-
Die
Erfindung betrifft eine Spritzgießmaschine mit mindestens einer
Einrichtung zum Verschieben mindestens eines Teils eines Bauelements
entlang einer ersten Achse in eine Längsrichtung, wobei zur Verschiebung
ein elektrischer Servomotor vorhanden ist, der über ein Übertragungselement auf das
Bauelement wirkt.
-
Eine
Spritzgießmaschine
weist verschiedene Komponenten auf, die während eines Spritzgießzyklus
eine oszillierende, translatorische Bewegung ausführen müssen. Beispielhaft
sei die Plastifizier- und Einspritzschnecke genannt, die in der
Plastifizier- und Einspritzeinheit nach dem Dosieren von Kunststoffschmelze
mittels einer axialen Verschiebebewegung die Schmelze in die Werkzeugkavität fördert. Ähnliche
Bewegungsverläufe
müssen
auch andere Teile der Spritzgießmaschine
ausführen,
z. B. die Schließeinheit
oder das gesamte Spritzaggregat.
-
Bei
sog. elektrischen Spritzgießmaschinen werden
die benötigten
Bewegungen mittels Elektromotoren veranlasst, die – gemäß der eingangs
genannten Bauart – über ein
geeignetes Übertragungselement
auf das zu bewegende Bauteil wirken. Dabei kommen häufig Spindel-Mutter-Systeme zum
Einsatz, um aus der Rotationsbewegung des Elektromotors eine Translationsbewegung
zu erzeugen.
-
Nachteilig
ist bei vorbekannten Lösungen dieser
Art, dass zumeist eine erhebliche Baulänge des Übertragungselements benötigt wird.
Weiterhin muss eine entsprechende Dimensionierung des Übertragungselements
vorgenommen werden, um auch hohe Kräfte übertragen zu können. Nachteilig ist
weiterhin, dass mitunter relativ kompliziert aufgebaute Elemente
zum Einsatz kommen, wie beispielsweise Hohlwellen, wobei eine koaxiale
Anordnung mehrerer Bauelemente nötig
ist.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spritzgießmaschine
der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass es möglich wird,
eine kompaktere Bauweise zu erreichen. Ferner soll in einfacher Weise
sichergestellt werden, dass auch hinreichend hohe Kräfte der
Verschiebebewegung erreichbar sind. Schließlich soll die Konstruktion
einfach aufgebaut sein, so dass einfache und preiswerte Bauteile zum
Einsatz kommen können.
-
Die
Lösung
dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass
das Übertragungselement
aufweist: eine vom Servomotor angetriebene Vorrichtung zur Umwandlung
der Drehbewegung des Servomotors in eine translatorische Bewegung
eines Verschiebeelements entlang einer zweiten Achse, die parallel
zur ersten Achse und im Abstand zu dieser verläuft, und mindestens ein Hebelelement,
das gelenkig mit dem Bauelement und gelenkig mit dem Verschiebeelement
verbunden ist, wobei das Hebelelement an einem ortsfesten Lagerpunkt
gelenkig gelagert ist, der auf einer von der ersten und der zweiten
Achse verschiedenen dritten Achse liegt, die parallel zur ersten
und zweiten Achse und im Abstand zur zweiten Achse verläuft.
-
Vorzugsweise
liegen die drei Achsen in einer gemeinsamen Ebene. Ferner ist bevorzugt
vorgesehen, dass die erste Achse zwischen der zweiten Achse und
der dritten Achse liegt. In diesem Falle kann vorgesehen werden,
dass die Abstände
der zweiten Achse von der ersten Achse und von der dritten Achse
gleich groß sind.
Alternativ können
unterschiedliche Abstände
zur Erzielung eines gewünschten
(Hebel-)Übersetzungsverhältnisses
vorgesehen werden.
