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Die
Erfindung betrifft eine Schließeinheit
für Spritzgießmaschinen.
Aus dem Stand der Technik ("Handbuch
Spritzgießen", Friedrich Johannaber/Walter
Michaeli, Hanser-Verlag, 2001) sind verschiedene Ausführungsarten
von Schließeinheiten für Spritzgießmaschinen
bekannt. Allen Ausführungsarten
gemeinsam ist, dass wenigstens eine feststehende Werkzeugaufspannplatte
zur Aufnahme der festen Werkzeughälfte und eine bewegliche Werkzeugaufspannplatte
zur Aufnahme der beweglichen Werkzeughälfte vorgesehen sind. Zum Aufbau der
Schließ-
und Zuhaltekraft verwenden die bekannten Schließeinheiten mechanische Mittel
wie 4-Punkt- oder
5-Punkt-Kniehebelmechanismen oder hydraulische Mittel in verschiedenen
Ausführungsvarianten.
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Nachteilig
an den bekannten Systemen ist, dass sie nicht ohne Werkzeugaufspannplatten
auskommen. Diese können
je nach Maschinengröße beträchtliche
Ausmasse annehmen, was mit entsprechenden Kosten verbunden ist.
Ausserdem muss die Masse der beweglichen Werkzeugaufspannplatte zum Öffnen und
Schließen
des Spritzgießwerkzeugs stets
zusätzlich
zur beweglichen Werkzeughälfte selbst
mitbewegt werden, was einen entsprechend leistungsstarken Antrieb
für die
bewegliche Werkzeugaufspannplatte voraussetzt. Hydraulische Mittel zum
Aufbau der Schließkraft
und zum Zuhalten der Werkzeughälfte
erfordern einen geeigneten Hydraulikölkreislauf, der mit geeigneten
Dichtungsmitteln ausgestattet sein muss, um Leckagen zu verhindern. Unabhängig davon
kann es auch bei Beschädigungen
der Ölleitungen
zu ungewünschten
Leckagen kommen. Zur Vermeidung dieser Nachteile haben sich rein
elektrisch betriebene Schließeinheiten
bewährt.
Allerdings liegt auch bei diesen der eingangs genannte Nachteil
vor, dass die Masse der beweglichen Werkzeugaufspannplatte mitbewegt
werden muss. Ausserdem muss die Leistung der Elektromotoren so hoch
gewählt
sein, dass auch ein Zuhalten (Verriegeln) der Werkzeughälften gegen
die Auftriebskraft beim Einspritzen gewährleistet ist.
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Aus
der JP-61 154823 A ist eine Schließeinheit mit einem Kniehebelmechanismus
bekannt, bei der zum Betätigen
des Kniehebelmechanismus ein Solenoidmotor vorgesehen ist. Obwohl
Kniehebelsysteme in der Strecklage von sich aus selbsthemmend sind,
wird in dieser Druckschrift vorgeschlagen, an dem der Schließeinheit
abgewandten Ende des Stators des Solenoidmotors einen Elektromagneten
anzuordnen und das der Schließeinheit
abgewandte Ende des Läufers
als Anker auszubilden, der von dem Elektromagneten mit einer Anziehungskraft beaufschlagt
werden kann. Diese Schließeinheit weist
dieselben Unzulänglichkeiten
auf wie die eingangs genannten Schließeinheiten.
