WO2005002829A2 - Maschine, insbesondere spritzgiessmaschine, mit einem kraftsensor - Google Patents

Maschine, insbesondere spritzgiessmaschine, mit einem kraftsensor Download PDF

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Definitions

  • Machine in particular injection molding machine, with a force sensor
  • the invention relates to a machine with a rotary and linearly driven machine part and with a force sensor for measuring the force exerted on this machine part.
  • the invention relates to an injection molding machine with a force sensor for determining the back pressure and / or injection pressure exerted on the screw of the injection molding machine.
  • plastic material is melted by the screw during the plasticizing process and conveyed into the screw cavity.
  • the screw is designed as a pusher screw with which the plastic melt is to be injected into the mold of the injection molding machine, the screw is first moved backwards during the plasticizing process and then moved forward for the injection.
  • a so-called back pressure is exerted on the screw by the plastic melt located in the screw vestibule, which leads to a slight deformation of the components in the force flow in the force flow between the screw and the screw drive. From this deformation, the force exerted on the screw and, via the cross section of the screw, the dynamic pressure in the screw antechamber can be determined.
  • the injection pressure prevailing in the screw antechamber during injection leads to a deformation of the components in the power flow, so that by measuring the deformation, the force exerted on the screw during injection and the injection pressure across the cross section of the screw can be determined.
  • the force flow has the highest density in this machine part, so that a force measurement on or in this machine part can be regarded as advantageous.
  • the object of the invention is to specify a machine in which the force is exerted on a rotary and linear-driven machine part high precision can be measured.
  • the invention is based on the object of specifying an injection molding machine in which the back pressure and / or injection pressure (generally the pressure in the screw antechamber) can be determined both with high precision and in a comparatively simple manner.
  • the force sensor is arranged between the rear end of the screw and the rotary drive shaft of the screw makes it easy to install and - unlike force sensors inside the screw - easily accessible.
  • a measurement amplifier that rotates with the screw or the drive shaft and a measurement transmitter that rotates with the screw or the drive shaft are also provided.
  • the measured value receiver can be provided on a housing part in a rotationally fixed, in particular stationary.
  • slip ring or inductive transmitters can be provided to transmit the measured values from the rotating transmitter to the stationary receiver.
  • Both slip ring and inductive transformers are designed for rotational movements.
  • contactless transmission methods such as infrared or radio transmission method.
  • Typical radio transmission frequencies are 433 MHz, 868 MHz and more recently in the 2.4 GHz band (Bluetooth).
  • slip ring and / or inductive transmitters can be provided for the energy supply of the rotating parts such as force sensor, measuring value amplifier and measuring value transmitter, provided that no axial movements of these parts are to take place.
  • energy can be used co-rotating solar cells are provided, which are irradiated by stationary light sources. If necessary, rotating batteries can also be provided.
  • the force sensor is arranged on the coupling between the rear end of the worm and the drive shaft and that a disc is attached to this coupling, on which the other rotating parts such as measuring value amplifiers, transmitters and solar cells are attached.
  • the receiver for the measured values and the light sources for the solar cells can be accommodated in suitable locations in the housing.
  • a measuring chain can therefore be set up, in which both the measured value transmission and the energy supply take place without contact. This means that you are completely free to attach the receiver, i.e. it does not matter whether there is a rotational and / or translational relative movement between the receiver and the transmitter. Likewise, one is independent in the energy supply of such relative movements between the energy source and the consumer if the energy supply takes place with rotating solar cells which are irradiated by stationary light sources.
  • 1 shows a plasticizing and injection unit of an injection molding machine with a direct drive of the screw; 2 basic circuit diagram for the force measurement according to the invention with radio transmission of the measured values; Fig. 3 detail of the measuring device with slip ring transmitter and battery; Fig. 4 Detail of the measuring device with inductive transmission for the measured values and slip ring transmitters for energy supply.
  • FIG. 1 shows the rear sections of the screw cylinder 1 and the screw 2 mounted therein of an injection molding machine that is otherwise not shown in detail.
  • the worm cylinder 1 is arranged in a housing 3 to which a first 4 and a second hollow shaft motor 5 are fastened.