-
Die
gelenkige Lagerung des Hebelelements an dem Verschiebeelement und/oder
die gelenkige Lagerung des Hebelelements an dem ortsfesten Lagerpunkt
kann dabei so ausgebildet sein, dass das Hebelelement relativ zum
Verschiebeelement bzw. zum ortfesten Lagerpunkt eine Verschiebung
(auch) in eine Richtung senkrecht zu den Achsen erlaubt. Eine einfache
konstruktive Umsetzung dieser Ausgestaltung besteht darin, dass
das Verschiebeelement bzw. der ortsfeste Lagerpunkt einen Lagerbolzen
aufweisen, der ein Langloch im Hebelelement durchsetzt. Dabei kann
auch ein kulissenartig bewegliches Element vorgesehen werden, das
den Lagerpunkt in Längsrichtung
des Hebelelements verschieblich mit diesem verbindet.
-
Der
ortsfeste Lagerpunkt kann auch über eine
Gelenkstange mit einem ortsfesten Teil der Spritzgießmaschine
verbunden sein, wobei die Gelenkstange gelenkig mit dem ortfesten
Lagerpunkt und mit dem ortsfesten Teil verbunden ist. Hierbei ist es
auch sinnvoll vorzusehen, dass die Vorrichtung zur Umwandlung der
Drehbewegung des Servomotors in eine translatorische Bewegung gelenkig
an einem ortsfesten Teil der Spritzgießmaschine angeordnet ist.
-
Die
Vorrichtung zur Umwandlung der Drehbewegung des Servomotors in eine
translatorische Bewegung ist mit Vorteil ein Spindel-Mutter-System, wobei
die Mutter das Verschiebeelement bildet oder umfasst. Der Servomotor
kann dabei die Spindel des Spindel-Mutter-Systems direkt antreiben.
Natürlich ist
auch ein Antrieb über
ein Getriebe ist möglich.
-
Zwischen
dem zu verschiebenden Bauelement und dem Verschiebeelement kann
eine Linearführung
angeordnet sein, die eine relative Verschiebung dieser Bauteile
in Längsrichtung
erlaubt. Auch zwischen dem zu verschiebenden Bauelement und einem
den ortsfesten Lagerpunkt aufweisenden ortsfesten Bauelement kann
eine Linearführung
angeordnet sein, die eine relative Verschiebung dieser Bauteile
in Längsrichtung
erlaubt.
-
Das
zu verschiebende Bauelement ist bevorzugt zumindest ein Teil des
Einspritzaggregats der Spritzgießmaschine, wobei durch die
translatorische Bewegung des Verschiebeelements eine Plastifizier- und
Einspritzschnecke in Längsrichtung
verschoben wird. Das zu verschiebende Bauelement umfasst dabei vorzugsweise
einen Antriebsmotor für
den Drehantrieb der Plastifizier- und
Einspritzschnecke. Ein ortsfester Teil der Vorrichtung zur Umwandlung
der Drehbewegung des Servomotors in eine translatorische Bewegung,
ein ortsfester Teil des Einspritzaggregats und der ortsfeste Lagerpunkt
sind dabei bevorzugt auf oder an einer Quertraverse angeordnet.
-
Mit
der vorgeschlagenen Lösung
werden verschiedene Vorteile erzielt:
Durch die seitliche Anordnung
von Spindel und Mutter (entlang der zweiten Achse) ergibt sich eine
sehr kurze Baulänge
der Einrichtung zum Verschieben, so dass insbesondere die Einspritzeinheit
sehr kompakt ausgeführt
werden kann.
-
Durch
das vorgesehene Hebelelement ergibt sich eine vorteilhafte Übersetzung,
wodurch sich die erforderliche Axialkraft, die das Verschiebeelement aufbringen
muss, entsprechend dem Hebelverhältnis reduzieren
kann.
-
Es
können
Servomotore in Standardausführung
verwendet werden, was die Konstruktion entsprechend verbilligt.
Es sind keine Ausführungen
mit Hohlwellen, verstärkten
Lagern etc. erforderlich.