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Aus
der JP-08 169040 A ist eine Schließeinheit bekannt, bei der eine
feststehende und eine bewegliche Werkzeugaufspannplatte auf einem
Gestell abgestützt
sind, wobei die bewegliche Werkzeugaufspannplatte verschieblich
an Säulen
geführt
ist, die sich zwischen einer hinteren Abstützplatte und der feststehenden
Werkzeugaufspannplatte erstrecken. Oberhalb und unterhalb der Werkzeughälften sind auf
beiden Werkzeugaufspannplatten quer über die Breite der Werkzeugaufspannplatten
Spulen mit einem ferromagnetischen Kern vorgesehen, wobei der Spulenkern
auf der jeweiligen Werkzeugaufspannplatte oben und unten befestigt
ist. Nachteilig an dieser Schließeinheit ist, dass die magnetischen
Zuhaltekräfte
stets in einer festen Ebene erzeugt werden, die in der Mitte zwischen
den Werkzeugaufspannplatten und parallel zu diesen liegt. Die Trennebene der
Werkzeughälften
liegt aber nur in seltenen Fällen zufällig in
der Mitte zwischen den Werkzeugaufspannplatten, so dass das Magnetfeld
die Werkzeughälften
unsymmetrisch durchsetzt. Hieraus ergibt sich ein unsymmetrischer
Kraftverlauf und der Energieaufwand ist größer als wenn das Magnetfeld
die Werkzeughälften
symmetrisch durchsetzen würde. Ausserdem
weist diese Schließeinheit
die eingangs genannten Nachteile von 3-Platten-Schließeinheiten auf.
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Aus
der gattungsbildenden
JP
06063954 A ist ebenfalls eine Schließeinheit bekannt, bei der eine feststehende
und eine bewegliche Werkzeugaufspannplatte zusammen mit der Einspritzeinheit
auf dem Maschinenbett abgestützt
sind, wobei die bewegliche Werkzeugaufspannplatte verschieblich
an Säulen
geführt
ist, die sich zwischen einer hinteren Abstützplatte und der feststehenden
Werkzeugaufspannplatte erstrecken. In einer ersten Ausführungsform
sind oberhalb und unterhalb der beweglichen Werkzeughälfte Permanentmagnete
auf der beweglichen Werkzeugaufspannplatte befestigt, die mit gegenüberliegenden
und bestrombaren Spulen zusammenwirken, die oberhalb und unterhalb
der feststehenden Werkzeughälfte
auf der feststehenden Werkzeugaufspannplatte befestigt sind. In
einer zweiten Ausführungsform
sind anstelle der Permanentmagnete ebenfalls bestrombare Spulen
vorgesehen. Auch liegt der zuvor erwähnte Nachteil vor, dass die magnetischen
Zuhaltekräfte
stets in einer festen Ebene erzeugt werden, die in der Mitte zwischen
den Werkzeugaufspannplatten und parallel zu diesen liegt, dass aber
die Trennebene der Werkzeughälften nur
in seltenen Fällen
zufällig
in der Mitte zwischen den Werkzeugaufspannplatten liegt, so dass
das Magnetfeld die Werkzeughälften
unsymmetrisch durchsetzt. Hieraus ergeben sich die zuvor erwähnten Unzulänglichkeiten.
In dieser Druckschrift findet sich auch der allgemeine Hinweis,
dass die magnetischen Mittel den Werkzeughälften zugeordnet werden können, ohne
dass konkretisiert ist, wie die Schließeinheit in einem solchen Fall
gebaut sein soll. Unabhängig
von der Anordnung der magnetischen Mittel weist diese 3-Platten-Schließeinheit
die eingangs erwähnten
Nachteile von Schließeinheiten
mit an Säulen
geführten
Platten auf.
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Einschub für Beschreibungstext
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In
der älteren
deutschen Patentanmeldung
DE
10123277 A1 ist eine Schließeinrichtung zum elektromagnetischen
Klemmen von Formen einer Spritzgießmaschine beschrieben, bei
der eine feste und eine bewegliche Werkzeughälfte mit auswechselbaren Werkzeugeinsätzen direkt
auf einem Gestell abgestützt
sind. In einer oder in beiden Werkzeughälften sind magnetische Mittel
angeordnet, die sowohl zum Verfahren der beweglichen Werkzeughälfte als
auch zum Zuhalten bzw. Verriegeln der beiden Werkzeughälften diene
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Demgegenüber liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schließeinheit anzugeben, die ohne
Werkzeugaufspannplatten auskommt und die die oben erwähnten Nachteile
bekannter Systeme beim Zuhalten der Werkzeughälften vermeidet.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird eine Schließeinheit
mit den Merkmalen der nebengeordneten Patentansprüche 1 und
9 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwickungen finden
sich in den Unteransprüchen.
