-
Die
Erfindung betrifft eine Spritzgießvorrichtung, die mit einer
zentralen Steuerung und mit einer Schraube versehen ist, die sich
in einem Zylinder erstreckt, wobei der Zylinder mit einer Befüllöffnung und
mit einer Düse
versehen ist und die Schraube antriebsverbunden mit zwei steuerbaren
elektrischen Motoren derart verbunden ist, dass eine Bewegung im
Rotations- und/oder Axial-Sinne aufgebracht werden kann.
-
Die
Erfindung betrifft ebenso ein Verfahren zum Herstellen eines Spritzgießprodukts
unter Verwendung einer derartigen Spritzgießvorrichtung.
-
Eine
derartige Spritzgießvorrichtung
ist aus der
EP-A-0 882
564 bekannt. Mit der bekannten Spritzgießvorrichtung
dient der erste elektrische Motor zur Drehung der Schraubenspindel.
Der zweite elektrische Motor dient zur Translation der Schraubenspindel.
-
Im
Hinblick auf die erforderliche Spritzgeschwindigkeit ist der am
meisten verwendete Antrieb für
die axiale Bewegung der Schraube ein hydraulischer Antrieb. Hydraulische
Antriebe weisen jedoch eine Reihe von Nachteilen auf, unter anderem:
- - die Steifheit des hydraulischen Antriebssystems ist
deutlich geringer als die eines elektrischen Antriebssystems;
- - im System tritt oft eine Öldruck-Pulsation
auf, die für
die axiale Positionierungsgenauigkeit nicht vorteilhaft ist;
- – ein
hydraulischer Antrieb ist deutlich unreiner als ein elektrischer
Antrieb;
- – die
statischen Verluste eines hydraulischen Antriebs sind deutlich größer als
bei elektrischen Antrieben; ebenso muss dann, wenn die Schraube still
liegt, ein hydraulischer Druck zur Verfügung gestellt werden, was Energie
verbraucht.
-
Mit
einer Spritzgießvorrichtung
gemäß der
EP-A-0 882 564 wurden
diese Probleme gelöst.
Die bekannte elektrisch angetriebene Spritzgießvorrichtung weist jedoch eine
Reihe von Nachteilen auf, unter anderem:
- – für die axiale
Bewegung muss die gesamte Energie von einem elektrischen Motor zur
Verfügung gestellt
werden, so dass der in Rede stehende elektrische Motor eine ausreichende
Leistung aufweisen muss;
- – für die Rotationsbewegung
muss die gesamte Energie von dem anderen elektrischen Motor zur Verfügung gestellt
werden, so dass der in Rede stehende elektrische Motor eine ausreichende Leistung
aufweisen muss;
- – wenn
die axiale Bewegung gestartet wird, muss der für die in Rede stehende Bewegung
dienende elektrische Motor dazu gebracht werden, aus dem Stillstand
zu rotieren; dies führt
zu einem Übergang
des friktionalen Widerstands (statischer friktionaler Widerstand
zu dynamischem friktionalen Widerstand) des Lagers und zum Übergang
des jeweiligen elektrischen Motors; ein derartiger Übergang
im friktionalen Widerstand macht ein akkurates Kraft-Feedback mittels
der Motorstrommessung unmöglich;
- – zwischen
den elektrischen Motoren, der Antriebswelle und dem Antriebsgehäuse liegen
eine Reihe von Kraftübermittlungsmechanismen
(D1, D2, D3, E1) vor, die die Drehung allein in eine axiale Bewegung,
oder allein eine Rotationsbewegung oder eine Kombination einer axialen
und einer Rotationsbewegung der Schraube umwandeln; derartige Übermittlungsmechanismen
führen
zu einem Verlust der Genauigkeit und verbrauchen darüber hinaus
Energie;
- – die
schweren Motoren und die damit verbundenen Getriebe führen zu
einer bemerkenswerten Masse, die jedes Mal in Bewegung versetzt
werden muss; die Massenträgheit
ist daher hoch und das dynamische Verhalten, insbesondere die Steuerungsgeschwindigkeit
der bekannten Vorrichtung, lässt
zu wünschen übrig.
-
Diese
Probleme wurden im Wesentlichen durch den Vorschlag aus der europäischen Patentanmeldung
EP-A-1 083 036 und
der europäischen
Patentanmeldung
EP-A-1
215 029 gelöst.
