WO2001038069A1 - Spritzgiessmaschine mit linearmotor - Google Patents

Spritzgiessmaschine mit linearmotor Download PDF

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WO2001038069A1
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Gunther Fischbach
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Mannesmann Plastics Machinery Ag
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    • B29C45/64—Mould opening, closing or clamping devices
    • B29C45/66—Mould opening, closing or clamping devices mechanical
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/17—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/72—Heating or cooling
    • B29C2045/7271—Cooling of drive motors

Definitions

  • the invention relates to a locking device in the form of a die casting machine for
  • Plastics with a fixed platen that can be operated by a linear motor
  • a closing unit is known from DE 37 15 161 A1, in which the end plate forms a linear motor together with the pressure ram, with the
  • Three-phase windings are arranged and the pressure stamp is designed as a runner rail
  • the closing force is still to be actively applied during the injection, holding pressure and cooling phase, which leads to permanent, considerable energy consumption.
  • an injection molding machine is known from EP 0 280 743 B1, in which a linear movement element, here a metering / injection screw, is used as the electrical one
  • Linear motor is formed.
  • the linear motor has a cylindrical shape which corresponds to a movable element having a circular cross section.
  • Solenoid motors only achieve a fraction of the forces that can be achieved by linear motors in single or multiple comb designs.
  • Solenoid motors require a higher manufacturing effort than single or multiple comb motors.
  • a plastic injection molding machine in which at least some of the working elements are driven by electrically superconducting magnet arrangements, the conductors of which are cooled below the transition temperature by a cooling medium.
  • One of these working elements is a toggle for closing the mold, in which electro-superconducting linear electric motors are provided for linear movement.
  • This device has the disadvantage that the transition temperature required to achieve superconductivity must be achieved by a conductor winding which consists of a special alloy and which is to be cooled on the other hand.
  • a conductor winding which consists of a special alloy and which is to be cooled on the other hand.
  • Such an alloy consists in particular of the expensive metal lanthanum or Ytt ⁇ em, barium, copper and oxygen
  • the crack temperature is reached in particular by liquid nitrogen and is therefore technically sophisticated
  • the aim of the invention is to provide a locking device of the generic type which enables simple, constructive means to move and hold the movable platen with little energy and without contamination
  • At least one linear motor is connected to a force transmission element that is connected to a lever mechanism.
  • This force transmission element can be designed as a crosshead or as an actuating frame.
  • Double toggle levers are used here, with preference given to four-point and five-point toggle levers
  • the geometry of the individual levers and the control program is selected so that in the closed position of the movable platen, this is held without energy being consumed during the closing phase
  • the linear motors are between the force transmission element and either the end plate or the movable one
  • the stationary part is attached to the end plate and the mobile part to the power transmission element. In this way a drag chain is avoided.
  • a column of the chess unit is used as the reaction rail of the nuclear arm motor
  • a locking element which holds or engages at least one lever in a positive or non-positive manner in the closing phase.
  • the locking elements are designed such that a drive is only required for locking or unlocking
  • linear motors arranged in pairs are used. This design essentially compensates for the splitting forces
  • the principle of the uninhibited has no limitation of the speed of movement or the force, as it is associated with a gearbox or spm release
  • Figure 3 Locking device designed as a brake.
  • Figures 1 and 2 show an injection molding machine with a fixed platen 11 and a movable platen 12 and an end plate 13. On the fixed platen, a clamping cylinder 15 is arranged. The tool 16 is fastened to the tool clamping plates 11, 12.
  • FIG. 1 shows a die casting machine with a force transmission element, which is designed as an actuating frame 21.
  • the movable tool plate 12 is located in the upper half of the figure
  • a five-point toggle lever 31-33 is arranged between the movable tool mounting plate 12 and the actuating frame 21.
  • the inductor combs 41 and 43 of two linear motors are provided in pairs as double-chamber motors.
  • the reaction rails 42 and 44 are connected to the end plate 13.
  • the actuating frame 21 is connected to the end plate via a drag chain 45.
  • a four-point toggle lever 31-33 is provided between the platen 12 and the end plate 13.
  • an inductor comb 41 is arranged, which as a
  • reaction rail 42 configured spar 14.
  • the spar 14 is guided through a second inductor comb 43 which is arranged in the movable tool mounting plate 12.
  • the force transmission element is designed as a cross head 22
  • Inductor comb 42 arranged, which is connected to the crosshead 22 via a reaction rail 44
  • a five-point toggle lever is connected to the crosshead 22 between the movable platen 12, which is in the open position
  • FIG. 3 shows in section a lever 33 which can be held by a non-positive component 51.