Dadurch, dass zum Zuhalten der Spritzgießwerkzeuge im Bereich der Trennebene
der Werkzeughälften
magnetische Mittel verwendet werden, die in den Werkzeughälften oder
in die Werkzeughälften
umgebende Rahmen untergebracht sind, und die Werkzeughälften bzw. die
Rahmen direkt auf dem Maschinenbett oder einem Gestell abgestützt sind,
kann auf Werkzeugaufspannplatten gänzlich verzichtet werden. Bei
der erfindungsgemäßen Schließeinheit
wird die Zuhaltekraft ausserdem ohne Verwendung von Säulen oder C-förmigen Zuggliedern
aufgebracht.
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Wenn
die magnetischen Mittel in Rahmen befestigt werden, die über die
Werkzeughälften
drübergezogen
werden bzw. in die die Werkzeughälften eingesetzt
werden können,
entfällt
im Vergleich zu herkömmlichen
Werkzeugaufspannplatten die gesamte vom Spritzgießwerkzeug
auf der Werkzeugaufspannplatte eingenommene Fläche der Werkzeugaufspannplatte.
Neben der Masse der beweglichen Werkzeughälfte ist nur eine geringe zusätzliche Masse
zu bewegen, die aus der Masse des beweglichen Rahmens und der in
diesem befestigten magnetischen Mittel besteht.
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Zum
Zuhalten können
ein- und ausschaltbare Permanentmagnete vorgesehen werden (Unteranspruch
2). Wenn in einer der beiden Werkzeughälften bestrombare Spulen vorgesehen
sind, können
in der anderen Werkzeughälfte
von den Spulen anziehbare Anker vorgesehen werden, die bei zylindrischer
Ausbildung in die Spule eingefahren werden können, was die Anziehungskraft
zwischen den Werkzeughälften und
damit die Zuhaltekraft zusätzlich
steigert (Unteranspruch 3). Die Ausgestaltung gemäß dem Unteranspruch
5 hat den Vorteil, dass eine oder beide Werkzeughälften als
Spulenkern wirken und die Werkzeughälften somit einen eigenständigen Beitrag zur
Zuhaltekraft leisten. Die Werkzeughälften können ganz von der Spulenwicklung
umgeben sein (Unteranspruch 6) oder die Spulenwicklung kann in das
Innere einer mehrteiligen Werkzeughälfte verlegt sein (Unteranspruch
7). Wenn gemäß den Unteransprüchen 17
und 18 in dem einen Rahmen Zentrierbolzen und in dem anderen Rahmen
Zentrierlöcher
zum Aufnehmen der Zentrierbolzen vorgesehen sind, wobei die Zentrierbolzen
ganz oder teilweise aus einem ferromagnetischen Material bestehen
und die Zentrierlöcher
in Spulenkernen vorgesehen sind, hat dies den zusätzlichen
Vorteil, dass auf separate Zentriermittel verzichtet werden kann.
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Nachfolgend
soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter
Bezugnahme auf die 1 bis 4 näher erläutert werden.
Es zeigen:
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1:
Längsschnitt
für eine
erste Ausführungsform
mit Werkzeugrahmen;
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2:
Längsschnitt
für eine
zweite Ausführungsform
ohne Werkzeugrahmen;
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3:
Teilschnitt der ersten Ausführungsform;
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4:
Seitenansicht mit Teilschnitt für
eine dritte Ausführungsform.
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Gemäß 1 weist
eine erfindungsgemäße Schließeinheit
einen auf einem Maschinenbett 1 abgestützten feststehenden Werkzeugrahmen 2 und
einen auf dem Maschinenbett verfahrbaren Werkzeugrahmen 3 auf.
Zum Verfahren des beweglichen Werkzeugrahmens 3 ist ein
Elektromotor 4 vorgehen, der ein Zahnrad 5 antreibt,
das mit einer an dem Maschinenbett befestigten Zahnstange 6 kämmt. Der bewegliche
Werkzeugrahmen 3 kann auf Rollen 7 abgestützt sein.
