Schutzvorrichtung für einen SpindelantriebProtection device for a spindle drive
Beschreibungdescription
Bezug zu verwandten AnmeldungenRelated to related applications
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 103 35 854.4, hinterlegt am 06.08.2004, deren Offenbarungsgehalt hiermit ausdrücklich auch zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.The present application claims the priority of the German patent application 103 35 854.4, filed on August 6, 2004, the disclosure content of which is hereby expressly made the subject of the present application.
Gebiet der ErfindungField of the Invention
Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung für einen Spindelantrieb nach dem O- berbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a protective device for a spindle drive according to the preamble of claim 1.
Stand der TechnikState of the art
Eine derartige Vorrichtung wird in der EP 0 675 300 B1 beim zweistufigen Schließen bei einem Einspritzvorgang an einer Kunststoff-Spritzgießmaschine eingesetzt. Zwei Antriebe sind seriell hintereinander geschaltet, wobei der erste Antrieb im Wesentlichen die Zufahrbewegung bewerkstelligt, während der zweite Antrieb zur Erzeugung der Schließkraft bestimmt ist. Da für die bloße Zufahrbewegung der Antrieb erheblich kleiner dimensioniert werden kann als für die Aufbringung der doch beträchtlichen Schließkraft, wird durch diese Vorrichtung beim Aufbringen der Schließkraft der erste Antrieb weitestgehend aus dem Kraftfluss oder zumindest aus dem weiteren Kraftfluss entkoppelt. Dazu erfolgt eine drehsichere, kraftschlüssige Festlegung. Ein Schutz des Spindelantriebs gegen Überbeanspruchung insbesondere in Folge von Trägheitsmomenten wird damit nicht bewerkstelligt, zumal die Teile weitestgehend im Stillstand miteinander in Eingriff gelangen.Such a device is used in EP 0 675 300 B1 for two-stage closing during an injection process on a plastic injection molding machine. Two drives are connected in series, the first drive essentially accomplishing the closing movement, while the second drive is intended to generate the closing force. Since the drive can be dimensioned considerably smaller for the mere approach movement than for the application of the considerable closing force, this device largely decouples the first drive from the power flow or at least from the further power flow when the closing force is applied. For this purpose, there is a rotationally secure, non-positive fixing. Protection of the spindle drive against overstressing, in particular as a result of moments of inertia, is therefore not achieved, especially since the parts come into engagement with one another to a large extent at a standstill.
Grundsätzlich besteht bei elektrischen Antrieben mit einer Umsetzung einer Rotation in eine Linearbewegung das Problem, dass ein mechanisches Auflaufen des Spindelsystems zu einer Zerstörung der Spindel führen kann. Insofern sind bisher als
Schutzvorrichtungen elektrische Beschaltungen bekannt, die durch Strombegrenzung solche Überlastzustände vermeiden sollen. Dies reicht jedoch in vielen Fällen nicht aus, da die Strombegrenzung erst wirkt, wenn tatsächlich der Bewegungsendpunkt erreicht ist. Gerade bei Spindelantrieben liegen jedoch in den zu bewegenden Massen noch solche Trägheitsmomente vor, dass ein „Weiterlaufen" des Systems stattfindet, das zur Zerstörung von Teilen der Maschine führen kann. Untersuchungen haben ergeben, dass hierfür ein Freiraum in der Größenordnung von Millimetern erforderlich sein kann.Basically, the problem with electrical drives with the conversion of a rotation into a linear movement is that a mechanical overrun of the spindle system can lead to the destruction of the spindle. So far so far Protective devices known electrical circuits, which are to avoid such overload conditions by current limitation. In many cases, however, this is not sufficient because the current limitation only takes effect when the end point of motion has actually been reached. However, in the case of spindle drives in particular, there are still moments of inertia in the masses to be moved that the system "continues to run", which can lead to the destruction of parts of the machine. Studies have shown that a clearance of the order of millimeters may be required for this ,
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schutzvorrichtung der eingangs genannten Gattung derart weiterzubilden, dass ein zuverlässiger Freiraum zum Abbau von Trägheitsmomenten gewährleistet wird.On the basis of this prior art, the object of the present invention is to develop a protective device of the type mentioned at the outset in such a way that a reliable free space for reducing moments of inertia is ensured.
