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Die Erfindung betrifft eine Spritzgießeinheit zur Be-
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schickung einer Spritzgießform mit plastischem Kunststoffinaterial
entsprechend dem Gattungsbegriff des Anspruches 1. Bei einer bekannten Spritzgießeinheit
dieser Art, sind die Trägerbrücken für den Plastifizierzylinder und für die Förderschnecke
im Plastifizierzylinder auf Führungsholmen geführt ; ihre Baulänge ist extrem kurz
(P 22 27 133.6).
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Es ist auch bekannt,Proportionalventile zur Steuerung einer Spritzgießmaschine
einzusetzen, die hydraulische Größen wie z.B. Druck und Menge des Druckmediums proportional
den elektrischen Eingangssignalen verstellen(P 25 28 963.8).
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Bei hohen Ansprüchen ist es üblich, die hydraulischen Funktionen einer
Spritzgießmaschine mit Hilfe ganzer Prozeßregelsysteme zu beherrschen. Dabei wird
ein laufender SOLL- IST- Wert--Vergleich durchführt.
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ueber einen Meßwert - Aufnehmer, zum Beispiel, einen #ruckaufnehmer'wird
der IST- Wert der Regelgröße gemessen, mit dem SOLL- Wert verglichen und über ein
Stellglied eine Ausregelung einer SOLL- IST- Differenz angestrebt. Dabei stellt
ein sogenanntes "Servoventil" als Stellglied sicher, daß Druck- oder Geschwindigkeitsverläufe
entsprechend den vorgegebenen SOLL Werten verwirklicht werden( Zeitschrift " Plastverarbeiter"
Heft 9, 1978, Seite 475* 479 ).
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Ausgehend von dem genannten Stand der Technik liegt der Erfindung
die Aufgabe zugrunde, eine Spritzgießeinheit der eingangs genannten Gattung derart
weiterzubilden,
daß zur Senkung der Fertigungskosten ihre wesentlichen
hydraulischen Größen ohne große Änderungen ihres Aufbaues je nach den bestehenden
Kundenwünschen wahlweise steuerbar, also nur voreinstellbar, oder bei hohen Ansprüchen
voll regelbar, also entsprechend den vorgegebenen SOLL-Werten zu verwirklichen sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, daß Druck und
Menge des die Kolben- Zylinder- Einheit antreibenden hydraulischen Mediums wahlweise
durch Proportional-Ventile für Druck und Menge einstellbar ( Proportional-Ventil-Steuerung)
oder durch ein Servoventil regelbar sind und daß bei Proportional- Ventil-Steuerung
der Kolben der Kolben- Zylinder- Einheit bei Aktion einseitig aus dem kolbenstangenseitigen
Zylinderraum beau£schlagt ist und bei Servoventil- Regelung ein anders gestalteter
Kolben vorgesehen ist, der bei Aktion beidseits beaufschlagbar ist und mit einem
Abschnitt einen anders gestalteten Zylinderdeckel durchgreift, dessen Durchmesser
größer ist als der Durchmesser der hülsenförmigen Kolbenstange.
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Dadurch ist es möglich, das Fertigungsprogramm zu vereinfachen und
damit die Kosten zu senken; denn die beiden nach Kundenwunsch wahlweise auslieferbaren
Varianten der Spritzgießeinheit sind aus den gleichen Grundbausteinen ( Plastifizierzylinder,
Plastifizierschnecke, Hydraulikzylinder, Holme und -dergleichen) zusammengesetzt.
Lediglich die Kolben und die rückwärtigen Zylinderdeckel der den Einspritzhub bewirkenden
Kolben- Zylinder- Einheiten sind in zwei unterschiedlichen Ausführungen erforderliah,
um Druck und Menge des hydraulischen Mediums der den Einspritzhub bewirkenden Kolben-
Zylinder- Einheiten wahlweise mit Proportionalventilen zu steuern oder mit
Hilfe
eines Servoventils zu regeln.
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Bei der erfindungsgemässen Ausbildung der Spritzgießeinheit kann diese
auch nachträglich wahlweise in die eine oder andere Variante umgewandelt werden.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen
erläutert.
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Es zeigen: Figur 1 : die ohne Servoventil gesteuerte Spritzgießeinheit
in Draufsicht mit Hydraulikschaltplan, teilweise in horizontalen Schnitt, Figur
2 : die mit Servoventil geregelte Spritzgießeinheit in einer Darstellung gemäss
Figur 1, Figur 3 : die Trägerbrücke für den Plastifizierzylinder der Spritzgießeinheit
gemäss Figur 2 in größerer Darstellung, Figur 4 : die Trägerbrücke gemäss Figur
3 aus Richtung B gesehen, Figur 5 : die Trägerbrücke gemäss Figur 3 aus Richtung
C gesehen und Figur 6 : das hydraulische System der schematisch dargestellten Spritzgießeinheit
gemäss den Figuren 2 bis 5.
