DE102017125767A1

DE102017125767A1 - Hubplattenantrieb für Nadelverschlusssysteme für Servomotoren

Info

Publication number: DE102017125767A1
Application number: DE102017125767.5A
Authority: DE
Inventors: Herbert Günther; Siegrid Sommer; Torsten Schnell
Original assignee: Guenther Heisskanaltechnik GmbH
Current assignee: Guenther Heisskanaltechnik GmbH
Priority date: 2017-11-03
Filing date: 2017-11-03
Publication date: 2019-05-23

Abstract

Bei einer Betätigungsvorrichtung (1) für Verschlussnadeln (2) von Nadelverschlussdüsen (3) eines Spritzgießwerkzeugs, aufweisend ein Hubelement (10), an dem mindestens eine Verschlussnadel (2) festgelegt ist, wobei ein Antriebsstrang (20) des Hubelements (10) mindestens ein Getriebe (21) und einen Motor (25) aufweist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Hubelement (10) direkt durch das Getriebe (21) angetrieben ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung für Verschlussnadeln von Nadelverschlussdüsen in einem Spritzgießwerkzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Um eine fließfähige Masse bei vorgegebener Temperatur unter hohem Druck einem trennbaren Formeinsatz zuzuführen, werden in Spritzgießwerkzeugen Spritzgießdüsen eingesetzt, welche die fließfähige Masse bis an den Formeinsatz heranführen. Die Spritzgießdüsen sind -je nach Anwendungsfall - oft als Nadelverschlussdüsen ausgebildet. Diese weisen Verschlussnadeln auf, die meist hydraulisch angetrieben sind, um Angussöffnungen im Werkzeug periodisch zu öffnen und zu verschließen, so dass die fließfähige Masse selektiv dem Formeinsatz zugeführt werden kann.
Die Verschlussnadel ist im werkzeugseitigen Bereich des Spritzgießwerkzeugs axialverschieblich gelagert und in einem auslassseitigen Bereich der Spritzgießdüse bevorzugt mittig in einem Strömungskanal der Nadelverschlussdüse hindurchgeführt. Der Strömungskanal endet meist in einem Düsenendstück, das eine Düsenaustrittsöffnung bildet Letztere steht mit einer Angussöffnung im Formeinsatz in Strömungsverbindung. In einer Schließstellung greift das untere Ende der Verschlussnadel in einen Dichtsitz ein, der in dem Düsenendstück oder im der Angussöffnung im Formeinsatz ausgebildet sein kann. In der Öffnungsstellung gibt die Verschlussnadel die Düsenaustrittsöffnung frei, so dass die Spritzgießmasse mit einer definierten Flussrate in das jeweils zugeordnete Formnest einströmen kann.
Wenn in einem Werkzeug mehrere Formeinsätze gleichzeitig angespritzt werden, ist es notwendig, dass die Verschlussnadeln gleichzeitig und gleichmäßig betätigt werden. Hierbei ist es insbesondere wichtig, dass die Verschlussnadeln präzise und mit definierter Geschwindigkeit in ihre Öffnungsstellungen gebracht werden und nach Abschluss des Füllvorgangs mit gleicher Schließkraft beaufschlagt und in ihre Schließstellungen gebracht werden.
Für eine gleichzeitige Betätigung von Verschlussnadeln werden Verbindungsmittel, wie beispielsweise Hubplatten, vorgesehen, mittels derer die Verschlussnadeln fest verbunden sind. Durch die Betätigung der Hubplatte wird eine synchrone Bewegung der Verschlussnadeln erreicht. Aufgrund der räumlichen Begebenheiten in Spritzgießmaschinen ist allerdings eine zentrale Krafteinleitung oft nicht möglich. Für eine möglichst gleichmäßige Krafteinleitung und somit eine gleichmäßige Betätigung der Verschlussnadeln werden daher Lösungen mit einer dezentralen Krafteinleitung vorgesehen.
WO 2007/079836 A1 schlägt hierfür beispielsweise eine Betätigungsvorrichtung vor, bei der wenigstens zwei Verschlussnadeln zweier Nadelverschlussdüsen an einem Hubelement festlegbar sind. Letzteres ist über längsverschieblich gelagerte Steuerschienen und Gleitelemente mittels eines Antriebs in einer ersten Richtung bewegbar, wobei die Steuerschienen und die Gleitelemente die Antriebsbewegung in eine zweite Bewegungsrichtung des Hubelements umsetzen. Als Antrieb ist ein hydraulischer Antrieb vorgesehen.
DE 10 2008 029 216 A1 verwendet als Antrieb für die Verschlussnadeln einen Motor, der einen um mehrere Umlenkrollen und Antriebsrollen umlaufenden Riemen antreibt. Die Antriebsrollen treiben Spindeln an, die eine Hubbewegung einer Hubplatte bewirken, an der die einzelnen Verschlussnadeln montiert sind. Einem solchen, konstruktiv sehr aufwendigen Antrieb fehlt es meist an Präzision, weil mit dem Riemen eine Synchronizität der Bewegung der einzelnen Spindeln nicht gewährleistet werden kann. Hinzu kommt ein hoher Wartungsaufwand, weil der Riemen stets ausreichend gespannt sein muss und sich im Dauerbetrieb in seiner Länge ändert. Folglich ist die Kraftübertragung von dem Motor auf die Verschlussnadeln begrenzt und auf Dauer nicht gleichmäßig. Hinzu kommt ein großer Platzbedarf mit hohem Montageaufwand.