Diese Aufgabe wird durch eine Schutzvorrichtung für einen Spindelantrieb mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.This object is achieved by a protective device for a spindle drive with the features of claim 1.
Das vorgesehene elastische Element stellt keine Kraftbegrenzung dar, sondern soll dem System den bedarfsweise benötigten „Auslauf" bieten, falls die Nennkraft des Spindelantriebs überschritten wird. Dazu wird das elastische Element im Bereich des Spindelantriebs so angeordnet, dass im Bedarfsfall eine zusätzliche lineare Bewegung abgefangen werden kann.The elastic element provided does not represent a force limitation, but is intended to provide the system with the "run-out" that is required if the nominal force of the spindle drive is exceeded. For this purpose, the elastic element is arranged in the area of the spindle drive in such a way that an additional linear movement is intercepted if necessary can.
Vorteilhafterweise wird diese zusätzliche mechanische Sicherung in dem Antriebsstrang angeordnet, in dem die direkte Krafteinleitung erfolgt. Dadurch kann auf kürzestem Weg ggf. ein Sicherheitsfederweg in der Größenordnung von Millimetern bereit gestellt werden, bevor es zu einer Schädigung des gesamten Systems kommt.This additional mechanical fuse is advantageously arranged in the drive train in which the direct force is applied. As a result, a safety spring travel of the order of millimeters can be made available in the shortest possible way before the entire system is damaged.
Ein bevorzugter Einsatzbereich liegt z. B. bei Spritzgießmaschinen und insbesondere bei Kunststoff-Spritzgießmaschinen vor. Dort werden vermehrt derartige Spindelantriebe eingesetzt, wobei als Beispiel der Bereich des Ausstoßers zum Aus-
stoßen von Spritzteilen aus dem Spritzgießwerkzeug erwähnt wird. In diesem Bereich kennt der Hersteller von vorn herein nicht die werkzeugbedingten Maße. Damit ist es Sache des Bedieners die entsprechenden Bewegungsfreiräume anzugeben. Werden hier Fehleingaben gemacht, kommt es unweigerlich zur Kollision und ggf. Beschädigung der Spindelantriebe.A preferred application is z. B. in injection molding machines and especially in plastic injection molding machines. Spindle drives of this type are increasingly being used there, the region of the ejector for removing ejecting injection molded parts from the injection mold is mentioned. In this area, the manufacturer does not know the tool-related dimensions from the outset. It is up to the operator to specify the appropriate freedom of movement. If incorrect entries are made here, the spindle drives will inevitably collide and possibly be damaged.
Kurzbeschreibung der Figuren:Brief description of the figures:
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to the attached figures. Show it:
Fig. 1 Eine dreidimensionale Ansicht eines Spindelantriebs mit zugehöriger Schutzvorrichtung, Fig. 2 einen Schnitt durch den Spindelantrieb gemäß Fig. 1 , Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 2 im Bereich der Schutzvorrichtung, Fig. 4 einen Schnitt durch eine Schutzvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel mit Federpaketen, Fig. 5 einen Schnitt durch einen mit der Schutzvorrichtung versehenen Hohl- wellenmotor.1 shows a three-dimensional view of a spindle drive with associated protective device, FIG. 2 shows a section through the spindle drive according to FIG. 1, FIG. 3 shows an enlarged detail from FIG. 2 in the area of the protective device, FIG. 4 shows a section through a protective device according to 5 shows a section through a hollow shaft motor provided with the protective device.
Ausführliche Beschreibung bevorzugter AusführungsbeispieleDetailed description of preferred embodiments
Die Erfindung wird jetzt beispielhaft unter bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Allerdings handelt es sich bei den Ausführungsbeispielen nur um Beispiele, die nicht das erfinderische Konzept auf eine bestimmte Anordnung beschränken sollen.The invention will now be explained in more detail by way of example with reference to the accompanying drawings. However, the exemplary embodiments are only examples which are not intended to restrict the inventive concept to a specific arrangement.
