WO2014063909A1 - Spritzeinheit - Google Patents

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WO2014063909A1
WO2014063909A1 PCT/EP2013/070572 EP2013070572W WO2014063909A1 WO 2014063909 A1 WO2014063909 A1 WO 2014063909A1 EP 2013070572 W EP2013070572 W EP 2013070572W WO 2014063909 A1 WO2014063909 A1 WO 2014063909A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pressure medium
pressure
screw
cylinder
space
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/070572
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Bock
Original Assignee
Netstal-Maschinen Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Netstal-Maschinen Ag filed Critical Netstal-Maschinen Ag
Publication of WO2014063909A1 publication Critical patent/WO2014063909A1/de

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/17—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/46—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it into the mould
    • B29C45/47—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it into the mould using screws
    • B29C45/50—Axially movable screw
    • B29C45/5008—Drive means therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/17—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/76—Measuring, controlling or regulating
    • B29C45/82—Hydraulic or pneumatic circuits
    • B29C2045/824—Accumulators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/10—Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working

Definitions

  • the invention relates to an injection unit for an injection molding machine according to the preamble of claim 1 and a method for operating such an injection unit.
  • the space provided for a forward movement of the compressor piston pressure medium space is connected to a high-pressure fluid reservoir, which provides for the forward movement of the compressor piston pressure medium and is switched off for the withdrawal.
  • the provided for the withdrawal of the compressor piston pressure fluid chamber is acted upon by a further pressure medium line.
  • a central bore is provided, via which pressure medium can be supplied from both a pressure medium pump and a high-pressure accumulator of the plunger head surface.
  • the present invention seeks to provide an injection unit, which has an improved energy balance and is improved in terms of energy. Furthermore, the invention has for its object to provide a method for operating an injection unit, which is characterized by an improved energy balance and is advantageous in terms of energy.
  • the linear drive of the screw is designed as a single-acting hydraulic cylinder with a piston element displaceable therein, wherein the piston element is connected to the screw or its drive shaft and on the side facing away from the screw of the piston element two pressure medium spaces are provided, the one Pressure medium space is connected to an energy storage and the other pressure medium space to a pressure medium source, an energy recovery can be done by the back pressure.
  • a pressure is built up in the space in front of the screw, also called screw head space, which causes a backwards movement of the screw.
  • This Pressure in the antechamber in the dosing phase is also called dynamic pressure.
  • the pressure medium In the aforementioned backward movement energy is introduced into the pressure medium, with which the back pressure in the screw antechamber is set to a certain value.
  • This energy is supplied via the one pressure medium space an energy storage.
  • the other pressure medium space is used essentially for generating the operating pressure with which the screw moves forward and metered melt is expelled from the screw antechamber.
  • This forward movement of the screw is supported by the energy absorbed by the energy store in the metering phase and released again for the forward movement.
  • the operating pressure required for the forward movement in the pressure medium chamber connected to the pressure medium source is preferably set as a function of the pressure which is generated in the pressure medium chamber connected to the energy store.
  • a separate injection device is provided, in which the melt is to be transferred.
  • the forward movement of the screw can also be used to inject the melt directly into a mold.
  • this variant of the invention for such cases is conceivable in which relatively low injection pressures are provided.
  • a minimum pressure is preferably provided which corresponds to a desired back pressure in the screw antechamber in the cylinder of the plasticizing device.
  • an operating pressure can be generated, with which the melt located in the screw antechamber can be transferred into the injection device.
  • the second pressure medium chamber can preferably be switched to zero pressure.
  • a certain minimum pressure can be defined as dynamic pressure.
  • a pressure accumulator is preferably provided, which may be, for example, a bladder accumulator or a diaphragm accumulator.
  • a piston accumulator can also be used as pressure accumulator.
  • Such accumulators are also referred to as hydraulic accumulator.
  • the one Druckstoffraunn be provided in the cylinder and the other pressure medium space in the piston member.
  • the pressure medium space in the piston element is preferably connected to the pressure accumulator, whereas the pressure medium space in the cylinder is preferably connected to the pressure medium source.
  • the reverse case is conceivable, according to which the pressure medium space in the piston element is connected to the pressure medium source, and the pressure medium space in the cylinder with the pressure accumulator.
  • the pressure medium space in the cylinder is formed annularly around a tube piece lying on the cylinder axis and the piston element at its end facing away from the screw is also configured tubular or as a blank.
  • the wall thickness of this pipe section corresponds to the annular pressure medium formed in the cylinder space, in such a way that the tubular area of the piston member is tightly received in the pressure medium chamber of the cylinder and movable in this.
  • the pressure fluid space which can be acted upon by the operating pressure is preferably connected to a pump or can be connected to it.
  • a pressure medium source such as a hydraulic oil tank
  • the pressure medium in the associated pressure medium space and drain in the opposite direction.
  • the latter occurs in particular when the injection unit is in the metering phase, conveyed in the melt into the screw antechamber and the screw is moved backwards.
  • the aforementioned pressure medium space can preferably be switched without pressure, ie the hydraulic oil can flow without pressure into the hydraulic oil tank.
  • the pressurized medium chamber which can be acted upon by the operating pressure is connected or connectable to a pressure accumulator, wherein this pressure accumulator may preferably have a minimum operating pressure with which the melt from the screw antechamber can be transferred into the injection unit.