Ziel der Erfindung ist es, eine Betätigungsvorrichtung für Verschlussnadeln von Nadelverschlussdüsen bereitzustellen, die eine Antriebsbewegung dauerhaft zuverlässig in eine Hubbewegung umsetzt, wobei sichergestellt ist, dass sich die Verschlussnadeln stets exakt synchron bewegen und mit gleichbleibender Schließkraft beaufschlagt sind. Die Betätigungsvorrichtung soll ferner mit einfachen Mitteln kostengünstig aufgebaut und leicht zu handhaben sein. Angestrebt wird zudem eine kompakte Bauform, die sich problemlos auch nachträglich in Spritzgießwerkzeuge einbauen lässt.
Hauptmerkmale der Erfindung sind im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 und Anspruch 13 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 12 und 14 bis 18.
Bei einer Betätigungsvorrichtung für Verschlussnadeln von Nadelverschlussdüsen eines Spritzgießwerkzeugs, aufweisend ein Hubelement, an dem mindestens eine Verschlussnadel festgelegt ist, wobei ein Antriebsstrang des Hubelements mindestens ein Getriebe und einen Motor aufweist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Hubelement direkt durch das Getriebe angetrieben ist. Vorzugsweise ist hierbei vorgesehen, dass die Bewegung des Motors über das Getriebe derart umgesetzt wird, dass eine Hubbewegung des Hubelements erfolgt.
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Getriebe durch mindestens eine Antriebswelle mit dem Motor verbunden ist. Durch Antriebswellen lassen sich in vorteilhafter Weise große Drehmomente übertragen. Zudem kann bei der Verwendung einer Antriebswelle kein Schlupf zwischen dem Motor und dem Getriebe entstehen.
Durch eine derartige Anordnung von Antriebsstrang, bestehend aus Motor und Getriebe, und Hubelement gestaltet sich der mechanische Aufbau besonders einfach, da neben dem Hubelement lediglich ein Motor und ein Getriebe vorgesehen sein müssen. Die Umsetzung der Motorbewegung in eine Hubbewegung des Hubelements erfolgt über ein entsprechendes Getriebe, wobei die Motorbewegung in der Regel eine Rotationsbewegung einer rotierenden Motorachse ist. Somit kann der Motor außerhalb eines Wirkbereichs des Hubelements und/oder sonstigen Elementen des Spritzgießwerkzeugs angeordnet sein. Zudem ist es möglich, den Antriebsstrang in einer Rahmenplatte eines Heisskanalsystems zu verbauen, wodurch in vorteilhafter Weise eine niedrige Bauhöhe erreicht wird.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Antriebsstrangs ist eine optimale Krafteinleitung in das Hubelement gewährleistet, wodurch ein gleichmäßiges Verfahren der Verschlussnadeln erreicht wird. Zudem ist durch die Verwendung nur eines Motors eine besonders kostengünstige Variante der Betätigungsvorrichtung gegeben. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das Hubelement über das Getriebe mit dem Motor direkt gekoppelt ist. Durch die direkte Kopplung ergibt sich der Vorteil, dass die Motorbewegung im wesentlichen verlustfrei an das Hubelement übertragen wird. Etwaiges Spiel durch Führungen und Lagerelemente, oder beispielsweise Verschleiß eines Antriebsriemens, wird durch die erfindungsgemäße Lösung vermieden. Dadurch ist eine zuverlässige Hubbewegung des Hubelements gewährleistet, wobei ein besonders einfacher mechanischer Aufbau gegeben ist.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Hubelement als Hubplatte ausgebildet ist. Durch das Vorsehen einer Hubplatte lassen sich in besonders platzsparender Weise Verschlussnadeln für Nadelverschlussdüsen räumlich getrennt voneinander anordnen, wobei sichergestellt ist, dass die Verschlussnadeln, sofern sie an der Hubplatte festgelegt sind, synchron miteinander verfahrbar sind. Gleichzeitig verteilt sich über die Hubplatte durch die starre Verbindung der Verschlussnadeln die Verschlusskraft auf alle Verschlussnadeln, sodass eine gleichmäßige Verschlusskraft und somit ein gleichmäßiger Verschluss erreicht wird. Dementsprechend ist in einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass das Hubelement einteilig ausgebildet ist.
Ergänzend dazu sieht die Erfindung vor, dass mindestens ein Getriebe ein Spindelhubgetriebe ist. Mittels eines Spindelhubgetriebes lässt sich in besonders vorteilhafter Weise eine Rotationsbewegung, beispielsweise die einer Motordrehachse, umlenken, wobei der Kraftabgang eines Spindelhubgetriebes in Form einer Gewindespindel zur Übertragung einer Hubbewegung auf das Hubelement ebenfalls eine rotierende Achse darstellt. Somit wird die Umlenkung eine Rotationsbewegung mit nur einem Bauteil erreicht. Dies ist besonders platzsparend. Insbesondere Spindelhubgetriebe haben einen hohen Wirkungsgrad sodass besonders geringe Kraftverluste bei der Umlenkung der Antriebsbewegung auftreten. Somit lässt sich der Motor entsprechend klein dimensionieren. Dies kann durch entsprechende Übersetzungen der Getriebe unterstützt werden. Durch die Verwendung von Spindelhubgetrieben ergibt sich ein weiterer Vorteil darin, dass diese in der Regel eine Untersetzung aufweisen, wodurch beispielsweise Geschwindigkeitsschwankungen des Motors minimiert werden. Somit ist ein besonders gleichmäßiger Antrieb des Hubelements erreichbar, wobei das Hubelement bevorzugt zwischen einer Offenstellung der Verschlussnadeln und einer Schließstellung der Verschlussnadeln verfahren wird.