-
Es
kann auch in besonders einfacher Weise ein Direktantrieb verwirklicht
werden, d. h. ein Antrieb ohne den Einsatz verschleißbehafteter
Elemente (z. B. Zahnräder).
-
Das
vorgeschlagene Konzept kommt bevorzugt für das axiale Bewegen der Schubschnecke zum
Einsatz. Allerdings ist es auch möglich, die vorgeschlagene Bauweise
für andere
Achsen der Spritzgießmaschine
einzusetzen, z. B. für
die Schließeinheit
oder für
die Spritzaggregatbewegung.
-
In
der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der
Erfindung dargestellt. Es zeigen:
-
1 schematisch
die Draufsicht auf ein Plastifizier- und Einspritzaggregats gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung und
-
2 in
der Darstellung gemäß 1 eine alternative
Ausführungsform
der Erfindung.
-
In
Fig. ist ein Teil einer Spritzgießmaschine, nämlich eine
Plastifizier- und Einspritzeinheit skizziert. Diese wird (links)
an ein nicht dargestelltes Spritzgießwerkzeug angesetzt, wobei über eine Düse 23 Kunststoffschmelze
in die Werkzeugkavität eingespritzt
wird. Zum Einspritzen wird eine nicht zu erkennende Plastifizier-
und Einspritzschnecke axial, d. h. in Längsrichtung L bewegt, die sich
im Inneren eines Schneckenzylinders 24 befindet, was als
solches hinlänglich
bekannt ist. Hierfür
ist die dargestellte Einrichtung 1 zum Verschieben vorgesehen.
-
Das
eine axiale Ende der Schnecke ist dabei mit einem Bauelement 2 verbunden,
das beim Einspritzen von Schmelze in das Werkzeug in Längsrichtung
L mittels der Einrichtung 1 verschoben wird. Beim Einspritzen
wird demnach das Bauelement 2 entlang einer ersten Achse 3 verschoben.
-
Das
Verschieben des Bauelements 2 wird durch einen Servomotor 4 veranlasst,
der fest mit einer ortsfesten Quertraverse 22 verbunden
ist. Der Servomotor 4 treibt direkt, d. h. ohne Zwischenelemente,
eine Spindel 17 eines Spindel-Mutter-Systems 6 an,
das eine Vorrichtung zum Umwandlung der Drehbewegung in eine translatorische
Bewegung darstellt (hier kann alternativ auch ein Getriebe zur Übersetzung
der Drehbewegung des Servomotors zum Einsatz kommen). Die sich auf
der Spindel 17 befindliche Mutter stellt mithin ein Verschiebeelement 7 dar.
Das Verschiebeelement 7 kann dabei zwischen zwei Endpositionen
hin und her bewegt werden, die beide in die 1 eingezeichnet
sind. Die rechte Position A ist diejenige Maximalposition, die unmittelbar vor
dem Einspritzen der Schmelze in die Werkzeugkavität eingenommen
wird; in dieser Position ist das Kunststoffmaterial aufdosiert.
Die linke Position B (Minimalposition) wird indes am Ende des Einspritzvorganges
eingenommen, d. h. wenn die Schmelze vollständig in das Werkzeug eingespritzt
ist.
-
Das Übertragungselement 5,
das für
die Umsetzung der Drehbewegung des Servomotors 4 in die axiale
Bewegung des Bauelements 2 sorgt, ist dabei wie folgt aufgebaut:
Während sich – wie erläutert – das axial
zu verschiebende Bauelement 2 entlang einer ersten Achse 3 bewegen
kann, dreht die Spindel 17 um eine zweite Achse 8,
die parallel zur ersten Achse 3 ausgerichtet ist, jedoch
zu dieser in einem Abstand a verläuft.
-
Ferner
stellt die Quertraverse 22 einen ortsfesten Teil 16 der
Spritzgießmaschine
dar, an dem wiederum ein ortsfestes Bauelement 19 ansetzt.
