WO2002040246A1

WO2002040246A1 - Verfahren und vorrichtung zum ausstossen von spritzgiessteilen

Info

Publication number: WO2002040246A1
Application number: PCT/CH2001/000658
Authority: WO
Inventors: Robert Weinmann; Herbert Fatzer
Original assignee: Netstal-Maschinen Ag
Priority date: 2000-11-14
Filing date: 2001-11-09
Publication date: 2002-05-23
Also published as: DE10194727D2; AU2002212030A1

Abstract

Die neue Erfindung schlägt ein Verfahren sowie eine Ausstossvorrichtung zum Ausstossen von Spritzgiessteilen aus Spritzgiessformen, mit elektromotorischem Antrieb für die Auswerferstifte vor. Es wird vorgeschlagen, dass der elektromotorische Antrieb zumindest im letzten Abschnitt der Rückfahrbewegung zur Kraftspeicherung eine Feder (62) spannt. Die Federspannkraft wird in der Folge dazu verwendet, zu Beginn der Ausstossbewegung das Losbrechen der Spritzgiessteile zu unterstützen. Dank einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird die Federkraft, in Kombination mit einem Kurbeltrieb, eingesetzt zur Addierung des Kurbelkraft- maximums in Totpunktnähe mit dem sinngemässen Maximum der gespannten Federkraft. Eine Gleitplatte (4), auf der alle Auswerferstifte angebracht sind, wird elektromotorisch über einen Hebelantrieb bewegt. Zwei besondere Merkmale der neuen Lösung sind ein nach hinten, für die Kurbelbewegung offener Tragrahmen sowie vorzugsweise vier Führungssäulen (2', 2''), an denen die Gleitplatte (4) geführt wird. Die Gleitplattenbewegung (9) wird dadurch stabiler und trägt vor allem der normalerweise ungleichen Lösekraft für die verschiedenen Auswerferstifte Rechnung.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Ausstossen von Spritzgiessteilen

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausstossen von Spritzgiessteilen aus Spritzgiessformen, bei der die Auswerferstiftbewegung elektromotorisch steuerbar ist.

Stand der Technik

Man unterscheidet grundsätzlich zwei Anwendungsgebiete für das Ausstossen von Spritzgiessteilen. In vielen Fällen wird nur ein einziger Auswerferstift benötigt. Dieser kann über irgend ein Antriebssystem betätigt werden. Wichtig dabei ist das optimale Takten der Stiftbewegung mit dem Spritzzyklus und das Aufbringen der erforderlichen Ausstosskraft. In der zweiten Anwendung sind wenigstens zwei, meistens jedoch eine grössere Zahl von parallel angeordneten Auswerferstifte im Einsatz. Die Ausstosskraft an sich hängt von vielen Faktoren ab. Vor allem bestimmen Form und Grosse des Spritzgiessteils die Grosse der Kraft für das Losbrechen. Ist einmal ein Spritzgiessteil von der Form gelöst, ist der Rest vor allem eine Frage von mechanischer Reibung aller bewegten Teile der Vorrichtung. Ferner sind z.B. die Materialqualität der Spritzgiessform, die Temperatur sowohl der Spritzgiessformen wie des Spritzgiessteiles und beim Spritzgiessteil ganz besonders auch die Oberflächentemperatur und die Oberflächenqualität der Kavitäten wichtige Einflussfaktoren für die aufzubringende Lösekraft. Aus der Vielzahl der Parameter ergibt sich zwangsnotwendig, dass beim Einsatz von mehreren Auswerferstiften, besonders bei Vielfachformen, an jedem Auswerferstift eine unterschiedlich grosse Ausstosskraft ansteht. Aus naheliegenden Gründen kann die mögliche Ungleichheit oder Einseitigkeit der Kraftverteilung umso grösser sein, je grösser die Zahl der im Einsatz befindlichen Auswerferstifte ist. Sobald eine Mehrzahl von Auswerferstiften gleichzeitig betätigt werden müssen, wird als Träger eine Gleitplatte verwendet, auf der alle Auswerferstifte verankert sind, damit jeder Auswerferstift zeitgleich zum Einsatz kommt. Drei Aspekte standen bisher im Vordergrund: eine gute Gleitführung, ein günstiger Eingriff der Antriebsmitteln, sowie ein optimaler Kraftaufbau für die Lösekraft.

Bei älteren Maschinen ist zum Teil das Ausstossen noch mechanisch zwangsgekoppelt mit den Antriebsmitteln für die Formbewegung. Bei der neuen Erfindung wird jedoch ausgegangen von der Gattung einer von der Formbewegung unabhängigen Steuerbarkeit. Dafür gibt es im Stand der Technik bereits viele Lösungsvorschläge.

Das deutsche Gebrauchsmuster 295 15 085 zeigt eine Auswerfereinheit für eine Spritzgiessmaschine mit einer bewegbaren und einer ortsfesten Formaufspannplatte und mit einer, an einer der Formaufspannplatten, vorzugsweise der bewegbaren Formaufspannplatte, verankerbaren Tragplatte, auf der ein Elektromotor lagert. Die Auswerferplatte wird über eine Spindel und eine Mutter von einem Elektromotor angetrieben. Interessant ist, dass es sich um ein Grundkonzept handelt, das im Stand der Technik mehrheitlich benutzt wird. Dabei stellt die Tragplatte eine Art Joch dar und ist über zwei Führungssäulen in Bezug auf die bewegbare Form bzw. Aufspannplatte fest verankert. Das deutsche Gebrauchsmuster 295 15 086 hat den selben Grundaufbau. Der Antrieb der Auswerferplatte erfolgt jedoch über eine elektromotorisch angetriebene Zahnstange. Bei dem DE-GM 295 22 964 erfolgt der Übertrieb über ein Zahnradgetriebe sowie eine Gewindespindel. Alle drei Lösungsbeispiele haben gemeinsam einen Nachteil, der darin liegt, dass die Kraftüber- tragungsverhältnisse durch die Übertriebsmittel wie Zahn- und Gewindestange unabhängig der Position unverändert sind. Der Kraftbedarf für das Ausstossen ist jedoch beim Lösen ein Maximum und wird danach für den Rest der Bewegung unverhältnismässig klein. Die Folge davon ist, dass der maximale Kraftbedarf allein durch den Elektromotor aufgebracht wird. Der Elektromotor musste dementsprechend gross dimensioniert werden. Dieser Nachteil wird im Stand der Technik durch den Einsatz eines Kniehebelantriebes oder Kurbelscheibenantriebes kompensiert.