In diesen bekannten Spritzgießvorrichtungen
ist die Antriebswelle mit zwei Sektionen eines Gewindes mit gegenüberliegendem
Gewindegang versehen. Jede Sektion steht im Eingriff mit einer Antriebsmutter,
wobei die Antriebsmuttern jeweils unabhängig voneinander mittels eines
elektrischen Antriebsmotors angetrieben werden.
-
Der
Nachteil der Vorrichtungen, die in der
EP-A-1 083 036 sowie der
EP-A-215 029 beschrieben
sind, ist, dass die Herstellung der Antriebswelle insbesondere kritisch
ist, da die Qualität
und die Position der zwei Gewindesektionen relativ zueinander eine
große
Präzision
erfordern. Daher sind die aus der
EP-A-1 083 036 sowie der
EP-A-1 215 029 bekannten
Antriebswellen besonders kostenintensiv. Der andere Nachteil der
bekannten Vorrichtungen ist, dass die Antriebsmuttern mit Innengewinden
versehen sind, die im Eingriff mit den Gewindesektionen der Antriebswelle
stehen. Daher ist für
eine lineare Verschiebung über
eine besondere Länge
eine korrespondierende Länge
des Gewindes an der Antriebswelle plus der notwendige Auslauf des
Gewindes an der Antriebswelle notwendig. Somit führt dies zu dem Nachteil, dass
für den
erforderlichen axialen Hub die bekannten Spritzgießvorrichtungen
eine größere Länge als
genau notwendig aufweisen.
-
Ein
Ziel der Erfindung ist es, eine elektrische Spritzgießvorrichtung
ohne die Nachteile, die oben beschrieben wurden, zur Verfügung zu
stellen, während
deren Vorteile beibehalten werden. Ein anderes Ziel der Erfindung
ist es, ein Verfahren zur Verwendung einer derartigen Spritzgießvorrichtung
zur Verfügung
zu stellen.
-
Zu
diesem Zweck stellt die Erfindung eine Spritzgießvorrichtung gemäß Anspruch
1 zur Verfügung.
-
Mit
einer korrekten Auswahl der Gestalt der Eingriffsoberflächen der
ersten und zweiten Antriebsteile und mit einer korrekten Gestaltung
der Gehäuseoberfläche der
Planetenwalzen kann dann, wenn die elektrischen Motoren in geeigneter
Weise betrieben werden, jede gewünschte
Kombination von Drehung und axialer Translation der Schraube bewirkt werden.
Als Planetenkäfig
wird ein solcher verwendet, dessen Planetenwalze durch die Antriebswellen von
radial innen sowie von radial außen in Eingriff stehen, wodurch
eine sehr komplexe Konstruktion realisiert werden kann. Die axiale
Länge der
Vorrichtung gemäß der Erfindung
kann deutlich in Bezug auf die bekannte Vorrichtung reduziert werden,
während die
Vorteile dieser bekannten Vorrichtung beibehalten werden. Darüber hinaus
muss die radiale Dimension des Antriebsgehäuses kaum wenn überhaupt vergrößert werden.
-
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung sind die Planetenwalzen mit parallelen Nuten und Rückseiten
versehen, die miteinander verbunden sind und die in Ebenen platziert
sind, die sich senkrecht zur zentralen Achse der jeweiligen Planetenwalzen
erstrecken, wobei die erste Eingriffsoberfläche ein Innengewinde und die
zweite Eingriffsoberfläche
ein Außengewinde
umfasst, während
der Gang des Innengewindes dem Gang des Außengewindes entgegengesetzt
ist.
-
Mit
einer derartigen Gestaltung der Eingriffsoberflächen der Antriebsteile und
der Oberfläche
des äußeren Gehäuses der
Planetenwalzen wird bewirkt, dass die Planetenwalzen nicht gleiten
können,
da sie zwischen dem Innengewinde und dem Außengewinde mit gegenläufigen Gängen begrenzt sind.
Wenn die Antriebsteile sich in entgegengesetzten Richtungen drehen,
tritt eine axiale Translation der Schraube ein. Wenn die Antriebsteile
sich in der gleichen Richtung drehen, tritt eine Rotation der Schraube
ein. Wenn die Steigung des Innengewindes und des Außengewindes
gleich zueinander sind, deren Gänge
jedoch unterschiedlich zueinander sind, werden die oben erwähnten Situationen
mit gleichen Rotationsgeschwindigkeiten der zwei Antriebsteile auftreten.
