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Die
Erfindung betrifft ein Handhabungsgerät auf Spritzgussmaschinen gemäss Oberbegriff
des ersten Patentanspruchs.
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In
Spritzgussmaschinen wird Kunststoffschmelze von einer Spritzeinheit
in eine formgebende Höhlung
eines Spritzgusswerkzeuges gespritzt. Nach dem Erstarren oder Härten werden
der Anguss und der Spritzgussteil voneinander getrennt und aus dem
Formschlussbereich entfernt. Dies wird üblicherweise mit einem automatisierten
Handhabungsgerät
bewerkstelligt, welches über
Greifmittel und Transportmittel verfügt. Die Greifmittel des Handhabungsgerätes fahren
aus einer Ausgangslage in eine Eingriffslage, in welcher sie im
wesentlichen senkrecht zur Einspritzrichtung stehen. Der Anguss
oder der Spritzgussteil werden ergriffen, wegtransportiert und an
der vorgesehenen Stelle deponiert; die Greifmittel kehren wieder
in die Ausgangslage zurück.
Anschliessend beginnt ein neuer Produktionszyklus; synchronisiert
mit der Spritzgussmaschine fahren die Greifmittel von neuem in die
Eingriffslage.
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Der
Transportweg zum Entfernen von Anguss und/oder Spritzgussteil aus
dem Formschlussbereich muss den geometrischen Gegebenheiten der Spritzgussmaschine
angepasst werden. Normalerweise sind Translationen in minde stens
zwei senkrecht aufeinanderstehenden Raumrichtungen sowie eine Rotation
des Transportgutes um 90° erforderlich.
Daher sind herkömmliche
Handhabungsgeräte mit
Transportmitteln für
Translationen und mit Transportmitteln für Rotationen um Achsen, welche
mit den linearen Translationen mitbewegt werden, ausgestattet. Der
Transport ist eine ruckartige Abfolge der verschiedenen Bewegungen.
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Ein
erster Nachteil herkömmlicher
Handhabungsgeräte
besteht in der schlechten Platzausnützung. Herkömmliche Handhabungsgeräte brauchen für jede Translationsrichtung
eine Schiene oder einen Arm. Diese langen Elemente lassen sich schlecht
unter den Schutzhauben von Spritzgussmaschinen unterbringen, so
dass oft aufwendige und teure Speziallösungen nötig sind. Ein derartiges Handhabungsgerät wird beispielsweise
in der
WO 88/01929
A1 beschrieben.
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Ein
zweiter Nachteil herkömmlicher
Handhabungsgeräte
besteht darin, dass sie relativ viel Zeit für die verschiedenen aufeinanderfolgenden
Bewegungen brauchen. Am Anfang einer jeden Bewegung ist eine Beschleunigung
nötig,
an ihrem Ende eine Verzögerung.
Diesen Beschleunigungen und Verzögerungen
sind technische Grenzen gesetzt; sie können nicht beliebig gross sein.
Das Entfernen von Anguss und/oder Spritzgussteil aus dem Formschlussbereich
sollte jedoch sehr schnell geschehen. Bei den heute üblichen
kurzen Produktionszyklen und grossen Produktionsmengen haben nämlich schon Sekundenbruchteile
in einem Produktionszyklus einen erheblichen Einfluss auf die Produktivität.
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Die
ruckartigen Bewegungen von herkömmlichen
Handhabungsgeräten
haben einen dritten Nachteil: Die grossen Beschleunigungen und Verzögerungen
führen
zu grossen Kräften
und damit zu grossen Belastungen der verwendeten Materialien.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein platz- und zeitsparendes
sowie materialschonendes Handhabungsgerät für den Einsatz auf Spritzgussmaschinen
anzugeben.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch das erfindungsgemässe
Handhabungsgerät,
wie es im unabhängigen
Patentanspruch definiert ist. Der Erfindung liegt die Idee zugrunde,
den Transport von Anguss oder Spritzgussteil nicht als ruckartige
Abfolge von verschiedenen Translationen und Rotationen auszuführen, sondern
als eine einzige kontinuierliche Bewegung entlang einer stetig differenzierbaren
Kurve, d. h. entlang einer Kurve ohne Unterbrechungen und ohne Knicke.
Auf diese Weise wird dasselbe Resultat erreicht wie mit herkömmlichen
Handhabungsgeräten,
jedoch mit wesentlichen Vorteilen gegenüber jenen.
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Die
Vorteile der Erfindung sind die folgenden. Erstens spart das erfindungsgemässe Handhabungsgerät Platz
im Vergleich mit herkömmlichen Vorrichtungen,
und zwar auf sowohl dem Transportweg selbst als auch bei den Transportmitteln.