D,ie JP-A-04 168 018 sowie die JP-A-62-248615 zeigen die Betätigung der Auswerferstiftbewegung durch einen Kniehebelantrieb. Dabei ist der Elektromotor wie beim GM 295 15 085 an einem Joch bzw. einer Traverse befestigt, welche ihrerseits an der Formaufspannplatte über Profile bzw. Führungssäulen fest verankert sind.

Die JP-A-63- 107533 sowie die EP-PS 657 271 stellen beide eine Kurbelscheibenlösung dar. Die EP-PS 657 271 hat mindestens einen Auswerferstift, der in einer, sowohl die Formaufspannplatte als auch die an dieser Formaufspannplatte angeordneten einen Hälfte einer Spritzgiessform durchsetzenden Bohrung, mittels eines Kurbeltriebs, axial verschiebbar ist. Der Kurbeltrieb ist in einem Gestell angeordnet, das im wesentlichen aus einer Traverse bzw. einem Joch und zwei parallel dazu verlaufenden Profilen mit mindestens einem Auswerferstift besteht, welche die Traverse mit der die Formhälfte tragenden Formaufspannplatte verbinden. Der Kurbeltrieb besteht aus zwei parallel zueinander angeordneten Kurbelscheiben, die synchron antreibbar sind, ferner einem an den Kurbelscheiben exzentrisch gelagerten Hebel. Der Hebel greift mit seinem anderen Ende an einer auf den Führungssäulen schlittenartig geführten Tragplatte an. Die Traversenlösung ist insofern nachteilig, als dass das entsprechende Joch bzw. die Traverse einen Teil des Raumes besetzt, der sonst z.B. für einen Doppelkniehebel zur Formbewegung nutzbar wäre. Die Traversenlösung verlängert deshalb die Maschine.

Darstellung der Erfindung

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabenstellung war nun, eine Vorrichtung zum Ausstossen von Spritzgiessteilen zu schaffen, welche mit einer relativ kleinen Motorleistung auskommt und mit der dafür erforderlichen Kraft das Losbrechen der Spritzgiessteile sicherstellt. Ein Teilziel der neuen Lösung war ferner eine kompakte Bauweise, welche selbst bei mehreren Auswerferstiften sehr stabil ist in Bezug auf Einseitigkeiten der Ausstosskräfte.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der elektromotorische Antrieb zumindest im letzten Abschnitt der Rückfahrbewegung zur Kraftspeicherung eine Feder spannt, wobei die Federspannkraft zu Beginn der Ausstossbewegung das Losbrechen der Spritzgiessteile unterstützt.

Von den Erfindern ist erkannt worden, dass im Stand der Technik der erforderliche Kraftverlauf über der ganzen Auswerferbewegung, also sowohl der eigentlichen Ausstossbewegung wie der Rückfahrbewegung einerseits und die Leistung eines Ejektromotores andererseits, nicht genügend analysiert wurde. Bei Beginn der Ausstossbewegung müssen zwei Phasen unterschieden werden:

- das eigentliche Losbrechen und danach

- das Loslösen von der Form.

Erst danach beginnt das Auswerfen oder Ausstossen. Ganz am Anfang ist eine enorme Kraftspitze erforderlich, welche sich aber je nach Situation und der Form rasch reduziert. Das anschliessende Auswerfen benötigt nur noch einen Bruchteil der Kraft im Verhältnis zum Losbrechen. Für die Rückfahrbewegung ist nochmals eine wesentlich kleinere Kraft erforderlich. Wie in der Folge noch ausgeführt wird, ist im Hinblick auf die zu wählende Motorgrösse ein Spindelantrieb die schlechteste Lösung, da der Motor auf die Spitzenleistung ausgelegt werden muss. Eine wesentliche Verbesserung bringt der Einsatz eines Kurbelantriebes, da eine Kurbel in Totpunktnähe eine enorme Kraftübersetzung bringt. Die Motorleistung kann im Falle der Kurbel kleiner gewählt werden.

Von den Erfindern ist ferner erkannt worden, dass von der Motorleistung her gesehen ein sehr einseitiger Betrieb vorliegt. Die Rückfahrbewegung ist gleichsam eine Leerfahrt. Der Antriebsmotor wird kaum beansprucht. Die neue Erfindung schlägt deshalb vor, zumindest den letzten Abschnitt der Rückfahrbewegung zur Kraftspeicherung durch eine Feder zu nutzen. Die Kraft der gespannten Feder wird danach, zu Beginn der Ausstossbewegung, eingesetzt, um das Losbrechen der Spritzgiessteile zu unterstützen. Der Motor selbst wird durch diese Massnahme mit einem besseren Rhythmus belastet, beziehungsweise die erforderliche Momentspitze kann gleichsam halbiert werden. Dies ist im Hinblick auf eine, wenn auch nur kurzzeitige Überlastung eines Elektromotores, sehr vorteilhaft. Mit der neuen Lösung wird die grösste Spitze der erforderlichen Kraft für das Losbrechen, bildlich gesprochen, gebrochen. Der Motor muss nicht mehr auf die grösstmögliche Bedarfsspitze ausgelegt werden.

Das neue Verfahren erlaubt eine ganze Anzahl vorteilhafter Ausgestaltungen. Besonders bevorzugt wird die Federcharaktertistik so gewählt, dass sie angenähert der Steilheit des Kraftverlaufes beim Losbrech-Lösehub entspricht. Das eigentliche Losbrechen geschieht über einen Weg im Millimeterbereich. Im Verhältnis zu einem totalen Ausstossweg von 120 mm wird die Federcharakteristik so gewählt, dass sie über den Hauptteil der Federspannung einem Losbrech/Lösehub von 1 - 30 mm, vorzugsweise 2 - 7 mm angepasst ist. Sehr vorteilhaft kann dafür eine progressive Federcharakteristik wie etwa bei Tellerfedern sein.