  • a metering phase in which the screw is rotationally driven and the material supplied to the screw is melted and conveyed into the screw antechamber, wherein a back pressure builds up in the screw antechamber from the melt accumulating there and the screw as a result the back pressure is moved to the rear, wherein the pressure medium space connected to the energy storage is reduced and the pressure medium displaced from this pressure medium pressure medium is used for increasing the energy level in the energy storage, so that it is filled with additional energy.
  • the additional energy absorbed by the energy store in the dosing phase is used back for a return flow of the displaced pressure medium into the pressure medium space.
  • the pressure medium chamber connected to the pressure medium source is additionally acted upon by a pressure medium.
  • a minimum pressure is preferably provided or set which corresponds to a desired back pressure in the screw antechamber in the cylinder of the plasticizing device
  • the plasticizing device is preferably followed by a separate injection device in order to inject the melt produced by the plasticizing device into a molding tool, as is the case in the prior art mentioned in WO2004073953A1.
  • an operating pressure is provided or generated in the pressure medium space connected to the pressure medium source, with which located in the screw antechamber Melt can be transferred to an injection device downstream of the plasticizing.
  • This operating pressure is preferably set as a function of the pressure which is generated in the pressure medium space connected to the energy store.
  • the forward movement is effected by the sum of the pressures generated in both pressure medium spaces. In the operating phase, in which the screw is moved forward, thus the melt is transferred from the screw antechamber in the downstream injection device.
  • a pump and / or a pressure accumulator can be used for the generation of the operating pressure. If only one accumulator is used, a suitable minimum pressure in this accumulator is provided so that the melt can be transferred from the antechamber into the injector,
  • the injection unit shown in FIG. 1 comprises a plasticizing device 31 with a screw 4 in a cylinder 40 and an injection device 41.
  • the injection device 41 communicates via connecting pieces 50, 51, and 52 with the cylinder 40 of the plasticizing 31 in fluid communication.
  • the injection device 41 is designed as a piston injection device or so-called shot-pot. It comprises an injection cylinder 34 with an injection piston 32, which is moved via a hydraulic cylinder 33 in the cycle of the injection cycle.
  • a melting chamber 37 In front of the injection piston 32 is a melting chamber 37, from which shot a certain volume of melt via a nozzle 35 in a form not shown here or the cavities therein is injected.
  • a valve 36 is provided, which is opened and closed in the rhythm of the injection molding cycle, so that either melt is transferred from the plasticizing screw 4 into the melting space 37, or melt from the melt Melt space 37 is injected out into the cavities.
  • a funnel 3 and a filling opening 17 are provided at the plasticizing device 31, in order to be able to supply plastic granules to the screw 4.
  • the rear end of the screw 4 is drivingly connected or coupled to a rotary drive 10 and a linear drive 20.
  • the rotary drive 10 may be formed, for example, as an electric or hydraulic motor and the torque can be transmitted via a belt 1 1 on a connected to the screw or coupled drive shaft 12.
  • the drive shaft 12 is in turn in operative connection with the linear drive 20.
  • the drive shaft may be rotatably mounted in a coupling element 15, which is connected to transmit power to the linearly driven part of the linear drive 20.
  • FIG. 2 shows the linear drive 20 in an embodiment according to the invention.
  • the linear drive is connected to transmit power via the coupling element 15 to the drive shaft 12.
  • the linear drive 20 is essentially designed as a piston-cylinder unit. It comprises a piston element 21 and a cylinder 22.
  • the cylinder 22 is composed of several components, namely a bottom part 22a, a wall part 22b and a tube piece 22c located inside the cylinder. Between the outside of the tube piece 22c and the inside of the wall part 22b, an annular pressure medium space 23 or a pressure medium space 23 with an annular cross section is formed.
  • the piston element 21 is also designed tubular at its end facing away from the drive shaft 12 and thus at its end facing away from the screw 4.
  • the wall thickness W1 of this pipe section 21 a corresponds to the wall thickness W2 of the annular pressure medium formed space 23 in the cylinder 22 in such a way that the tubular portion 21 a of the piston member 21 is tightly received in the pressure medium chamber 23 of the cylinder 22 and is movable in this. Due to the interaction of the pipe section 22c and the piston element 21, a second pressure medium space 24 is formed. This comprises a first region 24a having a first diameter D1 corresponding to the inner diameter of the pipe section 22c and a second region 24b having a second diameter D2 corresponding to the inner diameter of the pipe section 21a. When the screw 4 and thus the piston member 21 is moved, the volume of the pressure medium spaces 23 and 24 changes.
  • the pressure medium chamber 24 is connected via a first pressure line 26 to a pressure accumulator or hydraulic accumulator 27.
  • the second pressure medium chamber 23 is connected via pressure lines 28a, 28b and 28c to a pressure medium source 29, for example a hydraulic oil tank 29.
  • the pressure medium can be conveyed from the pressure medium source or the hydraulic oil tank 29 by means of a pump 39 which can be driven by a motor M and conveyed into the pressure medium space 23 via a 3/2-way valve 25 and the pressure lines 28b and 28a.
  • the 3/2-way valve must be in the switching position "1", ie the switching position "1" corresponds to the flow. In the switching position "0", the return can take place, ie from the pressure medium chamber 23 flowing out pressure medium can flow back into the tank 29 in the switching position "0" via the pressure line 28c.