Deshalb kann es unter bestehenden Schutzhauben von Spritzgussmaschinen
untergebracht werden, ohne dass diese abgeändert oder neu konstruiert
werden müssten.
Mit der Platzersparnis geht auch eine Kostenersparnis einher. Zweitens
spart das erfindungsgemässe
Handhabungsgerät
Zeit im Vergleich mit herkömmlichen
Vorrichtungen, weil der zurückzulegende
Weg in der Regel kürzer
ist und weil mehrere Beschleunigungen und Verzögerungen entfallen. Der Zeitgewinn
schlägt
sich in einer messbaren Produktivitätssteigerung für die Spritzgussmaschine
nieder. Drittens arbeitet das erfindungsgemässe Handhabungsgerät materialschonender,
weil es weniger Beschleunigungen und Verzögerungen ausgesetzt ist. Aus
diesem Grund kann es auch aus weniger hochwertigen Materialien hergestellt
werden. Es ist also günstiger
und ökonomischer
als herkömmliche Handhabungsgeräte.
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Der
Antrieb zum Transport der Greifmittel kann beispielsweise mit pneumatischen
oder elektromotorischen Antriebsmitteln oder auch mechanisch über die
Fahrbewegung der beweglichen Werkzeugplatte der Spritzgussmaschine
erfolgen. Die Greifmittel können
beispielsweise pneumatisch oder elektromotorisch betätigt werden.
Zwecks optimaler Synchronisation werden die Transport- und Greifmittel bevorzugt
von derselben Steuerung gesteuert wie die Spritzgussmaschine.
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Im
folgenden wird das Handhabungsgerät anhand von Figuren detailliert
beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Teils einer Spritzgussmaschine mit
Greifmitteln des erfindungsgemässen
Handhabungsgerätes,
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2 einen
schematischen Grundriss des erfindungsgemässen Handhabungsgerätes,
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3 einen
schematischen Grundriss eines Handhabungsgerätes gemäss Stand der Technik,
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4 eine
schematische Darstellung eines allgemeinen Transportweges des erfindungsgemässen Handhabungsgerätes in einer
Ebene und
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5 und 6 verschiedene
Ansichten bzw. Querschnitte einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemässen
Handhabungsgerätes.
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Spritzgussmaschine.
Durch eine Spritzeinheit 1 wird Kunststoffschmelze zu einem Spritzgusswerkzeug
geführt
und in y-Richtung in dieses Werkzeug eingespritzt. Das Spritzgusswerkzeug ist
der Übersichtlichkeit
wegen nicht eingezeichnet, befindet sich aber in einem Formschlussbereich 2. Der
Formschlussbereich 2 wird begrenzt durch eine feste Werkzeugplatte 3 und
eine bewegliche Werkzeugplatte 4. Die bewegliche Werkzeugplatte 4 wird von
Schiebemitteln 5 parallel zur y-Richtung bewegt; zum Schliessen – des Spritzgusswerkzeuges
wird sie in Richtung der Spritzeinheit 1 geschoben, zum
Entformen von der Spritzeinheit 1 weg. Die Schiebemittel 5 sind
mit Befestigungsmitteln 6 auf einer Unterlage 7 befestigt.
Der ganze in 1 gezeigte Gefahrenbereich des
Spritzgusswerkzeuges ist mit einer den Sicherheitsvorschriften genügenden Schutzhaube 8 (in 1 unterbrochen
eingezeichnet) abgedeckt.
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In 1 sind
auch Greifmittel 9 des erfindungsgemässen Handhabungsgerätes eingezeichnet,
und zwar sowohl in einer Ausgangslage A als auch in einer Eingriffslage
E. In der Eingriffslage E befinden sich die Greifmittel 9 im
Formschlussbereich 2 und sind senkrecht zur Einspritzrichtung
der Spritzeinheit 1, z. B. parallel zur x-Richtung, ausgerichtet.
In dieser Eingriffslage E können
sie das (nicht eingezeichnete) Transportgut ergreifen. In der Ausgangslage
A befinden sich die Greifmittel 9 zwischen der Schutzhaube 8 und
der beweglichen Werkzeugplatte 4 und sind parallel zur
Einspritzrichtung der Spritzeinheit 1, d. h. parallel zur
y-Richtung, ausgerichtet. In dieser Ausgangslage A können sie
das Transportgut deponieren, beispielsweise durch eine Öffnung in
der Unterlage 7 in einen bereitstehenden Behälter. (Öffnung und
Behälter
sind hier nicht eingezeichnet.)
