NL1021265C2

NL1021265C2 - Injection molding device and method for using such an injection molding device.

Info

Publication number: NL1021265C2
Application number: NL1021265A
Authority: NL
Inventors: Peter Brier; Cornelis Petrus Du Pau; Marinus Franciscus Johan Evers
Original assignee: Otb Group Bv
Priority date: 2002-08-13
Filing date: 2002-08-13
Publication date: 2004-02-17
Also published as: WO2004018179A1; TW200404678A; AU2003257734A1

Description

Titel: Spuitgietinrichting alsmede werkwijze voor het gebruik van een dergelijke spuitgietinrichting.Title: Injection molding device and method for using such an injection molding device.

De uitvinding heeft betrekking op een spuitgietinrichting voorzien van een schroef die zich uitstrekt in een cilinder, welke cilinder is voorzien van een vulopening en van een spuitmond, waarbij de schroef is verbonden met een in een aandrijfhuis opgenomen aandrijfas, welke aandrijfas in 5 aandrijvende verbinding staat met een eerste en een tweede elektrische aandrijfeenheid.The invention relates to an injection-molding device provided with a screw extending in a cylinder, which cylinder is provided with a filling opening and with a nozzle, the screw being connected to a drive shaft accommodated in a drive housing, which drive shaft is in driving connection with a first and a second electric drive unit.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een spuitgietproduct onder toepassing van een dergelijke spuitgietinrichting.The invention also relates to a method for manufacturing an injection-molded product using such an injection-molding device.

10 Een dergelijke spuitgietinrichting is bekend uit EP-A-0 882 564. Bij de bekende spuitgietinrichting dient de eerste elektrische aandrijfeenheid voor de rotatie van de schroefspindel. De tweede elektrische aandrijfeenheid dient voor de rotatie van de schroefspindel.Such an injection-molding device is known from EP-A-0 882 564. With the known injection-molding device, the first electric drive unit serves for the rotation of the screw spindle. The second electric drive unit serves for the rotation of the screw spindle.

In verband met de benodigde injectiesnelheid, is de meest 15 toegepaste aandrijving voor de axiale beweging van de schroef een hydraulische aandrijving. Hydraulische aandrijvingen hebben echter een aantal nadelen waaronder de volgende: - de stijfheid van een hydraulisch aandrijfsysteem is veel lager dan van een elektrisch aandrijfsysteem.In connection with the required injection speed, the most commonly used drive for the axial movement of the screw is a hydraulic drive. However, hydraulic drives have a number of disadvantages including the following: - the rigidity of a hydraulic drive system is much lower than that of an electric drive system.

20 - in het systeem ontstaan vaak oliedrukpulsaties, hetgeen de axiale positioneernauwkeurigheid niet ten goede komt; - een hydraulische aandrijving is veel vuiler dan een elektrische aandrijving; - de statische verliezen van een hydraulische aandrijving zijn veel 25 groter dan bij elektrische aandrijvingen; ook bij stilstand van de schroef moet hydraulische druk worden geleverd, hetgeen energie kost; 1 0 2 1 2 6 5 ; 2Oil pressure pulsations often occur in the system, which does not improve the axial positioning accuracy; - a hydraulic drive is much dirtier than an electric drive; the static losses of a hydraulic drive are much greater than with electric drives; hydraulic pressure must also be supplied when the propeller is stationary, which requires energy; 1 0 2 1 2 6 5; 2

Met de spuitgietinrichting volgens ΕΡ-Α-0 882 564 zijn deze problemen opgelost. De bekende elektrisch aangedreven spuitgietinrichting heeft echter een aantal nadelen waaronder de volgende: - voor de axiale beweging moet het totale vermogen worden 5 geleverd door de ene aandrijfeenheid, de betreffende aandrijfeenheid moet derhalve over een aanzienlijk vermogen beschikken; - voor de rotatiebeweging moet het totale vermogen worden geleverd door de andere aandrijfeenheid, de betreffende aandrijfeenheid moet derhalve over een aanzienlijk vermogen beschikken; 10 - wanneer wordt begonnen met de axiale beweging, moet de voor die betreffende beweging dienende aandrijfeenheid vanuit stilstand in rotatie worden gebracht; dit leidt tot overgang in de wrijvingsweerstand (statische wrijvingsweerstand naar dynamische wrijvingsweerstand) van de lagering en overbrenging van de betreffende aandrijfeenheid; een dergelijke 15 overgang in wrijvingsweerstand maakt een nauwkeurige krachtterugkoppeling via motorstroommeting onmogelijk; - tussen de aandrijfeenheden, de aandrijfas en het aandrijfhuis bevindt zich een aantal ingewikkelde krachtoverbrengingsmechanismen (Dl, D2, D3, El) die de rotatie omzetten in ofwel uitsluitend een axiale 20 beweging, ofwel uitsluitend een rotatiebeweging, ofwel een combinatie van een axiale en een rotatiebeweging van de schroef; dergelijke overbrengingsmechanismen leiden tot verlies van nauwkeurigheid en verbruiken bovendien vermogen; - de zware motoren en de daarbij behorende overbrengingen leiden 25 tot een aanzienlijke massa die telkens in beweging moet worden gebracht; de massatraagheid is derhalve groot en het dynamische gedrag, met name de stuursnelheid van de bekende inrichting laat daarom te wensen over.These problems have been solved with the injection molding apparatus according to U.S. Pat. No. 0,882,564. However, the known electrically driven injection-molding device has a number of drawbacks, among which the following: for the axial movement, the total power must be supplied by the one drive unit, the drive unit in question must therefore have considerable power; - for the rotational movement, the total power must be supplied by the other drive unit, the drive unit in question must therefore have a considerable power; When the axial movement is started, the drive unit serving for that movement must be brought into rotation from standstill; this leads to transition in the frictional resistance (static frictional resistance to dynamic frictional resistance) of the bearing and transmission of the relevant drive unit; such a transition in frictional resistance makes accurate force feedback via motor current measurement impossible; - between the drive units, the drive shaft and the drive housing there are a number of complex force transmission mechanisms (D1, D2, D3, E1) that convert the rotation into either exclusively an axial movement, or exclusively a rotational movement, or a combination of an axial and a rotational movement of the screw; such transfer mechanisms lead to loss of accuracy and, moreover, consume power; - the heavy engines and the associated transmissions lead to a considerable mass that must always be set in motion; mass inertia is therefore high and the dynamic behavior, in particular the control speed of the known device, therefore leaves something to be desired.