In den beiden Werkzeugrahmen 2 und 3 sind die
feststehende (8) und die bewegliche (9) Hälfte eines Spritzgießwerkzeugs
befestigt. In dem beweglichen Werkzeugrahmen 3 sind über den Umfang
verteilt Permanentmagnete 10 befestigt, deren Polflächen sich
in der Nähe
derjenigen Oberfläche
des Werkzeugrahmens 3 befinden, die dem feststehenden Werkzeugrahmen 2 zugewandt
ist. In letzterem sind über
den Umfang verteilt Spulen 11 untergebracht, die über eine
Leitung 12 an eine hier nicht dargestellte Stromquelle
anschließbar
sind. Die Permanentmagnete 10 und die Spulen 11 sind
so zueinander angeordnet, dass ihrer Längsachsen fluchten. In den
Spulen 11 können
zur Stärkung
des Magnetfeldes Spulenkerne 13 vorgesehen werden.
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Die
Betriebsweise dieser Schließeinheit
ist wie folgt. Mittels des Motors 4, des Zahnrades 5 und der
Zahnstange 6 werden der bewegliche Werkzeugrahmen 3 und
die bewegliche Werkzeughälfte 9 auf den
feststehenden Werkzeugrahmen 2 und die feststehende Werkzeughälfte 8 zubewegt.
Wenn der Abstand d zwischen feststehendem und beweglichen Werkzeugrahmen
einen bestimmten von der Anzahl und der Anordnung der Permanentmagnete
abhängigen
Wert unterschreitet, wird der bewegliche Werkzeugrahmen 3 automatisch
zu dem feststehenden Werkzeugrahmen 2 aufgrund der magnetischen
Anziehungskräfte
hingezogen und dort gehalten. Über einen
Angusskanal 14 wird Kunststoffschmelze in die von den beiden
Kavitätenhälften 15 und 16 gebildete Formteilkavität eingespritzt.
Nach Beendigung des Einspritzens und genügender Abkühlung des Formteils wird für einen
kurzen Moment der Strom eingeschaltet und in den Spulen 11 ein
Magnetfeld aufgebaut. Die Polarität des Stromes ist so einzustellen, dass
das von ihm erzeugte Magnetfeld dem Magnetfeld der Permanentmagneten 10 entgegenwirkt
und aufgrund der abstossenden Kräfte
die Werkzeugrahmen 2 und 3 voneinander weg bewegt
werden. Bei genügend
großem
Abstand zwischen den Werkzeughälften 8 und 9 kann
der Spulenstrom abgeschaltet werden, da das Magnetfeld der Permanentmagnete dann
nicht mehr für
eine Anziehung ausreicht und der bewegliche Werkzeugrahmen 3 kann
elektromotorisch nach hinten verfahren werden. Zum Ausstossen der
Formteile ist in der beweglichen Werkzeughälfte 9 ein Auswerfer 17 vorgesehen,
der auch elektromagnetisch betätigt
werden kann, um die Auswerferstifte 18 und 19 nach
vorne zu bewegen und ein Formteil aus der Kavität 15 auszustossen.
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Beim
Zusammenfahren der beweglichen Werkzeughälfte auf die feststehende Werkzeughälfte ist
zu beachten, dass die magnetische Anziehungskraft exponentiell mit
abnehmendem Abstand zunimmt. Damit die Werkzeughälften 8 und 9 auch
in der letzten Phase des Zufahrens, wenn sich die magnetischen Anziehungskräfte dem
Maximum nähern, kontrolliert
aufeinander zubewegt werden können und
insbesondere um ein „Zusammenstossen" der Werkzeughälften zu
vermeiden, ist es vorteilhaft, die magnetische Anziehungskraft variabel
zu gestalten. Beispielsweise kann der durch die Spulen fließende Strom
zunächst
eine Polarität
aufweisen, die ein Magnetfeld erzeugt, das dem von den Permanentmagneten
erzeugten Magnetfeld entgegenwirkt. In Abhängigkeit von der Entfernung
zwischen den Werkzeughälften
kann der Spulenstrom so geregelt werden, dass die Werkzeughälften sanft
aufeinander treffen können.