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Die Trägerbrücke 27 für den Plastifizierzylinder 28 und die Trägerbrücke
1 für die Plastifizierschnecke 23 sind auf Führungsholmen 4 verschiebbar gelagert.
An der zuletzt genannten Trägerbrücke ist ein ölmotor 3 angeflanscht. Das Drehmoment
des Ölmotors 3 wird über eine Sbertragungswelle 24 auf die Förderschnecke 23 übertragen,
die mittels Kupplung 21 mit der Förderschnecke verbunden ist. Die die Trägerbrücke
1 zentral durchsetzende Ubertragungswelle 24 ist in einem zentralen Durchbruch dieser
Trägerbrücke drehbar gelagert, der vorderseitig mittels Deckel 22 abgeschlossen
ist.
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Beide Trägerbrücken 27; 1 sind je ein Gußstück, in welchem die Zylinder
27a bzw. 1a je durch Bohrungen gebildet sind.
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Die auf den Führungsholmen 4 fest aufsitzenden Kolben 29 in den Zylindern
27a bilden mit diesen Zylindern Kolben- Zylinder- Einheiten 27a,29, die geeignet
sind, die Spritzgießeinheit als Ganzes auf die Spritzgießform auf-bzw. abzusetzen.
Zu diesem Zweck werden die Zylinderräume C,D über Versorgungsleitungen 30,31 mit
Druckmedium versorgt. Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 bilden die Zylinder 1a
mit Kolben 25a Kolben- Zylinder- Einheiten la, 25a mit welchen die Trägerbrücke
1 und damit die Plastifizierschnecke axial und relativ zum Plastifizierzylinder
28 bewegt , also das plastische Material in die Spritzgießform eingespritzt werden
kann. Die von den Führungsholmen 4 durchsetzten Kolben- Zylinder-Einheiten 1a, 25a
sind vorderseitig mittels Zylinderdeckel 19 und rückseitig mittels Zylinderdeckel
34 abgedeckt. Die Kolben 25a stehen mit hülsenförmigen Kolbenstangen 20 im Gewindeeingriff,
wobei ein Innengewinde der Kolben 25a in ein Außengewinde der Kolbenstangen 20 eingreift.
Die hülsenförmigen Kolbenstangen 20 umschließen die Führungsholme 4 koaxial,
durchsetzen
die vorderseitigen Zylinderdeckel 19 und sind mit Hilfe von Endflanschen 20a an
der Trägerbrücke 27 für den Plastifizierzylinder 28 befestigt.
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Dabei dienen diese hülsenförmigen Kolbenstangen 20 mit ihren Endflanschen
20a als rückseitige Zylinderdeckel für die Zylinder 27a. Bei Beschickung der Zylinderräume
A der Zylinder 1a wird die Trägerbrücke 1 in Richtung des Plastifizierzylinders
28 verschoben.
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Dabei gleitet die Trägerbrücke 1 mit ihren rückseitigen Zylinderdeckeln
34 auf den Führungsholmen 4 und mit ihren vorderseitigen Zylinderdeckeln 19 auf
den äußeren Mantelflächen der hülsenförmigen Kolbenstangen 20.
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Durch die Relativbewegung zwischen der Plastifizierschnecke 23 und
dem Plastifizierzylinder 28 wird das plastische Runststoff- Material, welches sich
zuvor vor der Plastifizierschnecke 23 im Plastifizierzylinder angesammelt hat, durch
den axialen Hub der Plastifizierschnecke 23 in die Spritzgießform eingespritzt.
Druck und Menge des beim Einspritzhub in die Zylinderkammern A einströmenden-hydraulischen
Mediums werden von den Proportionalventilen 42 ( für Druck) und 43 ( für Menge)
gesteuert( vergl. Hydraulikschaltplan der Figur 1).Dabei ist die Regelpumpe 37 vom
Motor 36 angetrieben. Das Proportionalventil 43 mit Steuermagnet 43a liegt in der
zur Kammer A der Zylinder 1a führenden Hauptleitung 52, in welcher das Mehrwegventil
38 liegtin der Zeichbefinden sich die ventile 43, 38, 7 in Nullstellung).