  • the operation of the injection unit according to the invention is as follows.
  • a melt supply is built up in the screw antechamber 6 and the screw 4 experiences a backward movement. This backward movement takes place while maintaining a certain dynamic pressure in the screw antechamber 6.
  • a suitable pressure accumulator 27 is connected via the pressure line 26 to the pressure medium chamber 24.
  • a minimum stagnation pressure eg 174 bar can be defined, which can be switched off for cleaning purposes.
  • Typical values of the dynamic pressure are 175-280 bar and correspond to an oil pressure of 50-80 bar in the pressure medium space 24. This minimum pressure is generated by the pressure accumulator 27, which must be designed for a minimum pressure corresponding to this minimum pressure.
  • the pressure medium chamber 23 is preferably connected without pressure, ie the hydraulic oil located there can flow without pressure into the tank 29. If the discharge is to be throttled, for example, to set a higher back pressure than is possible with the pressure accumulator 27, a suitable throttle valve can be installed in the pressure medium line 28c.
  • hydraulic oil is displaced from the pressure medium chamber and passed into the hydraulic part of the pressure accumulator 27. The in the pressure accumulator 27th inflowing hydraulic oil causes a compression of a gas in the pressure accumulator 27 and thus increases its energy level.
  • shift or transfer phase is displaced by a forward movement of the screw 4 by means of the linear drive 20 located in the screw antechamber 6 melt in the melting chamber 37 of the injector 41.
  • the forward movement of the screw 4 is effected here by a forward movement of the piston member 21.
  • the pressure medium chamber 23 is supplied via the pump 39 with hydraulic oil from the tank 29, wherein the pump 39 is operated in such a way that a sufficient pressure for the sliding operation in the pressure medium chamber 23 is available.
  • the forward movement of the piston element 21 is also assisted by the pressure accumulator 27.
  • the hydraulic oil displaced from the pressure medium chamber 24 in the metering phase is simply "pushed back" into the pressure medium chamber 24 by means of the pressure accumulator 27.

Abstract

Beschrieben wird eine Spritzeinheit mit einer Plastifiziereinnchtung (31) zur Erzeugung einer Schmelze, wobei die Plastifiziereinnchtung (31) einen Zylinder (40) und darin eine dreh- und linearantreibbare Schnecke (4) umfasst, und vorzugsweise eine der Plastifiziereinnchtung (31) nachgeschaltete Einspritzeinrichtung (41) vorgesehen ist. Um eine Energierückgewinnung durch den Staudruck erzielen zu können ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Linearantrieb (20) der Schnecke (4) als einfach wirkender Hydraulik-Zylinder (22) mit einem Kolbenelement (21) ausgebildet ist, wobei das Kolbenelement (21) mit der Antriebswelle (12) der Schnecke (4) verbunden ist, wobei auf der der Schnecke (4) abgewandten Seite des Kolbenelements (21) zwei Druckmittelräume (23, 24) vorgesehen sind, die mit Druckmittel beaufschlagbar sind, um eine Vorwärtsbewegung der Schnecke (4) zu bewirken, so dass zwei Druckmittelräume (23, 24) vorliegen, die antriebstechnisch in Wirkverbindung mit der Schnecke (4) stehen, wobei der eine Druckmittelraum (24) an einen Energiespeicher (27) und der andere Druckmittelraum (23) an eine Druckmittelquelle (29) angeschlossen ist.

Description

Beschreibung Spritzeinheit
Die Erfindung betrifft eine Spritzeinheit für eine Spritzgießmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Spritzeinheit.
Aus der WO2004073953A1 ist eine Spritzgießmaschine bekannt, bei der Kunststoff mittels einer dreh- und linearantreibbaren Schnecke aufplastifiziert und mittels einer Kolbeneinspritzeinrichtung in ein Formwerkzeug eingespritzt wird. Während des Aufplastifizierens wird im Schneckenvorraum Schmelze angesammelt, welche einen Staudruck erzeugt. Aufgrund des Staudrucks wird die Schnecke in dem Zylinder nach hinten verschoben. Wenn eine gewünschte Menge an Schmelze in dem Schneckenvorraum vorliegt, wird die Schnecke nach vorne verfahren. Als Linearantrieb zum axialen Verfahren der Schnecke ist die Verwendung eines Hydraulikzylinders bekannt. Dadurch wird Schmelze aus dem Schneckenvorraum in den Einspritzzylinder einer Kolbeneinspritzeinrichtung überführt. Durch Betätigung der Kolbeneinspritzeinrichtung kann die Schmelze aus dem Einspritzzylinder in ein Formwerkzeug eingespritzt werden. Die Einstellung eines bestimmten Staudrucks erfolgt häufig in der Weise, dass das Öl aus dem Hydraulikzylinder des Linearantriebs über einen kontrollierbaren Drosselspalt ausströmen kann. Hierbei wird eine hohe Reibung im Öl erzeugt und damit Energie vernichtet.