Mit Vorteil sind mindestens zwei Spindelhubgetriebe des Antriebsstrangs jeweils über ein Kegelradgetriebe angetrieben. Durch das Vorsehen von mindestens zwei Spindelhubgetrieben wird das Hubelement an mindestens zwei Punkten verfahren. Auf diese Weise ist eine Anlage des Hubelements an mindestens zwei Punkten gegeben, wodurch das Hubelement besonders stabil verfahrbar ist. Zudem wird das Hubelement symmetrisch verfahren, wodurch ein Verkanten vermieden wird. Außerdem können die einzelnen Spindelhubgetriebe kleiner dimensioniert werden, da die für den Antrieb des Hubelements benötigte Kraft auf zwei Getriebe verteilt ist. Dadurch, dass ein Kegelradgetriebe vorgesehen ist, ist für die mindestens zwei Spindelhubgetriebe nur ein Kraftantrieb, beispielsweise ein Motor, nötig, wodurch sich auch in dieser Hinsicht eine Platzersparnis sowie eine Kostenersparnis ergibt, da nicht so viele Bauteile benötigt werden.
Ferner ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das mindestens eine Spindelhubgetriebe ein Trapezgewindegetriebe ist. Durch die Verwendung eines Trapezgewindes in dem Spindelhubgetriebe ergibt sich der Vorteil, dass das Spindelhubgetriebe eine gewisse Selbsthemmung aufweist. Durch die Selbsthemmung des Spindelhubgetriebes kann auf eine separate Bremse an dem Kraftantrieb, beispielsweise dem Motor, verzichtet werden, da der Motor an sich, wenn er beispielsweise als Servomotor ausgestaltet ist, gemeinsam mit dem als Trapezgewindegetriebe ausgestalteten Spindelhubgetriebe eine ausreichende Haltekraft für das Hubelement und die daran befestigten Verschlussnadeln bereitstellen kann. Somit kann weitestgehend auf mechanische Anschläge, Motorbremsen und dergleichen verzichtet werden. Hieraus ergibt sich ein platzsparender und kostengünstiger Aufbau. In einer alternativen Ausgestaltung kann das mindestens eine Spindelhubgetriebe auch ein Rollengewindetrieb sein.
In einer alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das mindestens eine Spindelhubgetriebe ein Kugelgewindegetriebe ist. Die Ausgestaltung des Spindelhubgetriebes als Kugelgewindegetriebe ist vorteilhaft, da ein solches Gewinde besonders reibungsarm ausgestaltet sein kann. Dies gestaltet sich im Hinblick auf den Wirkungsgrad der Betätigungsvorrichtung vorteilhaft, da Reibungsverluste im Antriebsstrang vermieden werden und somit der Motor kleiner dimensioniert werden kann. Neben der Platzeinsparung ergeben sich hierdurch auch Energie- und Kosteneinsparungen.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein erstes Kegelradgetriebe einen ersten Krafteingang, einen primären Kraftausgang und einen sekundären Kraftausgang aufweist, wobei der primäre Kraftausgang mit einem Spindelhubgetriebe verbunden ist, der sekundäre Kraftausgang mit einem zweiten Kegelradgetriebe verbunden ist und der erste Krafteingang mit dem Motor verbunden ist. Vorzugsweise liegen alle Getriebe auf einer Ebene. Bevorzugt sind das erste Kegelradgetriebe und das zweite Kegelradgetriebe zentriert mit einer Achse des Motors angeordnet. Besonders bevorzugt sind die Kraftausgänge der Kegelradgetriebe in einem 90° Winkel zu den jeweiligen Krafteingängen der Kegelradgetriebe angeordnet, wobei andere Anordnungen nicht ausgeschlossen sind. Durch eine derartige Kombination von Kegelradgetriebe und Spindelhubgetrieben ergibt sich der Vorteil, dass die Spindelhubgetriebe nebeneinander angeordnet und über einen einzigen Krafteingang angetrieben sein können, wobei zwischen den Spindelhubgetrieben keine direkte Verbindung besteht. Somit ist ein Bewegungsraum zwischen den Spindelhubgetrieben durch das Fehlen einer Antriebswelle gegeben, der beispielsweise für das Verfahren des Hubelements genutzt werden kann.
Dementsprechend ist gemäß einer wichtigen und vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass das zweite Kegelradgetriebe einen zweiten Krafteingang und einen zweiten Kraftausgang aufweist, wobei der zweite Krafteingang mit dem ersten Kegelradgetriebe verbunden ist und der zweite Kraftausgang mit einem Spindelhubgetriebe verbunden ist.
Konstruktiv ist es günstig, wenn die miteinander verbundenen Kegelradgetriebe und Spindelhubgetriebe mittels Antriebswellen verbunden sind, die jeweils mindestens eine Kupplung aufweisen. Durch das Verwenden von Kupplung in den Antriebswellen ergibt sich der Vorteil, dass die Antriebswellen lösbar mit den Getrieben verbunden sind. Somit lässt sich der Antrieb des Hubelements an verschiedene Werkzeugkonfigurationen leicht adaptieren. Beispielsweise ist durch die Auswahl einer entsprechend längeren Antriebswelle zwischen den Kegelradgetrieben ein größer dimensioniertes Hubelement, das beispielsweise mehr Verschlussnadeln trägt, verwendbar. Auch ist denkbar, dass durch eine entsprechende Ausgestaltung der Antriebswellen mit Kupplungen mehrere Spindelhubgetriebe in den Antriebsstrang der Kegelradgetriebe über zusätzliche Kegelradgetriebe einschaltbar sind.