De uitvinding beoogt een elektrische spuitgietinrichting zonder de hierboven beschreven nadelen van de bekende elektrische 30 spuitgietinrichting onder behoud van de voordelen daarvan ten opzichte van 1 /19 19RR ί 3 een hydraulische spuitgietinrichting. De uitvinding beoogt tevens een werkwijze voor het gebruik van een der gelijke spuitgietinrichtingIt is an object of the invention to provide an electric injection molding apparatus without the above-described disadvantages of the known electric injection molding apparatus while maintaining its advantages over a hydraulic injection molding apparatus. It is also an object of the invention to provide a method for using such an injection molding apparatus

De spuitgietinrichting van het in de aanhef beschreven type wordt hiertoe volgens de uitvinding gekenmerkt doordat de aandrijfas is voorzien 5 van een eerste schroefdraad waarop de eerste aandrijfeenheid aangrijpt en van een tweede schroefdraad waarvan de spoed afwijkt van die van de eerste schroefdraad, waarbij op de tweede schroefdraad de tweede aandrijfeenheid aangrijpt, waarbij de spuitgietinrichting is voorzien van een besturing die is ingericht voor het regelen van de rotatierichting en de 10 rotatiesnelheid van de eerste en de tweede aandrijfeenheid, zodanig dat de aandrijfas en daarmee de schroefspindel in gebruik kan worden geroteerd en/of in axiale richting kan worden getransleerd, waarbij het vermogen benodigd voor de translatie door beide aandrijfeenheden wordt geleverd en waarbij het vermogen benodigd voor de rotatie door beide aandrijfeenheden 15 wordt geleverd.To this end, the injection molding apparatus of the type described in the opening paragraph is characterized according to the invention in that the drive shaft is provided with a first screw thread on which the first drive unit engages and with a second screw thread whose pitch differs from that of the first screw thread, thread engages the second drive unit, the injection-molding device being provided with a control adapted to control the direction of rotation and the rotation speed of the first and the second drive unit, such that the drive shaft and hence the screw spindle can be rotated in use and / or can be translated axially, wherein the power required for translation is supplied by both drive units and wherein the power required for rotation is supplied by both drive units.

Bij de werkwijze van het in de aanhef beschreven type worden volgens de uitvinding de rotatierichting en de rotatiesnelheid van de eerste en de tweede aandrijfeenheid zodanig gevarieerd, dat de aandrijfas en daarmee de schroef in gebruik wordt geroteerd en/of in axiale richting wordt 20 getransleerd volgens een gewenst patroon en/of onder uitoefening van een gewenste axiale kracht, waarbij het vermogen benodigd voor de axiale translatie door beide aandrijfeenheden wordt geleverd en waarbij het vermogen benodigd voor de rotatie door beide aandrijfeenheden wordt geleverd.In the method of the type described in the preamble, according to the invention, the direction of rotation and the speed of rotation of the first and the second drive unit are varied such that the drive shaft and hence the screw are rotated in use and / or translated in the axial direction according to the invention. a desired pattern and / or while exerting a desired axial force, wherein the power required for axial translation is supplied by both drive units and wherein the power required for rotation is supplied by both drive units.

25 Met een dergelijke inrichting en werkwijze wordt de kracht benodigd voor de axiale beweging geleverd door twee aandrijfeenheden. Ook de kracht voor de rotatiebeweging wordt geleverd door deze twee aandrijfeenheden. Wanneer uitsluitend een axiale verplaatsing van de schroef gewenst is zonder rotatie, roteren beide aandrijfeenheden 30 tegengesteld met gelijk toerental, althans, wanneer de spoed van de eerste 1021265 4 en de tweede schroefdraad op de aandrijfas gelijk is en de spoedrichting tegengesteld, hetgeen niet noodzakelijk is. Wanneer uitsluitend een rotatie van de schroef gewenst is, roteren de beide aandrijfeenheden in dezelfde richting met dezelfde snelheid. Axiale verplaatsing in combinatie met 5 rotatie van de schroef wordt verkregen door op geschikte wijze de rotatierichting en de toerentallen van de beide aandrijfeenheden met elkaar te combineren. De som van de koppels van de beide aandrijfeenheden levert het uitgangskoppel en het verschil van de koppels van de beide aandrijfeenheden levert via de overbrenging naar de aandrijfas de axiale 10 kracht.With such a device and method, the force required for the axial movement is supplied by two drive units. The force for the rotational movement is also supplied by these two drive units. If only an axial displacement of the screw is desired without rotation, both drive units 30 rotate opposite to the same speed, at least when the pitch of the first 1021265 4 and the second thread on the drive shaft is equal and the pitch direction is opposite, which is not necessary . If only a rotation of the screw is desired, the two drive units rotate in the same direction at the same speed. Axial displacement in combination with rotation of the screw is obtained by suitably combining the direction of rotation and the speeds of the two drive units. The sum of the torque of the two drive units provides the output torque and the difference of the torque of the two drive units provides the axial force via the transmission to the drive shaft.

