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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Spritzgießeinheit für eine Spritzgießmaschine zur Verarbeitung von Kunststoffen und anderer plastifizierbarer Materialien wie pulverige oder keramische Materialien nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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Eine derartige Spritzgießeinheit ist zum Beispiel aus der
DE 43 17 998 C2 bekannt. Sie wird elektromechanisch über Spindelantriebe betrieben, wobei je nach Ausführungsform sowohl Dosiermotor als auch Einspritzmotor elektromechanisch betrieben werden. Die Spindelantriebe sind in einer Einspritzbrücke gelagert, wobei die Spindelmutter über Riemen oder Getriebeeinheiten angetrieben werden.
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Aus der
DE 195 42 453 A1 ist eine Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Axialbewegung bekannt, bei der die Funktionen von Spindel und Mutter an einem Spindelantrieb vertauscht sind. Ein innenliegender Spindelkopf wird dabei in einem Gewinderohr bewegt, um dadurch eine Antriebseinheit zu gestalten. Der Spindelantrieb ist dadurch weitestgehend vor äußeren Einflüssen geschützt.
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Spindelantriebe haben sich zur Betätigung von Spritzgießeinheiten durchaus als geeignet erwiesen, jedoch wachsen mit größer werdenden Spritzgießeinheiten, die an größeren Maschinen erforderlich sind, auch die Belastungen, die insbesondere auf die Spindelantriebe des Einspritzmechanismus einwirken, der bei jedem Zyklus das vor die Förderschnecke plastifizierte Material in die Spritzgießform fördert. Ein beliebiges Vergrößern der Spindeln kommt daher schnell an seine Grenzen.
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Aufgabe der Erfindung
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen alternativen Aufbau einer Spritzgießeinheit zur Verfügung zu stellen, der auch höheren Belastungen gewachsen ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Spritzgießeinheit mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
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Die Spritzgießeinheit weist mehrere Einspritzmotoren auf, die auf mehrere Spindelantriebe einwirken. Vorzugsweise ist dabei jedem Spindelantrieb ein Einspritzmotor zugeordnet, es kann jedoch auch mehr als ein Motor dem jeweiligen Spindelantrieb zugeordnet werden. Die Einspritzmotoren und Spindelantriebe sind vorzugsweise baugleich, besonders bevorzugt aber paarweise baugleich ausgebildet. Da es sich durch die Aufteilung auf mehrere Antriebseinheiten grundsätzlich um kleinere Antriebe handelt, kann durch die Mehrfachverwendung einerseits die Modularität gesteigert werden, gleichzeitig können aber auch die Masseträgheiten verringert werden, sodass sich ein hochdynamisches System ergibt, das ein schnelles Einspritzen sowie hohe Beschleunigungs- und Verzögerungswerte ermöglicht. Durch eine symmetrische Anordnung zur Spritzachse ist dennoch die für die Herstellung von qualitativ hochwertigen Spritzteilen erforderliche Präzision gewährleistet.
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Vorzugsweise findet eine geradzahlige Anzahl an Einspritzmotoren Anwendung, da dadurch die Möglichkeit besteht, die vom Spindelsystem ausgehenden Drehmomente wechselweise aufzuheben, sofern die Spindelantriebe gegenläufig betrieben werden. Vermeintliche Nachteile der gleichzeitigen Verwendung mehrerer Einspritzmotoren und Spindelantriebe werden dadurch vernachlässigbar.
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Werden mehrere Antriebseinheiten verwendet, können diese kleiner ausfallen. Dadurch ist es möglich, die gesamte Spritzgießeinheit auch bei größeren Maschinen kompakt zu gestalten, sodass im Wesentlichen die Länge der Förderschnecke und des diese antreibenden Dosiermotors die Länge der Spritzgießeinheit bestimmt.