Die Figuren zeigen eine Schutzvorrichtung für einen Spindelantrieb S. Der Spindelantrieb besitzt wenigstens zwei Teile in Form einer Spindel 10 und einer mit der Spindel zusammenwirkenden Mutter 11. Wie bei einem derartigen Spindelantrieb üblich, ist wenigstens eines dieser Teile drehfest gelagert, während wenigstens ein weiteres drehbares Teil dieser Teile in Längsrichtung der Spindel 10 beweglich gela-
gert ist. Mittels einer Antriebseinrichtung 12, wie z. B. einem Elektromotor wird das weitere drehbare Teil, hier Mutter 11 rotiert, wodurch eine Linearbewegung des drehfesten Teils, hier Spindel 10, erreicht wird. Diese Linearbewegung führt zu einer Relativbewegung einer Baugruppe gegenüber einer anderen Baugruppe. Im Ausfüh- rungsbeispiel ist als die eine Baugruppe ein Ausstoßer 17 dargestellt, der gegenüber der Baugruppe 16 bzw. einem mit dieser Baugruppe 16 verbundenen, zeichnerisch nicht dargestellten Spritzgießwerkzeug bewegbar ist.The figures show a protective device for a spindle drive S. The spindle drive has at least two parts in the form of a spindle 10 and a nut 11 which interacts with the spindle. As is customary with such a spindle drive, at least one of these parts is mounted in a rotationally fixed manner, while at least one further is rotatable Part of these parts movably loaded in the longitudinal direction of the spindle 10 device. By means of a drive device 12, such as. B. an electric motor, the further rotatable part, here nut 11 is rotated, whereby a linear movement of the non-rotatable part, here spindle 10, is achieved. This linear movement leads to a relative movement of an assembly in relation to another assembly. In the exemplary embodiment, an ejector 17 is shown as the one assembly, which can be moved relative to the assembly 16 or an injection molding tool (not shown in the drawing) connected to this assembly 16.
Die Erfindung wird insofern im Folgenden anhand dieser Elemente näher erläutert, die sich üblicherweise an einer Kunststoff-Spritzgießmaschine befinden. Grundsätzlich können jedoch auch andere Baugruppen an einer Kunststoff-Spritzgießmaschine oder auch andere Baugruppen an sich, die für andere Einsatzzwecke bestimmt sind, durch eine derartige Schutzvorrichtung gegenüber unter Umständen unvermeidbaren Trägheitsmomentüberschüssen geschützt werden.In this respect, the invention is explained in more detail below on the basis of these elements, which are usually located on a plastic injection molding machine. In principle, however, other assemblies on a plastic injection molding machine or also other assemblies per se, which are intended for other purposes, can be protected by such a protective device against excesses of inertia which may be unavoidable.
Zum Schutz ist wenigstens ein elastisches Element 13 in den Ausführungsbeispielen in Form von Federscheiben vorgesehen, das zwischen dem Spindelantrieb S und wenigstens einer der Baugruppen angeordnet ist. Das elastische Element 13 dient als Sicherungselement und schafft einen Auslauf x für das drehfeste, der Linearbe- wegung unterworfene Teil, hier die Spindel 10, oder das drehbare Teil desFor protection, at least one elastic element 13 is provided in the exemplary embodiments in the form of spring washers, which is arranged between the spindle drive S and at least one of the assemblies. The elastic element 13 serves as a securing element and creates an outlet x for the non-rotatable part subject to the linear movement, here the spindle 10, or the rotatable part of the
Spindelantriebs, hier die Mutter 11 , um dadurch Trägheitsmomentüberschüsse bedarfsweise abbauen zu können.Spindle drive, here the nut 11, in order to be able to reduce excess inertia if necessary.
Grundsätzlich besteht das Problem, elektrische Spindelantriebe so zu schützen, dass bei mechanischem Auflaufen des Spindelsystems eine Zerstörung der Spindel verhindert wird. An der Spritzgießmaschine tritt dies insbesondere im Bereich des Ausstoßers, aber nicht nur hier auf. Im Bereich des Ausstoßens sind die werkzeugbedingten Maße dem Hersteller nicht bekannt, so dass der Bediener die entsprechenden Bewegungsfreiräume zutreffend eingeben muss. Werden Fehleingaben gemacht, kommt es zur besagten Kollision. Beim Beenden einer derartigen Bewegung befindet sich aber noch so viel Energie durch Trägheitsmomente z. B. der Spindeln oder Muttern und in Folge von Schaltverzögerungen im System, dass theo-
retisch unendlich hohe Kräfte auftreten. Diese Kräfte können zur Zerstörung der Spindel führen.Basically, there is the problem of protecting electrical spindle drives in such a way that the spindle is prevented from being destroyed when the spindle system mechanically overruns. On the injection molding machine, this occurs particularly in the area of the ejector, but not only here. In the area of ejection, the tool-related dimensions are not known to the manufacturer, so the operator must correctly enter the corresponding freedom of movement. If incorrect entries are made, the collision in question occurs. When ending such a movement there is still so much energy due to moments of inertia, for. B. the spindles or nuts and as a result of switching delays in the system that theo- infinitely high forces occur. These forces can destroy the spindle.