Bij een gewenste maximale axiale kracht kunnen de aandrijfeenheden in de inrichting volgens de uitvinding derhalve in hoofdzaak over de helft van het vermogen beschikken van de aandrijfeenheid voor de axiale verplaatsing bij de bekende inrichting. Dit 15 geldt tevens voor de rotatie. Het komt er dus op neer dat de aandrijfeenheden in de inrichting volgens de uitvinding in hoofdzaak half zo zwaar kunnen zijn als de inrichting die bekend is uit de genoemde Europese publicatie. Dit brengt tevens met zich mee dat de thermische belasting van de aandrijving als geheel beter over de behuizing verdeeld is. Er kan 20 derhalve worden volstaan met een eenvoudige convectieve koeling of met een zeer klein uitgevoerde waterkoeling. Dat koeling een probleem is blijkt uit de genoemde Europese publicatie. Verder heeft de verdeling van de last over twee aandrijfeenheden tot consequentie dat massatraagheid in verhouding tot het te realiseren koppel door de aandrijfeenheden van de 25 inrichting volgens de uitvinding aanzienlijk gunstiger is dan die van de bekende inrichting. De axiale verplaatsing, die met name tijdens het injecteren met hoge snelheid dient plaats te vinden, kan met de inrichting volgens de uitvinding derhalve sneller plaatsvinden en kost minder energie. Bovendien treden er minder vertragings- en versnellingskrachten op, zodat 30 een betere controle wordt verkregen op de belasting van aandrijfeenhedenWith a desired maximum axial force, the drive units in the device according to the invention can therefore have substantially half the power of the drive unit for axial displacement in the known device. This also applies to the rotation. So it comes down to the fact that the drive units in the device according to the invention can be substantially half as heavy as the device known from the aforementioned European publication. This also implies that the thermal load of the drive as a whole is better distributed over the housing. A simple convective cooling or a very small water cooling can therefore suffice. The aforementioned European publication shows that cooling is a problem. Furthermore, the distribution of the load over two drive units has the consequence that mass inertia in relation to the torque to be realized by the drive units of the device according to the invention is considerably more favorable than that of the known device. The axial displacement, which must take place during high-speed injection in particular, can therefore take place faster with the device according to the invention and requires less energy. Moreover, fewer deceleration and acceleration forces occur, so that a better control of the load on drive units is obtained

1 0 2 12 fi B1 0 2 12 fi B

5 ten behoeve van het genereren van de injectiekracht en de plastificeerkracht. Aangezien tijdens de injectie de aandrijfeenheden tegengesteld roteren, althans wanneer de eerste en de tweede schroefdraad een tegengestelde spoedrichting hebben, hebben beide motoren een 5 tegengesteld reactiekoppel. Hierdoor treedt er niet of nauwelijks een extern reactiekoppel op, zodat de ophanging van het aandrijfhuis ten opzichte van de buitenwereld relatief licht kan worden uitgevoerd. Nog een bijkomend voordeel is dat dezelfde aandrijfeenheden kunnen worden toegepast, hetgeen uit onderhoudstechnische, voorraadtechnische en derhalve ook uit 10 kostenoverwegingen voordelig is.5 for the purpose of generating the injection force and the plasticizing force. Since during the injection the drive units rotate in opposite directions, at least when the first and the second screw thread have an opposite direction of emergency, both motors have an opposite reaction torque. As a result, there is little or no external reaction torque, so that the suspension of the drive housing relative to the outside world can be made relatively light. Another additional advantage is that the same drive units can be used, which is advantageous for maintenance, stock and therefore also for cost reasons.

Volgens een nadere uitwerking van de uitvinding is de besturing ingericht voor het de spuitgietinrichting laten doorlopen van een plastificeerfase, een injectiefase en eventueel een nadrukfase.According to a further elaboration of the invention, the control is adapted to cause the injection molding apparatus to go through a plasticizing phase, an injection phase and optionally an emphasis phase.

In de plastificeerfase wordt de schroef geroteerd en in axiale 15 richting van de spuitmond af bewogen. Wanneer voldoende vloeibare kunststof beschikbaar is volgt de injectiefase waarin de schroef een snelle axiale beweging in de richting van de spuitmond doorloopt. Gedurende de injectiefase wordt de mal waarop de spuitmond van de cilinder is aangesloten volgespoten. Daarna wordt tijdens het uitharden van de 20 kunststof in de mal de eventuele nadrukfase doorlopen. Hierdoor wordt krimp die tijdens het uitharden in de mal optreedt gecompenseerd doordat er, indien noodzakelijk, navulling van de mal met kunststof plaatsvindt als gevolg van het feit dat in de cilinder ter plaatse van de spuitmond een zekere druk gehandhaafd blijft.In the plasticizing phase, the screw is rotated and moved away from the nozzle in the axial direction. When sufficient liquid plastic is available, the injection phase follows in which the screw passes through a rapid axial movement in the direction of the nozzle. During the injection phase, the mold to which the nozzle of the cylinder is connected is filled. Then, during the hardening of the plastic in the mold, the possible emphasis phase is completed. This compensates for shrinkage that occurs in the mold during curing because, if necessary, refilling of the mold with plastic takes place as a result of the fact that a certain pressure is maintained in the cylinder at the nozzle location.

25 Volgens een nadere uitwerking van de uitvinding is de besturing van de eerste en de tweede aandrijfeenheid in de plastificeerfase en de eventuele nadrukfase gebaseerd op krachtterugkoppeling, waarbij de besturing van de eerste en de tweede aandrijfeenheid in de injectiefase is gebaseerd op positieterugkoppeling.According to a further elaboration of the invention, the control of the first and the second drive unit in the plasticizing phase and the optional emphasis phase is based on force feedback, wherein the control of the first and the second drive unit in the injection phase is based on position feedback.

1021265 61021265 6

Tijdens de injectiefase is het nauwkeurig doseren van een bepaald volume in de mal van het grootste belang. Met name bij het spuitgieten van CD's en DVD's, waarbij gebruik wordt gemaakt van niet geheel gesloten mallen en waarbij derhalve de vuldruk geen maat is voor het feit of de mal 5 geheel gevuld is, is een dergelijke positiegestuurde injectiefase van groot voordeel. Overigens zijn ook andere producten denkbaar waarbij wordt gewerkt met een gedeeltelijk geopende mal, waarbij derhalve het te doseren volume bijzonder kritisch is. Tijdens plastificeerfase en de nadrukfase is juist het handhaven van een bepaalde druk op de vloeibare kunststof van 10 belang. Doordat de besturing beide besturingprincipes met elkaar combineert, wordt een spuitgietinrichting verkregen die in alle genoemde fases over het gewenste regelgedrag beschikt.During the injection phase, accurate dosing of a certain volume in the mold is of the utmost importance. Particularly in the case of injection molding of CDs and DVDs, in which use is made of not entirely closed molds and in which therefore the filling pressure is not a measure of whether the mold 5 is completely filled, such a position-controlled injection phase is of great advantage. Incidentally, other products are also conceivable in which a partially opened mold is used, whereby the volume to be dosed is particularly critical. During the plasticizing phase and the emphasis phase, it is precisely the maintenance of a certain pressure on the liquid plastic that is important. Because the control combines both control principles with each other, an injection-molding device is obtained which has the desired control behavior in all the phases mentioned.