-
Der
Begriff „ortsfest” ist hier
jedoch dahingehend zu relativieren, als dass zur Beschreibung der Vorrichtung
die erwähnten
beweglichen Teile relativ zu den als ortsfest bezeichneten Teilen
Bewegungen ausführen.
Indes kann das gesamte Spritzaggregat der Spritzgießmaschine
insgesamt eine Bewegung erfahren, so dass die hier als ortsfest
bezeichneten Teile einer Globalbewegung unterzogen werden können.
-
Durch
das ortsfeste Teil 16 kann eine dritte Achse 11 definiert
werden, die parallel zur ersten und zweiten Achse verläuft und
in einem Abstand b von der ersten Achse 3 angeordnet ist.
Auf der dritten Achse 11 befindet sich an einer vorgegebenen
Position ein ortsfester Lagerpunkt 10, der durch einen
Lagerbolzen 13 gebildet wird.
-
Das
Verschiebeelement 7, d. h. die Spindelmutter, weist indes
einen Lagerbolzen 12 auf.
-
Mittels
der beiden Lagerbolzen 12 und 13 ist ein sich
gerade erstreckendes Hebelelement 9 gelenkig gelagert,
das in seiner Mitte über
einen weiteren Lagerbolzen 25 gelenkig mit dem axial zu
verschiebenden Bauelement 2 verbunden ist. Demgemäß wird beim
Verfahren des Verschiebeelements 7 von der Position A in
die Position B (und umgekehrt) der obere Lagerbolzen 12 entlang
der zweiten Achse 8 hin und her bewegt, während der
untere Lagerbolzen 13 ortsfest bleibt. Folglich bewegt
sich der Lagerbolzen 25 und mit ihm das Bauelement 2 gleichermaßen hin
und her. Diese Verschiebung erfolgt im Falle der Gleichheit der
Abstände
a und b genau mit dem halben Hub des Lagerbolzens 12, jedoch
mit doppelter Kraft infolge des Hebeleffekts, der durch das Hebelelement 9 erzeugt
wird. Bei ungleichen Werten von a und b ergeben sich entsprechend
andere Hebelverhältnisse.
-
Damit
bei der Verschwenkung des Hebelelements 9 um den Drehpunkt
des Lagerbolzens 25 keine Sperrwirkung entsteht, weist
das Hebelelement 9 zur Aufnahme der Lagerbolzen 12 und 13 jeweils Langlöcher 14 oder
andere Ausgleichselemente auf. Demgemäß kann das Hebelelement 9 relativ
zum Verschiebeelement 7 eine anteilige Bewegung in Richtung
Q senkrecht zur Längsrichtung
L zulassen, ohne dass es zu einer Verklemmung kommt. Statt eines
Langlochs kann auch ein anderes längenausgleichendes Element
vorgesehen werden. Als weiteres Beispiel sei eine Schiebehülse genannt,
die als Zwischenelement zwischen dem Hebelelement 9 und dem
Lagerpunkt 12/13 angeordnet ist.
-
Zur
präzisen
Führung
des Bauelements 2 ist an der Quertraverse 22 das
ortsfeste Bauelement 19 angeordnet, an dessen einen Seite
eine Linearführung 20 montiert
ist. Auf dieser kann sich das Bauelement 2 reibungsarm
in Längsrichtung
L bewegen. Auf der anderen Seite des Bauelements 2 ist
eine weitere Linearführung 18 angeordnet,
die eine reibungsarme Führung
des Verschiebeelements 7 relativ zum Bauelement 2 sicherstellt.
-
Da
es sich im Ausführungsbeispiel
bei dem Bauelement 2 um einen Teil der Plastifizier- und
Einspritzeinheit der Spritzgießmaschine
handelt, weist das Bauelement 2 einen Antriebsmotor 21 für den Drehantrieb
der Schnecke auf. Zwischen dem Antriebsmotor 21 und der
Schnecke kann ein Getriebe wirksam angeordnet sein.
