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Beim Formpressen von Polystyrol-Elementen
erfordert das Verschließen
der beweglichen Werkzeughälfte
mit der feststehenden Werkzeughälfte
aufgrund des innerhalb der Form auftretenden Drucks und der Formabmessungen
sehr hohe Kräfte.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung
besteht in der Überwindung
der Probleme, die bei den vorhandenen Systemen beim Bewegen und
Verschließen
der beiden Werkzeughälften
auftreten.
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Die zum gegenwärtigen Zeitpunkt auf dem Markt
erhältlichen
Maschinen nutzen unterschiedliche Vorschub- und Schließsysteme,
die in drei Kategorien eingeteilt werden können: 1) mechanische Kniehebelsysteme;
2) hydromechanische Systeme; 3) hydraulische Kolbensysteme [0004] Mechanische Kniehebelsysteme
umfassen eine Reihe von Zugstangen, die von einem oder mehreren Öldruckzylindern
gesteuert wurden. Die Zylinderbewegung hat das Öffnen und Schließen der
beweglichen Werkzeughälfte
in Richtung der festen Werkzeughälfte zum
Ergebnis. Während
des Schließens
wird die Führungskraft
der Form auf die Zugstangen und nachfolgend auf den hinteren Rahmen
der Maschine übertragen,
die daher in der Lage sein muss, die Form zu halten und der Führungskraft
entgegenzuwirken. Aus diesem Grund muss das Gestell stabil genug
sein, um der Führungskraft
der Zugstangen des Schließsystems
zu widerstehen. Diese Systeme weisen die nachstehenden Nachteile
und Beschränkungen
auf.
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- a) Die Stützkonstruktionen
müssen
groß und
sehr stabil ausgelegt sein, was zu einer Erhöhung der Kosten und des Aufwandes
für die Herstellung führt;
- b) Der Verfahrweg der beweglichen Werkzeughälfte ist begrenzt und im Wesentlichen
abhängig von
den Maßen
der Kniehebelstangen.
- c) Das Vorhandensein eines Druckölsystems hat höhere Installationsund
Wartungskosten zur Folge.
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Hydromechanische Systeme arbeiten
in drei verschiedenen Schritten: schneller Vorschub der beweglichen
Werkzeughälfte
durch zwei Öldruckzylinder;
die Einfügung
eines Schließblechs
durch einen kleinen Kolben, das Schließen der Form durch einen Hochdruckzentralzylinder
mit kurzem Verfahrnieg. Auch diese Systeme weisen eine Reihe von
Nachteilen und Beschränkungen
auf:
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- a) Das Vorhandensein eines Öldrucksystems führt zu hohen
Installations- und Wartungskosten.
- b) Die Oberflächen
der Schließelemente
arbeiten in direktem Kontakt miteinander und das Aneinander-Vorbeigleiten
verursacht Reibungsprobleme.
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Das GB Patent No. 2166684 beschreibt
ein Schließsysem
für die
Verriegelung der zwei Werkzeughälften
einer Kunststoff-Formpresse; das Verriegelungssystem umfasst einen
ersten Schließteil,
der an einer Werkzeughälfte
befestigt ist; ein zweiter Schließteil wird von einem Zylinderkolben
verschoben, der an der anderen Werkzeughälfte befestigt ist, wobei die
Gleitbewegung des Kolbens die zu verschließenden Teile miteinander verbindet;
gleichzeitig führt
der Kolben wähhrend
der Gleitbewegung eine Drehbewegung aus, so dass die aneinander
anliegenden Teile nun miteinander verriegelt werden, die Drehbewegung
ermöglicht
also das Beschreiben einer Kurvenbahn.
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Hydraulikkolbensysteme umfassen einen der
mehrere Kolben mit einer Stange, die mit der beweglichen Werkzeughälfte verbunden
ist. Das Öffnen und
Schließen
erfolgt durch das Einbringen des unter Druck stehenden Öls in die
Zylinder, so dass diese während
des Formpressens verriegelt bleiben. Alle diese Systeme weisen eine
Reihe von Nachteilen und Beschränkungen
auf:
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- a) Die Kolbenmaße sind abhängig von der erforderlichen
Kraft bezüglich der
Formmaße
und des Formpressdrucks;
- b) Der Öffnungs-
und Schließzyklus
der Formen ist sehr langsam; bei gleicher Leistung gilt: je größer die
Kolben, desto niedriger die Geschwindigkeit;
- c) Das Stützgestell
muss sehr groß und
sehr stabil sein, was zu einer Erhöhung der Herstellungskosten
und des Herstellungsaufwands führt.
d) Das Vorhandensein eines leistungsfähigen Druckölsystems führt zu hohen Installations-
und Wartungskosten. Darüber
hinaus stellen diese Systeme eine große Gefährdung dar, da die Schläuche müglicherweise
bersten können
und auch die Gefahr von Umweltverschmutzungen besteht.