  • the worm 2 is via a clutch 20 fastened with its journal 40 in a movement spindle 6 as the drive shaft of the worm, the movement spindle 6 being guided in a spindle nut 7. It is a ball screw drive.
  • the spindle nut 7 is the hollow shaft of the first hollow shaft motor 4, which is supported directly in the motor housing by means of an axial bearing 8.
  • a drive pin 11 projects, which is also provided with axial grooves 12 and is thus coupled to the movement spindle 6 in a rotationally fixed but axially displaceable manner.
  • the drive pin 11 is fixedly connected to the hollow shaft 13 of the second hollow shaft motor 5, which surrounds the drive pin 11 leaving an annular space 14 free.
  • the hollow shaft 13 is supported directly in the motor housing by means of an axial bearing 15.
  • the hollow shaft motors 4 and 5 are transverse flux motors with cylindrical magnets 16 and 17, which are surrounded on both sides by windings 18 and 19.
  • the worm 2 basically performs two movements.
  • injecting the screw is pushed axially forward and does not rotate.
  • plasticizing the screw 2 rotates and is pushed axially backwards by the plasticized material that is conveyed into the screw antechamber (not shown here).
  • a defined counterforce dynamic pressure
  • the hollow shaft motors 4 and 5 are operated as follows:
  • the first hollow shaft motor 4 rotates the spindle nut 7 and the worm 2 is moved axially (to the left in FIG. 1).
  • the second hollow shaft motor 5 remains stationary.
  • the second hollow shaft motor 5 rotates the screw 2 over the drive pin 11 at the required plasticizing speed.
  • the first hollow shaft motor 4 rotates at approximately the same speed as the second hollow shaft motor 5. The return speed of the screw 2 results from the speed difference.
  • the device for force measurement according to the invention is accommodated in the free space 21.
  • a force sensor 22 is arranged between the clutch 20 and the drive shaft 6, for example a force sensor with strain gauges or a piezoelectric force sensor.
  • a disk 23 mounted on the clutch 20 serves for mounting a measured value amplifier 24 and a transmitter 25 (measured value transmitter) for transmitting the measured values of the force sensor 22.
  • 23 solar cells 26 are mounted on the pane, which are irradiated by stationary light sources 27 and for supplying power to the force sensor 22, amplifier 24 and transmitter 25 serve.
  • a receiver unit 28 (measured value receiver), consisting of the actual receiver 29 and a controller 30, which are connected to one another via lines of the type RS232, RS485 or similar type; A D / A converter 31 can optionally be provided (see FIG. 2).
  • On the worm clutch 20 are thus rotatably and slidably attached: force sensor 22, amplifier and A / D converter 24, transmitter 25 and the solar cells 26.
  • receiver 29 with controller 30 and the light sources 27 are fixed in place in the housing 3: receiver 29 with controller 30 and the light sources 27.
  • the stationary parts in the receiver unit 28 can be supplied in a wire-bound manner in a conventional manner.
  • the electrical lines between the individual rotating components of the measuring device are not shown for the sake of clarity; rather, the wiring of these components is within the scope of expert knowledge.
  • the dynamic pressure and the injection pressure are measured as described below. Since the force sensor 22 is in the flow of force between the worm 2 and the drive shaft 6, for example in the case of a force sensor 22 equipped with strain gauges, an expansion will take place due to the dynamic pressure or the injection pressure.
  • This measurement signal is converted by the amplifier and A / D converter 24 into an electrical signal, passed on to the transmitter 25 via a line of the RS232 type and transmitted by radio to the fixed receiver 29. From there, the signal is forwarded to the controller 30 and evaluated, for example fed to the machine controller, in order to process it there (with, for example, data processing programs for controlling the plasticizing and injection process).
  • Typical frequencies such as 433 MHz, 868 MHz or the BlueTooth standard in the 2.4 GHz band can be used for radio transmission.
  • the data transmission between transmitter 25 and receiver 29 can also be bidirectional, so that signals from the receiver unit 28, for example
  • the zero point setting of the force sensor 22 can be transmitted to the transmitter 25 and can be passed on from there to the force sensor 22.
