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Vorrichtung zur Ausübung eines Dreh-und eines davon unabhängigen Schubantriebes
auf ein Werkzeug od. dgl.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ausübung eines Dreh-
und eines davon unabhängigen Schubantriebes auf ein Werkzeug od. dgl., wobei die
Schubbewegung durch einen in einem Zylinder verschiebbaren, durch ein Hydraulikdruckmittel
beaufschlagbaren Kolben und die Drehbewegung durch einen oder mehrere hydraulische,
im Kolben angeordnete Rotationsmotoren bewirkt wird.
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Bei einer bekannten derartigen Vorrichtung ist die Werkzeugwelle
in dem Kolben, der an der Drehbewegung nicht teilnimmt, drehbar gelagert und mittels
eines Flügelradmotors angetrieben. Dabei sind Axialschublager erforderlich, um die
axialen Kräfte von dem vom Hydraulikmittel vorwärts getriebenen Kolben auf die Werkzeugwelle
zu übertragen. Wegen der oft erheblichen Größe dieser Kräfte unterliegen diese Axialsohublager
einem starken Verschleiß.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der genannten Art
zu schaffen, bei der keine Axialschublager erforderlich sind und die Axialkräfte
vom Hydraulikmittel unmittelbar auf die sich drehenden Teile übertragen werden.
Hierbei kann nicht von einer ebenfalls bekannten Anordnung Gebrauch gemacht werden,
bei der der vom Hydraulikmittel beaufschlagte Kolben mittels eines Leitgewindes
zu einer mit dem Vorschub gekoppelten Drehbewegung gezwungen wird. Hierbei wird
nämlich keine von der Vorschubbewegung unabhängige Drehbewegung erzielt. Außerdem
wirkt hier eine je nach Steigung des Gewindes mehr oder weniger große Komponente
der Axialkraft auf die Gewindeflanken und setzt diese dem Verschleiß aus.
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Gemäß der Erfindung ist eine Vorrichtung der genannten Art dadurch
gekennzeichnet, daß das Drehmoment des oder der Rotationsmotoren durch am Kolben
gelagerte, mit einem feststehenden, mit dem Gehäuse verbundenen Zahnkranz kämmende
und relativ zu diesem verschiebbare Zahnräder auf den Kolben übertragen wird.
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Als Rotationsmotoren werden vorzugsweise an sich bekannte Zahnradmotoren
verwendet. Mit den Zahnrädern, welche das Drehmoment auf den gehäusefesten Zahnkranz
übertragen, sind die Rotationsmotoren vorzugsweise durch Spindeln und Kupplungen
verbunden, welche zum Ausgleich von Lageabweichungen der beiden Spindeln zueinander
geeignet sind.
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Ein besonderes Problem bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist
die Zuführung des Hydraulikdruckmittels zu den Rotationsmotoren in jeder Stellung
des Kolbens. Hierzu weist vorteilhafterweise der Kolben eine zentrale axiale Bohrung
zur Aufnahme eines zylindrischen Teiles auf, der im Innern einen Flüssigkeitskanal
besitzt, der mit einer Öffnung in einen Ringraum mündet, welcher den zylindrischen
Teil umgibt und zur Zuführung von Flüssigkeit zu dem Rotationsmotor oder den Rotationsmotoren
in jeder Hubstellung und Drehlage des Kolbens dient.
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Um auch den Auslaß des Hydraulikmittels in jeder Hub- und Drehlage
zu sichern, sitzen die Zahnräder der Rotationsmotoren in Ausnehmungen, deren Einlaß
mit dem Ringraum und deren Auslaß über eine ringförmige Auslaßkammer am Umfang des
Kolbens in jeder Kolbenlage mit einer Ablaufbohrung in Verbindung steht.
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Zweckmäßigerweise kann ein Grenzschalter vorgesehen sein, der in
an sich bekannter Weise zum Begrenzen der Rückwärtsbewegungen des Kolbens und Abschalten
der Drehbewegung sowie Umschalten auf Kolbenvorwärtsbewegung dient.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann in vorteilhafter Weise Anwendung
finden bei einer Spritzgußmaschine zum Antrieb einer Förderschnecke, welche Kunststoffmaterial
in eine Spritzkammer fördert und am Ende einen iii der Spritzkammer angeordneten
Kolben zum Pressen des Kunststoffs aus der Spritzkammer in eine Form trägt. Auch
bei einer Kunststoffstrangpresse kann die Vorrichtung zum Antrieb einer den Kunststoff
durch Drehbewegung
heranfördernden und durch Axialschubbewegung
ausstoß enden Förderschnecke in vorteilhafter Weise verwendet werden.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise
dargestellt. Es zeigt Fig. 1 einen Axialschnitt durch die Vorrichtung entlang der
Linie 1-1 in F i g. 2, Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1 und
Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 1.