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Das Ziel der vorliegenden Efindung
ist eine Formpresse für
Polystyrol-Elemente
mit einem mechanischen System zur Verriegelung der beweglichen Werkzeughälfte mit
der feststehenden Werkzeughälfte,
das durch ein gutes Verhältnis
zwischen Zuhalte- und Steuerkraft charakterisiert wird.
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Die Hauptvorteile der Efindung sind:
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- a) Die Stellglieder, die die mechanische Verriegelung
der beweglichen Werkzeughälfte
mit der feststehenden Werkzeughälfte
vollziehen, ermöglichen
eine mechanische Selbsthemmung und gewährleisten hohe Verriegelungskräfte bei
moderaten Steuerkräften;
- b) Die vollständige
Elimination der Druckölanlage, was
zu einer beträchtlichen
Verringerung der Herstellungs- und Betriebskosten führt; c)
Die Realisierung der Maschinen mit kleineren Maßen im Vergleich zu den existierenden
Maschinen, was zu einer Verringerung der Herstellungskosten und des
Herstellungsaufwands führt;
- d) Die Realisierung der mechanischen Verriegelung durch Oberflächenannäherung,
wodurch das Gleiten und Reiben der Oberflächen aneinander vollkommen
ausgeschaltet werden kann;
- e) Die Möglichkeit
der Schaffung von breiten Öffnungen
zwischen den beiden Werkzeughälften entsprechend
der Maße
der zu pressenden Teile, ohne dabei das Verriegelungssystem umbauen
zu müssen;
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Im nachstehenden Text wird das Funktionsprinzip
der vorliegenden Erfindung ausführlich
beschrieben.
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Die technischen Eigenschaften der
Erfindung – geimäß dem vorstehenden
Erfindungszweck – werden
in den nachstehenden Patentansprüchen eindeutig
dargestellt. Die Vorteile der Erfindung werden bei der ausführlichen
Beschreibung mit Bezugnahme auf die Zeichnunchen gemäß den 1 bis 6 deutlich.
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1 ist
eine schematische seitliche Ansicht der erfindungsgemäßen Maschine
mit dem Verriegelungssystem gemäß der vorliegenden
Erfindung, mit den beiden Werkzeughälften im geöffneten Zustand.
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2 zeigt
die gleiche Maschine wie 1, wobei
die beiden Werkzeughälften
durch das erfindungsgemäße Verriegelungssystem
geschlossen sind.
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3 ist
eine Vorderansicht der Maschine, wobei die kinematische Bewegung
und die Synchronisation des Systems für die Zustellbewegung der beweglichen
Werkzeughälfte
zur feststehenden Werkzeughälfte
dargestellt werden.
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5 ist
ein Längsquerschnitt
des mechanischen Verriegelungssystems in einem typischen Abschnitt.
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5 ist
eine Vorderansicht der Maschine, wobei die kinematische Bewegung
und der Synchronisationsmechanismus des Systems dargestellt werden.
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6 ist
identisch mit 1, wobei
eine Seite des Gestellrahmens teilweise entfernt worden ist, um
den Ort, die Bahn und den Antrieb der zum Öffnen und Schließen der
beiden Werkzeughälften
verwendeten Kette darzustellen.
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Die in den vorstehenden Figuren dargestellte Lösung ist
als schematische Darstellung einer rein illustrativen und nicht
als einschränkend
zu bewertenden Lösung
zu betrachten. Die Möglichkeit
des Einsatzes der Erfindung in anderen Anwendungsgebieten wird nicht
ausgeschlossen.
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Die Maschine besteht im Wesentlichen
aus einem Stützgestell
(1), das die tragende Konstruktion darstellt, und den beiden
Werkzeughälften,
eine feststehend (2) und eine beweglich (3).
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Die Verbindung der beiden Werkzeughälften (2, 3)
ergibt die Formpresskammer für
die Polystyrol-Elemente, sie wird erzielt durch die Bewegung der beweglichen
Werkzeughälfte
(3) in Richtung der feststehenden Werkzeughälfte (2)
in einer generell horizontalen Richtung. An den vier Ecken verfügt der Rahmen,
an dem die feststehende Werkzeughälfte befestigt ist, über ein
mechanisches Stellglied (4), das die bewegliche Werkzeughälfte (3)
gegen die feststehende Werkzeughälfte
(2) durch Dreh- und Verschiebungsbewegung führt.
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Der Schließvorgang der beiden Hälften umfasst
zwei aufeinander folgende Schritte: erstens, die bewegliche Werkzeughälfte (3)
bewegt sich auf die feststehende Werkzeughälfte (2) zu, bis beide
einander berühren,
dann werden die Hälften
miteinander verriegelt.