Wenn unter diesen Umständen die
Antriebsgeschwindigkeiten der Antriebsteile voneinander abweichen,
wird eine kombinierte axiale Translation und Rotation der Schraube
eintreten. Die Summe der Drehmomente der zwei elektrischen Motoren
stellt das Ausgabe-Drehmoment bereit, und die Differenz der Drehmomente
der zwei elektrischen Motoren stellt über das Getriebe zur Antriebswelle die
axiale Kraft zur Verfügung.
-
Um
die Steuerung vergleichsweise einfach zu halten, wird bevorzugt,
dass der Steigungswinkel des Innengewindes und die Außengewindes
gleich sind, die Gänge
jedoch einander entgegengesetzt sind. Ausgenommen vom Antriebsteile,
der mit dem Rotor verbunden ist, können die elektrischen Motoren
dann vom gleichen Typ sein, was im Hinblick auf die Instandhaltung
vorteilhaft ist.
-
Das
Verfahren der Art, die im Eingangsabsatz beschrieben wurde, ist
dadurch gekennzeichnet, dass eine Spritzgießvorrichtung gemäß einem
der Ansprüche
1 bis 16 verwendet wird, wobei die Drehrichtung und die Drehgeschwindigkeit
der ersten und zweiten elektrischen Motoren so variiert wird, dass der
Planetenkäfig
und somit die Schraube operativ gedreht und/oder in axialer Richtung
gemäß einem gewünschten
Muster transferiert werden, und/oder während eine gewünschte axiale
Kraft ausgeübt wird,
während
die für
die Translation erforderliche Energie durch zwei elektrische Motoren
zur Verfügung
gestellt wird und die für
die Rotation erforderliche Energie von zwei elektrischen Motoren
zur Verfügung
gestellt wird.
-
Mit
einer derartigen Vorrichtung und einem derartigen Verfahren wird
die für
die axiale Bewegung erforderliche Energie von zwei elektrischen
Motoren zur Verfügung
gestellt. Die für
die Rotationsbewegung erforderliche Energie wird ebenso von diesen
zwei elektrischen Motoren zur Verfügung gestellt.
-
Mit
einer gewünschten
maximalen Axialkraft können
daher die elektrischen Motoren in der Vorrichtung gemäß der Erfindung
die Hälfte
der elektrischen Leistung des elektrischen Motors für die axiale Verschiebung
aufweisen, die in der bekannten Vorrichtung vorgesehen sind. Dies
gilt ebenso für
die Rotation. Was zusätzlich
hierzu zählt
ist, dass grundsätzlich
die elektrischen Motoren in der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
halb so schwer wie die aus der Vorrichtung sein können, die
aus der
EP-A-0 882 564 bekannt
sind. Dies bedingt ebenso, dass die thermische Belastung des Antriebs
insgesamt besser über
das Gehäuse
verteilt wird. Dementsprechend wird eine einfache konvektive Abkühlung oder
eine Wasserkühlung
mit sehr geringen Abmaßen
ausreichen. Die Tatsache, dass die Kühlung ein Problem zu sein scheint,
wird in der europäischen Veröffentlichung
EP-A 0 882 564 erwähnt. Darüber hinaus
weist die Verteilung der Last über
zwei elektrische Motoren die Konsequenz auf, dass die Massenträgheit in
Proportion zum Drehmoment, die von den elektrischen Motoren der
Vorrichtung gemäß der Erfindung
realisiert werden muss, deutlich vorteilhafter als die aus der bekannten
Vorrichtung ist. Die axiale Verschiebung, die insbesondere während des
Einspritzens bei hoher Geschwindigkeit auftritt, kann daher mit
der Vorrichtung gemäß der Erfindung
schneller erfolgen und verbraucht weniger Energie. Daher treten
geringere Verzögerungs-
und Beschleunigungskräfte
auf, so dass eine bessere Steuerung der Last der elektrischen Motoren
zum Zwecke der Erzeugung der Einspritzkraft und der Plastifizierkraft auftreten.