In einer Ausbildung ist vorgesehen, dass der Motor ein Servomotor ist. Servomotoren lassen sich besonders exakt steuern. Somit ist eine exakte Verfahrbewegung des Hubelements gewährleistet. Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass der Motor ein bürstenloser Gleichstrommotor ist. Bürstenlose Gleichstrommotoren haben einen besonders hohen Wirkungsgrad und können insbesondere hohe Drehzahlen darstellen. Durch die Untersetzung der Spindelhubgetriebe ergibt sich bei der Verwendung von bürstenlose Gleichstrommotoren eine für die Betätigungsvorrichtung besonders günstige Kombination, da durch die Untersetzung der Spindelhubgetriebe von dem Motor auf das Hubelement eine besonders große Kraft übertragen werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Servomotor über eine Servomotorsteuerung angesteuert wird und die Servomotorsteuerung den Servomotor anhand von Fahrprofilen steuert, so dass das Hubelement zwischen einer ersten Position und wenigstens einer zweiten Position bewegbar ist, wobei die Verschlussnadeln in der ersten Position des Hubelements eine Schließstellung einnehmen, in der die Nadelverschlussdüsen verschlossen sind, und wobei die Verschlussnadeln in der wenigstens einen zweiten Position des Hubelements eine Öffnungsstellung einnehmen, in der die Nadelverschlussdüsen geöffnet sind. Die Fahrprofile definieren eine Verfahrbewegung der Verschlussnadeln durch Vorgabe einer Verfahrgeschwindigkeit, eines Verfahrwegs und/ oder Halte- bzw. Umkehrpositionen. Hierbei kann es zweckmäßig sein, wenn die Position des Hubelements erfasst wird. Für die Erfassung der Position des Hubelements kann ein Sensor vorgesehen sein, der die erfassten Positionssignale an eine zentrale Steuereinheit und/oder an die Servomotorsteuerung übermittelt, um die Bewegung des Hubelements zwischen ein einzelnen Positionen und/oder die Fahrprofile anzupassen.
Eine optionale konstruktive Maßnahme sieht vor, dass der Motor eine Bremse aufweist. Durch das Vorsehen einer Bremse ist das Hubelement insbesondere dann, wenn das Hubelement entsprechend massig, beispielsweise bei der Befestigung von vielen Verschlussnadeln, ausgestaltet ist, festlegbar. Besonders dann, wenn das Hubelement entgegen der Schwerkraft verfahren wird, ist dies von Vorteil, da die Spindelhubgetriebe gegebenenfalls keine ausreichende Selbsthemmung aufweisen muss, um das Hubelement entgegen der Schwerkraft festzusetzen. Durch das Vorsehen einer Bremse ergibt sich der weitere Vorteil, dass eine Vielzahl von Kraftantrieben, beispielsweise bürstenlose Gleichstrommotoren, verwendet werden können, die keine oder eine nur sehr geringe Selbsthemmung aufweisen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Gewindespindel des mindestens einen Spindelhubgetriebes in einem Gewindeteil in dem Hubelement gelagert ist. In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Gewindeteil des Hubelements als Gewindeeinsatz, der in einer entsprechenden Ausnehmung in dem Hubelement eingesetzt ist, vorgesehen sein. Durch das Ineinandergreifen der Gewindespindel mit dem Gewindeteil ist in einer besonders vorteilhaften Weise sichergestellt, dass das Hubelement spielfrei und gleichmäßig verfahrbar ist. Außerdem lassen sich durch eine solche kinematische Verbindung besonders hohe Kräfte übertragen, wodurch auch schwere Hubelemente bzw. festsitzende Verschlussnadeln zuverlässig und synchron verfahrbar sind.
Zudem ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung mindestens ein Führungselement vorgesehen, das das Hubelement durchragt. Das Führungselement kann in einer näheren Ausgestaltung in dem Hubelement mittels einer Führungsbuchse gelagert sein. Durch das Vorsehen eines Führungselements erhöht sich die Stabilität des Hubelements. Somit ist gewährleistet, dass die Verschlussnadeln gleichzeitig und zuverlässig schließen. Durch das Vorsehen einer Führungsbuchse ergibt sich eine besonders leichtgängige, verschleißarme Führung der Hubplatte an dem mindestens einen Führungselement.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Hubelement mindestens vier Verschlussnadeln aufweist und mit mindestens zwei Spindelhubgetrieben angetrieben ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Hubelement mindestens acht Verschlussnadeln aufweist und mit mindestens vier Spindelhubgetrieben angetrieben ist.
Eine wichtige Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass das Hubelement mindestens sechzehn Verschlussnadeln aufweist und mit mindestens vier Spindelhubgetrieben angetrieben ist. Hierbei sind bevorzugt Spindelhubgetriebe neben der Gewindespindel mit einem weiteren Abtrieb versehen, sodass auf ein Spindelhubgetriebe folgend, das an ein Kegelradgetriebe montiert ist, in Serie weitere Spindelhubgetriebe vorgesehen sein können.
Die Anzahl der Verschlussnadeln und die Anzahl der Spindelhubgetriebe steht in keinem festen Verhältnis. Man erkennt daher, dass die Erfindung den Vorteil hat, dass die Spindelhubgetriebe mit den Kegelradgetrieben in einer besonders vielfältigen Weise kombinierbar und an den jeweiligen Einzelfall anpassbar sind. Somit ist der Antriebsstrang des Hubelements an verschiedenartige Werkzeugformen Düsenkonfigurationen anpassbar, sodass die Betätigungsvorrichtung äußerst flexibel an die Anzahl der benötigten Verschlussnadeln adaptiert werden kann.
Das Verhältnis der Anzahl der Verschlussnadeln zu der Anzahl der Spindelhubgetriebe richtet sich nach dem zu verarbeitenden fließfähigen Material und der benötigten Kräfte zum Öffnen oder Verschließen der Nadelverschlussdüsen. So kann bei einem Material, das nur sehr geringe Nadelkräfte benötigt, eine hohe Anzahl von Verschlussnadeln mit einer geringen Anzahl von Spindelhubgetrieben verfahren werden. Gleiches gilt für die benötigte Motorleistung.