Daarbij kan de volgens een eerste nadere uitwerking van de uitvinding de besturing ten behoeve van de regeling op basis van 15 krachtterugkoppeling als ingangssignaal de door de eerste aandrijfeenheid verbruikte elektrische stroom en de door de tweede aandrijfeenheid verbruikte elektrische stroom meten, waarbij de besturing is ingericht voor het op basis daarvan regelen van de vuldruk volgens een gewenst patroon.The control for control on the basis of force feedback as an input signal can herein measure the electric current consumed by the first drive unit and the electric current consumed by the second drive unit, wherein the control is adapted to controlling the filling pressure according to a desired pattern on the basis thereof.

Volgens een tweede, alternatieve nadere uitwerking van de 20 uitvinding kan de spuitgietinrichting zijn voorzien van krachtopnemers, zoals bijvoorbeeld piezo-elektrische elementen of rekstrookjes, die een door de schroef uitgeoefende kracht meten, waarbij de krachtopnemers zijn aangesloten op de besturing ten behoeve van krachtterugkoppeling, waarbij de besturing is ingericht voor op basis daarvan regelen van de vuldruk 25 volgens een gewenst patroon.According to a second, alternative further elaboration of the invention, the injection-molding device can be provided with force sensors, such as, for example, piezo-electric elements or strain gauges, which measure a force exerted by the screw, the force sensors being connected to the control for force feedback, wherein the control is adapted to control the filling pressure according to a desired pattern on the basis thereof.

Met name bij de eerste variant is het van belang dat er een relatief directe koppeling is tussen de door de aandrijfeenheden gevraagde motorstroom en de door de schroef geleverde kracht. Dat wil zeggen dat het aantal overbrengingen dat zich tussen de aandrijfeenheden en de schroef 30 bevindt minimaal dient te zijn. Bij de spuitgietinrichting volgens de 1021265 1 7 onderhavige uitvinding kan dat het geval zijn doordat de enige overbrenging tussen een aandrijfeenheid en de aandrijfas gevormd kan worden door een omloopmoer die vast is verbonden met de rotor van de betreffende aandrijfeenheid en die aan een radiaal binnenoppervlak is ingericht voor 5 samenwerking met de eerste of tweede schroefdraad op de aandrijfas, gens een nadere uitwerking van de variant waarin de krachtterugkoppeling plaatsvindt op basis van motorstroommeting, is het bijzonder gunstig wanneer de spoed van de eerste en tweede schroefdraad op de aandrijfas zodanig groot is, dat de axiale kracht die de schroefspindel in gebruik ondervindt nauwkeurig 10 kan worden afgeleid uit de door de eerste en de tweede aandrijfeenheid verbruikte aandrijfeenheidstroom. Dit is mogelijk indien de spindel en zijn twee moeren niet zelfremmend zijn. Met andere woorden het tegenkoppel ten gevolge van de wrijvingskracht (statisch en dynamisch) moet beduidend kleiner zijn dan het koppel ten gevolge van de load op de spindel.In the first variant in particular, it is important that there is a relatively direct coupling between the motor current required by the drive units and the force supplied by the screw. That is, the number of transmissions between the drive units and the screw 30 should be minimal. With the injection molding apparatus according to the present invention it may be that the only transmission between a drive unit and the drive shaft may be formed by a by-turn nut fixedly connected to the rotor of the relevant drive unit and arranged on a radial inner surface. for cooperation with the first or second thread on the drive shaft, according to a further elaboration of the variant in which the force feedback takes place on the basis of motor current measurement, it is particularly favorable if the pitch of the first and second thread on the drive shaft is such that the axial force experienced by the screw spindle in use can be accurately derived from the drive current consumed by the first and the second drive unit. This is possible if the spindle and its two nuts are not self-locking. In other words, the counter-torque due to the frictional force (static and dynamic) must be significantly smaller than the torque due to the load on the spindle.

15 Een dergelijk effect wordt volgens een nadere uitwerking van de uitvinding verkregen wanneer de spoedhoek ligt in het bereik van 3-30 graden, en bij voorkeur circa 10 graden bedraagt. Onder spoedhoek wordt de hoek verstaan de arctan (spoed/omtrek).Such an effect is obtained according to a further elaboration of the invention when the pitch angle is in the range of 3-30 degrees, and is preferably approximately 10 degrees. Emergency angle means the arctan (emergency / circumference).

In de plastificeerfase is de rotatierichting constant en draaien de 20 aandrijfeenheden continu. Als gevolg hiervan doen zich in het systeem geen overgangen voor van statische naar dynamische wrijvingsweerstand en draagt een dergelijke overgang dan ook niet bij aan de hysterese in de motorstroomgestuurde krachtterugkoppeling. Hierdoor en doordat de spoed van de aandrijfas groot is, is het mogelijk om de plastificeerdruk zeer 25 nauwkeurig te herleiden uit de verschilstromen van beide motoren om vervolgens alleen de rotatiesnelheid van de beide motoren aan te passen teneinde de juiste stuwdruk voor de plastificering te bereiken.In the plasticizing phase, the direction of rotation is constant and the drive units rotate continuously. As a result, there are no transitions from static to dynamic frictional resistance in the system and such a transition therefore does not contribute to the hysteresis in the motor current-driven power feedback. Because of this and because the pitch of the drive shaft is large, it is possible to very accurately derive the plastic pressure from the differential currents of both motors in order to subsequently only adjust the rotational speed of the two motors in order to achieve the correct thrust for plasticization.

