WO2006005451A1 - Antriebseinheit - Google Patents

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WO2006005451A1
WO2006005451A1 PCT/EP2005/007105 EP2005007105W WO2006005451A1 WO 2006005451 A1 WO2006005451 A1 WO 2006005451A1 EP 2005007105 W EP2005007105 W EP 2005007105W WO 2006005451 A1 WO2006005451 A1 WO 2006005451A1
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Jörg Dantlgraber
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    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H2025/2062—Arrangements for driving the actuator
    • F16H2025/2096—Arrangements for driving the actuator using endless flexible members

Definitions

  • Driving force of the spindle nut during injection reduced by the amount of biasing force, so that the Hubspindelan extract, in particular in the operative engagement of the spindle nut with the spindle, is less heavily loaded.
  • the motor for driving the spindle nut can be designed according to lower performance.
  • the load measuring device is a load cell.
  • a pressure transducer or a voltmeter is also conceivable.
  • Figure 1 shows a first embodiment of a drive unit according to the invention

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Abstract

Offenbart ist eine Antriebseinheit, insbesondere für eine Einspritzeinheit oder einen Auswerfer einer Spritzgiessmaschine, mit einer Hubspindelanordnung, die eine Spindel und eine Spindelmutter hat, und mit einer Vorspannanordnung zum Vorspannen der Spindel, die in einer Bewegungsphase der Hubspindelanordnung entladbar und bei Ansteuerung der Spindel in entgegengesetzter Richtung aufladbar ist, wobei die Hubspindelanordnung und die Vorspannanordnung am gleichen Bauteil abgestützt sind, und wobei eine Belastungsmesseinrichtung zur Erfassung der auf die Spindel wirkende Belastung vorgesehen, die die auf das Bauteil wirkenden Kräfte aufnimmt.