Aus der DE2021 182A ist eine Vorrichtung zum Einstellen der beim Druckkgießen erforderlichen unterschiedlichen Preßkolbengeschwindigkeiten und -drücke bei Gießmaschinen, insbesondere Kaltkammer-Druckgießmaschinen, bekannt, bei denen das Einpreßteil aus einem Verdichterzylinder und mit ihm verbundenen Preßzylinder mit Preßkolben besteht, wobei in der ersten Arbeitsphase nur die Preßkolben-Kopffläche über eine Druckmittelleitung beaufschlagt ist, während bei der zweiten Arbeitsphase die Preßkolben-Kopffläche über eine weitere Druckmittelleitung beaufschlagt wird und in der dritten Arbeitsphase eine Beaufschlagung des Ver- dichterkolbens erfolgt. Der Verdichterzylinder ist als doppeltwirkender Zylinder ausgebildet und weist auf beiden Seiten des Verdichterkolbens Druckmittelräume auf. Der für eine Vorwärtsbewegung des Verdichterkolbens vorgesehene Druckmittel- raum ist an einen Hochdruck-Druckmittelspeicher angeschlossen ist, welcher für die Vorwärtsbewegung des Verdichterkolbens Druckmittel bereitstellt und für den Rückzug abgeschaltet wird. Der für den Rückzug des Verdichterkolbens vorgesehene Druckmittelraum wird aus einer weiteren Druckmittelleitung beaufschlagt. Im Innern des Verdichterkolbens ist eine Mittel bohrung vorgesehen, über welche Druckmittel sowohl von einer Druckmittelpumpe als auch von einem Hochdruck- Druckmittelspeicher der Preßkolben-Kopffläche zugeführt werden kann.
Ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Spritzeinheit anzugeben, die eine verbesserte Energiebilanz aufweist bzw. die in energetischer Hinsicht verbessert ist. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Spritzeinheit anzugeben, welches sich durch eine verbesserte Energiebilanz auszeichnet bzw. in energetischer Hinsicht vorteilhaft ist.
Die Lösung dieser Aufgaben erfolgt durch eine Spritzeinheit mit den Merkmalen von Anspruch 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen sind durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche gekennzeichnet.
Dadurch, dass der Linearantrieb der Schnecke als einfach wirkender Hydraulik- Zylinder mit einem darin verschieblichen Kolbenelement ausgebildet ist, wobei das Kolbenelement mit der Schnecke bzw. deren Antriebswelle verbunden ist und auf der der Schnecke abgewandten Seite des Kolbenelements zwei Druckmittelräume vorgesehen sind, wobei der eine Druckmittelraum an einen Energiespeicher und der andere Druckmittelraum an eine Druckmittelquelle angeschlossen ist, kann eine Energierückgewinnung durch den Staudruck erfolgen. Beim Aufdosieren von Schmelze wird in dem Raum vor der Schnecke, auch Schneckenvorraum genannt, ein Druck aufgebaut, der eine Rückwärtsbewegung der Schnecke bewirkt. Dieser Druck im Schneckenvorraum in der Dosierphase wird auch Staudruck genannt. Bei der vorgenannten Rückwärtsbewegung wird Energie in das Druckmittel eingebracht, mit dem der Staudruck im Schneckenvorraum auf einen bestimmten Wert eingestellt wird. Diese Energie wird über den einen Druckmittelraum einem Energiespeicher zugeführt. Der andere Druckmittelraum dient im Wesentlichen zur Erzeugung des Betriebsdrucks, mit dem die Schnecke nach vorne verfahren und aufdosierte Schmelze aus dem Schneckenvorraum ausgetrieben wird. Diese Vorwärtsbewegung der Schnecke wird unterstützt durch die vom Energiespeicher in der Dosierphase aufgenommene und für die Vorwärtsbewegung wieder abgegebene Energie. Der für die Vorwärtsbewegung erforderliche Betriebsdruck in dem mit der Druckmittelquelle verbundenen Druckmittelraum wird vorzugsweise in Abhängigkeit von demjenigen Druck eingestellt, welcher in dem mit dem Energiespeicher verbundenen Druckmittelraum erzeugt wird. Vorzugsweise ist eine separate Einspritzeinrichtung vorgesehen, in welche die Schmelze überführt werden soll. Grundsätzlich kann die Vorwärtsbewegung der Schnecke auch dazu verwendet werden, die Schmelze direkt in ein Formwerkzeug einzuspritzen. Vorzugsweise ist diese Variante der Erfindung für solche Fälle denkbar, in welchen relativ niedrige Einspritzdrücke vorgesehen sind.
In dem mit dem Energiespeicher verbundenen Druckmittelraum ist vorzugsweise ein Mindestdruck vorgesehen, der einem gewünschten Staudruck im Schneckenvorraum in dem Zylinder der Plastifiziereinrichtung entspricht. In dem anderen mit der Druckmittelquelle verbundenen Druckmittelraum ist ein Betriebsdruck erzeugbar, mit dem die im Schneckenvorraum befindliche Schmelze in die Einspritzeinrichtung überführbar ist. In der Dosierphase kann der zweite Druckmittelraum vorzugsweise drucklos geschaltet werden.