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Eine Steuerrückleitung 59,60 zweigt von der Hauptleiiung 52 ab, und
führt zur Regelpumpe 37, um diese zur Kompensation von Reibungs- und Leckverlusten
nachzuregeln. In dieser Steuerrückleitung ist eine einstellbare Steuerblende 49
eingefügt. In einer zum Tank 55 führenden Zweigleitung 61 der Steuerrückleitung
59,60 ist das Proportionalventil 42 fürden Druck mit Steuermagnet 42a eingefügt,
durch welches
die Regelpumpe 37 steuerbar ist. Dabei liegen die
Steuermagnete 43a und 42a je in einem Regelkreis, durch welchen eine vom SOLL- Wert
abweichende Einstellung der Proportionalventile 43,42 auf den SOIIL- Wert rückführbar
ist.
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In einer die liauptleitung 52 mit der Zweigleitung 61 zum Tank 55
verbindenden Verbindungsleitung 62 ist ein Druckbegrenzungsventil 41 angeordnet.
Von dem Mohrwegventil 38 führen Verbindungsleitungen 57 über flexible Schlauchabschnitte
54 zu den Zylinderkammern A der Zylinder la. Beim EinspriQzhub werden die Kammern
A bei einer entsprechenden Stellung des Melirwegven:t;ils 38 mit Druckmedium beschickt.
In der danach folgenden Phase der Vorplastifizierung des Materials im Plastifizierzylinder
weicht die Plastifizierschnecke 23 und damit die Trägerbrücke unter der Wirkung
des Staudruckes des plastifizierten Materials nach Iückwärts- aus. Dabei wird das
in den Zylinderräumen A befindliche Druckmedium verdrängt und zwar über die über
das Proportional-Staudruck Ventil 40 mit Steuermagnet 40a zum Tank 55 führende Verbindungsleitung
57, 63. Das Proportional- Staudruck-Ventil 40 arbeitet mit Drossel-Ventil 39 zusammen,
das den erwünschten Staudruck bestimmt. In dieser Phase der Verdrängung des Druckmediums
aus den Kammern A wird Druckmedium in die sich vergrößernden Kammern B eingesaugt.
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Dabei gelagt dieses Druckmedium aus dem Tank 55 über die Tankleitung
53, die kurzschließende Bettung 67 mit Rückschlagventil 66 und die Leitung-57 zu
den Anschlüssen 15a. Bei der Variante für Servo- Ventil-Steuerung gemäß den Figuren
2 bis 6 finden an Stelle der oben beschriebenen Kolben 25a und der zugehörigen Zylinderdeckel
34
anders gestaltete Kolben 125 und anders gestaltete rückwärtige Zylinderdeckel 35
Verwendung.
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Eine Umrüstung der Variante gemäss Figur 1 in die Variante gemäss
den Figuren 2 bis 6 kann wie folgt bewerkstelligt werden; Die rückseitigen Zylinderdeckel
34 ( Figur 1) werden von der Trägerbrücke 1 abgenommen. Sodann werden die mit den
hülsenförmigen Kolbenstangen 20 im Gewindeeingriff stehenden Kolben 25a von diesen
Kolbenstangen abgeschraubt. Danach werden die anders gestalteten Kolben 125, 125a
mittels eines Innengewindes, das dem Innengewinde bei den Kolben 25a entspricht,
auf die Kolbensi;angen 20 aufgeschraubt. Sodann werden die anders gestalteten Zylinderdeckel
35 auf die Zylinder 1a aufgesetzt, wobei diese Zylinderdeckel 35 je von einem Abschnitt
125a der Kolben 125 durchgriffen werden, dessen Durchmesser größer ist als der Durchmesser
der hülsenförmigen Kolbenstange 20. Bei Aktion werden die Kolben 25a nur einseitig
aus den Zylinderrräumen A der Zylinder 1a beaufschlagt.
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Demgegenüber werden die Kolben 125 für die Servo-Ventil-Regelung;
bei Aktion beidseitig, d.h., aus den Zylinderräumen A und B beaufschlagt. Beide
gestalterischen Varianten der Kolben 25 ; 125 sind Differenzkolben, d.h., Kolben,
deren beaufschlagbare vorderseitige und rückseitige Fläche eine unterschiedliche
Größe aufweisen. Beim Kolben 25a ist die bei Aktion nicht beaufschlagte rückseitige
Kolbenfläche jedoch größer als die beaufschlagte vorderseitige Kolbenfläche. Beim
Kolben 125 ist dies umgekehrt. Zudem ist der Unterschied zwischen der rückseitigen
und der vorderseitigen Fläche nicht so groß wie beim Kolben 25a. Beim Kolben 125
ergibt sich der axiale Kraftvektor beim Einspritzhub in bekannter Weise aus der
Differenz der rückseitig und vorderseitig auf den Kolben 125 einwirkenden Kräfte.