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Je nach Aufbau kann ein stabiler Kraftrahmen gebildet werden, in dem eine Einspritzbrücke nahezu drehmomentfrei auch mit kurzen Zykluszeiten bewegt werden kann. Alternativ zu einem hierbei vorzugsweise ausgebildeten Drei-Platten-System, bei dem Abstützung, Zylinderaufnahme und Einspritzbrücke die jeweiligen Platten bilden, sind auch Zwei-Platten-Systeme des drückenden und ziehenden Typs vom Aufbau her möglich.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von vier Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine dreidimensionale Ansicht einer auf einem Maschinengestell angeordneten Spritzgießeinheit,
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2 eine Seitenansicht der Spritzgießeinheit gemäß 1
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3 eine stirnseitige Ansicht der Spritzgießeinheit gemäß 1 von rechts,
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4 einen horizontalen Schnitt durch die Spritzgießeinheit in Höhe der Spritzachse,
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5 eine teilweise geschnittene Darstellung des Einspritzmotors mit zugehörigem Spindelantrieb,
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6 eine Darstellung einer Spritzgießeinheit gem. 1 in einem zweiten Ausführungsbeispiel,
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7 eine Seitenansicht der Spritzgießeinheit gemäß 6,
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8 einen vertikalen Schnitt durch die Spritzgießeinheit gemäß 6 durch den Spindelantrieb,
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9 einen horizontalen Schnitt durch die Spritzgießeinheit gemäß 6 in Höhe der Spritzachse,
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10 eine Ansicht einer Spritzgießeinheit gemäß 1 in einem dritten Ausführungsbeispiel,
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11 eine Seitenansicht der Spritzgießeinheit gemäß 10,
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12 eine dreidimensionale Darstellung einer Spritzgießeinheit gemäß 1 in einem vierten Ausführungsbeispiel,
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13 einen horizontalen Schnitt durch die Spritzgießeinheit in Höhe der Spindelantriebe.
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Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
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Bevor die Erfindung im Detail beschrieben wird, ist darauf hinzuweisen, dass sie nicht auf die jeweiligen Bauteile der Vorrichtung sowie die jeweiligen Verfahrensschritte beschränkt ist, da diese Bauteile und Verfahren variieren können. Die hier verwendeten Begriffe sind lediglich dafür bestimmt, besondere Ausführungsformen zu beschreiben und werden nicht einschränkend verwendet. Wenn zudem in der Beschreibung oder in den Ansprüchen die Einzahl oder unbestimmte Artikel verwendet werden, bezieht sich dies auch auf die Mehrzahl dieser Elemente, solange nicht der Gesamtzusammenhang eindeutig etwas Anderes deutlich macht.
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Die Figuren zeigen in vier Ausführungsbeispielen den Aufbau einer Spritzgießeinheit für eine Spritzgießmaschine zur Verarbeitung von Kunststoffen und anderer plastifizierbarer Materialien wie pulverige oder keramische Materialien. Dabei wird in der Spritzgießeinheit das Material in einer Plastifiziereinheit 12 aufbereitet, in der eine Förderschnecke 14 zum Fördern des plastifizierbaren Materials in einen Hohlraum 15a einer Spritzgießform 15 vorgesehen ist. Gemäß 1 befindet sich diese Spritzgießform 15 im Ausführungsbeispiel an einem stationären Formträger 11. Zeichnerisch nicht dargestellt ist der Rest der Formschließeinheit, in der üblicherweise zwischen dem stationären Formträger 11 und einem über eine Formschließeinheit axial beweglichen Formträger die Spritzgießform 15 aufgenommen ist. Plastifiziertes Material wird in den Hohlraum 15a der Spritzgießform 15 eingespritzt und nach einem entsprechenden Erkalten kann das so erzeugte Spritzteil aus der Spritzgießform entnommen werden.
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Für dieses Herstellungsverfahren weist die Spritzgießeinheit einen elektromechanischen Dosiermotor 31 zum Drehen der Förderschnecke 14 beim Dosieren des plastifizierbaren Materials auf. Das Material wird dabei in der Plastifiziereinheit 12 aufgeschmolzen und vor die Förderschnecke 14 befördert. Nach Dosieren des Materials erfolgt der Einspritzvorgang, durch den das plastifizierte Material in den Formhohlraum 15a eingespritzt wird. Hierzu ist wenigstens ein elektromechanischer Einspritzmotor 50, 150, 250, 350 vorgesehen, der die Förderschnecke 14 axial und relativ zur Plastifiziereinheit 12 bewegt. Dem Einspritzmotor zugeordnet ist ein Spindelantrieb 40, 121, 240, 340 mit einer Spindel 53 und einer damit zusammenwirkenden Mutter oder einen Abschnitt einer Spindel, der an einem Gewinderohr gelagert ist. Vorzugsweise erfolgt die Momentübertragung vom Einspritzmotor 50 auf die Spindelantriebe 40, 121, 240, 340 über Getriebe 30, 51, 130. Durch die Getriebeuntersetzung werden die möglichen Trägheitsmomente reduziert. Selbst im letzten Ausführungsbeispiel wird durch die Verwendung von Planeten 344 in Verbindung mit dem dort verwendeten Gewinderohr 343 ein geringes Trägheitsmoment erreicht.