  • the measured value is transmitted between the measured value transmitter 25 and the measured value receiver 28 by means of a slip ring transmitter 41, and a battery 43 is provided for supplying energy to the electronic components.
  • a further force sensor 22 is additionally mounted on the journal 40. If necessary, the force sensor 22 between the journal 40 and the drive shaft 6 can then be dispensed with.
  • the measured value is transmitted between the measured value transmitter 25 and the measured value receiver 28 by means of an inductive transmitter 42.
  • the rotating electronic components are supplied with power from a fixed voltage source 44 via a slip ring transmitter 41.
  • the invention has been described in the context of an injection molding machine.
  • the idea of force measurement on a rotary and linearly driven machine part by means of a rotating force sensor, a possibly also rotating measuring amplifier, as well as a rotating measuring transmitter or general measuring transmitter and a stationary measuring receiver can also be used in other technical areas where the force to be measured on a rotary and linear driven machine part.

Abstract

Beschrieben wird eine Spritzgiessmaschine mit einem Kraftsensor (22) zur Bestimmung des auf die dreh- und linearangetriebene Schnecke (2) der Spritzgiessmaschine ausgeubten Stau- und/oder Einspritzdrucks. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Kraftsensor (22) zwischen dem hinteren Ende der Schnecke (2) und der Antriebswelle (6) der Schnecke (2) angeordnet ist, dass ein mit der Schnecke (2) und/oder der Antriebswelle (6) mitrotierender Messwertverstärker (24) sowie ein mit der Schnecke (2) und/oder der Antriebswelle (6) mitrotierender Sender (25) vorgesehen sind und dass desweiteren eine drehfeste Empfängereinheit (28) vorgesehen ist. Zur Messwertübertragung zwischen den rotierenden und gegebenenfalls auch axial bewegten Teilen und dem dreh- bzw. ortsfesten Empfänger (28) kann eine Funkübertragung, beispielweise nach dem Bluetooth-Standard, vorgesehen werden. Zur Energieversorgung der rotierenden und gegebenenfalls auch axial bewegten Teile dienen beispielsweise mitrotierende Solarzellen (26), die von im Gehäuse (3) montierten Lichtquellen (27) bestrahlt werden. Die erfindungsgemässe Kraftmessung kann allgemein bei dreh- und linearangetriebenen Maschinenteilen vorgesehen werden.

Description

Maschine, insbesondere Spritzgießmaschine, mit einem Kraftsensor
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Maschine mit einem dreh- und linearangetriebenen Maschinenteil sowie mit einem Kraftsensor zur Messung der auf dieses Maschinenteil ausgeübten Kraft. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Spritzgießmaschine mit einem Kraftsensor zur Bestimmung des auf die Schnecke der Spritzgießmaschine ausgeübten Stau- und/oder Einspritzdrucks.
Bei einer Spritzgießmaschine wird während des Plastifiziervorgangs von der Schnecke Kunststoff material aufgeschmolzen und in den Schneckenvorraum gefördert. Wenn die Schnecke als Schubschnecke ausgebildet ist, mit der die Kunststoffschmelze in das Werkzeug der Spritzgießmaschine eingepritzt werden soll, wird die Schnecke während des Plastifiziervorgangs zunächst nach hinten und für das Einspritzen anschließend nach vorne bewegt. Während des Plastifiziervorgangs wird von der im Schneckenvorraum befindlichen Kunststoffschmelze ein sogenannter Staudruck auf die Schnecke ausgeübt, der im Kraftfluss zwischen der Schnecke und dem Schneckenantrieb zu einer geringen Verformung der im Kraftfluss befindlichen Bauteile führt. Aus dieser Verformung kann die auf die Schnecke ausgeübte Kraft und über den Querschnitt der Schnecke der Staudruck im Schneckenvorraum bestimmt werden. In gleicher Weise, allerdings um ein Vielfaches höher, führt der während des Einspritzens im Schneckenvorraum herrschende Einspritzdruck zu einer Verformung der im Kraftfluss befindlichen Bauteile, so dass durch Messung der Verformung die auf die Schnecke beim Einspritzen ausgeübte Kraft und über den Querschnitt der Schnecke der Einspritzdruck bestimmt werden kann.