Was genau geschieht, lässt sich am einfachsten anhand von Fig. 2 erläutern. Wird durch die Antriebseinrichtung 12 über den Riemen 19 das Riemenrad 22 angetrieben, so dass sich die Mutter 11 dreht, führt dies zu einer Bewegung der Spindel 10 in Richtung des Pfeils 23, zumindest beim eigentlichen Ausstoßvorgang. Kommt es zu der besagten Kollision, kann sich die Spindel nicht mehr weiterbewegen, was zu einer entgegen gerichteten Bewegung der Mutter 11 in Richtung des Pfeils 24 in Fig. 3 führt. Diese Bewegung führt zu einer entsprechenden Bewegung der Lager 14, die über das elastische Element 13 abgefangen wird. Es wird also ein Auslaufen des Systems über den Auslauf x gestattet, so dass sich das System gegen die vorzugsweise zunehmende Kraft der Feder abfedern kann. Die Kraft des elastischen Elements 13 ist so dimensioniert, dass die vorgegebene oder vorgebbare Federkraft des elastischen Elements 13 etwas über der Nennkraft des Spindelantriebs S liegt. Dadurch soll ein sanftes Auslaufen der Bewegung bzw. Abbremsen der kinematischen Energie eintreten.What exactly happens can be explained most simply with the aid of FIG. 2. If the belt wheel 22 is driven by the drive device 12 via the belt 19 so that the nut 11 rotates, this leads to a movement of the spindle 10 in the direction of the arrow 23, at least during the actual ejection process. If the collision occurs, the spindle can no longer move, which leads to an opposite movement of the nut 11 in the direction of the arrow 24 in FIG. 3. This movement leads to a corresponding movement of the bearings 14, which is intercepted by the elastic element 13. The system is therefore allowed to run out via the outlet x, so that the system can cushion itself against the preferably increasing force of the spring. The force of the elastic element 13 is dimensioned such that the predetermined or predeterminable spring force of the elastic element 13 is slightly above the nominal force of the spindle drive S. This is to allow the movement or braking of the kinematic energy to slow down gently.
Die Anordnung des elastischen Elements erfolgt im Bereich des Spindelantriebs, z. B. an wenigstens einem Ende der Spindel 10 und/oder der Mutter 11 oder einem Lagerbereich z. B. der Lager 14 des Spindelantriebs S. Vorteilhafterweise erfolgt die Anordnung dieses elastischen Elements am von der Antriebseinrichtung 12 oder dem weiteren drehbaren Teil entfernten Ende von Spindel 10 oder Mutter 11. Dazu kann, wie im Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 3, das Lager 14, 15 im Bereich des Auslaufs x gegen die Kräfte des elastischen Elements 13 axial beweglich gelagert sein. Diese zusätzliche mechanische Sicherung ist direkt in dem Antriebsstrang untergebracht, in dem die direkte Krafteinleitung besteht. Dadurch sollen auftretende Kräfte und Momente so schnell wie möglich abgebaut werden. Je nach System kann sich der dabei eintretende Sicherheitsfederweg in der Größenordnung von Millime- tern bewegen.The arrangement of the elastic element takes place in the area of the spindle drive, for. B. at least one end of the spindle 10 and / or the nut 11 or a storage area z. B. the bearing 14 of the spindle drive S. Advantageously, this elastic element is arranged at the end of the spindle 10 or nut 11 remote from the drive device 12 or the further rotatable part. For this purpose, as in the exemplary embodiment in FIGS. 1 to 3, the bearing 14 , 15 in the area of the outlet x against the forces of the elastic element 13 to be axially movable. This additional mechanical fuse is located directly in the drive train in which the direct force is applied. This is to reduce occurring forces and moments as quickly as possible. Depending on the system, the resulting safety spring travel can be of the order of millimeters.