Description

Beschreibung
Antriebseinheit
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit, insbesondere für eine Einspritzeinheit oder einen Auswerfer einer Spritzgießmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine derartige Antriebseinheit ist in der US 5,980,235 offenbart. Figur 4 zeigt eine Antriebseinheit für einen Auswerfer, die eine Hubspindelanordnung mit einer Spindelmutter und einer Spindel hat, über die eine Auswerferplatte axial bewegbar ist. Die Spindelmutter ist drehbar in einer Tragplatte angeordnet. Zur Unterstützung der Hubspindelanordnung bei einem Rückzug der Auswerferplatte sind zwischen dieser und der Auswerferplatte Federn angeordnet, die beim Vorschub der Auswerferplatte gespannt werden und sich beim Rückzug entsprechend entspannen.
Nachteilig an dieser Lösung ist, dass die Federn eine vom Weg abhängige Rückzugkraft aufweisen. Des Weiteren ist nachteilig, dass die Federn Ermüdungserscheinungen unterliegen, so dass bei längerer Verwendung eine NachJustierung erforderlich ist. Desweiteren ist die zur Regelung des Einspritzdrucks übertragbare Kraft nur aufwendig zu erfassen, da einerseits die von der Hubspindelanordnung_ und andererseits die von den Federn aufgebrachte Kraft erfasst werden müssen.
Die WO 02/085599 Al zeigt eine Antriebseinheit für einen Auswerfer, bei dem mittels Stoßimpulsen ein Spritzgießteil entformt werden soll. Dabei bildet eine
Hubspindelanordnung zusammen mit einer Auswerferplatte ein Schwingsystem, das in Axialrichtung schwingbar zwischen einem ersten und einem zweiten Federpaket angeordnet ist. Das erste Federpaket wird vorgespannt und beim Lösen einer Arretierung entspannt, so dass es auf das gegenüberliegende zweite Federpaket wirkt, wodurch das gesamte Federsystem in Schwingung versetzt wird. Zum Ausgleich von Reibverlusten wird die Hubspindelanordnung entsprechend der Schwingfrequenz des Schwingsystem motorisch angetrieben.
An dieser Lösung ist nachteilig, dass sich die Federkräfte praktisch gegenseitig aufheben und die motorische Antriebskraft der Hubspindelanordnung nicht oder nur unwesentlich unterstützen. Die Hubspindelanordnung wirkt vielmehr nur als Ausgleich für BewegungsVerluste der Federpakete. Ferner erfordert die motorische Ansteuerung der Hubspindelanordnung entsprechend der Schwingfrequenz eine aufwendige Steuerung. Weiterhin ist nachteilig, dass auch bei dieser Lösung der Einspritzkraftverlauf nur schwer zu erfassen ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Antriebseinheit, insbesondere für eine Einspritzeinheit oder einen Auswerfer einer Spritzgießmaschine, zu schaffen, die bei einem einfachen Aufbau eine Unterstützung der Kraft eines Antriebs während einer Ausfahrbewegung ermöglicht, wobei von der Antriebseinheit aufzubringende Kräfte leicht erfassbar sind.
Diese Aufgabe wird durch eine Antriebseinheit mit den Merkmalen nach dem Anspruch 1 gelöst.
Die Antriebseinheit hat eine Hubspindelanordnung mit einer Spindelmutter und einer Spindel. Zusätzlich hat die
Antriebseinheit eine Vorspannanordnung zum Vorspannen der Spindel, die in einer Bewegungsphase der Hubspindelanordnung entladbar und in Gegenrichtung aufladbar ist. Erfindungsgemäß stützen sich die Hubspindelanordnung und die Vorspannanordnung mittelbar oder über zwischengeschaltete Bauelemente am gleichen Bauteil ab. Des Weiteren ist erfindungsgemäß eine Belastungsmesseinrichtung zur Erfassung der auf die Spindel übertragenen Kräfte vorgesehen, wobei die auf das Bauteil wirkenden Kräfte aufgenommen werden.
Durch die Vorspannanordnung ist die Spindel vorgespannt, so dass die von einem Motor zum Antreiben der Spindelmutter aufzubringenden Bewegungskräfte in einer Richtung reduziert sind. Durch die Belastungsmesseinrichtung können dabei die auf die Hubspindelanordnung wirkenden Kräfte erfasst und in die Regelung der Maschine einbezogen werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Spindel in Ausfahrrichtung vorgespannt. Dadurch ist die
Antriebskraft der Spindelmutter beim Einspritzen um den Betrag der Vorspannkraft reduziert, so dass die Hubspindelanordnung, insbesondere im Wirkeingriffsbereich der Spindelmutter mit der Spindel, weniger stark belastet wird. Somit kann der Motor zum Antrieben der Spindelmutter entsprechend leistungsschwächer ausgelegt sein.
Der Rückzug erfolgt ebenfalls über die Hubspindelanordnung, wobei die Vorspannkraft nun gegen die Bewegungsrichtung der Spindel gerichtet ist. Da der Rückzug jedoch abgesehen von der Vorspannkraft nahezu kräftefrei erfolgt, hat der Motor zum Antreiben der Spindelmutter nur gegen die Vorspannkraft zu wirken. Bei geeigneter Wahl der Vorspannkraft hat die Hubspindelanordnung beim Ausfahren bzw. Vorschub die gleiche Kraft wie beim Rückzug aufzunehmen. Dies ist zum Beispiel dadurch realisierbar, dass die Vorspannkraft etwa der Hälfte der wirkenden Ξinspritzkraft entspricht.
Vorteilhafterweise wird die Vorspannanordnung von zumindest einem hydraulischen Zylinder gebildet, dem idealerweise ein Hydrospeicher zur Bereitstellung einer konstanten Vorspannkraft zugeordnet ist.
