsbewegung des Kolbens 15 die verdrängte Flüssigkeit in die Arheitszylinder4
bzw. II zu fördern und nicht erst den Behälter 23 zu füllen, sind die Leitungsquerschnitte
der Leitungen 20 und 20' gegenüber der Leitung vom Zylinder I7 zum Behälter 23 sehr
groß, bzw. in die letztgenannte Leitung ist ein einstellbares Drosselventil eingebaut,
das so eingestellt werden kann, daß eine überschüssige Flüssigkeitsmenge zu Behälter
23 ahströmen kann, ohne daß vorher die für die Bewegung der Kolben 5 und 10 henötigte
Flüssigkeit in nennenswerter Menge verlorengeht.
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Mit den Ventilen 25, 26 kann man beide Behälter gegenüber dem Drucksystem
absperren. Ein Absperrventil 27 in der Druckleitung 22 ermöglicht den willkürlichen
Druckausgleich im Hauptzylinder I7 vor und hinter dem Hauptkolben 15 in jeder heliebigen
Stellung dieses Kolbens. Dieses Ventil 27 dient zur Anpassung des Hubweges des Kolbens
5 und damit des Schließweges des Formträgers 3 an die jeweilige Formhöhe. Die Länge
des Hauptzylinders I7 ist natürlich für die kleinste Formhöhe bemessen. Für größere
Formhöhen muß man den Kolbenhub, entsprechend verkürzen. Bei Offnung des Ventils
27 kann man den Hauptkolben 15 dazu im Hauptzylinder 17 beliebig verstellen. Mit
dem einstellbaren Drosselventil 28 kann man außerdem auch die Bewegung des Kolbens
10 gegenüber dem Schließkolben 3, z. B. zum Ausgleich großer Schließweiten. bei
kleinen Formen verzögern.
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Auf den Druckbehälter 24 kann man gegel,enenfalls verzichten, wenn
man an seine Stelle ein federbelastetes Üherströmventil 29 setzt, das die Leitung
21" über das Sperrventil 26 dann an den Ausgleichsbehälter 23 anschließt. Ein am
Anfang vom Hauptzylinder I7 befindliches Übervolumen kann beim Rückhub des Hauptkolbens
r5 über dieses Überströmventil bei Überschreitung des eingestellten Federdrucks
zum Behälter 23 abströmen.
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Die axiale Verschiebbarkeit des Formträgers 2 ist keine unbedingt
nötige Voraussetzung für die Anwendbarkeit des Druckerzeugers. Der Formträger 2
kann auch starr am Rahmen I gelagert sein.
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PATENTAN 5 PRÜCHB: I. Hydraulischer Antrieb für Spritzgußmaschinen,
bei dem die Vorschuhräume in den Arbeitszylindern für den oder die Formträger und
den Spritzkolben mit dem Zylinderraum vor einem Treibkolhen hydraulisch verbunden
und auch die Rückzugräume der betreffenden Arbeitszylinder gemeinsam mit Druckflüssigkeit
gespeist werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Treibkolben in Form eines Stufenkolbens
aus einem Niederdruck - Hauptkolben (I5) und einem einen geringeren Durchmesser
aufweisenden, gleichachsigen Hochdruck-Nebenkolben (I6) besteht, der vom Niederdruck-Hauptzylinder
(17) aus in den Hochdruck-Nebenzylinder (I8) bei einer Stellung des Hauptkolbens
eintaucht, in der dieser in einen erweiterten Teil des Niederdruck-Hauptzylinders
übergetreten ist und dadurch den Flüssigkeitsweg zu einem umschlossenen Zylinderraum
hinter dem Hauptkolben freigibt, der mit den Rückzugräumen in den Zylindern (4,
Io) für den oder die Formträger und den Spritzkolben verbunden ist.