  • component 51 is designed as a pair of pliers which can be held in its closed position by means of a spring 54 a linear motor 53 is provided on the lever 33 at the opposite end of the pliers
  • the non-positive component is designed as a disc brake, which holds the lever 33 via springs 54 and is evident via a linear actuator 53
  • FIG. 4 shows a form-fitting component, here in the form of a wedge 55, which can be moved against the lever 33 by a linear motor 53
  • FIG. 5 shows a free-space machine with the fixed tool mounting plate 11, which is connected to the movable tool mounting plate 12 via a lever 33 and a lever 31 connected to it in an articulated manner.
  • the toggle lever consisting of the levers 31 and 32 is connected to the linear motor constructed from the reaction rail 42 and the inductor comb 41.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schließeinrichtung der Form einer Spritzgießmaschine für Kunststoffe mit einer feststehenden und mit einer durch einen Linearmotor betreibbaren beweglichen Werkzeugaufspannplatte. Dabei steht mindestens ein Linearmotor (41, 42) mit einem Kraftübertragungselement (21, 22) in Verbindung, welches an einen Hebelmechanismus (31-33) angeschlossen ist.

Description

Spritzgießmaschine mit Linearmotor
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Schließeinrichtung der Form einer Spπtzgießmaschine für
Kunststoffe mit einer feststehenden und mit einer durch einen Linearmotor betreibbaren beweglichen Werkzeugaufspannplatte
Aus DE 37 15 161 A1 ist eine Schließemheit bekannt, bei der die Endplatte zusammen mit dem Druckstempel einen Linearmotor bildet, wobei in der Endplatte die
Drehstromwicklungen angeordnet sind und der Druckstempel als Lauferschiene ausgebildet ist
Nachteil dieser Anordnung ist die relativ geringe Schließkraft, die vom linearen Motor aufbringbar ist In einer weiteren Ausfuhrungsform ist daher zur Erzeugung des erforderlichen Schließdruckes ein Elektromagnet vorgesehen, welcher im stromdurchflossenen Zustand eine zur Form gerichtete Kraft auf den Druckstempel auslost
Der Wirkungsgrad von Linearmotoren ist besonders gering bei kleiner oder fehlender
Bewegungsgeschwindigkeit In der vorgenannten Schrift beschriebene Konstruktion hat jedoch den höchsten Kraftbedarf beim Aufbau der Schließkraft Die Bewegung erfolgt dann nur noch durch die Dehnung der Säulen Dies fuhrt zu einem unwirtschaftlich hohen Installationsbedarf für den Linearmotor und den zum Betrieb des Antriebs notwendigen Umπchters
Es ist weiterhin mit einem im Vergleich zu drehenden Motoren unwirtschaftlichen Energieverbrauch zu rechnen Dieser Nachteil ist auch durch den Einsatz einer geteilten Endplatte mit Elektromagneten zum Aufbau der Schließkraft nicht vermeidbar Die Dehnung der Säulen fuhrt bei dieser Losung zu einer erheblichen Aufweitung des Luftspaltes und in der Folge zu einem massiven Abfall der übertragbaren Kräfte. Dem kann nur durch eine unwirtschaftliche Dimensionierung des Magneten der Säule entgegengewirkt werden.
Weiterhin ist bei der vorgeschlagenen Lösung während der Einspritz-, Nachdruck- und Kühlphase die Schließkraft weiterhin aktiv aufzubringen, was zu einem permanenten, erheblichen Energieverbrauch führt.
Weiterhin ist aus EP 0 280 743 B1 eine Spritzgießmaschiπe bekannt, bei der ein Linearbewegungsglied, hier eine Dosier-/Einspritzschnecke, als elektrischer
Linearmotor ausgebildet ist. Der Linearmotor hat dabei eine zylindrische Form, welches mit einem kreisförmigen Querschnitt aufweisenden beweglichen Element korrespondiert.
Diese Bauform wird als Solenoid-Motor bezeichnet und wird für Anwendungen mit niedrigem Kraftbedarf verwendet. Solenoid-Motoren erreichen nur einen Bruchteil der Kräfte, die von Linearmotoren in Einzel- oder Mehrfachkammbauweise erreicht werden können.
Darüber hinaus verursacht die zylindrische Anordnung der Magnete und Spulen be
Solenoidmotoren einen höheren Fertigungsaufwand als bei Einzel- oder Mehrfachkammmotoren.
Die für die lineare Bewegung einer Schnecke einer Spritzgießmaschine erforderlichen Kräfte sind mit den Schließkräften zum Schließen der Form einer Spritzgießmaschine nicht vergleichbar, sondern typischer Weise um den Faktor 5 bis 10 kleiner. Da für den Formschluß keine zusätzlichen Rotationsbewegungen der linear bewegten Achse gefordert ist, hat ein Solenoid-Motor für diese Anwendung nur Nachteile.