Da während
des Einspritzens sich die elektrischen Motoren im entgegengesetzten
Sinn drehen, weisen zumindest dann, wenn die inneren und äußeren Gewinde
einen entgegengesetzten Sinn aufweisen, die zwei Motoren ein entgegengesetztes
Reaktionsdrehmoment auf. Als Ergebnis hiervon tritt, wenn überhaupt,
kaum irgendein externes Reaktionsdrehmoment auf, so dass die Aufhängung des Antriebsgehäuses in
Bezug auf die Außenwelt
mit einem vergleichsweise leichten Design erfolgen kann.
-
Gemäß einer
Alternative können
in einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung die Planetenwalzen mit Außengewinden versehen sein.
Die erste und/oder die zweite Eingriffsoberfläche kann dann mit parallelen
Nuten und Rückseiten
versehen sein, die miteinander verbunden sind und die in Ebenen platziert
sind, die sich senkrecht zu einer zentralen Herzlinie des ersten
bzw. zweiten Antriebsteils erstrecken.
-
Mit
einer derartigen Ausführungsform
können ähnliche
Vorteile wie die oben unter Bezugnahme auf die erste Alternative
beschriebenen erreicht werden.
-
Vorzugsweise
ist jeder elektrische Motor mit seiner eigenen Motorsteuerung versehen,
wobei die Spritzgießvorrichtung
mit einer zentralen Steuerung versehen ist, die zum Übermitteln
der gewünschten Werte
einer bestimmten Steuerungsgröße zu den zwei
Motorsteuerungen gestaltet ist, während in einigen Phasen des
Spritzgießprozesses
die Steuerungsgrößenwerte,
die von der zentralen Steuerung übermittelt
werden, auf Basis der Kraftmessungen oder der Motorstrommessungen
festgelegt werden, während
in anderen Phasen diese auf Basis der gewünschten Position der Schraube
im Zylinder festgelegt werden.
-
Da
die Motorsteuerungen in jedem Fall Steuerungssignale auf Basis der
gleichen Kontrollgröße erhalten
wie etwa beispielsweise die Geschwindigkeit, die Position, die Beschleunigung
und/oder Erschütterungen,
muss keine Steuerungsregulierungs-Umschaltung in den Motorsteuerungen
erfolgen, was die Stabilität
des Bewegungsprofils der Motoren verbessert. In einigen Fällen führt ein Übergang von
einer Art von Eingabesignal zu einer anderen Art von Eingabesignal,
beispielsweise von einem Kraft-Eingabesignal zu einem Positions-Eingabesignal
zu einem kurzen, undefinierten Bewegungsverhalten des jeweiligen
Motors.
-
Während der
Einspritzphase ist die genaue Messung eines speziellen Volumens
in der Form von hoher Wichtigkeit. Insbesondere dann, wenn CDs und
DVDs spritzgegossen werden, wobei nicht vollständig verschlossene Formen verwendet
werden und wobei dementsprechend der Fülldruck keine Maßnahme ist,
die davon abhängt,
ob die Form vollständig
befüllt
ist, ist eine Einspritzphase von großem Vorteil, die nicht kraftgesteuert
ist, sondern beispielsweise positionsgesteuert, geschwindigkeitsgesteuert und/oder
beschleunigungsgesteuert. Im Übrigen
sind andere Produkte erhältlich,
die eine Arbeit mit einer teilweise geöffneten Form beinhalten und
bei denen das zu messende Volumen daher besonders kritisch ist.
Während
der Plastifizierungsphase und in der Nachdruckphase ist andererseits
die Aufrechterhaltung eines speziellen Drucks auf den fluiden Kunststoff
wichtig.
-
Aufgrund
der Steuerung, die zwei Steuerungsprinzipien miteinander kombiniert,
wird eine Spritzgießvorrichtung
erhalten, die das gewünschte Regelverhalten
in allen erwähnten
Phasen aufweist.
-
Die
zentrale Steuerung kann dann für
eine Spritzgießvorrichtung
gestaltet werden, die eine Plastifizierungsphase, eine Einspritzphase
und optional eine Nachdruckphase durchläuft.