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Wie die Zeichnung zeigt, besitzt die Vorrichtung nach der Erfindung
einen Zylinder 11 und einen innerhalb desselben angeordneten Kolben 12. Der Zylinder
11 besteht aus mehreren Teilen, nämlich einem zylindrischen Hauptteil 14 mit einer
Bohrung, einem Innenzahnkranz 15, der zu dem zylindrischen Hauptteil 14 koaxial
angeordnet ist, einer ersten Endplatte 16 und einer zweiten Endplatte 17. Die Bohrung
des zylindrischen Hauptteiles 14 ist bei 18 an einem Ende desselben zu einem größeren
Durchmesser abgestuft, und die erste Endplatte 16 ist mit einer Stufe 19 ausgestattet,
die den gleichen Durchmesser hat wie der erweiterte Teil der Bohrung an der Stufe
18. Die Außenflächen des Innenzahnkranzes 15 sind zwischen diesen Stufen 18 und
19 eingespannt.
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Der Innenzahnkranz 15 ist mittels Dübelstiften 21, die in fluchtende
Löcher in diesem und in der ersten Endplatte 16 eintreten, gegen Drehbewegung in
bezug auf die erste Endplatte 16 gesichert. Stiftschrauben 22, die in den zylindrischen
Hauptteil 14 eingeschraubt sind, erstrecken sich durch entsprechende Bohrungen 23
in der ersten Endplatte, und der zylindrische Hauptteil 14, der Innenzahnkranz 15
und die erste Endplatte 16 werden mittels auf die Stiftschrauben 22 aufgeschraubter
Muttern 24 zusammengehalten. Die zweite Endplatte 17 ist an dem anderen Ende des
zylindrischen Hauptteil es 14 mittels Kopfschrauben 25 angeschraubt.
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Die erste Endplatte 16 ist mit einer Mittelbohrung 26 versehen, durch
die die angetriebene Welle 27 des Kolbens 12 vorspringt. Ein Lager 28 ist in die
Mittelbohrung 26 eingepaßt und hält die Endplatte 16 und die Welle 27 im wesentlichen
gegen Austritt des Druckmittels abgedichtet. Das Lager 28 ist durch einen Deckel
29, der auch die Welle 27 umgibt und mittels Schrauben 31 an der ersten Endplatte
befestigt ist, in seiner Stellung gehalten. Der Deckel 29 ist mit einem gegen das
Druckmittel dichtenden Ring 32 ausgestattet, der die Welle 27 umgibt, und besitzt
einen Austrittskanal 33, der das Weiterfließen von Druckmittel, das durch den Dichtungsring
32 austritt, entlang der Welle 27 verhindert.
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Die zweite Endplatte 17 ist ebenfalls in der Mitte mit einer Bohrung
34 versehen, durch die ein zylindrischer Teil 35 hindurchtritt, in dem sich Flüssigkeitskanäle
36 und 37 für das Druckmittel befinden, die noch im folgenden beschrieben werden.
Ein Dübelzapfen 38 hält den zylindrischen Teil 35 gegen Drehbewegung in bezug auf
die zweite Endplatte 17 fest. Durch die zweite Endplatte 17 ist ein Druckanschluß
39 geführt, dessen Wirkungsweise im folgenden noch erläutert wird. Die zweite Endplatte
17 ist außerdem noch mit einer Knagge 41 ausgestattet, die durch die Endplatte hindurchgeführt
und zur Betätigung eines Grenzschalters 42 in noch zu beschreibender Weise geeignet
ist.
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Der Kolben 12 hat eine zentrale axiale Bohrung 51 zur Aufnahme des
zylindrischen Teiles 35. Der KoI-ben 12 hat an seinem der Welle gegenüberliegenden
Ende eine Kolbenplatte 52 mit einem Dichtungsring 53 in einer umlaufenden Rille
54 zum Aufrechterhalten einer gegen das Druckmittel dichten Abdichtung zwischen
der Kolbenplatte 52 und der Innenfläche des zylindrischen Hauptteiles 14. An die
Kolbenplatte 52 schließt sich ein Lagerteil 55 von etwas geringerem Durchmesser
als die Kolbenplatte 52 an. Die Welle 27 hat an ihrem Ende bei 57 einen vergrößerten
Außendurchmesser, der gleich dem Außendurchmesser des Lagerteiles 55 ist. Zwischen
dem Ende der Welle 27 und dem Lagerteil 55 ist ein Zwischen- -teil 58 eingelegt.