Durch eine geeignete Übersetzung zwischen dem Schneckenvorraum und dem mit dem Energiespeicher verbundenen Druckmittelraum kann ein bestimmter Mindestdruck als Staudruck definiert werden. Als Energiespeicher wird vorzugsweise ein Druckspeicher vorgesehen, der beispielsweise ein Blasenspeicher oder ein Membranspeicher sein kann. Ebenso kann aber auch ein Kolbenspeicher als Druckspeicher verwendet werden. Derartige Druckspeicher werden auch als Hydrospeicher bezeichnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann der eine Druckmittelraunn in dem Zylinder und der andere Druckmittelraum in dem Kolbenelement vorgesehen sein. Der Druckmittelraum in dem Kolbenelement ist vorzugsweise mit dem Druckspeicher verbunden, wohingegen der Druckmittelraum in dem Zylinder vorzugsweise mit der Druckmittelquelle verbunden ist. Grundsätzlich ist aber auch der umgekehrte Fall denkbar, wonach der Druckmittelraum in dem Kolbenelement mit der Druckmittelquelle verbunden ist, und der Druckmittelraum in dem Zylinder mit dem Druckspeicher.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Druckmittelraum in dem Zylinder kreisringförmig um ein auf der Zylinderachse liegendes Rohrstück herum ausgebildet und das Kolbenelement an seinem der Schnecke abgewandten Ende ist ebenfalls rohrförmig bzw. als Rohstück ausgestaltet. Die Wandstärke dieses Rohrstücks entspricht dem kreisringförmig ausgebildeten Druckmittelraum in dem Zylinder, und zwar in der Weise, dass der rohrförmig ausgebildete Bereich des Kolbenelements in dem Druckmittelraum des Zylinders dicht aufgenommen und in diesem verfahrbar ist.
Der mit dem Betriebsdruck beaufschlagbare Druckmittelraum ist vorzugsweise an eine Pumpe angeschlossen oder ist an diese anschließbar. Mittels dieser Pumpe kann aus einer Druckmittelquelle, beispielsweise einem Hydrauliköltank, das Druckmittel in den zugehörigen Druckmittelraum gefördert werden und in umgekehrter Richtung abfließen. Letzteres kommt insbesondere dann vor, wenn sich die Spritzeinheit in der Dosierphase befindet, in der Schmelze in den Schneckenvorraum gefördert und die Schnecke nach hinten verfahren wird. In dieser Phase kann der vorgenannte Druckmittelraum vorzugsweise drucklos geschaltet werden, d.h. das Hydrauliköl kann drucklos in den Hydrauliköltank abfließen. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen werden, dass der mit dem Betriebsdruck beaufschlagbare Druckmittelraum an einen Druckspeicher angeschlossen oder anschließbar ist, wobei dieser Druckspeicher vorzugsweise einen Mindestbetriebsdruck aufweisen kann, mit dem die Schmelze aus dem Schneckenvorraum in die Einspritzeinheit überführbar ist.
Im Hinblick auf das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Spritzeinheit wird eine Dosierphase vorgesehen, in welcher die Schnecke drehangetrieben und der Schnecke zugeführtes Material aufgeschmolzen und in den Schneckenvorraum gefördert wird, wobei im Schneckenvorraum von der sich dort ansammelnden Schmelze ein Staudruck aufgebaut und die Schnecke infolge des Staudrucks nach hinten bewegt wird, wobei der mit dem Energiespeicher verbundene Druckmittelraum verkleinert wird und das aus diesem Druckmittelraum verdrängte Druckmittel für eine Erhöhung des Energienniveaus in dem Energiespeicher verwendet wird, so dass dieser mit zusätzlicher Energie gefüllt wird. In einer nachfolgenden Betriebsphase, in welcher die Schnecke nach vorne verfahren wird, wird die von dem Energiespeicher in der Dosierphase aufgenommene zusätzliche Energie für eine Rückströmung des verdrängten Druckmittels in den Druckmittelraum zurück verwendet. In derjenigen Betriebsphase, in welcher die Schnecke nach vorne verfahren wird, wird vorzugsweise der an die Druckmittelquelle angeschlossene Druckmittelraum zusätzlich mit einem Druckmittel beaufschlagt. In dem mit dem Energiespeicher verbundenen Druckmittelraum wird vorzugsweise ein Mindestdruck vorgesehen oder eingestellt, der einem gewünschten Staudruck im Schneckenvorraum in dem Zylinder der Plastifiziereinrichtung entspricht
Vorzugsweise ist der Plastifiziereinrichtung eine separate Einspritzeinrichtung nachgeschaltet, um die von der Plastifiziereinrichtung erzeugte Schmelze in ein Formwerkzeug einzuspritzen, wie dies beim eingangs genannten Stand der Technik gemäß der WO2004073953A1 der Fall ist. Für diesen Anwendungsfall der Erfindung wird in dem mit der Druckmittelquelle verbundenen Druckmittelraum ein Betriebsdruck vorgesehen oder erzeugt, mit dem im Schneckenvorraum befindliche Schmelze in eine der Plastifiziereinrichtung nachgeschaltete Einspritzeinrichtung überführt werden kann. Dieser Betriebsdruck wird vorzugsweise in Abhängigkeit von demjenigen Druck eingestellt, welcher in dem mit dem Energiespeicher verbundenen Druckmittelraum erzeugt wird. Letztendlich wird die Vorwärtsbewegung durch die Summe der in beiden Druckmittelräumen erzeugten Drücke bewirkt. In der Betriebsphase, in welcher die Schnecke nach vorne verfahren wird, wird somit die Schmelze aus dem Schneckenvorraum in die nachgeschaltete Einspritzeinrichtung überführt.