Bij voorkeur omvatten de aandrijfeenheden elk een servomotor, waarbij de besturing is ingericht voor het positie gestuurd aansturen van de 30 servomotoren. Moderne servomotoren zijn uitgerust met 1021265 ' 8 motorhoekencoders, welke motorhoekencoders kunnen worden gebruikt voor de positiesturing van schroef tijdens bijvoorbeeld de injectiefase. Als gevolg van de bijzonder directe overbrenging tussen de servomotoren en de aandrijfas wordt onder gebruikmaking van de motorhoekencoders toch nog 5 een axiale positiesturing verkregen met een zeer hoge resolutie. Bovendien kan met dergelijke servomotoren gebruik worden gemaakt van standaard "high performance servo controllers" die over een uitstekend regelgedrag beschikken en waarbij het zich voordoen van regelafwijkingen vrijwel is uitgesloten.The drive units preferably each comprise a servomotor, the control being adapted to position-control the servomotors. Modern servomotors are equipped with 1021265 '8 motor angle encoders, which motor angle encoders can be used for position control of screws during, for example, the injection phase. As a result of the particularly direct transmission between the servomotors and the drive shaft, an axial position control with a very high resolution is still obtained using the motor angle encoders. Moreover, with such servomotors, use can be made of standard "high performance servo controllers" which have excellent control behavior and in which the occurrence of control deviations is practically excluded.

10 Teneinde een mooie compacte spuitgietinrichting te verkrijgen, verdient het de voorkeur dat de eerste en de tweede aandrijfeenheid coaxiaal zijn opgesteld. Bovendien wordt hierdoor tijdens de injectiefase het externe koppel dat de beide motoren leveren tegen elkaar opgeheven, indien de spoed van beide schroeven tegengesteld is zodat het resulterende externe 15 koppel nihil is.In order to obtain a nice compact injection-molding device, it is preferred that the first and the second drive unit are arranged coaxially. Moreover, as a result of this, during the injection phase the external torque supplied by the two motors is canceled out against each other if the pitch of both screws is opposite, so that the resulting external torque is nil.

Teneinde de spuitmond van de cilinder van de spuitgietmal te kunnen wegbewegen is het aandrijfhuis volgens een nadere uitwerking van de uitvinding gemonteerd op een slede die is voorzien van een, bij voorkeur elektrische aandrijving voor het in axiale richting verplaatsen van het 20 aandrijfhuis en de daarmee verbonden cilinder.In order to enable the nozzle of the cylinder to be moved away from the injection mold, the drive housing is mounted according to a further elaboration of the invention on a carriage which is provided with a, preferably electric drive for displacing the drive housing and the parts connected thereto in the axial direction. cylinder.

Opgemerkt zij dat uit DE-A-39 38 353 een spindelaandrijving bekend is die beschikt over twee motoren die via een overbrenging aangrijpen op respectievelijk een linkse en een rechtse schroefdraad van een spindel. De in deze publicatie specifiek genoemde toepassingsmogelijkheden 25 zijn hanteerinrichtingen, robots, grijpers en de getoonde uitvoeringsvoorbeelden tonen een uitvoering met een adapter waarin een gereedschap kan worden opgenomen.It should be noted that a spindle drive is known from DE-A-39 38 353 which has two motors which, via a transmission, engage a left-hand and right-hand thread of a spindle, respectively. The application possibilities specifically mentioned in this publication are handling devices, robots, grippers and the exemplary embodiments shown show an embodiment with an adapter in which a tool can be accommodated.

Nadere uitwerkingen van de uitvinding zijn beschreven in de volgconclusies en zullen hierna, onder verwijzing naar de tekening, verder 30 worden verduidelijkt.Further elaborations of the invention are described in the subclaims and will be further explained below with reference to the drawing.

1021265 1 91021265 1 9

Figuur 1 toont een zijaanzicht van de aandrijfeenheid van een uitvoeringsvoorbeeld van een spuitgietinrichting volgens de uitvinding; en figuur 2 toont een doorsnede-aanzicht over lijn II-II uit figuur 1.Figure 1 shows a side view of the drive unit of an exemplary embodiment of an injection molding apparatus according to the invention; and Figure 2 shows a sectional view along the line II-II of Figure 1.

Het in de figuren weergegeven uitvoeringsvoorbeeld toont een 5 spuitgietinrichting 1 voorzien van een schroef 2 die zich uitstrekt in een cilinder 3. De cilinder 3 is voorzien van een vulopening 4 voor het invoeren van kunststofgranulaat en van een spuitmond 5 die kan worden aangesloten op een spuitgietmal. Via de spuitmond 5 wordt de inmiddels vloeibare kunststof uit de cilinder 3 in de mal geperst. De schroef 2 is verbonden met 10 een in een aandrijfhuis 6 opgenomen aandrijfas 7. De aandrijfas 7 staat in aandrijvende verbinding met een eerste en een tweede elektrische aandrijfeenheid 8, respectievelijk 9. De aandrijfas 7 is voorzien van linkse schroefdraad 10 waarop een de eerste aandrijfeenheid 8 via een eerste aandrijfmoer 11 aangrijpt en van rechtse schroefdraad 12 waarop de tweede 15 aandrijfeenheid 9 via een tweede aandrijfmoer 13 aangrijpt. De aandrijfmoeren kunnen eenvoudig zijn voorzien van binnenschroefdraad maar kunnen ook zijn uitgevoerd als, op zichzelf bekende, kogelomloopmoeren. Verder is op schematische wijze een besturing 14 weergegeven die is ingericht voor het regelen van de rotatierichting en de 20 rotatiesnelheid van de eerste en de tweede aandrijfeenheid 8, respectievelijk 9, zodanig dat de aandrijfas 7 en daarmee de schroef 2 in gebruik kan worden geroteerd en/of in axiale richting kan worden getransleerd. Het vermogen dat benodigd is voor de axiale translatie wordt door beide aandrijfeenheden 8, 9 geleverd. Ook het vermogen dat benodigd is voor de 25 rotatie wordt door beide aandrijfeenheden 8, 9 geleverd.The exemplary embodiment shown in the figures shows an injection molding apparatus 1 provided with a screw 2 extending into a cylinder 3. The cylinder 3 is provided with a filling opening 4 for feeding in plastic granulate and with a nozzle 5 which can be connected to an injection mold . The now liquid plastic from the cylinder 3 is pressed into the mold via the nozzle 5. The screw 2 is connected to a drive shaft 7 accommodated in a drive housing 6. The drive shaft 7 is in driving communication with a first and a second electric drive unit 8 and 9. The drive shaft 7 is provided with left-hand threads 10 on which a first drive unit is mounted. 8 engages via a first drive nut 11 and of right-hand thread 12 on which the second drive unit 9 engages via a second drive nut 13. The drive nuts can simply be provided with an internal screw thread, but can also be designed as ball screw nuts known per se. Furthermore, a control 14 is shown schematically which is adapted to control the direction of rotation and the rotation speed of the first and the second drive unit 8 and 9, respectively, such that the drive shaft 7 and hence the screw 2 can be rotated in use and / or can be translated in the axial direction. The power required for the axial translation is supplied by both drive units 8, 9. The power required for the rotation is also supplied by both drive units 8, 9.