Die optimale Lösung wird zur Zeit darin gesehen, dass die Federkraft in Kombination mit einem Kurbeltrieb eingesetzt wird zur Addierung des Kurbelkraftmaximums in Totpunktnähe mit dem sinngemassen Maximum der gespannten Federkraft. Die beiden ergänzen sich in idealer Weise und gestatten, einen unverhältnismässig kleinen Elektromotor zu verwenden. Die elektromotorische Kraft wird mit der Federvorspannung vor dem Einsatz -bereitgestellt und mit dem bekannten Kurbelkraftverlauf optimal für die Bedarfsspitze eingesetzt. Die Feder kann als vorgespanntes Federpaket ausgebildet werden, wobei vorzugsweise zwei oder mehr Federpakete zumindest angenähert symmetrisch zu den Auswerferstiften angeordnet werden.

Die neue ^"Erfindung beinhaltet ferner eine Vorrichtung zum elektromotorisch steuerbaren Ausstossen von Spritzgiessteilen aus Spritzgiessformen mittels Auswerferstiften. Eine erste, besonders vorteilhafte Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass der elektromechanische Antrieb einen Federkraftspeicher aufweist, wobei die Feder, insbesondere im letzten Abschnitt der Rückfahrbewegung, spannbar ist, zur mindestens teilweisen Nachbildung des Kraftbedarfmaximums für den Lösehub und besonders das Losbrechen der Spritzgiessteile aus der Spritzgiessform. Der Federkraftspeicher wird bevorzugt als ein oder mehrere vorgespannte Federpakete ausgebildet, welche zwischen einem Antriebsgehäuse und einer die Auswerferstiften tragenden Gleitplatte derart angeordnet sind, dass durch die Gleitplattenbewegung durch gespeicherte Federkraft aktivierbar ist.

Als Alternative kann der Federkraftspeicher zwischen einem Antriebsgehäuse und einer, die Auswerferstifte tragenden Gleitplatte angeordnet werden. Die optimale Ausgestaltung der Vorrichtung ergibt sich, wenn der elektromechanische Antrieb einen Kurbel- oder Exzenterübertrieb in Kombination mit dem Federkraftspeicher aufweist, zur angenäherten Nachbildung des Kraftbedarfmaximums für den Lösehub und besonders das Losbrechen der Spritzgiessteile aus der Spritzgiessform. Ferner wird vorgeschlagen, den Antriebsmotor als Servomotor auszubilden, welcher über ein Reduktionsgetriebe die Kurbelwelle antreibt. Gemäss einer weiteren Ausgestaltung kann dem Antriebsmotor eine mechanisch wirksame Bremse zugeordnet werden, zur Entlastung des Antriebsmotores.

Eine zweite vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemässen Vorrichtung zum Ausstossen von Spritzgussteilen aus Spritzgiessformen, bei der die Auswerferstiftbewegung elektromotorisch steuerbar und mit einer Gleitplatte sowie über einen H,ebelantrieb erfolgt, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Hebelantrieb in einem Tragrahmen gelagert ist, der mit mindestens drei, vorzugsweise vier, als Gleitführungen für die Gleitplatte ausgebildete Führungssäulen gegenüber der Aufspannplatte abgestützt und vorzugsweise auch nach hinten, in entgegengesetzter Richtung zur Ausstossrichtung, offen ist.

Die zuvor genannte EP 657 271 geht aus von der bekannten Jochlösung, wobei die Tragplatte auf zwei Führungssäulen verschiebbar gelagert ist. In der EP werden als Vorteile eine stabile Ausführung des Kurbeltriebs genannt, was eine vollkommen symmetrische Kraftübertragung auf den Auswerferstift gewährleisten soll. Diese Aussage ist an sich richtig, beschränkt sich jedoch auf die Anwendung eines einzigen Auswerferstiftes. Die neue Lösung soll aber, vor allem auch bei einer Mehrzahl von Auswerferstiften, optimal funktionsfähig sein. Beim Einsatz vieler Auswerferstifte macht jedoch die Forderung der Symmetrie der Kraftübertragung gar keinen Sinn, da die Reaktionskräfte in aller Regel unsymmetrisch auftreten. Es stellt sich viel mehr das Problem, wie bei unsymmetrischen Reaktionskräften ein optimaler und stabiler Aus- stoss für alle Auswerferstifte noch möglich ist. Die neue Erfindung schlägt dazu vor,

1 ) einen Tragrahmen für den Hebelantrieb und

2) mindestens drei, vorzugsweise vier Führungssäulen bzw. Gleitführungen für die Gleitplatte vorzusehen.

Gemäss der neuen Lösung werden die auftretenden Kräfte räumlich und nicht nur in einer Ebene beherrscht, so dass die Gleitplatte optimal geführt und die Stabilität tatsächlich für jede mögliche Belastungsart gewährleistet werden kann.

Die neue Erfindung erlaubt eine ganze Anzahl vorteilhafter Ausgestaltungen, wie in der Folge dargestellt wird. Es wird hierzu auf die Ansprüche 2 - 14 Bezug genommen.

Bevorzugt werden die Führungssäulen in einer Drei- bzw. Vierecklage zueinander angeordnet und stützen den Tragrahmen peripher ab. Die periphere Anordnung hat den Vorteil, dass der Tragrahmen aussen abgestützt wird. Die Gleitplatte wird mehr als nur in einer Querebene geführt, so dass die Gefahr des Verkantens auf jeder Seite ausgeschaltet werden kann, unabhängig davon, auf welcher Seite oder Ecke ein grösserer Widerstand sich für die Auswerferstifte sich einstellt. Die Kraftübertragung ist immer, zumindest angenähert, optimal. Es konnte mit den drei bzw. vier Führungssäulen auch ein guter Kompromiss gefunden werden in Bezug auf die Zugänglichkeit und die Kräfte bzw. Reaktionskräfte für das Ausstossen.