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Den Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass mehrere symmetrisch zur Spritzachse s-s angeordnete Spindelantriebe 40, 121, 240, 340 vorgesehen sind, denen jeweils wenigstens ein Einspritzmotor 50, 150, 250, 350 zugeordnet ist. In der Regel ist jedem Spindelantrieb auch ein Einspritzmotor zugeordnet, im zweiten Ausführungsbeispiel der 6 bis 9 treiben zwei Einspritzmotoren 150 je einen Spindelantrieb 121 an. Vorzugsweise sind die Spindelantriebe als auch die Einspritzmotoren untereinander identisch ausgebildet, wodurch sich unter den insgesamt im Verhältnis zu großen Spritzgießeinheiten kleinen Antrieben eine hohe Modularität erreichen lässt. Gleichzeitig erlaubt die Mehrfachverwendung derselben, geringen Massenträgheiten der Antriebe den Aufbau eines hochdynamischen Systems, das ein schnelles Einspritzen bei hohen Beschleunigungs- und Verzögerungswerten ermöglicht.
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Gemäß 3 erlaubt die symmetrische Anordnung der Spindelantriebe eine sehr kompakte Bauform. So kann zum Beispiel gemäß 4 der Dosierantrieb 31 als Direktantrieb ausgebildet werden, sodass sich die Gesamtlänge der Spritzgießeinheit mehr oder weniger an dieser kürzesten Achse orientieren kann, das heißt die Länge dieser Spritzgießeinheit wird durch die Länge der Förderschnecke 14 und der Länge des Dosiermotors 31 bestimmt.
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Vorzugsweise ist die Anzahl der Spindelantriebe 40, 121, 240, 340 geradzahlig und insbesondere werden zwei oder vier Spindelantriebe mit zugehörigen Einspritzmotoren 50, 150, 250, 350 verwendet. Werden die Einspritzmotoren entsprechend angeordnet, besteht in diesem Fall auch die Möglichkeit, durch Antriebsgegenläufigkeit der Drehmomente, die von den Spindelantrieben 40, 121, 240, 340 ausgehen, diese Drehmomente beim Einspritzen weitgehend aufzuheben, wodurch die Qualität und Präzision der herzustellenden Spritzteile gesteigert wird. In diesem Fall können baugleiche Einheiten insofern verwendet werden, als die die Einspritzmotoren 50, 150, 250, 350 und/oder die Spindelantriebe (40, 121, 240, 340) untereinander zumindest paarweise baugleich sind, da ihre Umdrehung auf geeignete Weise gegenläufig erfolgt, wozu z. B. links und rechts drehende Gewinde verwendet werden können. Vorzugsweise befinden sich die Spindelantriebe 40, 121, 240, 340 auf einer in 3 angedeuteten Kreislinie 45, deren Mittelpunkt auf der Spritzachse s-s liegt.
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Gemäß den 1, 2 und 4 ist die Plastifiziereinheit 12 in einer Zylinderaufnahme 20 aufgenommen, an der auf der der Plastifiziereinheit 12 gegenüberliegenden Seite Führungen 21 für eine Einspritzbrücke 33 – als auch im vierten Ausführungsbeispiel für eine Einspritzbrücke 333 – vorgesehen sind, an der die Förderschnecke 14 und der Dosiermotor 31 gelagert sind. Im Ausführungsbeispiel der 1 bis 5 befindet sich in der Einspritzbrücke 33 eine Getriebeeinheit 30, über die die Kräfte der Einspritzmotoren 50 auf die Spindelantriebe 40 übertragen werden. Zum Anlegen der Spritzgießeinheit an den stationären Formträger 11 sind ferner Düsenfahrantriebe 16 vorgesehen. Hierzu sind die an der Einspritzbrücke 30 gelagerten Düsenfahrantriebe über Säulen 13 mit dem stationären Formträger 11 verbunden. Wie aus 4 ersichtlich, können die Düsenfahrantriebe 16 zum Beispiel hydraulisch betrieben werden.
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4 verdeutlicht ferner, dass an der Einspritzbrücke 33 im Bereich der Lagerung 32 die Förderschnecke 14 drehbar gelagert ist. Sie steht insofern dort mit der rotierenden Welle des Dosiermotors 31 in Verbindung, der ebenfalls an der Einspritzbrücke 33 gelagert ist. Vorzugsweise kann in diesem Bereich auch ein Sensor 32a zur Messung der Einspritzkraft angeordnet werden. Dieser Sensor 32a kann „becherartig” ausgebildet sein, um im Bereich unter der Lagerung messen zu können und die gewünschte Empfindlichkeit zu erreichen.