Zur Bestimmung des Staudruckes ist es aus der EP 0 230 488 B2 bekannt, auf dem Gehäuse des Linearantriebs einen Dehnmessstreifen zu montieren, um aus der Verformung des Gehäuses und der damit einhergehenden Verformung der Dehnmessstreifen die auf die Schnecke beim Dosiervorgang ausgeübte Kraft zu bestimmen und daraus den Staudruck zu ermitteln.
Es ist femer in verschiedenen Ausgestaltungen bekannt, zur Bestimmung der auf die Schnecke ausgeübten Kraft einen Kraftsensor zwischen dem an der Schnecke angekoppelten Drehantrieb und dem die gesamte Einheit aus Drehantrieb und Schnecke axial verschieblichen Linearantrieb vorzusehen (EP 0 331 735 B1 , EP 0 350 872 B1 , EP 0 967 064 B1 , US 6,309,203 B1 ).
Bei einem Direktantrieb einer Schnecke, bei dem die Antriebswelle sowohl dreh- als auch linearangetrieben ist, wie dies beispielsweise in der DE 43 44 335 C2 beschrieben ist, kann der Kraftsensor nicht in der zuvor beschriebenen Art und Weise angeordnet werden.
Aus der DE 101 14 006 A1 ist es bekannt, einen Kraftsensor außen an einem sich verformenden Gehäuseteil anzubringen oder in der Schnecke eine Achswellenbohrung vorzusehen und dort einen Messstab einzubauen, mit dessen Hilfe eine Stauchung und/oder Verdrillung erfasst werden kann.
Da der Kraftfluss die höchste Dichte in der Schnecke aufweist, wird es als vorteilhaft angesehen, an oder in der Schnecke eine Kraftmessung vorzunehmen. Die Außenseite der Schnecke scheidet aus, da sie mit dem festen und dem später mehr und mehr aufgeschmolzenen Kunststoff in Kontakt ist, was eine Beschädigung des Kraftsensors zur Folge hätte. Die zuvor geschilderte Variante gemäß der DE 101 14 006 A1 mit der Achswellenbohrung in der Schnecke ist vergleichsweise aufwändig zu realisieren und dürfte aus Kostengründen nur selten in Erwägung gezogen werden.
In analoger Weise weist auch bei anderen Maschinen mit einem dreh- und linearangetriebenen Maschinenteil, beispielsweise bei einer Bohr- oder Fräsmaschine, der Kraftfluss die höchste Dichte in diesem Maschinenteil auf, so dass eine Kraftmessung an oder in diesem Maschinenteil als vorteilhaft anzusehen ist.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Maschine anzugeben, bei der die Kraft auf ein dreh- und linearengetriebenes Maschinenteil mit hoher Präzsion gemessen werden kann. Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Spritzgießmaschine anzugeben, bei der der Stau- und/oder Einspritzdruck (allgemein der Druck im Schneckenvorraum) sowohl mit hoher Präzision als auch auf vergleichsweise einfache Art und Weise bestimmt werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch eine Maschine mit den Merkmalen von Anspruch 1 bzw. durch eine Spritzgießmaschine mit den Merkmalen von Anspruch 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen finden sich in den Unteransprüchen.
Dadurch, dass der Kraftsensor zwischen dem hinteren Ende der Schnecke und der drehangetriebenen Antriebswelle der Schnecke angeordnet ist, ist dieser einfach zu montieren und - im Gegensatz zu Kraftsensoren im Innern der Schnecke - leicht zugänglich. Zur Auswertung der Signale sind weiters ein mit der Schnecke bzw. der Antriebswelle mitrotierender Messwertverstärker sowie ein mit der Schnecke bzw. der Antriebswelle mitrotierender Messwert-Sender vorgesehen. Der Messwert-Empfänger kann drehfest, insbesondere ortsfest an einem Gehäuseteil vorgesehen sein.