Eine ergänzende oder alternative Lösung für eine Betätigungsvorrichtung für Verschlussnadeln von Nadelverschlussdüsen in einem Spritzgießwerkzeug, sieht vor, dass die Vorrichtung ein Hubelement hat, an dem mindestens eine Verschlussnadel der Nadelverschlussdüsen festgelegt ist und das in Längsrichtung der Verschlussnadeln zwischen einer ersten Position und wenigstens einer zweiten Position bewegbar gelagert ist, wobei die Verschlussnadeln in der ersten Position des Hubelements eine Schließstellung einnehmen, in der die Nadelverschlussdüsen verschlossen sind, und wobei die Verschlussnadeln in der wenigstens einen zweiten Position des Hubelements eine Öffnungsstellung einnehmen, in der die Nadelverschlussdüsen geöffnet sind. Die Vorrichtung hat ferner einen Antriebsstrang, der das Hubelement zwischen den Positionen hin und her bewegt. Der Antriebsstrang hat

■ einen Motor,
■ wenigstens eine Gewindespindel, die um ihre Längsachse drehbar gelagert ist,
■ einen Gewindeteil, der auf der Gewindespindel beweglich gelagert ist,
■ wobei jedes Gewindeteil drehfest mit dem Hubelement verbunden ist, so dass eine Drehbewegung der Gewindespindel in eine Längsbewegung des Gewindeteils entlang der Längsachse umgesetzt wird und die Längsbewegung des Gewindeteils auf das Hubelement übertragen wird, und
■ eine Antriebswelle, die den Motor mit der wenigstens einen Gewindespindel verbindet.

Durch diese Anordnung und Ausbildung der Betätigungsvorrichtung gestaltet sich der mechanische Aufbau besonders einfach und platzsparend, da neben dem Hubelement lediglich ein Motor und die Getriebe vorgesehen sein müssen. Letztere lassen sich äußerst kompakt ausbilden und unmittelbar miteinander verbinden. Die Umsetzung der Motorbewegung in eine Hubbewegung des Hubelements erfolgt daher über einen Antriebsstrang, der die Hubbewegung jederzeit und dauerhaft präzise ausführt. Gleichzeitig kann der Motor außerhalb eines Wirkbereichs des Hubelements und/oder sonstigen Elementen des Spritzgießwerkzeugs angeordnet sein. Die Spindelhubgetriebe und die weiteren Getriebe sorgen für eine stets optimale Krafteinleitung in das Hubelement, wodurch ein gleichmäßiges Verfahren der Verschlussnadeln erreicht wird. Zudem ist durch die Verwendung nur eines Motors eine besonders kostengünstige Variante der Betätigungsvorrichtung gegeben.
Besonders bevorzugt ist auch hier vorgesehen, dass das Hubelement über die Spindelhubgetriebe und die weiteren Getriebe mit dem Motor direkt gekoppelt ist. Durch die direkte Kopplung ergibt sich der Vorteil, dass die Motorbewegung im wesentlichen verlustfrei an das Hubelement übertragen wird. Etwaiges Spiel durch verschleißgefährdete Antriebselemente, Führungen oder Lagerelemente wird durch die erfindungsgemäße Lösung wirksam und effizient vermieden. Dadurch ist eine zuverlässige Hubbewegung des Hubelements gewährleistet, wobei ein besonders einfacher mechanischer Aufbau gegeben ist.
Eine wichtige Ausgestaltung sieht vor, dass ein erstes Spindelhubgetriebe über ein erstes weiteres Getriebe mit dem Motor gekoppelt ist. Die Antriebskraft des Motors wird damit unmittelbar auf die Getriebe übertragen, die folglich eine in sich geschlossene Kraftkette bilden.
Die Erfindung sieht weiter vor, dass ein weiteres Spindelhubgetriebe über ein zweites weiteres Getriebe mit dem ersten weiteren Getriebe gekoppelt ist. Damit wird das Hubelement über zwei Spindelhubgetriebe bewegt, die über jeweils weitere, hintereinander geschaltete Getriebe mit dem Motor verbunden sind. Auch hierdurch ergibt sich eine in sich geschlossene Kraftkette, die mit hohem Wirkungsgrad die Antriebskraft des Motors in eine Hubbewegung des Hubelements umsetzt.
Eine besonders kompakte Bauform erlangt man, wenn ein weiteres Spindelhubgetriebe direkt mit dem ersten Spindelhubgetriebe gekoppelt ist. Dadurch wird die Hubplatte durch zwei Spindelhubgetriebe bewegt, was sich günstig auf die Kraftverteilung auswirkt. Die Getriebe bilden ferner eine direkte Kraftkette zum Motor, was sich weiter günstig auf den Wirkungsgrad und die Präzision der Betätigungsvorrichtung auswirkt.
Um die Zahl der Spindelhubgetriebe und um dadurch die Krafteinwirkung auf die Hubplatte weiter zu erhöhen, sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass ein weiteres Spindelhubgetriebe über ein zweites weiteres Getriebe mit dem ersten weiteren Getriebe gekoppelt ist.
Konstruktiv ist es günstig, wenn jedes Getriebe der Betätigungsvorrichtung einen Krafteingang und wenigstens einen Kraftausgang hat, und dass die Getriebe innerhalb des Antriebsstrangs über die Krafteingänge und Kraftausgänge mittels Kupplungen miteinander verbunden sind
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform der Betätigungsvorrichtung,
2 eine Draufsicht der ersten Ausführungsform der Betätigungsvorrichtung,
3 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der Betätigungsvorrichtung mit acht Verschlussnadeln und
4 eine perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform der Betätigungsvorrichtung mit sechzehn Verschlussnadeln.