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Die Stirnansicht gemäß 3 zeigt die Anordnung der Spritzgießeinheit auf dem Maschinenfuß 10 und dem Tisch 22. In einem Flansch 41 des die Spindelantriebe 40 aufnehmenden Gehäuses sind zudem die Säulen 13 für die Düsenfahreinheiten 16 gelagert. Die Einspritzmotoren 50 können in diesem Ausführungsbeispiel neben den Spindelantrieben 40 angeordnet werden, sie befinden sich jedoch gemäß 4 im Wesentlichen innerhalb einer durch die Abmessungen des beweglichen Formträgers 11 vorgegebenen Fläche. Die Übertragung der Rotation vom Einspritzmotor 50 auf die Spindelantriebe 40 erfolgt über Getriebe 51. Die rotierenden Teile sind dabei vor allem die Spindeln 53, die jedoch durch die Vervielfältigung der Antriebseinheiten klein gehalten werden können. Dies führt in Verbindung mit der Getriebeuntersetzung zu einer deutlichen Verringerung der Trägheitsmomente. Mittig ist dabei ausreichend Raum für die Aufnahme des Dosiermotors 31.
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Die Einspritzbrücke 33 ist auf den Führungen 21 gemäß 1 und 2 drehfest axial beweglich innerhalb eines Kraftrahmens, der durch die Zylinderaufnahme 20, die Führungen 21 und die die Einspritzmotoren 50 aufnehmende Antriebseinheit 40 gebildet ist. Der Aufbau gemäß diesem ersten Ausführungsbeispiel ist damit ein Drei-Platten-Aufbau, wobei die drei Platten durch die Zylinderaufnahme 20 und rückseitig durch das Gehäuse für die Antriebseinheiten 40 sowie durch die Einspritzbrücke 33 gebildet sind. Damit kann die in der Einspritzbrücke 33 gelagerte Getriebeeinheit 30 frei zwischen der Zylinderaufnahme 20 und dem Gehäuse für die Antriebseinheiten 40 bewegt und über die Führungen 21 und die Spindelantriebe 40 geführt werden. Damit ist auch eine stationäre Abstützung 22a des Gehäuses für die Antriebseinheiten 40 möglich. Diese Ausgestaltung hat damit den Vorteil, dass die zu bewegenden Massen während eines Einspritzvorgangs reduziert sind.
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5 zeigt den Aufbau des Spindelantriebs
40. Der Spindelantrieb ist dabei grundsätzlich entsprechend der
DE 195 42 453 A1 aufgebaut, das heißt ein verhältnismäßig eher kurzer spindelartiger Kopf ist in einem Gewinderohr
55 gelagert. Dieser Aufbau wird grundsätzlich auch bei den weiteren Ausführungsbeispielen verwendet.
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Die Spindel 53, 153, 253, 343 ist insofern zumindest auf einem Abschnitt ihrer Länge, das heißt teilweise mit einem Außengewinde versehen. Die Spindel 53 ist dabei drehbar an der Einspritzbrücke 33 gelagert und wird im ersten Ausführungsbeispiel dort über ein Getriebe 51 vom Einspritzmotor 50 betätigt. Vorzugsweise über Planeten 54, 124, 344 steht dieses Außengewinde mit dem Innengewinde eines Gewinderohrs 55, 125, 345 in Wirkverbindung, das im Ausführungsbeispiel drehfest im Gehäuse der Antriebseinheiten 40 gelagert ist. Bedarfsweise ist dabei eine Kühlung unmittelbar im Eingriffsbereich der Gewinde durch Kühlkanäle 56 möglich. Die Spindel und das zugehörige Getrieberad können zudem über eine Drucklagerung 52 an der Einspritzbrücke 33 gelagert werden.
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Im zweiten Ausführungsbeispiel der 6 bis 9 wird ein Zwei-Platten-System gezeigt, bei dem die Einspritzbrücke 133 zugleich die Einspritzmotoren 150 trägt. Die Einspritzbrücke 133 ist in diesem Ausführungsbeispiel über zwei Spindelantriebe 121 mit der Zylinderaufnahme 120 verbunden. Es findet also bei jedem Zyklus eine Bewegung des gesamten Kraftrahmens statt, sodass hier größere Massenträgheiten als im ersten Ausführungsbeispiel auftreten. Dadurch wird der Tisch 122 als Abstützung während des Einspritzvorgangs bewegt, was insbesondere in den 7 und 8 deutlich wird.