Zur Übertragung der Messwerte von dem rotierenden Sender auf den ruhenden Empfänger können prinzipiell Schleifring- oder Induktivübertrager vorgesehen werden. Sowohl Schleifring- als auch Induktivübertrager sind für Rotationsbewegungen ausgelegt. Wenn allerdings auch Axialbewegungen zwischen dem Messwert-Sender an der Schnecke bzw. der Antriebswelle und dem ruhenden Messwert-Empfänger erfolgen, wie dies beispielsweise bei einem Antrieb gemäß DE 43 44 335 C2 der Fall wäre, bieten sich berührungslose Übertragungsverfahren an, wie beispielsweise Infrarot- oder Funkübertragungsverfahren. Typische Funkübertragungsfrequenzen liegen bei 433 MHz, 868 MHz und neuerdings auch im 2,4 GHz-Band (Bluetooth).
Zur Energieversorgung der sich drehenden Teile wie Kraftsensor, Messwertverstärker und Messwert-Sender können, sofern keine axialen Bewegungen dieser Teile erfolgen sollen, die oben erwähnten Schleifring- und/oder Induktivübertrager vorgesehen werden. Um unabhängig davon zu sein, ob nur eine Drehbewegung oder zusätzlich auch eine axiale Relativbewegung zwischen den rotierenden Teilen der Messeinrichtung und den ortsfesten Teilen vorliegt, können zur Energieversorgung mitrotierende Solarzellen vorgesehen werden, die von ortsfesten Lichtquellen bestrahlt werden. Gegebenenfalls können auch mitrotierende Batterien vorgesehen werden.
In einer vergleichsweise einfachen Ausgestaltung ist vorgesehen, das der Kraftsensor an der Kupplung zwischen dem hinteren Ende der Schnecke und der Antriebswelle angeordnet ist und dass auf dieser Kupplung eine Scheibe angebracht wird, auf der die weiteren rotierenden Teile wie Messwertverstärker, Sender und Solarzellen befestigt sind. Der Empfänger für die Messwerte und die Lichtquellen für die Solarzellen können an geeigneten Stellen ortsfest im Gehäuse untergebracht werden.
Es kann also eine Messkette aufgebaut werden, bei der sowohl die Messwertübertragung als auch die Energiezuführung berührungslos erfolgt. Damit ist man in der Anbringung des Empfängers völlig frei, d.h. es spielt keine Rolle, ob zwischen dem Empfänger und dem Sender eine rotatorische und/oder translatorische Relativbewegung erfolgt. Ebenso ist man in der Energieversorgung von solchen Relativbewegungen zwischen der Energiequelle und dem Verbraucher unabhängig, wenn die Energieversorgung mit mitrotierenden Solarzellen erfolgt, die von ortsfesten Lichtquellen bestrahlt werden.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1 Plastifizier- und Einspritzeinheit einer Spritzgießmaschine mit Direktantrieb der Schnecke; Fig. 2 Prinzipschaltbild für die erfindungsgemäße Kraftmessung mit Funkübertragung der Messwerte; Fig. 3 Detail der Messeinrichtung mit Schleifringübertrager und Batterie; Fig. 4 Detail der Merseinrichtung mit Induktivübetrager für die Messwerte und Schleifringübertrager zur Energieversorgung.
Die Figur 1 zeigt die rückwärtigen Teilstücke des Schneckenzylinders 1 und der darin gelagerten Schnecke 2 einer ansonsten nicht näher dargestellten Spritzgießmaschine. Der Schneckenzylinder 1 ist in einem Gehäuse 3 angeordnet, an dem ein erster 4 und ein zweiter Hohlwellenmotor 5 befestigt sind. Die Schnecke 2 ist über eine Kupplung 20 mit ihrem Achszapfen 40 in einer Bewegungsspindel 6 als Antriebswelle der Schnecke befestigt, wobei die Bewegungsspindel 6 in einer Spindelmutter 7 geführt ist. Es handelt sich dabei um einen Kugelspindelantrieb. Die Spindelmutter 7 ist die Hohlwelle des ersten Hohlwellenmotors 4, die mittels einer Axiallagerung 8 direkt im Motorgehäuse abgestützt ist. In einer mit Axialnuten 9 versehenen Ausnehmung 10 der Bewegungsspindel 6 ragt ein Antriebszapfen 11 , der ebenfalls mit Axialnuten 12 versehen ist und somit mit der Bewegungsspindel 6 drehfest, aber axial verschieblich gekoppelt ist. Der Antriebszapfen 11 ist mit der Hohlwelle 13 des zweiten Hohlwellenmotors 5 fest verbunden, die den Antriebszapfen 11 unter Freilassung eines Ringraumes 14 umgibt. Die Hohlwelle 13 ist mittels einer Axiallagerung 15 direkt im Motorgehäuse abgestützt. Die Hohlwellenmotoren 4 und 5 sind Transversalflußmotoren mit zylindrischen Magneten 16 und 17, die jeweils beidseitig von Wicklungen 18 und 19 umgeben sind.