Im Folgenden werden einander ähnliche oder identische Merkmale mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
1 und 2 zeigen eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform der Betätigungsvorrichtung 1 bzw. eine Draufsicht der ersten Ausführungsform der Betätigungsvorrichtung 1. Die Betätigungsvorrichtung 1 dient der Betätigung von Verschlussnadeln 2, die Nadelverschlussdüsen 3 eines Spritzgießwerkzeugs verschließen. Hierfür sind die Verschlussnadeln 2 an einem Hubelement 10, das einteilig und in diesem Ausführungsbeispiel als Hubplatte ausgebildet ist, festgelegt. Das Hubelement 10 ist beweglich. In diesem Ausführungsbeispiel werden durch die Betätigungsvorrichtung 1 vier Verschlussnadeln 2 betätigt.
In diesem Ausführungsbeispiel bewegt sich das Hubelement 10 parallel zur Längsachse der Verschlussnadeln 2. Die Erfindung ist allerdings nicht hierauf beschränkt, sodass auch andere Bewegungen bzw. Bewegungsrichtungen des Hubelements 10 vorstellbar sind.
Der Antriebsstrang 20 der Betätigungsvorrichtung 1 weist mehrere Getriebe 21 auf, von denen eines ein erstes Kegelradgetriebe 40 ist, dessen erster Krafteingang über eine Antriebswelle 26 mit einem Motor 25 verbunden ist. Der Motor 25 gibt über eine rotierende Welle eine Kraft auf die Antriebswelle 26, das in das erste Kegelradgetriebe 40 geleitet wird. In dem ersten Kegelradgetriebe 40 wird die Kraft in zwei Richtungen, nämlich zu einem primären Kraftausgang 41 und zu einem sekundären Kraftausgang 42 geleitet.
An dem primären Kraftausgang 41 ist eine Antriebswelle 26 mit einer Kupplung 27 angeschlossen. Die Antriebswelle 26 ist an der Kupplung 27 auftrennbar. An der mit dem primären Kraftausgang 41 des ersten Kegelradgetriebes 40 verbundenen Antriebswelle 26 ist ein zweiter Krafteingang 51 eines zweiten Kegelradgetriebes 50 verbunden. Das zweite Kegelradgetriebe 50 weist einen zweiten Kraftausgang 52 auf, an den die an dem zweiten Krafteingang 51 anliegende Kraft umgeleitet wird.
In diesem Ausführungsbeispiel liegen die Krafteingänge 43, 51 und Kraftausgänge 41, 42, 52 des ersten Kegelradgetriebes 40 und des zweiten Kegelradgetriebes 50 auf einer Ebene, wobei für jedes Kegelradgetriebe 40, 50 zwischen den jeweiligen Krafteingängen 43, 51 und Kraftausgängen 41, 42, 52 jeweils ein rechter Winkel vorliegt. Das Ausführungsbeispiel ist allerdings hierauf nicht beschränkt. Die Krafteingänge 43, 51 und Kraftausgänge 41, 42, 52 können, je nach Anwendungsfall, auch in unterschiedlichen Ebenen liegen bzw. unterschiedliche Winkel zueinander aufweisen.
An den sekundären Kraftausgang 42 des ersten Kegelradgetriebes 40 und an den zweiten Kraftausgang 52 des zweiten Kegelradgetriebes 50 ist jeweils eine Antriebswelle 26 angebracht, die jeweils eine Kupplung 70 zur Auftrennung der Antriebswelle 26 aufweist.
An die jeweilige Antriebswelle 26, die mit dem sekundären Kraftausgang 42 oder mit dem zweiten Kraftausgang 52 verbunden ist, ist weiterhin jeweils ein Spindelantrieb 33 eines Spindelhubgetriebes 30 verbunden. Die Spindelhubgetriebe 30 liegen in diesem Ausführungsbeispiel auf einer Ebene mit den Kegelradgetrieben 40, 50. In dem Spindelhubgetriebe 30 wird die Rotation der Antriebswelle 26 in eine Rotation einer Gewindespindel 31 umgesetzt. Die Gewindespindel 31 steht in diesem Ausführungsbeispiel senkrecht zu der Ebene der Kegelradgetriebe 40, 50 und der Spindelhubgetriebe 30.
Die Spindelhubgetriebe 30 weisen jeweils einen weiteren Abtrieb 32 auf, an dem jeweils beispielsweise ein weiteres Spindelhubgetriebe 30 mittels einer Antriebswellen 26, gegebenenfalls mit Kupplung 27, angeschlossen werden kann.
Die Gewindespindel 31 ist mit einem Gewindeteil 11 in Eingriff, der in das Hubelement 10 eingesetzt ist. Sobald der Motor 25 anläuft werden die Antriebswellen 26 in Rotation versetzt, wobei die Kegelradgetriebe 40, 50 die Rotation der Antriebswellen 26 umlenken und an die Spindelhubgetriebe 30 leiten. Die Spindelhubgetriebe 30 setzen die Rotation der mit deren Spindelantrieben 30 verbundenen Antriebswellen 26 jeweils in eine Rotation der Gewindespindel 31 um. Durch die rotierenden Gewindespindeln 31, die in den Gewindeteilen 11 geführt sind, wird das Hubelement 10 und die mit dem Hubelement 10 verbundenen Verschlussnadeln 2 bewegt.
Das Hubelement 10 ist mittels mindestens einem Führungselement 60 in der durch die Spindelhubgetriebe 30 hervorgerufenen Bewegungsrichtung geführt. Die Führungselemente 60 sitzen jeweils in einer Führungsbuchse 61, die in dem Hubelement 10 angeordnet ist. Das jeweilige Führungselement 60 durchragt das Hubelement 10.