Die Kolbenplatte 52, der Lagerteil 55, der Zwischenteil 58 und das Ende der Welle
27 sind durch Schrauben 59 miteinander verbunden, deren Köpfe in Senkungen an der
Stirnfläche der Kolbenplatte 52 eingesetzt sind. Die Innenflächen der Teile 52,
55, 58 und 27 sind von unterschiedlichem Durchmesser zur Aufnahme von im Abstand
voneinander liegenden Lagern 61, 62, in einer gegen das Druckmittel abdichtenden
Anordnung in bezug auf den Kolben 12 und den zylindrischen Teil 35 geeignet.
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Der Lagerteil 55 hat vier Paare von sich überschneidenden Ausnehmungen
63. Diese nehmen Buchsen 60 auf, auf denen Paare von miteinander im Eingriff stehenden
Zahnrädern 64 und 65 gelagert sind. Die mittleren Teile der Überschneidungen der
Ausnehmungen 63 sind durch Kanäle 66 und 67 für das Medium einerseits mit einem
Ringraum 68 zwischen der Innenfläche des Lagerteiles 55, der Außenfläche des zylindrischen
Teiles 35 und den Lagern 61 und 62 und andererseits mit einer ringförmigen Auslaßkammer
69 zwischen der Außenfläche des Lagerteiles55 und der Wand des zylindrischen Hauptteiles
14 verbunden. Der Flüssigkeitskanal 36 in dem zylindrischen Teil 35 ist mit einer
radialen Öffnung 71 ausgestattet, die den Ringraum 68 mediumleitend mit dem Flüssigkeitskanal
36 verbindet. In dem zylindrischen Hauptteil 14 ist eine Ablaufbohrung 72 vorgesehen.
Die axiale Länge des Ringraumes 68 und der ringförmigen Auslaßkammer 69 und die
Lage der radialen Öffnung 71 und der Ablaufbohrung 72 sind so gewählt, daß ohne
Rücksicht auf die gegenseitige Axialstellung zwischen dem Zylinder 11 und dem Kolben
12 die Öffnung 71 zu dem Ringraum 68 hin und die Ablaufbohrung 72 gegen die ringförmige
Auslaßkammer 69 hin offen sind. Die Anordnung der Kanäle 66, der Lager 60, der Zahnräder
64, 65 und der Kanäle 67 ist so getroffen, daß, wenn zwischen dem Ringraum 68 bzw.
der ringförmigen Auslaßkammer 69 eine ausreichende Druckdifferenz besteht, die Zahnräder
64 und 65 in Drehung versetzt werden und als Rotationsmotor wirken.
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Der Schaft der Welle 27 ist von zwei Platten 75 und 76 umgeben. Zwischen
den Platten 75 und 76 sind Distanzglieder 77 vorgesehen. Die Platten 75 und 76 und
die Distanzglieder 77 sind mit der Welle 27 durch Schrauben 78 verbunden und gegen
den abgestuften Teil der We]le gehalten, und die.Distanzglieder77 sind mittels Dübelzapfen79
gegen Drehbewegung um die Schrauben 78 gesichert. Zwischen den Platten 75 und 76
und den Distanzgliedern 77 angeordnete Spindeln 82 tragen je eines von vier Antriebszahnrädern
81 in solcher Weise, daß sie sich mit dem Innenzahnkranz 15 im Eingriff befinden.
Die
Spindeln 82 sind in -den Platten 75 und 76 drehbar montiert
und die durch die Platten 76 hindurchgehenden Enden der Spindeln 82 springen in
Bohrungen 83 vor, die in dem im Durchmesser erweiterten Teil der Welle 27 vorgesehen
sind. Die Spindeln 84, an denen die Zahnräder 64 befestigt sind, ragen ebenfalls
in die Bohrungen 83 hinein, und die Spindeln 82 und 84 sind durch eine Kupplung
85 miteinander in antriebsübertragender Weise mit beliebiger geringfügiger Exzentrizität
verbunden. Die einander gegenüberliegenden Enden der Spindeln 82 und 84 sind verjüngt,
und die Teile der Kupplung 85 sind an den verjüngten Teilen der Spindel aufgekeilt.
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Die zentrage axiale Bohrung 51 ist genügend lang, um den zylindrischen
Teil 35 ohne Rücksicht auf die Axialstellung, die der Kolben 12 in bezug auf den
Zylinder 11 einnimmt, aufzunehmen. Der Flüssigkeitskanal 37 bildet einen Anschluß
zu der innerhalb der Bohrung 51 von dem Ende des zylindrischen Teiles 35 begrenzten
Kammer 87. Abfiußbohrungen 88 und 89 aus der Kammer 87 führen in die Platten 75
und 76 zum Schmieren der Spindeln 82.