Weiterhin ist aus DE 38 18 599 A1 eine Kunststoffspritzgießmaschine bekannt, bei der wenigstens ein Teil der Arbeitselemente durch elektrisch supraleitende Magnetanordnungen angetrieben werden, deren Leiter durch ein Kühlmedium unter die Sprungtemperatur abgekühlt wird. Eins dieser Arbeitselemente ist ein Kniehebel zum Schließen der Form, bei dem zur linearen Bewegung elektnsch supraleitende Linear-Elektromotoren vorgesehen sind.
Diese Vorrichtung ist mit dem Nachteil behaftet, daß zur Erzielung der Supraleitung notwendige Sprungtemperatur durch eine Leiterwicklung erzielt werden muß, die aus einer Speziallegierung besteht und andererseits zu kühlen ist Eine solche Legierung besteht insbesondere aus dem kosteπtrachtigen Metall Lanthan bzw Yttπem, Barium, Kupfer und Sauerstoff Die Sprungtemperatur wird insbesondere durch flussigen Stickstoff erreicht und somit technisch anspruchsvoll ausgestaltet
Die Erfindung hat zum Ziel, eine gattungsgemaße Schließeinrichtung zu schaffen, die mit einfachen konstruktiven Mitteln ein energiearmes und dabei verschmutzungsfreies Bewegen und Halten der beweglichen Werkzeugaufspannplatte ermöglicht
Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die Merkmale des Anspruchs 1
Erfindungsgemäß wird mindestens ein Linearmotor mit einem Kraftübertragungselement in Verbindung gebracht, daß an einem Hebelmechanismus angeschlossen ist. Dieses Kraftubertragungselement kann als Kreuzkopf oder als Betatigungsrahmen ausgestaltet sein.
Hierbei werden Doppelkniehebel zum Einsatz gebracht, wobei Vierpunkt-und Fünfpunkt-Kniehebel der Vorzug gegeben wird
Die Geometrie der einzelnen Hebel und das Steuerungsprogramm ist so gewählt, daß in der Schließstellung der beweglichen Werkzeugaufspannplatte diese gehalten wird ohne daß wahrend der Schließphase Energie verbraucht wird
Um eine besonders kurze Bauart zu erreichen, werden die Linearmotoren zwischen dem Kraftubertragungselement und entweder der Endplatte oder der beweglichen
Werkzeugaufspannplatte angeordnet In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist der Stationärteil an der Endplatte befestigt und der Mobilteil an dem Kraftübertragungselement. Auf diese Weise wird eine Schleppkette vermieden In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird eine Säule der Sch eßemheit als Reaktioπsschiene des ünearmotors verwendet
Wahrend der Schließphase der beweglichen Werkzeugaufspannplatte werden die Linearmotoren abgeschaltet Durch diese Verfahrensweise werden neben der
Minderung der Larmbelastung insbesondere Energien eingespart
Erreicht wird dies durch Verwendung von Kniehebeln, welche Abmessungen aufweisen und dabei in der Weise über ein Steuerungsprogramm getätigt werden, daß der Totpunkt überfahren wird
In einer anderen Ausgestaltung ist ein Arretierelement vorgesehen, welches in der Schließphase mindestens einen Hebel form- oder kraftschlussig halt bzw greift Die Arretierungselemente sind dabei so ausgestaltet, daß nur zum Ver- bzw Entriegeln ein Antrieb erforderlich ist
Erfindungsgemaß werden paarweise angeordnete Linearmotoren eingesetzt Durch diese Bauart werden im wesentlichen die Spaltkrafte ausgeglichen
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist die direkte Erzeugung einer linearen
Bewegung ohne Umwandlung einer Rotation in Translation, insbesondere bei Einsatz eines Getriebes Der Verzicht auf ein Getriebe minimiert den Wartungsaufwand und erhöht die Zuverlässigkeit der Maschine Ohne Getriebe arbeitet der Antrieb völlig frei von Hysterese oder Spiel, was die Präzision und die Regelbarkeit der Bewegung erhöht.
Das Prinzip des ünearantπebs hat keinerlei Begrenzung der Bewegungsgeschwindigkeit oder der Kraft, wie sie mit einer Getriebe- oder Spmdellosung verbunden ist
Ein Beispiel der Erfindung ist der beigefugten Zeichnung dargelegt Dabei zeigen
Figur 1 Schließeinπchtung mit einem Betatigungsrahmen Figur 2 Schließeinrichtung mit einem Kreuzkopf
Figur 3 Als Bremse ausgestaltete Arretiereinrichtung.