Der Tragrahmen hat quer zur Ausstossrichtung, zumindest angenähert, eine viereckige Querschnittsform, wobei die Führungssäulen im Falle von vier Führungssäulen jeweils in den vier Eckbereichen des Tragrahmens angeordnet sind. Besonders bevorzugt wird der Tragrahmen nach hinten, in entgegengesetzter Richtung zur Ausstossrichtung, offen ausgebildet. -Diese Massnahme ergibt einen Freiraum für die Bewegung des Hebelantriebes. Der Hebelantrieb bekommt nach hinten im mittleren Bereich zusätzlichen Bewegungsraum, ohne dass die Bewegung, etwa eines Doppelknie- hebels, für die Formbewegung dadurch gestört würde, wie dies bei einer Jochlösung mit den entsprechenden äusseren Kanten der Fall ist.

Vorteilhafterweise wird der im Tragrahmen über eine Drehachse gelagerte Antriebshebelteil in den zwei gegenüberliegenden Wandteilen des Tragrahmens gelagert und gabelförmig als vorzugsweise einstückige Kurbelwelle ausgebildet mit zwei fest darin verankerten Drehachsstummeln, welche starr miteinander verbunden sind.

Gemäss einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen dem Tragrahmen und der Spritzgiessform mindestens eine, vorzugsweise zwei oder mehrere in Bezug auf die Gleitplatte wirksame Spannfeder angeordnet zur Reduktion der Motorleistung im Drehmoment- bzw. Kraftmaximum des Hebelantriebes. Zum Beispiel kann mindestens eine Spannfeder im Zentrum der Gleitplatte angreifen oder es können mindestens zwei Spannfedern auf einer gemeinsamen Ebene symmetrisch zum Zentrum der Gleitplatte angeordnet werden.

Die Spannfeder ist in Kombination mit dem Hebeltrieb sehr wirksam, da mit dem Hebeltrieb mit dem typischen Kraftmaximum ein zusätzlicher Kraftspeicher nutzbar und die Motorleistung kleiner wählbar wird. Dem Antriebsmotor kann ferner eine mechanisch wirksame Bremse zugeordnet werden zur Entlastung des Antriebs- motores in den Stoppphasen. Der Antriebsmotor kann sowohl mit horizontaler wie mit senkrechter Axe angeordnet werden, so dass die Kurbelwellenbewegung in einer horizontalen oder in einer senkrechten Ebene zu liegen kommt. Der Antriebsmotor wird als Servomotor ausgebildet und treibt über ein Reduktionsgetriebe und eine Antriebswellenverlängerung die Kurbelwelle an.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Die neue Erfindung wird nun an Hand einiger Ausführungsbeispiele mit weiteren Einzelheiten erläutert. Es zeigen:

» die Figur 1 a ein Kräftediagramm mit Kurbel- und Spindelübertrieb; die Figur 1 b ein 50% und 100% Kurbelkraftverlauf im Verhältnis zum erforderlichen Kraftmaximum für das Losbrechen der Spritzgiessteile; die Figur 1 c der Krafverlauf gemäss neuer Erfindung; die Figur 2a schematisch eine Ausstossvorrichtung; die Figur 2b ein Beispiel für eine Gleitplatte mit einer grösseren Zahl von Auswerferstiften; die Figur 3 .eine konkrete Ausgestaltung einer Auswerfervorrichtung; die Figur 4a ein Gehäusebeispiel mit montier- und demontierbarem Deckelteil; die Figur 4b ein Spannfederpaket; die Figur 5a einen Schnitt durch eine Vorrichtung und die Figur 5b einen Grundriss der Figur 4a gemäss Pfeil II; die Figur 6a und 6b zwei Beispiele für einen Hebelantrieb mit einer Kurbelwelle; die Figur 7 qualitativ der Kraft-Hubverlauf für das Ausstossen; die Figur 8 die Funktion der Kraft über dem Hub mit einer Federhilfe; die Figur 9 und 10 die Kniegelenkbewegung in Bezug auf die Vorrichtung zum

Ausstossen; die Figur 1 1 a und 1 1 b eine weitere, konstruktive Ausgestaltung.

Wege und Ausführung der Erfindung

In der Folge wird nun auf die Figuren 1 a bis 1 c Bezug genommen, wobei die Figuren 1 a und 1 b die Grundproblematik des Kraftverlaufes für die Auswerferstifte aufzeigen und die Figur 1 c die neue Lösung darstellt. In der Figur 1 a erkennt man im unteren Diagrammteil den Kraftverlauf. Bei Hub 0 besteht eine ausgeprägte Kraftspitze Ksp, für das Losbrechen, welche sofort in den kritischen Abschnitt KL für den Lösehub übergeht. Anschliessend beginnt der Ausstosshub, wobei die relativ leichten Spritzgiessteile nur noch von der Form weg bewegt werden müssen. Die notwendige Kraft wird zunehmend kleiner bis zum Hubende, Hub max. Für die Rückfahrt wird nochmals eine geringere Kraft für die Reibung sowie Massekräfte benötigt. Mit Kurb. ist die theoretisch aufbringbare Kraft aus der Kurbelbewegung und mit Spi diejenige eines Spindelübertriebes dargestellt, wobei ein konstantes Drehmoment vorausgesetzt wird. Ersichtlich ist, dass der rechte Ast bei der Kurbelkraft nicht benötigt wird, wohingegen der linke Ast im Bereich des Losbrechens und des Lösehubes recht gut mit dem erforderlichen Kraftverlauf Ks und KL übereinstimmt. In beiden Fällen der Spindel- und der Kurbellösung ist mit Kres. eine Kraftreserve vorgesehen. Der Motor muss bei einem Spindelübertrieb auf Kmax. ausgelegt werden.