Im Betrieb führt die Schnecke 2 prinzipiell zwei Bewegungen aus. Beim Einspritzen wird die Schnecke axial nach vorne geschoben und rotiert nicht. Beim Plastifizieren rotiert die Schnecke 2 und wird durch das aufplastifizierte und in den Schneckenvorraum (hier nicht dargestellt) geförderte Material axial nach hinten geschoben. Dabei wird eine definierte Gegenkraft (Staudruck) aufgebracht.
Beim Einspritzen und Plastifizieren werden die Hohlwellenmotoren 4 und 5 wie folgt betrieben:
Einspritzen: Der erste Hohlwellenmotor 4 dreht die Spindelmutter 7 und die Schnecke 2 wird axial (in der Figur 1 nach links) verschoben. Der zweite Hohlwellenmotor 5 bleibt drehfest stehen.
Plastifizieren: Der zweite Hohlwellenmotor 5 dreht die Schnecke 2 über den Antriebszapfen 11 mit der erforderlichen Plastifizierdrehzahl. Der erste Hohlwellenmotor 4 dreht mit annähernd gleicher Drehzahl wie der zweite Hohlwellenmotor 5. Aus der Drehzahldifferenz ergibt sich die Rücklaufgeschwindigkeit der Schnecke 2.
Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Kraftmessung ist in dem Freiraum 21 untergebracht. Zwischen der Kupplung 20 und der Antriebswelle 6 ist ein Kraftsensor 22 angeordnet, zum Beispiel ein Kraftsensor mit Dehnmeßstreifen oder ein piezoelektrischer Kraftsensor. Eine auf der Kupplung 20 angebrachte Scheibe 23 dient zur Montage eines Messwertverstärkers 24 sowie eines Senders 25 (Messwert-Sender) zur Übertragung der Messwerte des Kraftsensors 22. Desweiteren sind auf der Scheibe 23 Solarzellen 26 angebracht, die von ortsfesten Lichtquellen 27 bestrahlt werden und zur Energieversorgung von Kraftsensor 22, Verstärker 24 und Sender 25 dienen. An einer Innenwand des Gehäuses 3 befindet sich eine Empfängereinheit 28 (Meßwert- Empfänger), bestehend aus dem eigentlichen Empfänger 29 und einer Steuerung 30, die über Leitungen vom Typ RS232, RS485 oder ähnlicher Art miteinander verbunden sind; optional kann ein D/A-Wandler 31 vorgesehen werden (siehe Figur 2). An der Schneckenkupplung 20 sind somit dreh- und verschiebbar befestigt: Kraftsensor 22, Verstärker und A/D-Wandler 24, Sender 25 sowie die Solarzellen 26. Demgegenüber sind ortsfest im Gehäuse 3 angebracht: Empfänger 29 mit Steuerung 30 sowie die Lichtquellen 27. Die Energieversorgung der ortsfesten Teile in der Empfängereinheit 28 kann in herkömmlicher Weise drahtgebunden erfolgen. Die elektrischen Leitungen zwischen den einzelnen rotierenden Bauteilen der Messeinrichtung sind der besseren Übersicht halber nicht dargestellt; vielmehr liegt die Verdrahtung dieser Bauteile im Rahmen fachmännischen Könnens.