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Die feststehende Werkzeughälfte (2)
ist mit dem Gestell (1) verbunden, während die bewegliche Werkzeughälfte (3)
mit zwei seitlichen zylindrischen Stangen, die als Stütze und
Gleitführung
dienen, verbunden ist.
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Die Stangen (8), die mit
der beweglichen Werkzeughälfte
(3) verbunden sind, laufen axial auf einem Paar am Rahmen
(1) angebrachter Kugellager (9). [0024] Die bewegliche
Werkzeughälfte
(3) führt eine
kinematische Bewegung aus, die von einem am Rahmen (1)
angebrachten Getriebemotor (5) gesteuert wird, dessen Welle über ein
Ritze) verfügt,
das in die Kette (7) eingreift, wie in 6 dargestellt.
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Genauer gesagt wird die bewegliche
Werkzeughälfte
(3) gemeinsam mit dem gleitenden Paar horizontaler Stütz- und
Führungsstangen
(8) in Hin-und Her-Verfahrbewegungen über zwei Ketten (7)
angetrieben, die sich an den beiden Seiten des Stützgestells
befinden und die auf Lotebenen parallel zur Längsachse der Maschine liegen.
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Das vordere Ende (7a) jeder
Kette (7) wird an der Seite der beweglichen Werkzeughälfte (3)
befestigt, während
das hintere Ende (7b) am Ende der Führungsstange (8) angebracht
ist. Der Mittelbereich ist mit dem auf der Oberseite des Gestells
befindlichen Antriebsritze) verzahnt (6), wohin die Kette
(7) mittels zweier neutraler Stütrrollen (12) umgeleitet wird,
eine hinter und eine vor dem Ritze) (6); dabei ist vorgesehen,
dass die beiden Antriebsritze) (6) der Ketten (7)
in eine Drehstabfeder (13) eingespannt sind, die auf der
Oberseite des Stützgestells
(1) diagonal angebracht ist und die in beide Drehrichtungen von
einem Getriebemotor (5) angetrieben wird.
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Aus der vollständig geöffneten Position nähert sich
die bewegliche Werkzeughälfte
(3) der feststehenden Werkzeughälfte (2) an, bis sich
beide berühren.
Zum Ende dieses Vorgangs befinden sich die Verriegeluingsflächen (17)
der beweglichen Werkzeughälfte
vor den Sperregeln (16). Die Bewegung der beweglichen Werkzeughälfte (3)
ermöglicht
die Einführung
der Sperrriegel mit rechteckiger Form und abgerundeten Enden in
die Öffnungen
(18) der beweglichen Werkzeughälfte (3).
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Die Öffnung (18) hat eine
rechteckige Form, ähnlich
der des Sperrriegels (16) und geeignete Maße, so dass
der Sperrriegel (16) nur dann eingeführt werden kann, wenn er sich
in der gleichen Position wie die Öffnung (18) befindet.
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Nachdem die Vorschubbewegung abgeschlossen
ist, beginnt die Verriegelung.
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Nach einer 90-Grad-Drehung um seine
eigene Achse, wird der Sperrriegel mit der Orthogonalachse in die Öffnung (18)
eingeführt.
Nun dreht sich die Welle (15) des Stellglieds, bis die
Vorderfläche
(15) des Verriegelungselements mit der inneren Fläche der Öffnung (18)
in Verbindung kommt.
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Die Zuhaltekraft zwischen den beiden
Werkzeughälften
wird von der Acme-Trapezgewindenspindel des Stellglieds erzeugt.
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Unter besonderem Hinweis auf 4 und 5 wird der Text mit einer ausführlichen
Beschreibung des Funktionsprinzips des Stellglieds (4)
und seiner kinematischen Bewegung fortgesetzt.
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Das Stellglied (4) ist vollständig mechanisch und
besteht: aus einem Gehäuse
(22), das ein Paar Lager (23), die Gewindemutter
(24) und die Spindel (21) auf der Welle (15)
umfasst. Das Gehäuse
(22) ist mit der vorderen (25) und der hinteren Haube (26), die
eine konstruktive und eine Schutzfunktion ausübt, verbunden. Der über die
geschlossene Kette in Drehbewegung versetzte Zahnkranz (27)
wird auf dem äußeren Teil
der Gewindemutter angeflanscht. Das Stellglied verfügt über Dicht-
und Abstandsringe, um das Funktionieren des Mechanismus zu gewährleisten.
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An der Außenseite verfügt das Gehäuse über eine
Zahnscheibe (32) mit der das Stellglied (4) an
den Maschinenrahmen angeflanscht ist.
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Über
die Kette (7) wird der Zahnkranz (27) in Bewegung
versetzt, gemeinsam mit der auf dem Lagerpaar befindlichen Gewindemutter
(23).