I

In der Figur 1 b wird ein anderer Aspekt beleuchtet. Wenn auch die aufbringbare Kraft in Totpunktnähe theoretisch gegen unendlich geht, kann diese nicht entsprechend ausgenutzt werden, da einerseits die Bauteile nur beschränkte Kräfte zulassen und der Hub in Totpunktnähe gegen Null geht. Die Figur 1 b zeigt einen typischen Kurbelkraftverlauf sinngemäss zur Figur 1 a in Bezug auf das übertragbare Drehmoment als 100% (Kurb 100) sowie eine tieferliegende Kurve Kurb 50, als 50% des Drehmomentes angenommen. Die Kraftspitze Ksp. liegt etwa in der Mitte der beiden Kurven Kurb 100 und Kurb 50. Die Kurve Kurb 100 hat somit eine genügende Kraftreserve Kres,. wohingegen die Kurve Kurb 50 ein Kraftmanko aufweist. Ein Motor mit 50% Drehmoment genügt somit nicht, um das Losbrechen sicherzustellen. Der Antriebsmotor muss nur für den sehr kurzen Losbrechhub auf 100% ausgelegt werden.

Die Figur 1 c zeigt ein Beispiel für die neue Erfindung mit einer Kraftspeicherung durch das Spannen einer Feder. Die Feder kann eine mechanische oder eine Kraftfeder sein. Die Feder wird im letzten Abschnitt der Rückfahrt gespannt und ergibt einen Federkraftspeicher mit der Kraft KF. Zum Beispiel entspricht der Federspannweg etwa dem Lösehub, wobei der entsprechende Federkraftverlauf punktiert dargestellt ist. In der Figur 1 c sind sowohl die Kurven Kurb 100 wie Kurb 50 eingetragen. Für die Darstellung der tatsächlich aufbringbaren Kraft wurde von einem 50% Antriebsmotormoment ausgegangen. Die Ktat ist die Summe von Kurbelkraft sowie dem Federspeicher und ist mit einer dicken, strichpunktierten Linie dargestellt.

Aus der Figur 1 c ergibt sich, dass Ktat gegenüber der erforderlichen Kraftspitze eine genügende Reserve Kres aufweist. Dagegen haben beide Kurven Kurb 100 und Kurb 50 ein Kfaftmanko. Dies bedeutet, dass beide Motoren (100% und 50%) zu klein bemessen wären, wohingegen der kleinere Motor Kurb 50 FK zusammen mit der Kraft aus dem Federspeicher ausreichend ist. Die neue Lösung erlaubt tatsächlich, einen viel kleineren Motor zu wählen. Die neue Lösung ermöglicht bei gegebener Kurbelgeometrie durch optimale Wahl der Federcharakteristik bzw. einer entsprechend steilen oder flachen Charakteristik die für das Ausstossen der Spritzgiessteile erforderlichen Kraft aufzubringen und den Kraftverlauf mit optimaler Auslegung der Feder sehr genau nachzubilden und damit einen sehr ökonomischen Motor zu wählen.

Die neue Lösung erlaubt den Totpunktbereich der Kurbel am hinteren Ende des Kurbelweges (Hub 0) voll auszunutzen. Dadurch kann grundsätzlich die Feder im Maximum gespannt und mit der Kurbel selbst gehalten werden, ohne dass der Motor ein entsprechendes Stützmoment aufbringen muss. Theoretisch könnte der Motor abgeschaltet werden. Praktisch genügt es, dass er in entsprechender Position still gehalten wird und somit keinen Stromverbrauch erfordert. Der Totpunktbereich kann auch anstelle einer mechanischen Bremse für den Motor ausgenützt werden.