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Die
Greifmittel 9 bestehen im wesentlichen aus einem Greifkopf 10 und
einem Greifantrieb 11. Der Greifkopf 10 kann mit
einer Zange, einem Saug napf oder einer anderen an sich bekannten
Greifvorrichtung ausgerüstet
sein. Der Greifantrieb 11 gehört ebenfalls dem Stand der
Technik an und kann pneumatisch, elektromotorisch oder auch anders
wirken.
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Wesentlich
für die
Erfindung ist der Transport der Greifmittel 9 zwischen
der Ausgangslage A und der Eingriffslage E und umgekehrt. Das erfindungsgemässe Handhabungsgerät transportiert
die Greifmittel 9 in einer einzigen kontinuierlichen Bewegung entlang
einer stetig differenzierbaren Kurve, angedeutet durch einen Pfeil 12.
Bei herkömmlichen Handhabungsgeräten ist
hingegen der Transport eine ruckartige Abfolge von verschiedenen
Translationen und Rotationen. Mit dem erfindungsgemässen Handhabungsgerät kann der
Transportweg den Platzverhältnissen
in der Spritzgussmaschine optimal angepasst werden. Insbesondere
hat das erfindungsgemässe
Handhabungsgerät
Platz unter der Schutzhaube 8, so dass diese nicht abgeändert oder neu
konstruiert werden muss.
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Der
Transport der Greifmittel 9 wird von Transportmitteln ausgeführt, welche
in 1 der Übersichtlichkeit
wegen nicht eingezeichnet sind. Es ist ein Vorteil des erfindungsgemässen Handhabungsgerätes, dass
es nur einen einzigen Transportantrieb braucht; herkömmliche
Handhabungsgeräte benötigen in
der Regel für
jede Translationsrichtung und jede Rotation einen separaten Antrieb.
Das ganze Handhabungsgerät
wird vorzugsweise auf den bereits vorhandenen Befestigungsmitteln 6 oder
auf der Unterlage 7 befestigt.
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2 zeigt
einen schematischen Grundriss einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Handhabungsgerätes. Die
Greifmittel 9 sind sowohl in der Ausgangslage A als auch
in der Eingriffslage E eingezeichnet. Diese beiden Lagen sind beispielsweise
durch einen viertelkreisförmigen
Transportweg 13 verbunden; dieser kann beispielsweise durch
eine (nicht eingezeichnete) Führung
vorgegeben sein. Schematisch eingezeichnet sind die Teile Spritzeinheit 1,
Formschlussbereich 2, feste Werkzeugplatte 3,
bewegliche Werkzeugplatte 4 und Schutzhaube 8 der
Spritzgussmaschine. Der viertelkreisförmige Transportweg 13 passt
sich gut den durch Werkzeugplatten 3, 4 und Schutzhaube 8 bestimmten
geometrischen Gegebenheiten an. Die von den Greifmitteln 9 beim
Transport überstrichene
Fläche 14 ist
relativ klein.
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Zum
Vergleich mit der Erfindung zeigt 3 in gleicher
Darstellung wie 2 eine typische Lösung gemäss dem Stand
der Technik. Das Handhabungsgerät
ist mit ersten Transportmitteln 15.1 für die Translation in x-Richtung,
mit zweiten Transportmitteln 15.2 für die Translation in y-Richtung
und mit Greifmitteln 9, welche um eine mit den ersten Transportmitteln
verbundene, parallel zur z-Richtung orientierte Achse rotiert werden
können,
ausgestattet. Die Greifmittel 9 ergreifen in der Eingriffslage
E das (nicht eingezeichnete) Transportgut. In einem ersten Transportschritt
wird eine Translation 13.1 der Greifmittel in x-Richtung
ausgeführt,
bis das Transportgut aus dem Formschlussbereich 2 entfernt
ist. In einem zweiten Transportschritt erfolgt eine Rotation 13.2 der
Greifmittel 9 um 90°.
In einem dritten Transportschritt erfolgt eine Translation 13.3 der
ersten Tranportmittel 15.1 und der Greifmittel 9 in
y-Richtung. Die Summe der vom Handhabungsgerät beim Transport überstrichenen,
nicht nutzbaren Flächen 14.1 + 14.2 ist gross
verglichen mit der überstrichenen
Fläche 14 von 2.
Die Schutzhaube 8 muss für ein solches Handhabungsgerät abgeändert werden.
Dieses Beispiel demonstriert einerseits die umständliche Abfolge von drei verschiedenen
Bewegungen 13.1, 13.2, 13.3 während des
Transportes, andererseits den unnötigen Platzbedarf dieser Ausführungsform.