Im Ausführungsbeispiel ist das der Linearbewegung unterworfene Teil die Spindel 10. Die Abfederung erfolgt im Bereich der Mutter 11. Der Spindelantrieb kann ein
Kugelrollspindelantrieb, eine Gewindespindel mit Planetenantrieb oder ein vergleichbarer Spindelantrieb sein.In the exemplary embodiment, the part subjected to the linear movement is the spindle 10. The cushioning takes place in the area of the nut 11. The spindle drive can be a Ball screw drive, a threaded spindle with planetary drive or a comparable spindle drive.
Wie erläutert sind die Baugruppen vorzugsweise Teile einer Kunststoff-Spritzgieß- maschine, die sich relativ zueinander bewegen. Die zu schützende Baugruppe ist im Ausführungsbeispiel ein Ausstoßer 17. Dieser Ausstoßer 17 ist gemäß Fig. 1 an Führungen 18 geführt, die parallel zur Wirkrichtung des elastischen Elements 13 angeordnet sind. In den Figuren ist lediglich der Mitnehmer und die Kupplung 21 zu erkennen.As explained, the assemblies are preferably parts of a plastic injection molding machine that move relative to one another. In the exemplary embodiment, the assembly to be protected is an ejector 17. According to FIG. 1, this ejector 17 is guided on guides 18 which are arranged parallel to the direction of action of the elastic element 13. Only the driver and the coupling 21 can be seen in the figures.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4, die ebenfalls einen Bereich des Ausstoßers zeigt, ist ein Schnitt durch die Kupplung 21 auf der rechten Seite zu sehen, wobei die gegen Federn 25 gelagerten Verriegelungsschieber 26 zu erkennen sind. Vom Spindelantrieb ist nur die Spindel 10 zu sehen, deren Bewegung bedarfsweise über die als Federpakete ausgebildeten elastischen Mittel 13 abgebaut wird. Die außerhalb des Schnittbereichs der Fig. 4 liegende Mutter ist nicht zu sehen. Der maximale Verformungsweg beider Federpakete zusammen ergibt den Auslauf x.In the embodiment of FIG. 4, which also shows a region of the ejector, a section through the coupling 21 can be seen on the right-hand side, the locking slides 26 mounted against springs 25 being visible. From the spindle drive, only the spindle 10 can be seen, the movement of which is reduced as required via the elastic means 13 designed as spring assemblies. The nut lying outside the cutting area of FIG. 4 cannot be seen. The maximum deformation path of both spring assemblies together results in the outlet x.
Fig. 5 zeigt in einem weiteren Ausführungsbeispiel eine Integration der Schutzvor- richtung in einen Hohlwellenmotor 20. Im Hohlwellenmotor ist die Mutter 11 zu erkennen, die dort über die Lager 14, 15 gelagert ist. Mit dieser Mutter im Gewindeeingriff steht die Spindel 10. Kommt es zu einer Überbeanspruchung, so wird diese über die Mutter 11 und die Lager 14 in Richtung auf das elastische Element 13 unter Ausnutzung des Auslaufs x abgefangen.5 shows in a further exemplary embodiment an integration of the protective device into a hollow shaft motor 20. In the hollow shaft motor, the nut 11 can be seen, which is supported there via the bearings 14, 15. The spindle 10 is in threaded engagement with this nut. If there is an excessive load, it is intercepted by the nut 11 and the bearings 14 in the direction of the elastic element 13 using the outlet x.
Es versteht sich von selbst, dass diese Beschreibung verschiedensten Modifikationen, Änderungen und Anpassungen unterworfen werden kann, die sich im Bereich von Äquivalenten zu den anhängenden Ansprüchen bewegen.
BezugszeichenlisteIt goes without saying that this description can be subjected to various modifications, changes and adaptations which range from equivalents to the appended claims. LIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Spindel10 spindle
11 Mutter11 mother
11a Mutteraufnahme11a Mother admission
12 Antriebseinrichtung12 drive device
13 elastisches Element13 elastic element
14, 15 Lager14, 15 bearings
16 Baugruppe16 assembly
17 Ausstoßer17 ejectors
17a Ausstoßerbolzen17a ejector pin
18 Führung18 leadership
19 Riemen19 straps
20 Hohlwellenmotor20 hollow shaft motor
21 Kupplung21 clutch
22 Riemenrad22 pulley
23, 24 Pfeil23, 24 arrow
25 Feder25 spring
26 Verriegelungsschieber26 locking slide
S Spindelantrieb x Auslauf
S spindle drive x outlet