Die Figur 2a zeigt skizzenhaft eine Ausstossvorrichtung in perspektivischer Darstellung, jedoch ohne den Hebelantrieb. Der Tragrahmen 1 ist über vier kräftige Führungssäulen 2, 2', 2", 2"' mit einer Formaufspannplatte 3 fest verbunden. Eine Gleitplatte 4 ist über entsprechende Gleitführungen 5, 5', 5" auf den Führungssäulen 2, 2', 2", 2"' für eine exakte Linearbewegung senkrecht zur Formaufspannplatte 3 gehalten. In der Figur 1 sind als Beispiel drei Auswerferstifte 6, 7 und 8 gezeichnet, welche direkt auf der Gleitplatte befestigt sind. Alle Auswerferstifte führen daher die identische Bewegung wie die Gleitplatte. Die Form und Funktion der Auswerferstifte wird als bekannt vorausgesetzt, so dass sich der folgende Beschrieb stellvertretend auf die Bewegung der Gleitplatte 4 konzentriert. Der Pfeil 9 symbolisiert die Ausstossbewegung der Gleitplatte 4 bzw. aller Auswerferstifte 6, 7 und 8. Von einem Elektromotor 10 wird die erforderliche Kraft für die Bewegung der Auswerferstifte aufgebracht. Mit einem Kästchen 1 1 ist eine Maschinensteuerung (MC) angedeutet, welche den elektromotorischen Antrieb steuert. Der Elektromotor 10 ist im dargestellten Beispiel über ein Reduktionsgetriebe direkt an den Tragrahmen 1 angeflanscht. Eine Antriebsaxe 13 überträgt die Drehbewegung des Elektromotors 10 auf eine Kurbelwelle 14 (Figuren 5 und 6), welche die rotative Bewegung über einen Hebelantrieb in die Linearbewegung umsetzt. Die resultierende Kraft für die Linearbewegung ist mit einem Pfeil 15 in der Figur 1 eingezeichnet. Der Tragrahmen 1 ist gemäss Beispiel als Kubus in der Art einer Zündholzschachtel ausgebildet mit einem oberen Wandteil 16, einem unteren Wandteil 17 sowie zwei seitlichen Wandteilen 18 resp. 19. Für die Antriebsaxe 13 ist je ein oberes Lager 20 und ein unteres Lager 21 angedeutet, welche etwa mittig in dem entsprechenden Wandteil 17 verankert sind. Die Kräfte und Reaktionskräfte von der Kurbelwelle 14 einerseits sowie der Gleitplatte anderseits werden direkt über den Tragrahmen 1 geleitet. Vom Tragrahmen 1 werden die Kräfte über die drei resp. vier Führungssäulen 2, 2', 2", 2"' abgefangen und in die Formaufspannplatte 3 ausgeglichen. Der Tragrahmen 1 weist durch die vier Wandteile 1 6, 17, 18 und 19 vier Ecken 22, 22', 22" sowie 22"' auf, welche gleichsam eine Fortsetzung der vier Säulen 5, 5', 5", 5"' sind. Die dargestellte viereckige Lösung ist an sich die einfachste und auch wirksamste Form. Bei entsprechender Dimensionierung können ähnliche Resultate bereits mit drei Säulen 5 erzielt werden. Dabei könnten zum Beispiel die unteren zwei Säulen 5, 5"' identisch wie in der Figur 1 angeordnet und eine dritte Säule in der Mitte der dargestellten Säulen 5', 5" platziert werden. Es ist auch möglich, eine grössere Zahl Säulen als vier rηit oder ohne Anpassung der äusseren Tragrahmenform zu wählen. Zum Beispiel könnte eine 6-eckige Form mit drei, vier oder sechs Säulen gewählt werden. Der entscheidende Punkt liegt im räumlichen Abfangen der Kräfte durch mehr als zwei Säulen und als ganz besonderen Vorteil das Offenlassen der rückwärtigen Front des Tragrahmens. Mit dem Pfeil 23 wird angezeigt, dass die Kurbelwelle frei nach hinten ausschwenken kann. Die Lösung baut deshalb kürzer gegenüber den einleitend beschriebenen Jochlösungen des Standes der Technik. Die Figur 2b zeigt eine Gleitplatte in einer Draufsicht von der Seite der Form gesehen. Dargestellt sind neun Auswerferstifte, die drei Auswerferstifte 6, 7 und 8 wie in der Figur 1 dargestellt, sowie sechs weitere Auswerferstifte 30 - 35. Vorzugsweise in der Mitte der Gleitplatte ist der Auswerferstift 31 . Es sind zwei Mittellinien MH, die horizontale Mittellinie sowie MV die vertikale Mittellinie eingezeichnet. Die Auswerferstifte 30, 31 und 32 liegen auf der horizontalen Mittellinie MH, die Auswerferstifte 8, 31 und 33 auf der vertikalen Mittellinie. Alle übrigen sind zwar symmetrisch angeordnet, jedoch ausserhalb der Mittellinie. Das gezeichnete Beispiel für die Auswerferstiftanordnung entspricht einer Standardform, wobei in der Praxis die Menge und Lage beliebig änderbar sein müssen. Wenn in dem gezeigten Beispiel jedem Auswerferstift irgend eine beliebige, möglicherweise auftretende Ausstosskraft zwischen einem Maximum und einem Minimum zugeordnet wird und das Spiel mit ganz anderen Zahlenwerten wiederholt wird, erkennt man, wie einseitig und extrem die resultierende Kraftwirkung auf die Gleitplatte sein kann. Mit grösser Wahrscheinlichkeit tritt die resultierende Kraft nicht symmetrisch auf. Die vier Führungssäulen 2, 2', 2", 2"' sind mit zwei Doppelkreisen hervorgehoben. Die jeweiligen Zentren Z der vier Führungssäulen bilden ein Viereck.

Dadurch, dass die Führungssäulen nicht auf einer Linie (etwa auf der Mittellinie MH) liegen, sondern eine Fläche in sich einschliessen, ist jeder einseitigen Kraftwirkung aus der Ausstossbewegung relativ gut entgegengewirkt. Noch optimaler wäre die Anordnung der Führungssäulen in den äussersten Ecken der Gleitplatte 4. Damit würde jedoch die Zugänglichkeit massiv gestört, und es entstünden grosse bauliche Abmessungen. Das dargestellte Lösungsbeispiel ist somit ein Kompromiss bzw. ein Optimum in Bezug auf die verschiedenen Anforderungen. In der Figur 2 ist ferner mit je zwei Doppelkreisen 36 die Befestigung mit vier Schrauben für den Hebelantrieb gezeichnet. Die Betätigungskräfte für die Gleitplatte sind somit im Zentrum der Gleitplatte und auch im Zentrum der vier Führungssäulen, so dass ein Optimum zwischen den einseitigen Ausstosskräften und dem Abfangen der Kräfte auch über die Führungssäulen besteht. Im Falle einer Gusslösung für die Gleitplatte würde an die S,telle der vier Schraubverbindungen ein Lagerteil im Guss vorgesehen.

Die Figur 3 zeigt eine ganze Vorrichtung zum Ausstossen von Spritzgussteilen in konkreter Ausgestaltung am konkreten Einbauort. Die Formaufspannplatte 3 weist oben und unten je eine Ankerstelle 80 resp. 80' auf, an denen ein Kniegelenk 81 angreift. Die Vorrichtung 100 zum Ausstossen ist zwar relativ klein in der Bauabmessung und hat zu einem Teil schon Platz zwischen den Ankerstellen 80, 80'. Die von der Formaufspannplatte 3 abgewandte Seite der Vorrichtung 100 ragt trotzdem etwa zur Hälfte über die Ankerstelle 80, 80' hinaus. Die Figur 3 zeigt etwa die praxisgemässen Proportionen der verschiedenen Bauteile. Ersichtlich hat der Elektromotor 10 keinen Platz zwischen dem Tragrahmen 1 sowie dem Kniegelenk 81 . Zwischen Antriebsmotor 10 sowie dem Tragrahmen 1 ist die Motorwelle mit einem Antriebswellenstück 82 sowie einem Kupplungsteil 83 mit einem Achsstummel 40 einer Kurbelwelle 14 verbunden (Figur 5). Das Antriebswellenstück ist durch eine Aussparung 84 durch das Kniegelenk 81 hindurchgeführt. Die Vorrichtung für das Ausstossen von Spritzgussteilen wird aber als eine untergeordnete Funktion betrachtet und muss deshalb zwischen den übrigen Bauteilen eingepasst werden. Es wird dabei gleichsam um jeden Zentimeter gerungen. Hierzu wird auch Bezug genommen auf die ganze Kniehebelbewegung für Formbewegung, wie sie in den Figuren 9 und 10 dargestellt ist. Der Antriebsmotor 10 ist über eine Tragplatte 85 mit der Formaufspannplatte fest verbunden.