In het onderhavige uitvoeringsvoorbeeld drijven de eerste en tweede elektrische aandrijfeenheid 8, 9 direct respectievelijk een eerste en een tweede moer 11, 13 aan die aangrijpen op respectievelijke de linkse en de rechtse schroefdraad 10, 12 van de aandrijfas 7. De moeren 11, 13 zijn 30 hiertoe direct verbonden met de rotoren 8b, 9b van de aandrijfeenheden 8, 9.In the present exemplary embodiment, the first and second electric drive unit 8, 9 directly and respectively drive a first and a second nut 11, 13 which engage on the left and right threads 10, 12 of the drive shaft 7 respectively. The nuts 11, 13 are 30 for this purpose directly connected to the rotors 8b, 9b of the drive units 8, 9.

1010

Het aandrijfhuis 6 is gemonteerd op een schematisch weergegeven slede 16 die is voorzien van een, bij voorkeur elektrische aandrijving 17 voor het in axiale richting verplaatsen van het aandrijfhuis 6 en de daarmee verbonden cilinder 3. Aldus kan de spuitmond 5 van een spuitgietmal 5 worden wegbewogen en daar naartoe worden bewogen.The drive housing 6 is mounted on a schematically shown slide 16 which is provided with a, preferably electric drive 17 for displacing the drive housing 6 and the cylinder 3 connected thereto, so that the nozzle 5 can be moved away from an injection mold 5 and moved there.

Om tijdens de vervaardiging de schroef 2 en de aandrijfas 7 hanteerbaar te houden zijn in het onderhavige uitvoeringsvoorbeeld deze onderdelen als losse onderdelen uitgevoerd die onderling met elkaar zijn verbonden door middel van een koppeling 18. Daarbij is de koppeling 18 10 uitgevoerd als een breekkoppeling. Dit biedt het voordeel dat kans op beschadiging van de schroef 2 wordt verkleind. Immers, wanneer de door de aandrijfas 7 op de schroef uitgeoefende krachten te groot worden breekt de breekkoppeling 18 en worden er geen krachten meer op de schroef 2 en/of aandrijfas 7 uitgeoefend. Opgemerkt zij dat de uitvinding tevens een 15 aandrijfas 7 en schroef 2 omvat die als een eendelig, integraal onderdeel zijn uitgevoerd.In order to keep the screw 2 and the drive shaft 7 manageable during manufacture, in the present exemplary embodiment these parts are designed as separate parts which are mutually connected by means of a coupling 18. The coupling 18 is in this case designed as a breaking coupling. This offers the advantage that the risk of damage to the screw 2 is reduced. After all, when the forces exerted on the screw by the drive shaft 7 become too great, the breaking coupling 18 breaks and no more forces are exerted on the screw 2 and / or drive shaft 7. It is noted that the invention also comprises a drive shaft 7 and screw 2 which are designed as a one-piece, integral part.

Onder zeer exceptionele omstandigheden kan het gebeuren dat, als gevolg van een storing in de regeling, de aandrijfas op ongewenste wijze met grote snelheid in een axiale richting wordt verplaatst. Daarbij zou 20 beschadiging van de spuitgietinrichting kunnen optreden. Teneinde dit te verhinderen is het getoonde uitvoeringsvoorbeeld voorzien van een axiale rem 19 die op de aandrijfas 7 is aangebracht en die in werking treedt bij, als gevolg van door besturingsfouten optredende ongewenste axiale verplaatsingen van de aandrijfas 7. De getoonde rem 19 is voorzien van een 25 op de aandrijfas 7 bevestigde kogel 20 die ten opzichte van de as 7 verschuifbaar is over de toegestane lengte van de axiale slag van de aandrijfas 7. De verschuifbaarheid is begrensd door twee aanslagen 21, 22. De kogel 20 is opgenomen in een bus 23 die vast is verbonden met het aandrijfhuis 6. De kogel 20 kan slechts in de bus 23 verplaatsen onder 30 plastische vervorming van de bus 23. Aldus wordt een zekere remweg 1 0 2 1 2 fi >> 1 11 gerealiseerd die kort genoeg is om beschadiging door botsing en de daarbij optredende vertragingskrachten te verhinderen.Under very exceptional circumstances, it may happen that, due to a malfunction in the control, the drive shaft is undesirably moved at high speed in an axial direction. Damage to the injection-molding device could thereby occur. In order to prevent this, the exemplary embodiment shown is provided with an axial brake 19 which is arranged on the drive shaft 7 and which comes into effect in the event of undesired axial movements of the drive shaft 7 due to control errors. The brake 19 shown is provided with a 25 ball 20 mounted on the drive shaft 7 and slidable relative to the shaft 7 over the permitted length of the axial stroke of the drive shaft 7. The slidability is limited by two stops 21, 22. The ball 20 is accommodated in a bush 23 which is fixedly connected to the drive housing 6. The ball 20 can only move in the bush 23 under plastic deformation of the bush 23. Thus a certain braking distance 1 0 2 1 2 fi >> 1 11 is realized which is short enough to prevent damage by collision and the resulting deceleration forces.