Bevorzugterweise ist die Belastungsmesseinrichtung eine Kraftmessdose. Es ist jedoch auch vorstellbar, einen Druckaufnehmer oder einen Spannungsmesser zu verwenden.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird der Vorspannanordnung zusätzlich ein Federspeicher zugeordnet.
Sonstige vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
Im Folgenden werden anhand schematischer Darstellungen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit, und
Figur 2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit.
Figur 1 zeigt eine Einspritzeinheit 2 für eine Spritzgießmaschine mit einer ersten erfindungsgemäßen
Antriebseinheit 4. Die Antriebseinheit 4 hat einen
Plastifizierantrieb 6, einen Einspritzantrieb 8 und eine
Vorspannanordnung 10.
Der Plastifizierantrieb 6 zum Plastifizieren ist an einem Maschinengestell 82 abgestützt (nicht dargestellt) und greift mittels eines Zahnrades 58 an einer stirnseitigen Verlängerung 12 einer Sennecke 14 an. Die Schnecke 14 hat zur drehsicheren Aufnahme des Zahnrades 56 Eingriffsflanken 76, so dass die Schnecke 14 bei Ansteuerung des Plastifizierantriebs 6 in eine entsprechende Drehung versetzt wird. Der Wirkeingriff des Plastifizierantriebs 6 mit der Verlängerung 12 ist derart ausgeführt, dass diese und somit die Schnecke 14 axial verschiebbar ist.
Die Schnecke 14 ist in einem beheizten Plastifizierzylinder 16 angeordnet, der über einen Einfülltrichter 18 mit Formmaterial befüllt werden kann. Durch Rotation der Schnecke 14 wird das Formmaterial in einen Sammelraum 20 zu einer nicht dargestellten stirnseitigen Einspritzdüse im Kopfbereich des Plastifizierzylinders 16 eingezogen und aufgeschmolzen. Die Verlängerung 12 hat an einem von der Schnecke 16 entgegengesetzten Endabschnitt einen umlaufenden Flansch 22, über den sie sich mit einem Axiallager 72 auf einer Traverse 24 abstützt.
Der Einspritzantrieb 8 zum Einspritzen des Formmaterials hat eine als Kugelrollgewinde ausgeführte Hubspindelanordnung mit einer Spindel 26 und einer Spindelmutter 28. Die von einem nicht dargestellten Motor angetriebene Spindelmutter 28 stützt sich über ein Axiallager 74 an einem Bauteil 54 ab. Im Bauteil 54 ist koaxial zur Spindel 26 eine Durchgangsbohrung 32 zur abschnittsweisen Aufnahme der Spindel 26 bei einem Rückzug (Bewegung nach rechts in Figur 1) ausgebildet. Das Bauteil 54 selber stützt sich über eine Kraftmessdose 30 an dem Maschinengestell 82 ab. Über die Kraftmessdose 30 ist die momentane Belastung auf die Spindel 26 und somit bspw. die aktuelle Einspritzkraft zum Einspritzen des Formmaterials in ein Werkzeug erfassbar. Die Spindel 26 durchsetzt die Traverse 24 und greift stirnseitig an dem Flansch 22 der Verlängerung 12 an. Bei einer Drehung der Spindelmutter 28 führt die Spindel 26 eine Axialverschiebung aus, die sich auf die Schnecke 14 überträgt, so dass diese je nach Drehrichtung der Spindelmutter 28 in den Plastifizierzylinder 16 ein- oder ausgefahren wird.
Die Vorspannanordnung 10 zum Vorspannen der Hubspindelanordnung hat bspw. zwei oder vier paarweise hintereinanderliegende Hydrozylinder 34, 36, die sich seitlich der Spindelmutter 28 an dem Bauteil 54 abstützen. In der vorliegenden Figur sind die Hydrozylinder 34, 36 in das Bauteil 54 integriert. Somit stützen sich die Vorspannanordnung 10 und die Hubspindelanordnung gemeinsam an dem Bauteil 54 ab. In Zylinderräumen 38, 40 der Hydrozylindem 34, 36 sind Kolben 42, 44 vorgesehen, die über ihre Kolbenstangen 46, 48 die Traverse 24 mit einer dem Druck in den Hydrozylindem 34, 36 äquivalenten Kraft beaufschlagen, so dass die Spindel 26 entsprechend vorgespannt ist.
Die Vorspannanordnung 10 hat des weiteren einen Hydrospeicher 50. Dieser ist über eine Zulaufleitung 78 bzw. eine Zweigleitung 80, die in die Zulaufleitung 78 mündet, mit den Zylinderräumen 38, 40 der Hydrozylinder 34, 36 verbunden, so dass unabhängig von einer AxialVerschiebung der Kolben 42, 44 das Druckniveau in den Zylinderräumen 38, 40 im wesentlichen konstant gehalten wird. Dabei ist der Hydrospeicher 50 derart vorgespannt, dass die Hydrozylinder 34, 36 eine Kraft auf die Schnecke 14 aufbringen, die etwa 50% der vom Einspritzantrieb 8 aufgebrachten Kraft entspricht. Der Hydrospeicher 50 ist über ein Schaltventil 52 zu- bzw. abschaltbar. Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Antriebseinheit 4 wird im Folgenden erläutert. Es wird davon ausgegangen, dass die Sennecke 14 vollständig in dem Plastifizierzylinder 16 eingefahren ist.
Zum Plastifizieren nach einem Einspritzvorgang muss die Schnecke 16 nach rechts bewegt werden, um den Sammelraum 20 für frisches Formmaterial zu öffnen. Die Spindelmutter 28 wird derart angesteuert, dass die Spindel 26 axial nach rechts bewegt wird, so dass die Schnecke 14 aus dem Plastifizierzylinder 16 gezogen wird. Dabei hat der Motor der Hubspindelanordnung die in entgegegengesetzter Richtung gerichtete Vorspannkraft der Vorspannanordnung 10 zu überwinden. Gleichzeitig wird beim Verfahren der Spindel 26 nach rechts der Hydrospeicher 50 aufgeladen. Zum Befüllen des sich vergrößernden Sammelraums 20 wird der Plastifizierantrieb 6 derart angesteuert, dass aus dem Einfülltrichter 18 frisches Formmaterial gefördert wird. Wenn genügend Formmaterial in den Sammelraum 20 gefördert ist, wird die