Für die Erzeugung des Betriebsdrucks kann eine Pumpe und/oder ein Druckspeicher verwendet werden. Falls nur eine Druckspeicher verwendet wird, ist ein geeigneter Mindestdruck in diesem Druckspeicher vorzusehen, damit die Schmelze aus dem Schneckenvorraum in die Einspritzeinrichtung überführt werden kann,
Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben werden. Es zeigen:
Fig.1 Seitenansicht einer Spritzeinheit, teilweise in Schnittdarstellung;
Fig.2 vergrößerte Darstellung des Linearantriebs aus der Figur 1 .
Die in der Figur 1 dargestellte Spritzeinheit umfasst eine Plastifiziereinrichtung 31 mit einer Schnecke 4 in einem Zylinder 40 sowie eine Einspritzeinrichtung 41 . Die Einspritzeinrichtung 41 steht über Verbindungsstücke 50, 51 , und 52 mit dem Zylinder 40 der Plastifiziereinrichtung 31 strömungstechnisch in Verbindung. Die Einspritzeinrichtung 41 ist als Kolbenspritzeinrichtung oder sogenanntes Shot-Pot ausgebildet. Sie umfasst einen Einspritzzylinder 34 mit einem Einspritzkolben 32, welcher über einen Hydraulikzylinder 33 im Zyklus des Einspritzzyklus bewegt wird. Vor dem Einspritzkolben 32 befindet sich ein Schmelzeraum 37, aus welchem schussweise ein bestimmtes Schmelzevolumen über eine Düse 35 in eine hier nicht dargestellte Form bzw. die darin befindlichen Kavitäten eingespritzt wird. Des Weiteren ist ein Ventil 36 vorgesehen, welches im Rhythmus des Spritzgießzyklus geöffnet und geschlossen wird, so dass entweder Schmelze von der Plastifi- zierschnecke 4 in den Schmelzeraum 37 überführt wird, oder Schmelze aus dem Schmelzeraum 37 heraus in die Kavitäten eingespritzt wird. An der Plastifizierein- richtung 31 sind ein Trichter 3 und eine Einfüllöffnung 17 vorgesehen, um Kunst- stoffgranulat der Schnecke 4 zuführen zu können. Das hintere Ende der Schnecke 4 ist antriebstechnisch mit einem Drehantrieb 10 sowie einem Linearantrieb 20 verbunden oder gekuppelt. Der Drehantrieb 10 kann beispielsweise als Elektro- oder Hydromotor ausgebildet sein und das Drehmoment kann über einen Riemen 1 1 auf eine mit der Schnecke verbundene bzw. gekuppelte Antriebswelle 12 übertragen werden. Die Antriebswelle 12 steht ihrerseits in Wirkverbindung mit dem Linearantrieb 20. Hierzu kann die Antriebswelle drehbar in einem Kupplungselement 15 gelagert sein, welches kraftübertragend mit dem linear angetriebenen Teil des Linearantriebs 20 verbunden ist.
Die Figur 2 zeigt den Linearantrieb 20 in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Der Linearantrieb ist kraftübertragend über das Kupplungselement 15 mit der Antriebswelle 12 verbunden. Der Linearantrieb 20 ist im Wesentlichen als Kolben- Zylinder-Einheit ausgebildet. Er umfasst ein Kolbenelement 21 und einen Zylinder 22. Der Zylinder 22 ist vorliegend aus mehreren Bestandteilen zusammengesetzt, nämlich einem Bodenteil 22a, einem Wandteil 22b und einem im Innern des Zylinders befindliches Rohrstück 22c. Zwischen der Außenseite des Rohrstücks 22c und der Innenseite des Wandteils 22b wird ein kreisringförmiger Druckmittelraum 23 bzw. ein Druckmittelraum 23 mit einem kreisringförmigen Querschnitt gebildet. Das Kolbenelement 21 ist an seinem der Antriebswelle 12 abgewandten Ende und damit an seinem der Schnecke 4 abgewandten Ende ebenfalls rohrförmig gestaltet. Die Wandstärke W1 dieses Rohrstücks 21 a entspricht der Wandstärke W2 des kreisringförmig ausgebildeten Druckmittelraums 23 in dem Zylinder 22 in der Weise, dass der rohrförmig ausgebildete Bereich 21 a des Kolbenelements 21 in dem Druckmittelraum 23 des Zylinders 22 dicht aufgenommen wird und in diesem verfahrbar ist. Durch das Zusammenwirken des Rohrstücks 22c und des Kolbenelements 21 wird ein zweiter Druckmittelraum 24 gebildet. Dieser umfasst einen ersten Bereich 24a mit einem ersten Durchmesser D1 entsprechend dem Innendurchmesser des Rohrstücks 22c sowie einen zweiten Bereich 24b mit einem zweiten Durchmesser D2 entsprechend dem Innendurchmesser des Rohrstücks 21 a. Wenn die Schnecke 4 und damit das Kolbenelement 21 verfahren wird, verändert sich das Volumen der Druckmittelräume 23 und 24. Der Druckmittelraum 24 ist über eine erste Druckleitung 26 an einen Druckspeicher bzw. Hydrospeicher 27 angeschlossen. Der zweite Druckmittelraum 23 ist über Druckleitungen 28a, 28b und 28c an eine Druckmittelquelle 29, beispielsweise einen Hydrauliköltank 29, angeschlossen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann das Druckmittel mittels einer von einem Motor M antreibbaren Pumpe 39 aus der Druckmittelquelle bzw. dem Hydrauliköltank 29 gefördert und über ein 3/2-Wegeventil 25 sowie die Druckleitungen 28b und 28a in den Druckmittelraum 23 gefördert werden. Hierzu muss sich das 3/2-Wegeventil in der Schaltstellung„1 " befinden, d.h. die Schaltstellung „1 " entspricht dem Vorlauf. In der Schaltstellung„0" kann der Rücklauf erfolgen, d.h. aus dem Druckmittelraum 23 abströmendes Druckmittel kann in der Schaltstellung „0" über die Druckleitung 28c in den Tank 29 zurückfließen.