Figur 4 Als Hemmschuh ausgestaltete Arretiereinrichtung
Figur 5 Freiraummaschine
Die Figuren 1 und 2 zeigen eine Spritzgießmaschine mit einer feststehenden Werkzeugaufspannplatte 11 und einer beweglichen Werkzeugaufspannplatte 12 sowie eine Endplatte 13. An der feststehenden Werkzeugaufspannplatte ist ein Spπtzzylinder 15 angeordnet. An den Werkzeugaufspannplatten 11 , 12 ist das Werkzeug 16 befestigt.
Die Figur 1 zeigt eine Spπtzgießmaschine mit einem Kraftübertragungselement, welches als Betätigungsrahmen 21 ausgestaltet ist.
In der oberen Bildhälfte befindet sich die bewegliche Werkzeugplatte 12 in der
Offenstellung. Zwischen der beweglichen Werkzeugauf spannplatte 12 und dem Betätigungsrahmen 21 ist ein Fünfpunkt-Kniehebel 31-33 angeordnet.
In dem Betätigungsrahmen sind die Induktorkämme 41 und 43 zweier Linearmotoren paarweise als Doppelkammermotore vorgesehen. Die Reaktionsschienen 42 und 44 sind mit der Endplatte 13 verbunden.
Zur Zufuhr der Energie und des Kühlwassers ist der Betatigungsrahmen 21 über eine Schleppkette 45 mit der Endplatte verbunden.
Im unteren Teil des Bildes befindet sich die bewegliche Werkzeugaufspanπplatte in der Schließstellung. Zwischen der Werkzeugaufspannplatte 12 und der Endplatte 13 ist ein Vierpunkt-Kniehebel 31-33 vorgesehen.
Im Betätigungsrahmen 21 ist ein Induktorkamm 41 angeordnet, der einen als
Reaktionsschiene 42 ausgestalteten Holm 14 umgreift.
Weiterhin ist im unteren Teil des Bildes der Holm 14 durch einen zweiten Iπduktorkamm 43 geführt, der in der beweglichen Werkzeugauf spannplatte 12 angeordnet ist. In der Figur 2 ist das Kraftubertragungselement als Kreuzkopf 22 ausgestaltet
In der oberen Bildhalfte befindet sich die bewegliche Werkzeugaufspannplatte zwischen der beweglichen Werkzeugaufspannplatte 12 Unter der Endplatte 13 befindet sich ein Vierpunkt-Kniehebel 31-33 Die Hebel 31 und 32 haben den Totpunkt überfahren und können ohne Energieaufwand in der Schließstellung erhalten werden Die Kniehebel 31 , 32 sind über die Hebel 33 mit dem Kreuzkopf verbunden Am Kreuzkopf ist eine Reaktionsschiene 42 befestigt, die mit einem Induktorkamm 41 in Wirkverbindung ist Der Induktorkamm 41 ist parallel zu einem
Induktorkamm 42 angeordnet, der über eine Reaktionsschiene 44 mit dem Kreuzkopf 22 verbunden ist
Im unteren Teil ist zwischen der beweglichen Werkzeugaufspannplatte 12, welche sich in der Offnungsstellung befindet, mit einem Funfpunkt-Kniehebel mit dem Kreuzkopf 22 verbunden
Die Figur 3 zeigt im Schnitt einen Hebel 33, der durch ein kraftschlussiges Bauteil 51 gehalten werden kann Im oberen Teil der Figur 3 ist das Bauteil 51 als Zange ausgebildet, welche über eine Feder 54 in seiner Schließstellung gehalten werden kann Zum Offnen dieser Zange ist an dem Hebel 33 am gegenüberliegenden Ende der Zange ein Linearmotor 53 vorgesehen
Im unteren Teil des Bildes ist das kraftschlussige Bauteil als Scheibenbremse ausgestaltet, welche über Federn 54 den Hebel 33 halt und über einen Linearantneb 53 offenbar ist
In der Figur 4 ist ein formschlussiges Bauteil dargestellt, hier in Form eines Keils 55, der gegen den Hebel 33 durch einen Linearmotor 53 fahrbar ist
Die Figur 5 zeigt eine Freiraummaschine mit der feststehenden Werkzeugaufspaππplatte 1 1 , die über einen Hebel 33 und einem mit diesen gelenkig verbundenen Hebel 31 mit der beweglichen Werkzeugaufspannplatte 12 in Verbindung steht Der aus den Hebeln 31 und 32 bestehende Kniehebel ist mit dem aus der Reaktionsschiene 42 und dem Induktorkamm 41 aufgebauten Linearmotor verbunden.