Rückzugbewegung der Schnecke 14 gestoppt. Die Schnecke 14 wird dabei zwischenzeitlich durch das sich aufstauende Formmaterial nach rechts gedrückt.
Die Überwindung der Vorspannkraft stellt keine außergewöhnliche Belastung für den Einspritzantrieb 8 dar, da der Rückzug abgesehen von der entgegenwirkenden Vorspannkraft praktisch kräftefrei erfolgt. Bei entsprechender Wahl der Vorspannkraft ist die vom Einspritzantrieb 8 aufzubringende Antriebskraft beim
Plastifizieren und beim Einspritzen gleich groß, so dass der Einspritzantrieb 8 beim Plastifizieren und beim Einspritzen die gleiche Antriebsleistung zu erbringen hat. Dies ist zum Beispiel dann der Fall, wenn die Vorspannkraft halb so groß wie die beim Einspritzen notwendige Einspritzkraft ist. Beira Einspritzen wird die Spindelmutter 28 derart angesteuert, dass die Spindel 26 und somit die Schnecke 14 nach links bewegt wird, so dass das in den Sammelraum 20 geförderte Formmaterial durch die Einspritzdüse in das Werkzeug gepresst wird. Dabei wird die Axialbewegung der Spindel 26 von den HydroZylindern 34, 36 unterstützt, so dass der Motor zum Antreiben der Spindelmutter 28 nur 50% der notwendigen Leistung aufbringen muss, die er ohne Druckunterstützung leisten müsste. Beträgt der Einspritzdruck bspw. 10 t, so müsste der Einspritzantrieb 8 5 t aufbringen, während die weiteren 5 t von der hydraulischen Vorspannanordnung 10 übernommen werden. Dem Einspritzen schließt sich ein Nachdruckvorgang an, in dem das eingespritzte Formmaterial für längere Zeit nach einem bestimmten Druckprofil beaufschlagt .wird.
Dabei ist über die Kraftmessdose 30 die auf die Spindel 26 bzw. die auf die Schnecke 14 wirkende Kraft erfassbar, die erforderlich ist, um die Spindel 26 und die Hydrozylinder 34, 36 an dem Bauteil 54 abzustützen, so dass der messtechnische ' Aufwand wesentlich geringer als bei den eingangs beschriebenen Lösungen ist, bei denen zwei Kraftmessdosen erforderlich sind.
Figur 2 zeigt eine Einspritzeinheit 2 für eine Spritzgießmaschine mit einer zweiten erfindungsgemäßen Antriebseinheit 5, bei der eine Einspritzantrieb 8 und eine Vorspannanordnung 10 hintereinander angeordnet sind.
Ein Plastifizierantrieb 6 hat einen Motor 56, der in einer Hülse 60 axial verschiebbar an einem Maschinengestell 82 gelagert ist. Der Motor 56 hat ein Motorabtriebsrad 64, das über einen Zahnriemen 62 ein Zahnrad 58 an einem ersten Endabschnitt einer Spindel 26 antreibt, so dass bei Ansteuerung des Motors 56 die Spindel 26 zum Plastifizieren in Drehung versetzt wird. Die Spindel 26 ist stirnseitig mit ihrem zweiten Endabschnitt mit einer Schnecke 14 in einem beheizten Plastifizierzylinder 16 verbunden. Der Plastifizierzylinder 16 hat wie die vorbeschriebene Ausführungsform einen Einfülltrichter 18, einen Sammelraum 20 und eine nicht dargestellte Einspritzdüse.
Der Einspritzantrieb 8 hat einen Motor 66 mit einem Motorabtriebsrad 68, über das mit einem Zahnriemen 70 eine mit der Spindel 26 über ein Kugelrollgewinde kämmende Spindelmutter 28 antreibbar ist, wodurch die
Spindel 26 axial spielfrei verschiebbar ist. Die
Spindelmutter 28 ist verschiebefest an einem Bauteil 54 zwischen Axiallagern 72, 74 abgestützt. Das Bauteil 54 stützt sich wiederum wie bei der ersten Ausführungsform
Figur 1 über eine nicht dargestellte Kraftmessdose am
Maschinengestell 82 ab.
Die Vorspannanordnung 10 hat einen einzigen Hydrozylinder 34, in dem ein verschiebbarer Kolben 42 aufgenommen ist. Der Hydrozylinder 34 ist an dem gleichen Bauteil 54 wie die Spindelmutter 28 abgestützt, so dass ihm die gleiche Kraftmessdose wie der Spindel 26 zugeordnet ist. Der Kolben 42 greift über seine Kolbenstange 46 stirnseitig am ersten Endabschnitt der Spindel 26 an. Über einen Hydrospeicher 50, der mittels einer Zuleitung 78 mit dem Hydrozylinder 34 in Verbindung steht, kann die Vorspannkraft unabhängig vom axialen Verschiebeweg der Spindel 26 konstant gehalten werden.
Die Funktionsweise dieser Einspritzvorrichtung entspricht der unter Figur 1 beschriebenen, so dass auf eine erneute Erläuterung verzichtet wird. Offenbart ist eine Antriebseinheit, insbesondere für eine Einspritzeinheit oder einen Auswerfer einer Spritzgießmaschine, mit einer Hubspindelanordnung, die eine Spindel und eine Spindelmutter hat, und mit einer Vorspannanordnung zum Vorspannen der Spindel, die in einer Bewegungsphase der Hubspindelanordnung entladbar und bei Ansteuerung der Spindel in entgegengesetzter Richtung aufladbar ist, wobei die Hubspindelanordnung und die Vorspannanordnung am gleichen Bauteil abgestützt sind, wobei eine Belastungsmesseinrichtung zur Erfassung der auf die Spindel wirkende Belastung vorgesehen, die die auf das Bauteil wirkenden Kräfte aufnimmt.
Bezugszeichenliste
Einspritzvorrichtung
Antriebseinheit
Antriebseinheit
Plastifizierantrieb
Einspritzantrieb
Vorspannanordnung
Verlängerung
Schnecke
Piastifizierzylinder
Einfülltrichter
Sammelraum
Flansch
Traverse
Spindel
Spindelmutter
Kraftmessdose
Durchgangsbohrung
Hydrozy1inder
Hydrozylinder
ZyIinderraum
ZyIinderraum
Kolben
Kolben
Kolbenstange
Kolbenstange
Hydrospeicher
Schaltventil
Bauteil
Motor
Zahnrad
Hülse
Zahnriemen Motorabtnebsrad
Motor
Motorabtriebsrad
Zahnriemen
Axiallager
Axiallager
Eingriffsflanke
Zulaufleitung
Zweigleitung
Maschinengestell