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Der
Transportweg 13 der Greifmittel 9 ist im Beispiel
von 2 ein Viertelkreis. Der Transportweg 13 kann
aber auch andere geometrische Formen annehmen. 4 zeigt
ein Beispiel für
einen allgemeineren Transportweg 13 in der xy-Ebene. Noch
allgemeiner muss der Transportweg 13 nicht unbedingt in einer
Ebene liegen, sondern kann eine Kurve im dreidimensionalen Raum
sein. Deren Parameterdarstellung in einem kartesischen Koordinatensystem
lautet x = x(s), y = y(s), z = z(s); dabei ist s = s(t) ein Kurvenparameter,
welcher seinerseits von der Zeit t abhängt. Jedem Wert s aus dem Definitionsbereich
des Kurvenparameters ist ein Punkt P(x(s), y(s), z(s)) auf dem Transportweg 13 zugeordnet,
ebenso ein Tangentenvektor u(s).
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Wesentlich
ist, dass der Transportweg 13 keine Unterbrechungen und
Knicke aufweisen darf, d. h. die Funktionen x(s), y(s), z(s) müssen für jeden Wert
s aus dem Definitionsbereich des Kurvenparameters stetig differenzierbar
sein. Anfangs- bzw. Endpunkt des Transportweges 13 sind
in 4 mit Q bzw. R bezeichnet; zwei weitere ausgezeichnete Punkte
des Transportweges 13 sind die Eingriffslage E bzw. die
Ausgangslage A. Eingriffs- bzw. Ausgangslage können, aber müssen nicht
notwendigerweise Anfangs- bzw. Endpunkt des Transportweges 13 sein;
im Beispiel von 4 ist Q = E, aber R ≠ A. Der Transportweg 13 kann
auch geschlossen sein, d. h. sein Anfangspunkt Q und sein Endpunkt
R können zusammenfallen.
Die Greifmittel 9 werden vorzugsweise derart entlang des
Transportweges 13 geführt, dass
der Winkel α zwischen
ihrer Längsachse
und dem jeweiligen Tangentenvektor u(s)
für jeden
Wert s aus dem Definitionsbereich des Kurvenparameters konstant
ist.
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5 zeigt
eine Aufsicht einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Handhabungsgerätes. Die
Greifmittel 9 sind in der Eingriffslage E eingezeichnet;
sie bestehen aus einem Greifkopf 10 und einem beispielsweise
pneumatischen oder elektromotorischen Greifantrieb 11.
Trans portmittel 15 bestehen in dieser Ausführungsform
aus einer Führung 16 und
Antriebsmitteln 21. Die Führung 16 führt die
Greifmittel 9 entlang eines viertelkreisförmigen Transportweges 13;
sie ist in diesem Beispiel eine Gleitführung und besteht aus einer
Führungsöffnung 17 in
einer Grundplatte 18 und zwei darin gleitenden Führungsbolzen 19, 19'. Die beiden
Führungsbolzen 19, 19' gewährleisten
erstens, dass sich die Greifmittel entlang des vorgegebenen Transportweges 13 bewegen,
und zweitens, dass der Winkel zwischen der Längsachse der Greifmittel 9 und
dem jeweiligen Tangentenvektor entlang des ganzen Transportweges 13 konstant
ist. Ein Profil 20 dient zur Befestigung des Handhabungsgerätes auf
der Spritzgussmaschine.
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Zum
Transport der Greifmittel 9 sind Antriebsmittel 21 vorgesehen.
Im Beispiel von 5 bestehen die Antriebsmittel 21 aus
einem Zylinder 22 und einem pneumatisch darin bewegbaren
Kolben 23. Der Kolben 23 ist drehbar mit den Greifmitteln 9 verbunden,
der Zylinder 22 ist drehbar an der Grundplatte 18 befestigt.
Durch die Bewegung des Kolbens 23 im Zylinder 22 werden
die Greifmittel 9 in einer wohldefinierten Lage entlang
des viertelkreisförmigen
Transportweges 13 geführt.
In einer anderen, nicht dargestellten Ausführungsform kann der Antrieb
zum Transport der Greifmittel 9 mechanisch über die
Fahrbewegung der beweglichen Werkzeugplatte 4 der Spritzgussmaschine
erfolgen.
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In 6 sind
die Greifmittel 9 und die Grundplatte 18 in einem
Querschnitt dargestellt, dessen Lage in 5 mit VI-VI
eingezeichnet ist. Der Greifkopf 10 ist hier mit einer
Zange ausgerüstet.
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Das
erfindungsgemässe
Handhabungsgerät kann
auch zu anderen Zwecken als der beschriebenen Handhabung von Anguss
oder Spritzgussteil eingesetzt werden.