In het onderhavige uitvoeringsvoorbeeld is de besturing 14 ingericht voor het de spuitgietinrichting 1 laten doorlopen van een 5 plastifïceerfase, een injectiefase en een nadrukfase. In de plastifïceerfase wordt een portie kunststof voldoende vloeibaar gemaakt door de schroef 2 te roteren en tegelijkertijd langzaam van de spuitmond 5 af te bewegen. Wanneer de benodigde hoeveelheid vloeibare kunststof beschikbaar is, wordt in de injectiefase de vloeistof snel via de spuitmond 5 in de mal 10 geïnjecteerd door de schroef 2 met grote snelheid in de richting van de spuitmond 5 te bewegen. Wanneer de mal gevuld is met het gewenste volume vloeibare kunststof volgt de nadrukfase waarin de vloeibare kunststof in de mal onder druk wordt gehouden, zodat in de mal optredende krimp wordt gecompenseerd door navulling. Daartoe is in het onderhavige 15 uitvoeringsvoorbeeld de besturing 14 van de eerste en de tweede aandrijfeenheid 8, 9 in de plastifïceerfase en de nadrukfase gebaseerd op krachtterugkoppeling. In de injectiefase is de besturing 14 van de eerste en de tweede aandrijfeenheid 8, 9 gebaseerd op positieterugkoppeling.In the present exemplary embodiment, the control 14 is adapted to make the injection molding apparatus 1 go through a plasticizing phase, an injection phase and an emphasis phase. In the plasticization phase, a portion of plastic is made sufficiently liquid by rotating the screw 2 and at the same time slowly moving it away from the nozzle 5. When the required amount of liquid plastic is available, in the injection phase the liquid is rapidly injected via the nozzle 5 into the mold 10 by moving the screw 2 at a high speed in the direction of the nozzle 5. When the mold is filled with the desired volume of liquid plastic, the emphasis phase follows in which the liquid plastic in the mold is kept under pressure, so that shrinkage occurring in the mold is compensated by refilling. To that end, in the present exemplary embodiment, the control 14 of the first and the second drive unit 8, 9 in the plasticizing phase and the emphasis phase is based on force feedback. In the injection phase, the control 14 of the first and the second drive unit 8, 9 is based on position feedback.

Het verdient de voorkeur om ten behoeve van de regeling op basis 20 van krachtterugkoppeling de besturing als ingangssignaal de door de eerste aandrijfeenheid 8 verbruikte elektrische stroom en de door de tweede aandrijfeenheid 9 verbruikte elektrische stroom te laten bepalen. Op basis van de motorstroommeting kan de besturing 14 de vuldruk regelen volgens een gewenst patroon.It is preferable for the control on the basis of force feedback to control the control as input signal to determine the electric current consumed by the first drive unit 8 and the electric current consumed by the second drive unit 9. Based on the motor current measurement, the control 14 can control the filling pressure according to a desired pattern.

25 Anderzijds is het ook mogelijk dat de spuitgietinrichting 1 is voorzien van ten minste één krachtopnemer 15, zoals bijvoorbeeld een piezo-elektrisch element of een aantal rekstrookjes, die een door de schroef 2 uitgeoefende kracht meet. De krachtopnemer 15 is aangesloten op de besturing 14 ten behoeve van krachtterugkoppeling. De besturing 14 is 1 02 1 2 65 ' 12 ingericht voor op basis daarvan regelen van de vuldruk volgens een gewenst patroon.On the other hand, it is also possible that the injection-molding device 1 is provided with at least one force transducer 15, such as for example a piezo-electric element or a number of strain gauges, which measures a force exerted by the screw 2. The force sensor 15 is connected to the controller 14 for the purpose of force feedback. The control 14 is arranged on the basis thereof to control the filling pressure according to a desired pattern.

In het onderhavige uitvoeringsvoorbeeld zijn de aandrijfeenheden 8, 9 elk uitgevoerd als een servomotor 8, 9 die coaxiaal zijn opgesteld. De 5 servomotoren zijn elk voorzien van een stator 8a, 9a en een rotor 8b, 9b. De rotoren 8b, 9b zijn, zoals hiervoor al aangegeven, elk vast verbonden met een genoemde moer 11, respectievelijk 13. De besturing 14 is ingericht voor het positiegestuurd aansturen van de servomotoren 8, 9. Zoals hierboven al aangegeven is de besturing 14 tevens ingericht voor het krachtgestuurd 10 aansturen van de servomotor en 8, 9.In the present exemplary embodiment, the drive units 8, 9 are each designed as a servo motor 8, 9 which are arranged coaxially. The servomotors are each provided with a stator 8a, 9a and a rotor 8b, 9b. The rotors 8b, 9b are, as already indicated above, each fixedly connected to a said nut 11, 13, respectively. The control 14 is arranged for position-controlled control of the servomotors 8, 9. As already indicated above, the control 14 is also arranged for force-driven control of the servo motor and 8, 9.

Bij voorkeur is de spoed van de linkse en rechtse schroefdraad 10, respectievelijk 12 op de aandrijfas 7 zodanig groot, dat de axiale kracht die de schroef 2 in gebruik ondervindt nauwkeurig kan worden afgeleid uit de door de eerste en de tweede aandrijfeenheid 8, respectievelijk 9 verbruikte 15 aandrijfeenheidstroom. In dit uitvoeringsvoorbeeld ligt de spoedhoek daartoe in het bereik van 3-30 graden. Bij voorkeur bedraagt de spoedhoek circa 10 graden.The pitch of the left and right-hand threads 10 and 12 on the drive shaft 7 is preferably so large that the axial force experienced by the screw 2 in use can be accurately derived from the by the first and the second drive unit 8 and 9, respectively. spent drive power. In this exemplary embodiment, the pitch angle for this is in the range of 3-30 degrees. The pitch angle is preferably approximately 10 degrees.

Het moge duidelijk zijn dat de uitvinding niet is beperkt tot het beschreven uitvoeringsvoorbeeld maar dat diverse wijzigingen binnen het 20 raam van de uitvinding zoals gedefinieerd door de conclusies mogelijk zijn.It will be clear that the invention is not limited to the exemplary embodiment described, but that various modifications are possible within the scope of the invention as defined by the claims.

Zo kunnen bijvoorbeeld alle fases binnen een cyclus uitsluitend op basis van positieterugkoppeling worden gerealiseerd, zodat niet alleen in de injectiefase maar ook in de plastificeerfase en de nadrukfase de beweging van de schroef positiegestuurd is. Verder kan in plaats van linkse en rechtse 25 schroefdraad ook een eerste en een tweede schroefdraad met gelijke spoedrichting maar verschillende spoedhoek worden toegepast. Ook bij toepassing van een linkse en een rechtse schroefdraad behoeven de spoedhoeken van die schroefdraden niet gelijk te zijn.For example, all phases within a cycle can only be realized on the basis of position feedback, so that the movement of the screw is position-controlled not only in the injection phase but also in the plasticizing phase and the emphasis phase. Furthermore, instead of a left-hand and right-hand thread, a first and a second thread with the same pitch direction but different pitch angle can also be used. Even when using a left-hand and right-hand thread, the pitch angles of those threads need not be the same.