Nachdem sich die beiden Werkzeughälften berührt haben, kann der Spulenstrom
mit der zuvor erwähnten
Polarität
auf Null geregelt werden oder, wenn eine zusätzliche Anziehungskraft gewünscht ist,
ein Strom mit umgekehrter Polarität als zuvor erwähnt verwendet
werden, so dass die stromdurchflossenen Spulen eine zusätzliche
Anziehungskraft erzeugen.
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Gemäß 2 kann
auch auf die Werkzeugrahmen verzichtet werden und die Permanentmagnete 10 sowie
die Spulen 11 mit den Spulenkernen 13 können direkt
in den Werkzeughälften 8 und 9 untergebracht
werden. Zum Bestromen der Spulen 11 ist ein Netzgerät 23 vorgesehen,
das einen in der Stärke
einstellbaren Strom unterschiedlicher Polarität abgeben kann und das an eine
Wechselspannungsquelle anschließbar
ist. Wenn die magnetischen Mittel in standardisierten Werkzeugteilen
(Normalien) untergebracht oder daran angebracht werden, ist kein
aufwändiger
Werkzeugumbau erforderlich, was sich positiv im Hinblick auf die
Herstellkosten der erfindungsgemäßen Schließeinheit
auswirkt.
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Um
die Werkzeughälften 8 und 9 zueinander zu
zentrieren sind, wie aus 3 ersichtlich, in dem verfahrbaren
Werkzeugrahmen 3 über
den Umfang verteilt Zentrierbolzen 21 eingelassen. In dem
feststehenden Rahmen 2 sind Spulen 11 mit Spulenkernen 13 vorgesehen,
die jeweils ein Langloch 22 aufweisen. Der Zentrierbolzen 21 wirkt
als Anker, der von dem Magnetfeld der Spule 11 an- und
in das Langloch 22 hineingezogen wird. Die Anzahl und die Anordnung
der Zentierbolzen 21 liegt im Rahmen fachmännischen
Könnens.
Um die Zentrierbolzen 21 herum können auch Permanentmagnete 10 vorgesehen
werden, die mit der Spule 11 beim Zuhalten und beim Öffnen zusammenwirken.
Zentrierbolzen 21 und Permanentmagnete 10 können aber
auch separat voneinander in dem verfahrbaren Rahmen 2 angeordnet
werden. Ferner können
die Zentrierbolzen auch direkt an einer der Werkzeughälften vorgesehen
werden, wenn – wie
in 2 – gänzlich auf Werkzeugrahmen
verzichtet werden soll.
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4 zeigt
schematisch eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Schließeinheit.
Hierbei bilden die Werkzeughälften 8 und 9 den
Spulenkern 13 der jeweiligen Spule 11. Bedarfsweise
können
die Werkzeughälften
auch derart mehrteilig ausgeführt sein,
dass sich die Spulenwicklung im Innern der jeweiligen Werkzeughälfte befindet.
Bei Verwendung von Permanentmagneten in der beweglichen Werkzeughälfte 9 kann
dort auf die Spulenwicklung 11 verzichtet werden.
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- 1
- Maschinenbett
- 2
- Feststehender
Werkzeugrahmen
- 3
- Beweglicher
Werkzeugrahmen
- 4
- Elektromotor
- 5
- Zahnrad
- 6
- Zahnstange
- 7
- Rollen
- 8
- Feststehende
Werkzeughälfte
- 9
- Bewegliche
Werkzeughälfte
- 10
- Permanentmagnete
- 11
- Spulen
- 12
- Stromleitung
- 13
- Spulenkern
- 14
- Angusskanal
- 15
- Bewegliche
Kavität
- 16
- Feststehende
Kavität
- 17
- Auswerfer
- 18
- Auswerferstift
- 19
- Auswerferstift
- 20
- Trennebene
- 21
- Zentriebolzen
- 22
- Langloch
- 23
- Netzgerät