Die Betriebsweise der erfindungsgemäßen Spritzeinheit ist wie folgt. In der Dosierphase wird im Schneckenvorraum 6 ein Schmelzevorrat aufgebaut und die Schnecke 4 erfährt hierbei eine Rückwärtsbewegung. Diese Rückwärtsbewegung erfolgt unter Aufrechterhaltung eines bestimmten Staudrucks im Schneckenvorraum 6. Zur Erzeugung und Aufrechterhaltung eines bestimmten Staudrucks ist ein geeigneter Druckspeicher 27 über die Druckleitung 26 an den Druckmittelraum 24 angeschlossen. Beispielsweise kann ein Mindeststaudruck von z.B. 174 bar definiert werden, welcher zu Reinigungszwecken abschaltbar sein kann. Typische Werte des Staudrucks liegen bei 175 - 280 bar und entsprechen einem Öldruck von 50 - 80 bar in dem Druckmittelraum 24. Dieser Mindeststaudruck wird durch den Druckspeicher 27 erzeugt, der auf einen diesem Mindeststaudruck entsprechenden Mindestdruck ausgelegt sein muss. Der Druckmittelraum 23 ist vorzugsweise drucklos geschaltet, d.h. das dort befindliche Hydrauliköl kann drucklos in den Tank 29 abströmen. Falls das Abströmen gedrosselt erfolgen soll, beispielsweise um einen höheren Staudruck einzustellen, als dies mit dem Druckspeicher 27 möglich ist, kann ein geeignetes Drosselventil in die Druckmittelleitung 28c eingebaut werden. Während des Dosiervorgangs wird aus dem Druckmittelraum 24 Hydrauliköl verdrängt und in den hydraulischen Teil des Druckspeichers 27 geleitet. Das in den Druckspeicher 27 einströmende Hydrauliköl bewirkt eine Kompression eines Gases in dem Druckspeicher 27 und erhöht somit dessen Energieniveau.
In der sich an die Dosierphase anschließenden Überschiebe- oder Umfüllphase wird durch eine Vorwärtsbewegung der Schnecke 4 mittels des Linearantriebs 20 im Schneckenvorraum 6 befindliche Schmelze in den Schmelzeraum 37 der Einspritzeinrichtung 41 verdrängt. Die Vorwärtsbewegung der Schnecke 4 wird hierbei durch eine Vorwärtsbewegung des Kolbenelements 21 bewirkt. Hierzu wird der Druckmittelraum 23 über die Pumpe 39 mit Hydrauliköl aus dem Tank 29 versorgt, wobei die Pumpe 39 in der Weise betrieben wird, dass ein ausreichender Druck für den Überschiebevorgang in dem Druckmittelraum 23 zur Verfügung steht. Die Vorwärtsbewegung des Kolbenelements 21 wird zudem unterstützt durch den Druckspeicher 27. Das aus dem Druckmittelraum 24 in der Dosierphase verdrängte Hydrauliköl wird mittels des Druckspeichers 27 einfach in den Druckmittelraum 24„zurückgeschoben". Hierbei wird die in dem Druckspeicher 27 während der Dosierphase aufgenommene Energie wieder zurückgegeben. Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass die beim Aufdosieren in dem Hydrauliköl gespeicherte potentielle Energie mittels des Druckspeichers 27 zwischengespeichert und in der Überschiebe- oder Umfüllphase an das System als kinetische Energie zurückgegeben wird. Im Ergebnis erfolgt somit eine Energierückgewinnung durch den Staudruck.
Bezugszeichenliste
Trichter
Schnecke
Schneckenvorraum
Drehantrieb
Riemen
Antriebswelle
Kupplungsstück
Einfüllöffnung
Linearantrieb
Kolbenelement
a Rohrförmiger Abschnitt des Kolbenelements 21
Zylinder
a Bodenteil
b Wandteil
c Rohrstück
Druckmittelraum
Druckmittelraum
a Abschnitt mit Durchmesser D1
b Abschnitt mit Durchmesser D2
3/2-Wegeventil
Druckleitung
Druck- bzw. Hydrospeicher
a Druckleitung
b Druckleitung
c Druckleitung
Tank
Plastifiziereinrichtung
Einspritzkolben
Hydraulikzylinder
Einspritzzylinder
Düse Ventil
Schmelzeraum Pumpe
Zylinder
Einspritzeinrichtung Verbindungsstück Verbindungsstück Verbindungsstück

Claims

Ansprüche
Spritzeinheit mit einer Plastifiziereinnchtung (31 ) zur Erzeugung einer Schmelze, wobei die Plastifiziereinnchtung (31 ) einen Zylinder (40) und eine darin befindliche dreh- und linearantreibbare Schnecke (4) umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Linearantrieb (20) der Schnecke (4) als einfach wirkender Hydraulik-Zylinder (22) mit einem darin verschieblichen Kolbenelement (21 ) ausgebildet ist, wobei das Kolbenelement (21 ) mit der Antriebswelle (12) der Schnecke (4) verbunden ist, wobei auf der der Schnecke (4) abgewandten Seite des Kolbenelements (21 ) zwei Druckmittelräume (23, 24) vorgesehen sind, die mit Druckmittel beaufschlagbar sind, um eine Vorwärtsbewegung der Schnecke (4) zu bewirken,, , wobei der eine Druckmittelraum (24) an einen Energiespeicher (27) und der andere Druckmittelraum (23) an eine Druckmittelquelle (29) angeschlossen ist.