Claims

-14-Ansprüche
1. Antriebseinheit, insbesondere für eine Einspritzeinheit oder einen Auswerfer einer
Spritzgießmaschine, mit einer Hubspindelanordnung, die eine Spindel (26) und eine Spindelmutter (28) hat, und mit einer zum Vorspannen der Spindel (26) vorgesehenen Vorspannanordnung (10) , die in einer Bewegungsphase der Hubspindelanordnung entladbar und bei Ansteuerung der Spindel (26) in entgegengesetzter Richtung aufladbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubspindelanordnung und die Vorspannanordnung (10) mittelbar oder unmittelbar am gleichen Bauteil (54) abgestützt sind, wobei eine Belastungsmesseinrichtung (30) zur Erfassung der auf die Spindel (26) wirkenden Belastung vorgesehen ist, die die auf das Bauteil (54) wirkenden Kräfte aufnimmt.
2. Antriebseinheit nach Anspruch 1, wobei die Vorspannanordnung (10) die Spindel (26) in Ausfahrrichtung vorspannt.
3. Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vorspannanordnung (10) zumindest einen hydraulischen Zylinder (34, 36) hat.
4. Antriebseinheit nach Anspruch 3, wobei dem Zylinder (34, 36) ein Hydrospeicher (50) zur Bereitstellung einer im wesentlichen konstanten, auf die
Hubspindelanordnung wirksamen Vorspannkraft zugeordnet ist. - 15 -
5. Antriebseinheit nach einem vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest zwei parallel zur Hubspindelanordnung geschaltete Zylinder (34, 36) vorgesehen sind.
6. Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Belastungsmesseinrichtung (30) eine Kraftmessdose ist.
7. Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorspannanordnung (10) zusätzlich einen Federspeicher hat.
8. Antriebseinheitnach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spindel (26) etwa mit der Hälfte der wirkenden Einspritzkraft vorgespannt ist.
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