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Die Gewindemutter (24) treibt
die Welle (15) über
die Spindle) (21), die sich im Mittelteil der Welle befindet,
an. Die Welle (15) läuft
auf den Gleitlagern (34) und (29), die eine Verschiebungs-
und Rotationsbewegung ermöglichen.
Der auf der Welle (15) sitzende Zapfen greift in die Nocken
innerhalb des Gehäuses
(22).
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Das Nockenprofil (30) ist
so gestaltet, dass die Welle (15) zunächst eine kombinierten 90-Grad-Drehungs-
und Verschiebungsbewegung und anschließend eine axiale Verschiebung
ausführt.
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In Folge dieser Bewegungen ermöglicht der Sperrriegel
(16), der mit der Welle (15) verbunden ist, die
Verriegelung der beweglichen Werkzeughälfte mit der feststehenden
Werkzeughälfte
gemäß der vorstehenden
Beschreibung.
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Die kinematische Bewegung ermöglicht eine mechanische
Selbsthemmung und die Realisierung hoher Verriegelungskräfte mit
geringen Steuerkräften.
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Das Nockenprofil (30) bestimmt
die Drehrichtung der Welle (15) und damit auch die des
Sperriegels (16).
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Die Antrieb der vier Stellglieder
(4) wird durch den an der Oberseite der Maschine befindlichen
Getriebemotor (33) gewährleistet.
Der Getriebemotor (33) treibt über eine geeignete Kupplung
die Gewindemutter einies der vier Stellglieder an. Aus diesem Grund
wird das an den Getriebemotor (33) angeschlossene Stellglied
zum Antriebselement der Transmission.
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Die anderen Stellglieder werden über die
geschlossene Kette (28) angetrieben. Die geschlossene Kette
(28) fungiert als Synchronisator für die Bewegung, da sie gleichzeitig
alle Spindelstellglieder über
geeignete Kreise für
die gleichzeitige Verrieglung betätigt. Nachdem die beiden Werkzeughälften miteinander
verriegelt sind, können
die Polystyrol-Körner
in die Kammer eingefüllt
werden, bis diese voll ist.
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Die Dampfzuführung in die Form führt zum Zusammenbacken
oder Microcasting der Körner. Das
Microcasting bindet die Körner,
bis ein Objekt entsteht, das die Form und Größe der aus den beiden Werkzeughälften bestehenden
Kammer hat.
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Nach Ablauf der erforderlichen Abkühlzeit, während der
Wasserdampf in die Formpressenbereich eingeleitet und dann vakuumextrahiert
wird, vollzieht die Verriegelungsvorrichtung einen ungekehrt zum
vorstehend beschriebenen Verfahren ablaufenden Zyklus, um die bewegliche
Werkzeughälfte freizugeben.
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Aus diesem Grund erfolgt die Entriegelung durch
die Umkehrung der Drehrichtung der Gewindemutter, die zunächst die
Oberfläche;
(19) des Sperrriegels (16) von der Oberfläche (20)
der Verriegelungsfläche
(17) wegbewegt. Dann erzeugt das Nockenprofil (30)
eine 90-Grad-Drehung der Welle (15), um den Riegel (16)
in die gleiche Position wie die Öffnung
zu bringen, und um aus dieser herauszufahren. Die beiden Werkzeughälften sind
nun entriegelt und die bewegliche Werkzeughälfte kann nun weggedreht werden,
damit das gepresste Objekt entnommen werden kann.
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Der vorstehend beschriebene Ablauf
kann zyklisch durchgeführt
werden.
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Der Bediener kann die Steuerung der
Maschine von einem Steuerpult aus durchführen.
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Die Maschine verfügt über eine programmierbare logische
Steuerung (PLC), die in der Lage ist, Befehle an die Stellglieder
weiterzugeben und Informationen von den Steuersensoren zu empfangen.
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Hinsichtlich der Maschinensteuerung
können
alle dem neuesten Stand der Technik entsprechenden Systeme angewendet
werden und sind als technisch gleichwertig zu betrachten, ohne dass
eine Beschränkung
im Hinblick auf die vorliegende Erfindung gegeben ist.
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Das Verriegelungssystem der Werkzeughälften, das
mittels eines mechanischen Stellglieds (4) realisiert wird,
ist eine funktionelle Anwendung, die für eine Vielzahl verschiedener
Maschinen, bei denen zwei Teile mit einer Relativbewegung miteinander
zu verriegeln sind, nutzbar ist. Die vorliegende Beschreibung stellt
ein nicht einschränkendes
Beispiel dar.
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Die hier beschriebenen Lösungen sind
nur illustrativer Art, sie sind als technisch gleichwertige Lösungen zu
betrachten, die die Einhaltung der vorstehend beschriebenen Funktionsprinzipien
garantieren.