Spritzeinheit nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
als Energiespeicher ein Druckspeicher (27) vorgesehen ist.
Spritzeinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der eine Druckmittelraum in dem Zylinder (22) und der andere Druckmittelraum in dem Kolbenelement (21 ) vorgesehen ist.
Spritzeinheit nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Druckmittelraum (24) in dem Kolbenelement (21 ) mit dem Druckspeicher (27) verbunden ist, und dass der Druckmittelraum (23) in dem Zylinder (22) mit der Druckmittelquelle (29) verbunden ist.
Spritzeinheit nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmittelraum (24) in dem Kolbenelement (21 ) mit der Druckmittelquelle (29) verbunden ist, und dass der Druckmittelraum (23) in dem Zylinder (22) mit dem Druckspeicher (27) verbunden ist.
6. Spritzeinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Druckmittelraum (23) in dem Zylinder (22) kreisringförmig um ein auf der Zylinderachse liegendes Rohrstück (22c) herum ausgebildet ist, und dass das Kolbenelement (21 ) an seinem der Schnecke (4) abgewandten Ende rohrförmig ausgebildet ist, wobei die Wandstärke (W1 ) dieses Rohrstücks (21 a) dem kreisringförmig ausgebildeten Druckmittelraum (23) in dem Zylinder (4) entspricht derart, dass der rohrförmig ausgebildete Bereich (21 a) des Kolbenelements (21 ) in dem Druckmittelraum (23) des Zylinders (22) dicht aufgenommen und in diesem verfahrbar ist.
7. Spritzeinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche und mit einer der Plastifi- ziereinrichtung (31 ) nachgeschalteten und mit dem Zylinder (4) der Plastifizierein- richtung (31 ) strömungstechnisch in Verbindung stehenden Einspritzeinrichtung (41 ),
8. Verfahren zum Betreiben einer Spritzeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
eine Dosierphase vorgesehen wird, in welcher die Schnecke (4) drehangetrieben und der Schnecke (4) zugeführtes Material aufgeschmolzen und in den Schneckenvorraum (6) gefördert wird, wobei im Schneckenvorraum von der sich dort ansammelnden Schmelze ein Staudruck aufgebaut und die Schnecke (4) infolge des Staudrucks nach hinten bewegt wird, wobei der mit dem Energiespeicher (27) verbundene Druckmittelraum (24) verkleinert wird und das aus diesem Druckmittelraum (24) verdrängte Druckmittel für eine Erhöhung des Energienniveaus in dem Energiespeicher (27) verwendet wird, so dass dieser mit zusätzlicher Energie gefüllt wird, und dass in einer nachfolgenden Betriebsphase, in welcher die Schnecke (4) nach vorne verfahren wird, die von dem Energiespeicher in der Dosierphase aufgenommene zusätzliche Energie für eine Rückströmung des verdrängten Druckmittels in den Druckmittelraum (24) zurück verwendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
in der Betriebsphase, in welcher die Schnecke (4) nach vorne verfahren wird, der an die Druckmittelquelle (29) angeschlossene Druckmittelraum (23) mit einem Druckmittel beaufschlagt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
in dem mit dem Energiespeicher (27) verbundenen Druckmittelraum (24) ein Mindestdruck vorgesehen oder eingestellt wird, der einem gewünschten Staudruck im Schneckenvorraum (6) in dem Zylinder (40) der Plastifiziereinrichtung (31 ) entspricht
1 1 . Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
in dem mit der Druckmittelquelle (29) verbundenen Druckmittelraum (23) ein Betriebsdruck vorgesehen oder erzeugt wird, mit dem die im Schneckenvorraum (6) befindliche Schmelze in eine der Plastifiziereinrichtung (31 ) nachgeschaltete Einspritzeinrichtung (41 ) überführt werden kann, wobei dieser Betriebsdruck in Abhängigkeit von demjenigen Druck eingestellt wird, welcher in dem mit dem Energiespeicher (27) verbundenen Druckmittelraum (24) erzeugt wird, und dass in der Betriebsphase, in welcher die Schnecke (4) nach vorne verfahren wird, Schmelze aus dem Schneckenvorraum (6) in die Einspritzeinheit (41 ) überführt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
zur Erzeugung des Betriebsdrucks in dem Druckmittelraum (23) eine Pumpe (39) und/oder ein Druckspeicher verwendet wird,
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