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Die beschriebene Vorrichtung eignet sich besonders zur Verwendung
bei einer Spritzgußmaschine zum Antrieb der Förderschnecke und des Einspritzkolbens.
Bei einer solchen Maschine ist die Förderschnecke mit der Welle 27 verbunden. An
dem von der Welle entfernten Ende der Förderschnecke befindet sich der Einspritzkolben,
der in einer Einspritzkammer wirkt, die mit einer Form in Verbindung steht. Kunststoffmaterial
in gekörnter Form wird aus einem Trichter mittels der Förderschnecke der Einspritzkammer
zugeführt. Die Wirkungsweise ist folgende: Wenn der Kolben 12 sich am vorderen Ende
des Hubes (Fig. 1) befindet und Kunststoffmaterial aus dem Trichter in die Förderschnecke
eingebracht wird, wird der Flüssigkeitskanal 36 mit Druckmittel beaufschlagt und
die Ablaufbohrung 72 mit dem Abfluß verbunden. Wenn zwischen dem Ringraum 68 und
der ringförmigen Auslaßkammer 69 eine ausreichende Druckdifferenz besteht, werden
die Zahnräder 64 und 65 in Drehung versetzt. Bei einer solchen Drehung werden die
Antriebszahnräder 81 von den Zahnrädern 64 über die Spindeln 82, 84 und die Kupplungen
85 angetrieben, und da die Antriebszahnräder mit dem Innenzahnkranz 15 im Eingriff
stehen, werden die Zahnräder 81 in bezug auf den Innenzahnkranz 15 bewegt und versetzen
auf diese Weise den Kolben 12 in Drehung um seine Achse relativ zum Zylinder 11.
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Die rotierende Welle versetzt die Förderschnecke in Drehung, und
der Spritzkammer wird Kunststoffmaterial zugeführt. Um zu verhindern, daß die Förderschnecke
sich gegen das körnige Kunststoffmaterial rückwärts schraubt, wird in der Kammer
87 am Ende der zentralen axialen Bohrung 51 ein kleiner Überdruck aufrechterhalten.
Zum Aufrechterhalten des erforderlichen Druckes in der Kammer 87 ist in dem Flüssigkeitskanal
37 ein nicht dargestelltes Überdruckventil eingeschaltet. Die Förderschnecke fördert
auf diese Weise das körnige Material unter einem vorherbestimmten Druck, und wenn
genügend Material in die Spritzkammer eingeführt ist, überwindet der Druck der Förderschneckeneinrichtung
den Druck in der Kammer 87, und die Förderschnecke und der Kolben 12 bewegen sich
rückwärts.
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Diese Bewegung hält an, bis die Spritzkammer mit
Kunststoffmaterial
voll beschickt ist und der Kolben 12 sich im Zylinder 11 an seinem Hubende befindet.
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Wenn dies eintritt, stößt die Kolbenplatte 52 an der Knagge 41 an,
die dann auf den Grenzschalter 42 einwirkt, der seinerseits die Druckzufuhr zum
Flüssigkeitskanal 36 unterbricht. An dem Druckanschluß 39-wird ein sehr hoher Druck
angeschlossen, der auf die Kolbenplatte 52 wirkt, was zur Folge hat, daß der Kolben,
die Förderschnecke und der Spritzkolben rasch nach vorn bewegt werden. Diese plötzliche
Vorwärtsbewegung des Spritzkolbens bewirkt das Einspritzen des Kunststoffmaterials
in die Form.
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Wenn es erforderlich ist, die Förderschnecke in der entgegengesetzten
Richtung zu drehen, ist die Ablaufbohrung 72 an das Druckmittel und der Flüssigkeitskanal
36 an den Abfluß anzuschließen. In diesem Fall wäre der Druck in der ringförmigen
Auslaßkanmer 69 höher als im Ringraum 68, und der Motor würde in der entgegengesetzten
Richtung rotieren.
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Wenn der Kolben aus -seiner vorderen Stellung (F i g. 1) nach hinten
bewegt werden soll, werden der Druckanschluß 39 und der Flüssigkeitskanal 37 mit
dem Abfluß verbunden, der Flüssigkeitskanal 36 abgesperrt und die Ablaufbohrung
72 mit der Druckquelle verbunden. Der Druck in der ringförmigen Auslaßkammer 69
steigt nun an und wirkt auf die Rückseite der Kolbenplatte 52 und auf die abgestufte
Fläche der Welle 27 und bewirkt ein Zurückziehen des Kolbens 12.
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Die die Spritzgußmaschine betreffenden Teile sind nicht Gegenstand
der Erfindung.