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Gemäß 8 werden in diesem zweiten Ausführungsbeispiel zwei Einspritzmotoren 150 über ein Getriebe 130 so angeordnet, dass beide auf einen Spindelantrieb 121 einwirken. Die 8 und 9 zeigen den Aufbau des Spindelantriebs als auch die Lagerung von Förderschnecke 14 und Dosiermotor 31 an der Einspritzbrücke 133. Auch hier weist die Spindel 123 ein Außengewinde auf, das über Planeten 124 mit einem Gewinderohr 125 in Eingriff steht.
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Das dritte Ausführungsbeispiel der 10 und 11 ist ebenfalls ein Zwei-Patten-System, wobei hier allerdings die Einspritzmotoren 250 an der Zylinderaufnahme 220 angeordnet sind. Mit anderen Worten werden also die Einspritzbrücke 233 und die Spindelantriebe 240 beim Einspritzvorgang in 10 von den Einspritzmotoren 250 bei deren Betätigung nach links gezogen. Einspritzmotoren 250 und Getriebe sind also an der Zylinderaufnahme 220 befestigt und werden bei der Einspritzbewegung daher nicht mit bewegt. Dadurch werden die Massenträgheiten gegenüber dem zweiten Ausführungsbeispiel verringert. Zudem kann die Düsenfahreinheit am Ende der Spritzgießeinheit über die Abstützung 242 abgestützt werden, sodass die Spindelantriebe 240 nicht auf dem Tisch 222 abgestützt werden müssen.
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Dem zweiten Ausführungsbeispiel der 6 bis 9 und dem dritten Ausführungsbeispiel der 10 und 11 ist grundsätzlich gemeinsam, dass die Plastifiziereinheit 12 in einer Zylinderaufnahme 120, 220 gelagert ist, an der auf der der Plastifiziereinheit 12 gegenüberliegenden Seite ein drehfester bzw. drehbarer Teil des Spindelantriebs 122 gelagert ist, dessen zugehöriger drehbarer bzw. drehfester anderer Teil in einer gegenüber dem Maschinengestell 10 in Richtung der Spritzachse s-s axial beweglichen Einspritzbrücke 133, 233 gelagert ist.
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Im vierten Ausführungsbeispiel der 12 und 13 wird ein alternativer Antrieb verwendet. Bei dieser Alternative ist kein Getriebe erforderlich, da das Gewinderohr 345 zugleich den Rotor des Einspritzmotors 350 bildet bzw. ist mit dem Rotor entsprechend verbunden. Dazu ist die Spindel 343 in der Einspritzbrücke 333 über Lager 341 entsprechend gelagert. Ansonsten greift das Gewinderohr 345 mit seinem Innengewinde in Planeten 344 ein, die ihrerseits in ein Außengewinde der Spindel 343 eingreifen. Das Gewinderohr 345 steht seinerseits mit dem Stator 342 des Einspritzmotors 350 in Wirkverbindung.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Maschinengestell
- 11
- stationärer Formträger
- 12
- Plastifiziereinheit
- 13
- Säulen
- 14
- Förderschnecke
- 15
- Spritzgießform
- 15a
- Hohlraum
- 16
- Düsenfahrantrieb
- 20, 120
- Zylinderaufnahme
- 21
- Führungen
- 22, 122, 222
- Tisch
- 22a, 242
- Abstützung
- 30, 130
- Getriebeeinheit
- 31
- Dosiermotor
- 32
- Lagerung
- 32a
- Kraftmesssensor
- 33, 133, 233, 333
- Einspritzbrücke
- 40, 121, 240
- Spindelantrieb
- 41
- Flansch
- 45
- Kreislinie
- 50, 150, 250, 350
- Einspritzmotor
- 51
- Getriebe
- 52
- Lager
- 53, 123, 253
- Spindel
- 54, 124, 344
- Planeten
- 55, 125
- Gewinderohr
- 56
- Kühlkanal
- 220
- Zylinderaufnahme
- 340
- Antriebseinheit
- 341
- Lager
- 342
- Stator
- 343
- Gewinderohr
- s-s
- Spritzachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4317998 C2 [0002]
- DE 19542453 A1 [0003, 0036]