-
In
der Plastifizierungsphase wird die Schraube gedreht und von der
Düse in
axialer Richtung wegbewegt. Wenn eine ausreichende Menge an flüssigem Kunststoff
erhältlich
ist, folgt die Einspritzphase, in der die Schraube eine schnelle
axiale Bewegung in Richtung der Düse durchläuft. Während der Einspritzphase wird
die Form, mit der die Düse
des Zylinders vorher verbunden wurde, vollständig befüllt. Dann wird während der
Aushärtung
des Kunststoffs in der Form die optionale Nachdruckphase durchlaufen.
Auf diese Weise wird die während
der Aushärtung
in der Form auftretende Schrumpfung dahingehend kompensiert, dass
wenn notwendig die Form zusätzlich
mit Kunststoff als Ergebnis der Aufrechterhaltung eines bestimmten
Drucks im Zylinder nahe der Düse
befüllt.
-
Zum
Zwecke der Regulierung basierend auf dem Kraft-Feedback kann die zentrale Steuerung den
elektrischen Strom, der vom ersten elektrischen Motor verbraucht
wird, und den elektrischen Strom, der vom zweiten elektrischen Motor
verbraucht wird, als Eingabesignal messen, wobei die zentrale Steuerung
so gestaltet ist, dass sie basierend hierauf die Steuerungsgrößenwerte,
die zu den Motorsteuerungen übermittelt
werden müssen,
festlegt und somit den Fülldruck
gemäß einem
gewünschten
Muster reguliert.
-
Insbesondere
im Kraft-Feedback basierend auf der Motorstrom-Messung ist es wichtig,
dass eine vergleichsweise direkte Verbindung zwischen den von den
elektrischen Motoren geforderten Motorströmen und der von der Schraube
zur Verfügung
gestellten Kraft vorliegt. Das bedeutet, dass eine Anzahl von zwischen
den elektrischen Motoren und der Schraube verwendeten Getrieben
minimal sein sollte. In der Spritzgießvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung kann dies durch eine feste Verbindung der Antriebsteile
mit den jeweiligen Rotoren der jeweiligen elektrischen Motoren verwirklicht
werden.
-
Es
wird bevorzugt, dass die Steigung des Innengewindes und des Außengewindes
so groß sind, dass
die axiale Kraft, die die Schraube in der Anwendung ausübt, genau
von dem Motorstrom, der von den ersten und zweiten elektrischen
Motoren verbraucht wird, abgeleitet werden kann.
-
In
der Plastifizierungsphase ist die Rotationsrichtung konstant und
die elektrischen Motoren drehen sich kontinuierlich. Als Ergebnis
hiervon liegt kaum ein Übergang
im System vom statischen zum dynamischen friktionalen Widerstand
vor und ein derartiger Übergang
trägt somit
nicht zur Hysterese im motorstromgesteuerten Kraft-Feedback bei. Als
ein Ergebnis hiervon und aufgrund der Tatsache, dass die Steigung
der Antriebswelle groß ist,
ist es möglich,
den Plastifizierungsdruck sehr genau aus den unterschiedlichen Strömen der
zwei Motoren abzuleiten, um infolgedessen nur die Rotationsgeschwindigkeit
der zwei Motoren einzustellen, um so einen angemessenen Antriebsdruck
für die
Plastifizierung zu erreichen.
-
In
einer alternativen Ausführungsform
kann die Spritzgießvorrichtung
mit zumindest einem Kraftsensor wie etwa einem piezoelektrischen
Element oder einem Spannungsmesser versehen sein, der eine Kraft
misst, die von der Schraube ausgeübt wird, während zumindest ein Kraftsensor
mit der zentralen Steuerung zum Zwecke eines Kraft-Feedbacks verbunden
ist, während
die zentrale Steuerung zum Bestimmen der Steuerungsgrößenwerte
auf Basis des von dem zumindest einen Kraftsensor erzeugten Signal
gestaltet ist und somit den Fülldruck
gemäß einem
gewünschten
Muster reguliert.
-
Mit
einer derartigen Ausführungsform
kann ebenfalls in einigen Phasen wie etwa beispielsweise der Einspritzphase
im Spritzgießprozess
eine positionsgesteuerte Weise durchlaufen werden, während in
anderen Phasen wie beispielsweise in der Nachdruckphase und in der
Plastifizierungsphase eine kraftgesteuerte Weise durchlaufen werden
kann.