-
Bei
der Lösung
gemäß 2 ist
alternativ zum Ausführungsbeispiel
gemäß 1 vorgesehen, dass
der ortsfeste Lagerpunkt 10 mittels einer Gelenkstange 15 dargestellt
wird, wobei die Gelenkstange 15 an der Quertraverse 22 mittels
eines Lagerbolzens 26 angelenkt ist. Das andere Ende der Gelenkstange 15 ist über den
Lagerbolzen 13 mit dem Hebelelement 9 gelenkig
verbunden.
-
Auch
das Spindel-Mutter-System 6, d. h. die Vorrichtung zur
Umwandlung der Drehbewegung in eine translatorische Bewegung, ist über einen
Lagerbolzen 27 an der Quertraverse 22 angelenkt.
Demgemäß kann auf
die Langlöcher 14 (s. 1)
verzichtet werden, da beim Verschwenken des Hebelelements 9 die
Einheit 6 bzw. die Gelenkstange 15 kleine Schwenkbewegungen
ausführen
können,
um den kreisbahnförmigen
Verlauf der Lagerbolzen 12 und 13 um den Lagerbolzen 25 herum
auszugleichen.
-
Die
Erfindung stellt insoweit also auf mindestens eine seitlich und
exzentrisch angeordnete Spindel ab, die bevorzugt direkt, gegebenenfalls
aber auch indirekt über
ein Getriebe oder einen Zahnriemen vom Servomotor 4 angetrieben
wird. Das Hebelelement 9 ist so ausgebildet oder gelagert,
dass ein abhängig
von der Winkelstellung des Hebelelements auftretender Längenausgleich
gewährleistet
ist. Werden hierfür
keine Langlöcher
im Hebelelement vorgesehen, kann der Längenausgleich durch die in 2 dargestellte
Lösung
erfolgen.
-
Wie
in den Figuren weiterhin gesehen werden kann, schwenkt das Hebelelement 9 bei
der Bewegung des Verschiebeelements 7 von der Position A
in die Position B und umgekehrt etwa symmetrisch zur Richtung Q.
Der Schwenkwinkel zwischen der Längsachse
des Hebelelements 9 und der Richtung Q beträgt dabei – nach beiden
Seiten hin – etwa
maximal 45°,
vorzugsweise maximal 30°.
Dies hat den Vorteil, dass der Verlauf der Kraft über dem
Verschiebeweg des Verschiebeelements 7 relativ konstant
ist, was insbesondere für
die Bewegung einer Schubschnecke von Vorteil ist.
-
- 1
- Einrichtung
zum Verschieben
- 2
- Bauelement
(Teil der Plastifizier- und Einspritzvorrichtung)
- 3
- erste
Achse
- 4
- Servomotor
- 5
- Übertragungselement
- 6
- Vorrichtung
zur Umwandlung der Drehbewegung in eine translatorische Bewegung
- 7
- Verschiebeelement
- 8
- zweite
Achse
- 9
- Hebelelement
- 10
- ortsfester
Lagerpunkt
- 11
- dritte
Achse
- 12
- Lagerbolzen
- 13
- Lagerbolzen
- 14
- Langloch
(Ausgleichselement)
- 15
- Gelenkstange
- 16
- ortsfester
Teil der Spritzgießmaschine
- 17
- Spindel
des Spindel-Mutter-Systems
- 18
- Linearführung
- 19
- ortsfestes
Bauelement
- 20
- Linearführung
- 21
- Antriebsmotor
- 22
- Quertraverse
- 23
- Düse
- 24
- Schneckenzylinder
- 25
- Lagerbolzen
- 26
- Lagerbolzen
- 27
- Lagerbolzen
- L
- Längsrichtung
- Q
- Richtung
senkrecht zu den Achsen
- a
- Abstand
- b
- Abstand
- A
- Position
vor dem Einspritzen
- B
- Position
nach dem Einspritzen