1 0 2 1 2 6 ü '1 0 2 1 2 6 ü '

Claims

Injection molding device (1) provided with a screw (2) extending into a cylinder (3), which cylinder is provided with a filling opening (4) and with a nozzle (5), the screw (2) being connected to a drive shaft (7) received in a drive housing (6), which drive shaft (7) is in driving communication with a first and a second electric drive unit (8, 9, respectively), characterized in that the drive shaft (7) is provided with a first screw thread (10) on which the first drive unit (8) engages via a first drive nut (11) and with a second screw thread (12) whose pitch differs from that of the first screw thread, with the second screw thread drive unit (9) engages via a second drive nut (13), the injection-molding device (1) being provided with a control (14) adapted to control the direction of rotation and the rotation speed of the first and the second drive unit (8, respectively) 9), zoda that the drive shaft 15 (7) and thus the screw (2) can be rotated in use and / or translated in the axial direction, the power required for the axial translation being supplied by both drive units (8, 9) and wherein the power required for the rotation is supplied by both drive units (8, 9).

Injection-molding device according to claim 1, wherein the control (14) is adapted to cause the injection-molding device (1) to go through a plasticizing phase, an injection phase and optionally an emphasis phase.

3. Injection molding apparatus according to claim 2, wherein the control (14) of the first and the second drive unit (8, 9) in the plasticizing phase and the optional emphasis phase is based on force feedback, wherein the control (14) of the first and the second drive unit (8, 9) in the injection phase is based on position feedback. 1021265 '

4. Injection molding apparatus according to claim 1, wherein the control (14) for the purpose of control on the basis of force feedback as input signal the electric current consumed by the first drive unit (8) and the electric power consumed by the second drive unit (9). measures flow, wherein the control (14) is adapted to control the filling pressure according to a desired pattern on the basis thereof.

5. Injection-molding device as claimed in any of the claims 1-3, wherein the injection-molding device (1) is provided with at least one force sensor (15), such as for instance piezo-electric elements or strain gauges, which measures a force exerted by the screw (2), wherein the at least one force transducer (15) is connected to the control (14) for the purpose of force feedback, the control (14) being adapted to control the filling pressure according to a desired pattern on the basis thereof.

Injection-molding device according to one of the preceding claims, wherein the drive units (8, 9) each comprise a servomotor (8, 9), the control (14) being adapted for position-controlled control of the servomotors (8, 9).

7. Injection molding apparatus according to claim 4, wherein the pitch of the first and the second screw thread (10, 12 respectively) on the drive shaft (7) is such that the axial force experienced by the screw (2) in use can be accurately derived from the drive current consumed by the first and the second drive unit (8 and 9, respectively).

The injection molding apparatus of claim 7, wherein the pitch angle is in the range of 3-30 degrees, and is preferably about 10 degrees.

An injection molding apparatus according to any one of the preceding claims, wherein the first and the second drive unit (8, 9) are arranged coaxially.

10. Injection molding apparatus according to claim one of the preceding claims, wherein the drive housing (6) is mounted on a carriage (16) that is. Fiction provided with a, preferably electric drive (17) for displacing the drive housing (6) and the cylinder (3) connected thereto in the axial direction.

11. Injection molding apparatus according to any one of the preceding claims, wherein the first and second electric drive unit (8, 9) directly and respectively drive a first and a second nut (11, 13) which engage on the first and the second screw thread (10, 12, respectively). ) of the drive shaft (7).

12. Injection molding device according to one of the preceding claims, wherein a coupling (18) is provided between the drive shaft (7) and the screw (2).

The injection molding apparatus of claim 12, wherein the coupling (18) is a break coupling.

14. Injection molding apparatus according to any one of the preceding claims, wherein an axial brake (19) is arranged on the drive shaft (7) which comes into effect in the event of undesired axial displacements of the drive shaft (7) due to control errors.

An injection molding apparatus according to claim 14, wherein the axial brake (19) comprises a ball (20) mounted on the drive shaft (7), the ball (20) being slidable with respect to the shaft (7) over the permitted length of the Axial stroke of the drive shaft (7), the slidability being limited by two stops (21, 22), the ball (20) being received in a bush (23) fixedly connected to the drive housing (6), wherein the ball (20) can only move in the bush (23) under plastic deformation of the bush (23).

A method for manufacturing an injection molded product using an injection molding apparatus according to any one of the preceding claims, wherein the direction of rotation and the speed of rotation of the first and the second drive unit (8, 9, respectively) are varied such that the drive shaft (7) and thus the screw (2) is rotated in use and / or translated in the axial direction according to a desired pattern 1021265 1 and / or under the application of a desired axial force, the power required for the axial translation by both drive units (8) , 9) is supplied and wherein the power required for rotation is supplied by both drive units (8, 9).

The method of claim 16, wherein the injection molding apparatus passes through a plasticizing phase, an injection phase and optionally a stress phase in one cycle.

18. Method according to claim 17, wherein the control (14) of the first and the second drive unit (8, 9) is controlled in the plasticizing phase and the possible emphasis phase on the basis of force feedback, wherein the control (14) of the first and the second second drive unit (8, 9) in the injection phase is controlled on the basis of position feedback.

19. Method as claimed in claim 18, wherein for control on the basis of force feedback the control (14) receives as input signal the electric current consumed by the first drive unit (8) and the electric current consumed by the second drive unit (9), wherein the controller (14) controls the filling pressure according to a desired pattern on the basis thereof.

20. Method as claimed in claim 18, wherein for the control on the basis of force feedback the control (14) receives as force signal the force measurement signals observed by force sensors (15) on the screw, wherein the control (14) on the basis thereof determines the filling pressure arranges a desired pattern.

21. Method according to claim 18, wherein the drive units (8, 9) each comprise a servomotor (8, 9), wherein the control (14) the servomotors (8, 9) in at least one of the phases of an injection cycle position controlled. 1 0 2 1 9 fi R 1