Bei Servokentil- Regelung ist die Trägerbrücke 1 rückseitig über die
linderdeckel
35 auf der äußeren Mantelfläche des benabschnittes 125a geführt. Vorderseitig ist
aie Trägerbrücke 1 in jede Falle über die vorderseitigen Zylinderdeckel 19 auf der
Mantelfläche der hülsenförmigen Kolbenstangen 20 geführt, wenn der Einspritzhub
vollzogen wird. Wie insbesondere aus den Figuren 2 und 6 ersichtlich, ist die Servo-Ventil-Steuerung
wie folgt aufgebaut: Vom Antriebsmotor 36 ist eine Pumpe 46 zur Erzeugung eines
konstantenDruckes für die Steuerung des Fluid-Verstärkers 8 des Servoventils 7 und
eine Regelpumpe 37aangetrieben.
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Von der Regelpumpe 37 führt die Druckleitung 14 zum Servoventil 7,
das über Verbindungsleitungen 58A und 58B mit den Zylinderräumen A und B der Zylinder
1a in Verbindung steht. Dabei ist ein Druckaufnehmer 11 für die Zylinderräume A
Und ein Druckaufnehmer 12 für die Zylinderräume B vorgesehen. Unter "Fluidverstärker"
8 im obigen Sinne wird der elektronischhydraulische Regelkreis des Servoventils
7 verstanden, der einen elektrischen Anschluß 8a aufweist.
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Hierauf braucht nicht näher eingegangen zu werden, weil es sich um
eine bekannte Technik handelt.
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Die von der Pumpe 46 zum Fluidverstärker 8 führende Leitung 47 mit
konstantem Druck führt über einen Mikrofilter 9, der von einem Differenzdruckschalter
10 gesteuert ist, wobei der Differenzdruckschalter 10 in einem Zweig 47a der Leitung
47 liegt. Eine Rücklauflei tung führt vom Servoventil 7 zum Tank 55. In einem zum
Tank 55 führenden Zweig 65 der Druckleitung 14 ist ein Überdruckventil 56 eingefügt.
Das in einem zum Tank 55 führenden Zweig 64 liegende tberdruckventil 50 sorgt für
einen konstanten Druck in der Druckleitung 47.
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Dem aus dem eigentlichen Servoventil 7 und einem Fluid-Verstärker
8 gebildete Servoventil sind ein Verteilerblock 6, das Mikrofilter 9 mit Differenzdruckschalter
10 und die Druckaufnehmer 11,12 zugeordnet.
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Die genannten Bauteile bilden zusammen ein starres Aggregat, das im
folgenden als Servoventil- Aggregat 26 bezeichnet ist. Dieses Servoventil-Aggregat
ist lösbar seitlich an der Trägerbrücke 5 befestigt, wie insbesondere aus den Figuren
2 bis 5 ersichtlich. Bei Servo-Ventil-Steuerung erfolgt die Einspritzung des Kunststoffmaterials
in Abhängigkeit von einem Rechner, z.B. einem Digitalrechner, der mittels der Druckaufnehmer
11,12 Abweichungen vom SOLL-Wert in den beiden Zylinderräumen A und B der Zylinder
1a, aber auch sonstige Abweichungen laufend korrigiert.
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Die bei Proportional-Ventil-Steuerung zu den Zylinderkammern A und
B der Zylinder 1a führenden hydraulischen Leitungen 54>57 sind mittels Hohlschrauben
l4a, 15a an den benachbarten Zylinder 1a angeschlossen. Bei Servo-Ventil-Steuerung
sind die Druckleitung 14 und die Rücklaufleitung 15 mit Hilfe der gleichen Hohischrauben
14a,15a an den Verteilerblock 6 des Servo-Ventil-Aggregates 26 angeschlossen. Dabei
stehen im Falle der Proportional-Ventil-Steuerung die Hohlschrauben l4a,l5a im Gewindeeingriff
mit dem Zylinder 1a und bei Servo-Ventil-Steuerung im Gewindeeingriff mit dem Verteilerblock
6 Wie aus den Figuren 3 - 4 erkennbar, ist der quaderförmige Verteilerblock 6 mit
den übrigen Bauteilen des Servoventil-Aggregats 26 an einer planen Seitenfläche
der Trägerbrücke 1 lösbar befestigt. Die Schieberachse des Servoventils verläuft
bei horizontaler Spritzgießeinheit vertikal.
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Die Druckaufnehmer sind dabei in einer vertikalen Ebene an der Rückseite
des Verteilerblocks angeordnet. Die beiden
Zylinderräume A und
3 kommunizieren je über Endabschnitte der Leitungen 58A, 58 B miteinander, die in
Gußrippgen 16, 17 der Trägerbrücke 1 verlaufen (Fig. 4).
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Eine Wegmeßeinrichtung 48 mißt die Relativbewegung zwischen den beiden
Trägerbrücken 27, 1 als Grundlage für die Steuerung des Einspritzhubes der Plastifizierschnecke.