In dem Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 ist das Hubelement 10 oberhalb der Kegelradgetriebe 40, 50 und Spindelhubgetriebe 30 angeordnet. Zwei Spindelhubgetriebe 30 sind jeweils an einem äußeren Bereich des Hubelements 10 angeordnet. Die Kegelradgetriebe 40, 50, der Motor 25 und die Antriebswelle 26, die die Kegelradgetriebe 40, 50 miteinander verbindet, sind seitlich außerhalb des Wirkbereichs des Hubelements 10 angeordnet.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der Betätigungsvorrichtung 1 mit acht Verschlussnadeln 2. Hierfür sieht die Ausführungsform vor, dass jeweils an das erste Kegelradgetriebe 40 und an das zweite Kegelradgetriebe 50 zwei Spindelhubgetriebe 30 angeschlossen sind, wobei die Spindelhubgetriebe 30 über die weiteren Abtriebe 32 in Reihe geschaltet sind.
In der Ausführungsform nach 3 sind die Spindelhubgetriebe 30, die Kegelradgetriebe 40, 50, und die Antriebswellen 26 in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, die sich oberhalb des Hubelements 10 befindet. Ansonsten gilt für die Ausführungsform nach 3 das für die Ausführungsform nach 1 und 2 gesagte.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform der Betätigungsvorrichtung 1, wobei sechzehn Verschlussnadeln an dem Hubelement 10 angebracht sind.
Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar.
Man erkennt aber, dass eine Betätigungsvorrichtung 1 für Verschlussnadeln 2 von Nadelverschlussdüsen 3 in einem Spritzgießwerkzeug, ein Hubelement 10 hat, an dem mindestens eine Verschlussnadel 2 der Nadelverschlussdüsen 3 festgelegt ist und das in Längsrichtung der Verschlussnadeln 2 zwischen einer ersten Position und wenigstens einer zweiten Position bewegbar gelagert ist, wobei die Verschlussnadeln 2 in der ersten Position des Hubelements 10 eine Schließstellung einnehmen, in der die Nadelverschlussdüsen 3 verschlossen sind, und wobei die Verschlussnadeln in der wenigstens einen zweiten Position des Hubelements eine Öffnungsstellung einnehmen, in der die Nadelverschlussdüsen 3 geöffnet sind. Die Betätigungsvorrichtung 1 hat ferner einen Antriebsstrang 20, der das Hubelement 10 zwischen den Positionen hin und her bewegt.
Dieser Antriebsstrang 20 hat einen Motor 25, wenigstens eine Gewindespindel 31, die um ihre Längsachse A drehbar gelagert ist, einen Gewindeteil 11, der auf der Gewindespindel 31 beweglich gelagert ist, wobei jedes Gewindeteil 11 drehfest mit dem Hubelement 10 verbunden ist, so dass eine Drehbewegung der Gewindespindel 31 in eine Längsbewegung des Gewindeteils 11 entlang der Längsachse A umgesetzt wird und die Längsbewegung des Gewindeteils 11 auf das Hubelement 10 übertragen wird, und eine Antriebswelle 26, die den Motor 25 mit der wenigstens einen Gewindespindel 31 verbindet.
Um eine besonders präzise und dauerhaft effiziente Bewegung des Hubelements 10 zu gewährleisten ist vorgesehen, dass der Antriebsstrang 20 wenigstens zwei Getriebe 21 aufweist,

■ wobei wenigstens eines der Getriebe 21 ein Spindelhubgetriebe 30 ist,
■ wobei die wenigstens eine Gewindespindel 31 einem dieser Spindelhubgetriebe 30 zugeordnet ist, und
■ wobei zwischen den Spindelhubgetrieben 30 und dem Motor 25 wenigstens ein weiteres Getriebe 23, 40, 50 angeordnet ist.

Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht dabei vor, dass ein erstes Spindelhubgetriebe 30 über ein erstes weiteres Getriebe 23, 40 mit dem Motor 25 gekoppelt ist und dass ein weiteres Spindelhubgetriebe 30 über ein zweites weiteres Getriebe 23, 50 mit dem ersten weiteren Getriebe 23, 40 gekoppelt ist.
Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass ein erstes Spindelhubgetriebe 30 über ein erstes weiteres Getriebe 23, 40 mit dem Motor 25 gekoppelt ist und dass ein weiteres Spindelhubgetriebe 30 direkt mit dem ersten Spindelhubgetriebe 30 gekoppelt ist.
Um die Antriebskraft für das Hubelement 10 weiter zu erhöhen, kann ein weiteres Spindelhubgetriebe 30 über ein zweites weiteres Getriebe 23, 50 mit dem ersten weiteren Getriebe 23, 40 gekoppelt sein.
Allen Ausführungsformen gemeinsam ist, dass jedes Getriebe 21, 23, 30, 40, 50 einen Krafteingang 43, 51 und wenigstens einen Kraftausgang 41, 42, 52 hat, und dass die Getriebe 21, 23, 30, 40, 50 innerhalb des Antriebsstrangs 20 über die Krafteingänge und Kraftausgänge 41, 42, 43, 51, 52 mittels Kupplungen 27 miteinander verbunden sind.
Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste

A: Längsachse
1: Betätigungsvorrichtung
2: Verschlussnadel
3: Nadelverschlussdüse
10: Hubelement
11: Gewindeteil
20: Antriebsstrang
21: Getriebe
23: Kegelradgetriebe
25: Motor
26: Antriebswelle
27: Kupplung
30: Spindelhubgetriebe
31: Gewindespindel
32: weiterer Abtrieb
40: erstes Kegelradgetriebe
41: primärer Kraftausgang
42: sekundärer Kraftausgang
43: erster Krafteingang
50: zweites Kegelradgetriebe
51: zweiter Krafteingang
52: zweiter Kraftausgang
60: Führungselement
61: Führungsbuchse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2007/079836 A1 [0006]
DE 102008029216 A1 [0007]

Claims

Betätigungsvorrichtung (1) für Verschlussnadeln (2) von Nadelverschlussdüsen (3) in einem Spritzgießwerkzeug, aufweisend ein Hubelement (10), an dem mindestens eine Verschlussnadel (2) festgelegt ist, wobei ein Antriebsstrang (20) des Hubelements (10) mindestens ein Getriebe (21) und einen Motor (25) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Hubelement (10) direkt durch das Getriebe (21) angetrieben ist.
Betätigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (21) durch mindestens eine Antriebswelle (26) mit dem Motor (25) verbunden ist.
Betätigungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Getriebe (21) ein Spindelhubgetriebe (30) ist.
Betätigungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Spindelhubgetriebe (30) des Antriebsstrangs (20), jeweils über ein Kegelradgetriebe (40, 50) angetrieben sind.
Betätigungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Kegelradgetriebe (40) einen ersten Krafteingang (43), einen primären Kraftausgang (41) und einen sekundären Kraftausgang (42) aufweist, wobei der primäre Kraftausgang (41) mit einem Spindelhubgetriebe (30) verbunden ist, der sekundäre Kraftausgang (42) mit einem zweiten Kegelradgetriebe (50) verbunden ist und der ersten Krafteingang (43) mit dem Motor (25) verbunden ist.
Betätigungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kegelradgetriebe (50) einen zweiten Krafteingang (51) und einen zweiten Kraftausgang (52) aufweist, wobei der zweite Krafteingang (51) mit dem ersten Kegelradgetriebe (40) verbunden ist und der zweite Kraftausgang (52) mit einem Spindelhubgetriebe (30) verbunden ist.
Betätigungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die miteinander verbundenen Kegelradgetriebe (40, 50) und Spindelhubgetriebe (30) mittels Antriebswellen (26) verbunden sind, die jeweils mindestens eine Kupplung (27) aufweisen.
Betätigungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (25) ein Servomotor ist.
Betätigungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespindel (31) des mindestens einen Spindelhubgetriebes (30) in einem Gewindeteil (11) in dem Hubelement (10) gelagert ist.
Betätigungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hubelement (10) mindestens vier Verschlussnadeln (2) aufweist und mit mindestens zwei Spindelhubgetrieben (30) angetrieben ist.
Betätigungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Hubelement (10) mindestens acht Verschlussnadeln (2) aufweist und mit mindestens vier Spindelhubgetrieben (30) angetrieben ist.
Betätigungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Hubelement (10) mindestens sechzehn Verschlussnadeln (2) aufweist und mit mindestens vier Spindelhubgetrieben (30) angetrieben ist.
Betätigungsvorrichtung (1) für Verschlussnadeln (2) von Nadelverschlussdüsen (3) in einem Spritzgießwerkzeug, ■ mit einem Hubelement (10), an dem mindestens eine Verschlussnadel (2) der Nadelverschlussdüsen (3) festgelegt ist und das in Längsrichtung der Verschlussnadeln (2) zwischen einer ersten Position und wenigstens einer zweiten Position bewegbar gelagert ist, ■ wobei die Verschlussnadeln (2) in der ersten Position des Hubelements (10) eine Schließstellung einnehmen, in der die Nadelverschlussdüsen (3) verschlossen sind, und wobei die Verschlussnadeln in der wenigstens einen zweiten Position des Hubelements eine Öffnungsstellung einnehmen, in der die Nadelverschlussdüsen (3) geöffnet sind, und ■ mit einem Antriebsstrang (20), der das Hubelement (10) zwischen den Positionen hin und her bewegt, ■ der Antriebsstrang (20) hat ◯ einen Motor (25), ◯ wenigstens eine Gewindespindel (31), die um ihre Längsachse (A) drehbar gelagert ist, ◯ einen Gewindeteil (11), der auf der Gewindespindel (31) beweglich gelagert ist, ◯ wobei jedes Gewindeteil (11) drehfest mit dem Hubelement (10) verbunden ist, so dass eine Drehbewegung der Gewindespindel (31) in eine Längsbewegung des Gewindeteils (11) entlang der Längsachse (A) umgesetzt wird und die Längsbewegung des Gewindeteils (11) auf das Hubelement (10) übertragen wird, und ◯ eine Antriebswelle (26), die den Motor (25) mit der wenigstens einen Gewindespindel (31) verbindet, dadurch gekennzeichnet, ■ dass der Antriebsstrang (20) wenigstens zwei Getriebe (21) aufweist, ■ dass wenigstens eines der Getriebe (21) ein Spindelhubgetriebe (30) ist, ■ wobei die wenigstens eine Gewindespindel (31) einem der Spindelhubgetriebe (30) zugeordnet ist, und ■ dass zwischen den Spindelhubgetrieben (30) und dem Motor (25) wenigstens ein weiteres Getriebe (23, 40, 50) angeordnet ist.
Betätigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Spindelhubgetriebe (30) über ein erstes weiteres Getriebe (23, 40) mit dem Motor (25) gekoppelt ist.
Betätigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Spindelhubgetriebe (30) über ein zweites weiteres Getriebe (23, 50) mit dem ersten weiteren Getriebe (23, 40) gekoppelt ist.
Betätigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Spindelhubgetriebe (30) direkt mit dem ersten Spindelhubgetriebe (30) gekoppelt ist.
Betätigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Spindelhubgetriebe (30) über ein zweites weiteres Getriebe (23, 50) mit dem ersten weiteren Getriebe (23, 40) gekoppelt ist.
Betätigungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Getriebe (21, 23, 30, 40, 50) einen Krafteingang (43, 51) und wenigstens einen Kraftausgang (41, 42, 52) hat, und dass die Getriebe (21, 23, 30, 40, 50) innerhalb des Antriebsstrangs (20) über die Krafteingänge und Kraftausgänge (41, 42, 43, 51, 52) mittels Kupplungen (27) miteinander verbunden sind.