Die Figur 4a zeigt einen geteilten Tragrahmen 1 . Das obere Wandteil 16 ist montier- und demontierbar und über Schrauben 90 mit den beiden Wandteilen 18 und 19 zu einem kräftigen Rahmen verbunden. Durch die Wegnehmbarkeit des oberen Wandteiles kann der Kurbelantrieb mit den Lagern auf einfache Art eingebaut werden. Die Figur 4a zeigt ferner eine Möglichkeit für den Einbau von Spannfederpaketen 91 . Das Spannfederpaket 91 hat ein Federgehäuse 92 sowie eine Spannfeder 93, welche über einen Stosszapfen 94 sowie eine Schulter 95 spannbar ist, dadurch dass die Gleitplatte 4 auf den Stosszapfen auffährt und diesen in Richtung des Federgehäuses 92 drückt. Die entsprechende Kraft steht bei der Umkehrbewegung der Gleitplatte 4 als Unterstützung für den Ausstoss der Spritzgussteile zur Verfügung.

Die Figur 5a zeigt einen Schnitt durch den Kurbelwellenteil und die Figur 5b eine Ansicht von oben gemäss Pfeil V. Die Figur 5a zeigt die verschiedenen Lagerstellen. Der Hebel 47 ist über Lager 50 sowie der Drehzapfen 46 in den Hebeln 43 und 44, der Achsstummel 41 über Lager 51 in dem oberen Wandteil 16 und der Achsstummel 40 in dem unteren Wandteil 17 über Lager 52 gelenkig gelagert. Der Hebel 47 bildet rnit der Lagerstelle 48 eine gelenkige Verbindung mit der Gleitplatte 4. Das Gelenk besteht aus einem Drehzapfen 53, Lager 54 sowie einem Stehlager 55, das fest mit der Gleitplatte 4 über die Fixationsstelle 36 verschraubt ist (Figur 2). Die entsprechende Lagerverbindung kann im Falle einer Gusslösung auch in der Gussform ausgebildet werden. In der Figur 4b erkennt man den Bewegungskreis 60, der durch die Kurbel bzw. die Hebel 43, 44 benötigt wird. Weil der Tragrahmen nach hinten offen ist, liegt der hintere Kreisbogen 60 um ein Mass X ausserhalb des Tragrahmens 1 . Die Linie 61 zeigt, dass der Raum nur im mittleren Teil für andere Elemente gesperrt ist. In der Figur 4b ist ferner der Einsatz einer Feder 62 als weiteres Beispiel dargestellt, welche in rückwärtiger Lage der Gleitplatte 4 einen Energiespeicher darstellt und bei Beginn des Ausstossvorganges zusätzlich zur motorischen Kraft nutzbar ist.

Die Figuren 6a und 6b zeigen dreidimensional den Hebelantrieb schematisiert dargestellt. Das Bezugszeichen 13 ist die Drehachse und 14 die Kurbelwelle als Ganzes. Die Drehachse 13 ist das Drehzentrum sowohl für den unteren Achsstummel 40 wie für den oberen Achsstummel 41 , welche beide fest in zwei Hebeln 43 und 44 verankert sind und über eine rückwärtige Verbindung 45 von der Funktion betrachtet ein einstückiges Teil bilden. Die zwei Hebel 43 und 44 weisen an ihren freien Enden einen Drehzapfen 46 mit dem Drehzentrum 42 auf. Am Drehzapfen 46 ist ein Hebel 47 gelenkig gelagert, welcher am frei abstehenden Ende eine Lagerstelle 48 aufweist. Die Figur 6b zeigt eine andere Ausgestaltung des Hebelantriebes auf. Mit den Bezugszeichen 49 ist eine Zahnwellenverbindung angedeutet, welche mit dem Drehzapfen 46 die beiden Hebel 43 und 44 starr verbindet. Beide Lösungen 6a und 6b erlauben, die Lager 50 als ungeteilte Lager auszubilden.

Die Figur 7 zeigt einen berechneten Kraftverlauf am Kreuzkopf über den Kreuzkopfweg.

Die Figur 8 zeigt den Kraftverlauf über dem Hub für die Gleitplatte bzw. die Auswerferstifte. Die Kurve 70 zeigt eine typische Kennlinie des Kurbel-Kraftverlaufes, wobei etwa 150 - 1 60° eines Kurbelkreises dargestellt sind. Je nach speziellen Anforderungen ist es aber auch möglich, den vollen Halbkreis, oder zumindest für die Lösekraft die Nähe des Totpunktes der Kurbelbewegung miteinzuschliessen. Im Regelfall wird der eigentliche Totpunktbereich nicht ausgenutzt, weil dort die Funktion Kraft und Weg nur mit besonderen Aufwendungen sinnvoll nutzbar wäre. Die Figur 8 stellt nur den qualitativen Verlauf dar. Dieser zeigt, dass mit einer Zusatzfeder bzw. Spannfeder der elektromotorische Aufwand des Elektromotors spürbar verkleinert werden kann. Der Ausdruck Max-Kraft ergibt sich als Differenz zwischen den beiden Kurven 70 sowie der entsprechenden Federcharakteristik 71. Ein besonderer Vorteil ergibt sich, wenn eine Feder 71 ' nicht einfach über den ganzen Hub wirkt, sondern gezielt in dem Bereich des Lösehubes, etwa dem Bereich des ersten Drittels des Hubes, für den Lösehub konzipiert ist, wie mit der Kurve 71 dargestellt ist.