Die Messung des Staudrucks und des Einspritzdrucks erfolgt wie nachfolgend beschrieben. Da sich der Kraftsensor 22 im Kraftfluß zwischen der Schnecke 2 und der Antriebswelle 6 befindet, wird zum Beispiel bei einem mit Dehnmeßstreifen ausgestatteten Kraftsensor 22 aufgrund des Staudrucks bzw. des Einspritzdrucks eine Dehnung erfolgen. Dieses Messsignal wird von dem Verstärker und A/D-Wandler 24 in ein elektrisches Signal umgewandelt, über eine Leitung vom Typ RS232 an den Sender 25 weitergegeben und von diesem per Funk an den ortsfesten Empfänger 29 übertragen. Von dort wird das Signal an die Steuerung 30 weitergeleitet und ausgewertet, zum Beispiel der Maschinensteuerung zugeleitet, um es dort weiterzuverarbeiten (mit zum Beispiel Datenverarbeitungsprogrammen zur Steuerung des Plastifizier- und Einspritzvorgangs). Zur Funkübertragung können typische Frequenzen wie 433 MHz, 868 MHz oder der BlueTooth-Standard im 2,4 GHz-Band verwendet werden.
Die Datenübertragung zwischen Sender 25 und Empfänger 29 kann auch bidirektional ausgebildet sein, so dass zum Beispiel von der Empfängereinheit 28 Signale zur Nullpunktseinstellung des Kraftsensors 22 an den Sender 25 übertragen und von dort an den Kraftsensor 22 weitergegeben werden können.
Bei der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform erfolgt die Messwertübertragung zwischen dem Messwert-Sender 25 und dem Messwert-Empfänger 28 mittels eines Schleifringübertragers 41 und zur Energieversorgung der elektronischen Bauteile ist eine Batterie 43 vorgesehen. Ausserdem ist in Abwandlung zum ersten Ausführungsbeispiel zusätzlich ein weiterer Kraftsensor 22 auf dem Achszapfen 40 montiert. Gegebenenfalls kann dann auf den Kraftsensor 22 zwischen dem Achszapfen 40 und der Antriebswelle 6 verzichtet werden.
Bei der in Figur 4 dargestellten Ausführungsform erfolgt die Messwertübertragung zwischen dem Messwert-Sender 25 und dem Messwert-Empfänger 28 mittels eines Induktivübertragers 42. Die Energieversorgung der rotierenden elektronischen Bauteile erfolgt ausgehend von einer ortsfesten Spannungsquelle 44 über einen Schleifringübertrager 41.
Die Erfindung ist vorliegend im Zusammenhang mit einer Spritzgießmaschine beschrieben worden. Die Idee der Kraftmessung an einem dreh- und linearangetriebenen Maschinenteil mittels eines mitrotierenden Kraftsensors, eines gegebenenfalls ebenfalls mitrotierendem Messwertverstärkers, sowie einem mitrotierenden Messwert-Sender bzw. allgemein Messwertgeber und einem stationären Messwert-Empfänger ist jedoch auch in anderen technischen Bereichen anwendbar, wo die Kraft auf ein dreh- und linearangetriebenes Maschinenteil gemessen werden soll.
Bezugszeichenliste
Schneckenzylinder
Schnecke
Gehäuse
Erster Hohlwellenmotor
Zweiter Hohlwellenmotor
Bewegungsspindel (Antriebswelle)
Spindelmutter
Axiallagerung
Axial nuten
Ausnehmung
Antriebszapfen
Axialnuten
Hohlwelle des zweiten Hohlwellenmotors 5
Ringraum
Axiallagerung
Zylindrischer Magnet
Zylindrischer Magnet
Wicklung
Wicklung
Kupplung zwischen Schnecke und Antriebswelle
Freiraum
Kraftsensor
Scheibe
Verstärker
Sender
Solarzellen
Lichtquellen
Empfängereinheit
Empfänger
Steuerung
D/A-Wandler
Achszapfen Schleifringübertrager Induktivübertrager Batterie Ortsfeste Spannungsquelle (schematisch)

Claims

Patentansprüche
1. Maschine, insbesondere Spritzgießmaschine, mit einem dreh- und linearangetriebenen Maschinenteil, sowie mit einem Kraftsensor zur Messung der auf dieses Maschinenteil ausgeübten Kraft, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftsensor (22) an oder in dem dreh- und linearangetriebenen Maschinenteil (2, 40, 20, 6) mitrotierend angeordnet ist, dass ein mit dem Maschinenteil mitrotierender Messwert-Sender (25) vorgesehen ist und dass ein drehfester, insbesondere ortsfester, Meßwert-Empfänger (28) vorgesehen ist.
2. Maschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass an oder in dem dreh- und linerangetriebenen Maschinenteil (2, 40, 20, 6) ein mitrotierender Messwertverstärker (24) vorgesehen ist.
3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Messwertübertragung zwischen Messwert-Sender (25) und Messwert- Empfänger (28) Schleifring- (41) oder Induktivübertrager (42) vorgesehen sind.
4. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Messwertübertragung zwischen Messwert-Sender (25) und Messwert- Empfänger (28) Infrarot- oder Funkübertrager, beispielsweise nach dem Bluetooth-Standard, vorgesehen sind.
5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Energieversorgung der mitrotierenden Teile wie Kraftsensor (22), Messwertverstärker (24) und Messwert-Sender (25) Schleifring- (41) und/oder Induktivübertrager (42) und/oder Batterien (43) vorgesehen sind.
6. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Energieversorgung der mitrotierenden Teile wie Kraftsensor (22), Messwertverstärker (24) und Messwert-Sender (25) mitrotierende Solarzellen (26) vorgesehen sind.
7. Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bestrahlung der Solarzellen (26) drehfeste, insbesondere ortsfeste, Lichtquellen (27) vorgesehen sind, die beispielsweise an einem das Maschinenteil umgebenden Gehäuse (3) befestigt sind.
8. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das dreh- und linearangetriebene Maschinenteil (2, 40, 20, 6) aus wenigstens zwei Teilen besteht und der Kraftsensor (22) zwischen zwei Teilen angeordnet ist.
9. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit dem Maschinenteil mitrotierende Scheibe (23) vorgesehen ist und dass der Messwertverstärker (24) und/oder der Messwert-Sender (25) auf der Scheibe (23) befestigt sind.
10. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine Spritzgießmaschine handelt und dass das dreh- und linearangetriebene Maschinenteil wenigstens die Schnecke (2) und die drehangetriebene Antriebswelle (6) umfaßt.
11. Spritzgießmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das dreh- und linearangetriebene Maschinenteil desweiteren den Achszapfen (40) der Schnecke (2) und eine Kupplung (20) umfaßt.
12. Spritzgießmaschine nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftsensor (22) zwischen dem hinteren Ende der Schnecke (2) und der drehangetriebenen Antriebswelle (6) der Schnecke (2) angeordnet ist.
13. Spritzgießmaschine nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftsensor (22) auf dem Achszapfen (40) der Schnecke (2) angeordnet ist.
14. Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem hinteren Ende der Schnecke (2) und der drehangetriebenen Antriebswelle (6) eine Kupplung (20) vorgesehen ist und dass der Kraftsensor (22) auf der Seite der Antriebswelle (6) oder auf der Seite der Schnecke (2) angeordnet ist.
15. Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit der Schnecke (2) bzw. der Antriebswelle (6) mitrotierende Scheibe (23) vorgesehen ist und dass der Messwertverstärker (24) und/oder der Messwert- Sender (25) auf der Scheibe (23) befestigt sind.
16. Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (7) der Schnecke (2) ausschließlich drehangetrieben ist und dass ein separater Linearantrieb für die Axialbewegung der Schnecke (2) vorgesehen ist.
17. Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (7) der Schnecke (2) sowohl dreh- als auch linearangetrieben ist.
18. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass als Kraftsensor (22) eine Standard-Kraftmessdose oder ein Bauteil mit aufgeklebten Dehnmessstreifen oder ein Bauteil mit einem piezoelektrischen Kraftsensor vorgesehen ist.
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