Positionsliste
Spritzgießmaschine
11 Feststehende Werkzeugaufspannplatte
12 Bewegliche Werkzeugauf spaπnplatte
13 Endplatte
14 Rollen
15 Spritzzylinder
Kraftübertragung
21 Betätigungsrahmen
22 Kreuzkopf (Kraftübertragungselement)
Hebel
31 Mit 11 verbundener Hebel
32 Mit 13 verbundener Hebel
33 Mit 21 , 22 verbundener Hebel 31 , 32 (Kniehebel)
Antrieb
41 Erster Induktorkamm
42 Erste Reaktionsschiene (Linearmotor)
43 Zweiter Induktorkamm 44 Zweite Reaktionsschiene 45 Schleppkette
Arretieren
51 Kraftschlüssiges Bauteil (Bremse) 52 Formschlüssiges Bauteil (Hemmschuh)
51 , 52 Arretiervorrichtung 53 Antrieb für 51 , 52

Claims

Patentansprüche
1 Schheßeinπchtung der Form einer Spritzgießmaschine für Kunststoffe mit einer feststehenden und mit einer durch einen Linearmotor betreibbaren beweglichen Werkzeugaufspanπplatte, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Linearmotor (41 , 42) mit einem Kraftubertragungselement (21 , 22) in Verbindung steht, welches an einen Hebelmechanismus (31-33) angeschlossen ist.
Sch eßeinπchtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftubertragungselement (21 , 22) ein Betatigungsrahmen (21 ) ist, an dem ein nach außen wirkender Kniehebelmechanismus (31-33) angeschlossen
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Schließeinπchtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftübertragungselement (21 , 22) ein Kreuzkopf (22) ist, an dem ein nach innen wirkender Kniehebelmechanismus (31-33) angeschlossen ist
Schließeinπchtuπg nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kniehebelmechanismus (31-33) einen Doppelkniehebel (21 , 22) aufweist.
Schließeinπchtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kniehebelmechanismus (31-33) ein Funfpunkt-Kniehebel ist, bei dem der mit dem Kraftelement (21 , 22) verbundene Hebel (33) direkt mit einem der
Hebel (31 oder 32) verbunden ist
6. Schließeinrichtung nach einem der o.g. Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Linearmotore (41 , 42 und 43, 44) vorgesehen sind, die paarweise als Doppelkammermotore ausgestaltet sind.
7. Schließeiπrichtung nach mindestens einem der o.g. Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsschiene (42) des Linearmotors (41 , 42) mit dem Kraftübertragungselement (21 , 22) und der Induktorkammer (41) des Linearmotors (41 , 42) mit der Endplatte (13) oder mit der beweglichen
Werkzeugaufspannplatte (12) verbunden ist.
8. Schließeinrichtung nach mindestens einem der o.g. Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktorkamm (41) des Linearmotors (41 , 42) bewegt wird und daß eine Schleppkette (45) für die Energiezufuhr und die Kühlung vorgesehen ist.
9. Schließeinrichtuπg nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kniehebel (31 , 32) Abmessungen aufweisen, daß in der Schließstellung der beweglichen Werkzeugaufspannplatte (12) eine antriebsfreie Verriegelung vorliegt.
10. Schließeinrichtung nach mindestens einem der o.g. Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Hebel (31-33) mit einer Arretiervorrichtung (51 , 52) in Verbindung steht, die in Schließstellung der beweglichen Werkzeugaufspannplatte (12) dessen Öffnen antriebsfrei verhindert wird.
1 1. Schließeiπrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Arretiervorrichtung (51 , 52) ein kraftschlüssig schließendes Bauteil (51; insbesondere eine federbetätigbare Bremse ist.
12. Schließrichtuπg nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Arretiervorrichtung (51 , 52) ein formschlüssig arretierendes Bauteil (52) ist, insbesondere ein keilförmiger Hemmschuh.
13. Schließeiπrichtuπg nach den Ansprüchen 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (53) der Arretiervorrichtung (51 , 52) ein Linearmotor ist.
14. Schließeinrichtung nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Spritzgießmaschine, die Holme (14) aufweist, mindestens einer dieser Holme (14) als Reaktionsschiene (42) ausgestaltet ist.
15. Schließeiπrichtuπg nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Holm (14) im Querschnitt ein Rechteckprofil besitzt, insbesondere als Hohlprofil.
16. Schließeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Spritzgießmaschine, die als Freiraummaschine ausgestaltet ist, ein Zehglied als Reaktionsschiene (42) ausgestaltet ist.
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