Die Hauptkraft wird für den Lösehub benötigt, also das Loslösen, der Spritzgussteile von der Form. Die Motorstärke bzw. Motorgrösse richtet sich nach dem Kraft- bzw. Drehmomentaufwand für den Lösehub. Der Lösehub bzw. die entsprechend erforderliche Kraftspitze wird nur über einen sehr kurzen Hub von etwa 1 - 30 Millimetern, vorzugsweise etwas 3 - 7 mm benötigt. Dies im Verhältnis zu einem totalen Weg von 120 Millimetern. Für die Rückwärtsbewegung der Auswerferstifte muss motorisch nur die Reibung überwunden werden. In dieser Phase kann die grösstmögliche Motorkraft zum Spannen der Feder ausgenutzt werden. Die so gespeicherte Kraft steht für den Lösehub voll zur Verfügung, so dass einerseits die Vorteile der Kurbelkraft und anderseits die Federkraft gleichzeitig für den Lösehub nutzbar sind. Dies erlaubt, die Motorgrösse gleichsam auf die Hälfte zu reduzieren.

Die Figuren 9 und 10 zeigen mit einem grösseren Ausschnitt eindrücklich die baulichen Vorteile der neuen Lösung, wobei sich diese ganz besonders gut in die engen Raumverhältnisse einfügt.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Ausstossen von Spritzgiessteilen aus Spritzgiessformen mit elektromotorischem Antrieb für die Auswerferstifte, d adu rc h g e ke n nze i chn et, dass der elektromotorische Antrieb zumindest im letzten Abschnitt der Rückfahrbewegung zur Kraftspeicherung ausgenützt wird und insbesondere eine Feder spannt, wobei die gespeicherte Federspannkraft zu Beginn der Ausstossbewegung das Losbrechen der Spritzgiessteile unterstützt.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurc h g e kennz eich net, dass die Federcharakteristik angenähert der Steilheit des Kraftverlaufes beim Losbrech-Lösehub liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, d a durch g ek en nz e i chnet, dass die Federcharakteristik bei einer totalen Ausstossbewegung von 120 mm einem Lösebrech-Lösehub 1 -30 mm, vorzugsweise 3 - 7 mm, angepasst ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d adu rc h g e ke n nzeic h net, dass die Federkraft in Kombination mit einem Kurbeltrieb eingesetzt wird, zur Addierung des Kurbelkraftmaximums in Totpunktnähe mit dem sinngemassen Maximum der gespannten Federkraft.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d adurc h g eken nz e i ch net, dass die Feder als vorgespanntes Federpaket ausgebildet ist, wobei vorzugsweise zwei oder mehr Federpakete zumindest angenähert symmetrisch zu den Auswerfertiften angeordnet werden.

6. Vorrichtung zum elektromotorisch steuerbaren Ausstossen von Spritzgiessteilen aus Spritzgiessformen mittels Auswerferstiften, d adu rc h g e ke n n z e i c h net, dass der elektromechanische Antrieb einen Federkraftspeicher aufweist, wobei die Feder insbesondere im letzten Abschnitt der Rückfahrbewegung spannbar ist, zur mindestens teilweisen Nachbildung des Kraftbedarfmaximums für den Lösehub und besonders das Losbrechen der Spritzgiessteile aus der Spritzgiessform.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, d a du rc h ge ke n nz e i c h net, dass der Federkraftspeicher als ein oder mehrere vorgespannte Federpakete ausgebildet ist, welche zwischen einem Antriebsgehäuse und einer, die Auswerferstiften tragenden Gleitplatte derart angeordnet sind, dass mit der Gleitplattenbewegung der Federkraftspeicher aktiviert wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, d a du rch g e ke n nze i c h n et, dass der Federkraftspeicher zwischen einem Antriebsgehäuse und einer die Auswerferstiften tragenden Gleitplatte angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, d ad u rc h g e ke n nze i c h n et, dass der elektromechanische Antrieb eine Kurbel- oder einen Exzenterübertrieb in Kombination mit dem Federkraftspeicher aufweist, zur angenäherten Nachbildung des Kraftbedarfmaximums für den Lösehub und besonders das Losbrechen der Spritzgiessteile aus der Spritzgiessform.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, d adu rc h g e ke n nze i c h n et, dass der Antriebsmotor als Servomotor ausgebildet ist und über ein Reduktionsgetriebe die Kurbelwelle antreibt, wobei dem Antriebsmotor vorzugsweise eine mechanisch wirksame Bremse zugeordnet ist zur zyklischen Entlastung des Antriebsmotores.

11. Vorrichtung zum Ausstossen von Spritzgussteilen aus Spritzgiessformen, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der die Auswerferstiftbewegung elektromotorisch steuerbar und mit einer Gleitplatte sowie über einen Hebelaηtrieb erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebelantrieb in einem Tragrahmen gelagert ist, der mit mindestens drei, vorzugsweise vier, als Gleitführungen für die Gleitplatte ausgebildete Führungssäulen gegenüber der Aufspannplatte abgestützt und vorzugsweise auch nach hinten, in entgegengesetzter Richtung zu der Ausstossrichtung, offen ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungssäulen in einer Drei- bzw. Vierecklage zueinander angeordnet sind und den Tragrahmen peripher abstützen, wobei der Tragrahmen quer zur Ausstossrichtung zumindest angenähert eine viereckige Querschnittsform hat und die Führungssäulen jeweils in den vier Eckbereichen angeordnet sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der im Tragrahmen über eine Drehachse gelagerte Antriebshebelteil in den zwei gegenüberliegenden Wandteilen gelagert und gabelförmig als Kurbelwelle ausgebildet ist und das Antriebshebelteil vorzugsweise einstückig ausgebildet ist mit zwei fest darin verankerten Drehachsstummeln, und/oder eine feste, rückwärtige Verbindung aufweist, welche gegenüber der Lagerstelle des Übertriebshebelteils angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Tragrahmen und der Spritzgiessform mindestens eine in Bezug auf die Gleitplatte wirksame Spannfeder angeordnet ist zur Reduktion der Motorleistung im Drehmoment- bzw. Kraftmaximum des Hebelantriebes, wobei mindestens eine Spannfeder im Zentrum der Gleitplatte angreifend oder mindestens zwei Spannfedern auf einer gemeinsamen Ebene symmetrisch zum Zentrum der Gleitplatte angeordnet ist bzw. sind.