-
Die
elektrischen Motoren können
jeweils einen Servo-Motor umfassen, die jeweils mit ihrer eigenen
Motorsteuerung versehen sind, während
die zentrale Steuerung zur Erzeugung von Steuerungsgrößenwerten
der gleichen Art angeordnet sind, die diese Steuerungsgrößenwerte
zu den Motorsteuerungen der Servo-Motoren zuführt. Moderne Servo-Motoren sind mit
Motorwinkel-Impulsgebern versehen, die für die Positionssteuerung, die
Geschwindigkeitssteuerung und/oder die Beschleunigungssteuerung
der Schraube während
beispielsweise der Einspritzphase verwendet werden können. Als
Ergebnis der insbesondere direkten Übermittlung zwischen den Servo-Motoren
und dem Planetenkäfig oder
der Schraube und unter Verwendung der Motorwinkel-Impulsgeber wird
immer noch eine axiale Positionssteuerung, Geschwindigkeitssteuerung und/oder
Beschleunigungssteuerung mit sehr hoher Auflösung erhalten. Darüber hinaus
können
mit derartigen Servo-Motoren standardisierte High-Performance-Servosteuerungen
verwendet werden, die ein exzellentes Regulierungsverhalten haben,
während das
Auftreten von regulativen Abweichungen praktisch ausgeschlossen
wird.
-
Aus
Gründen
eines kompakten Aufbaus der Leistungsbearbeitung und Kühlung wird
bevorzugt, dass die ersten und zweiten elektrischen Motoren koaxial
zueinander angeordnet sind. Darüber
hinaus wird als Ergebnis hiervon während der Einspritzphase das
externe Drehmoment, das die zwei Motoren erzeugen, gegenseitig dann
aufgehoben, wenn der Gang des Innengewindes und der Gang des Außengewindes
einander entgegengesetzt sind, so dass das resultierende äußere Drehmoment
Null ist.
-
Weitere
Ausführungsformen
der Erfindung werden in den Unteransprüchen beschrieben und werden
darüber
hinaus im Anschluss unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
-
1 zeigt
schematisch einen Längsquerschnitt
einer exemplarischen Ausführungsform
der Erfindung;
-
2 zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II aus 1;
und
-
3 zeigt
schematisch einen Längsquerschnitt
des Planetenkäfigs
mit den darin aufgenommenen Planetenwalzen.
-
Die
in den 1 bis 3 dargestellte exemplarische
Ausführungsform
zeigt eine Spritzgießvorrichtung 1,
die mit einer Schraube 2 versehen ist, welche sich in einem
Zylinder 3 erstreckt. Der Zylinder 3 ist mit einer
Befüllöffnung 4 zur
Einführung
eines Kunststoffgranulats und mit einer Düse 5 versehen, die
mit einer Spritzform verbunden werden kann. Über die Düse 5 wird der dann
fluide Kunststoff aus dem Zylinder 3 in die Form hineingedrückt. Die Schraube 2 ist
mit einem Planetenkäfig 7 verbunden, der
in einem Antriebsgehäuse 6 aufgenommen
ist. Der Planetenkäfig 7 steht
in Antriebsverbindung mit einem ersten elektrischen Motor 8 bzw.
einem zweiten elektrischen Motor 9.
-
Wie
aus insbesondere den 2 und 3 ersichtlich
ist, sind im Planetenkäfig 7 zylindrische Planetenwalzen 10 zur
Drehung um deren eigene Längsachse
aufgenommen, so dass die Planetenwalzen 10 von einem Raum
ergriffen werden, der radial außerhalb
des Planetenkäfigs 7 platziert
ist, und von einem Raum, der radial innerhalb des Planetenkäfigs 7 platziert
ist. In axialer Richtung sind die Planetenwalzen 10 fest
relativ zum Planetenkäfig 7 lagerbefestigt.
-
Von
dem Raum, der radial außerhalb
des Planetenkäfigs 7 platziert
ist, werden die Planetenwalzen 10 mittels eines ersten
Antriebsteils 11 ergriffen, der mit einem Innengewinde
versehen ist. Von dem Raum, der radial innerhalb des Planetenkäfigs 7 platziert
ist, werden die Planetenwalzen 10 mittels eines zweiten
Antriebsteils 12 ergriffen, der mit einem Außengewinde
versehen ist. Vorzugsweise sind die Steigungen des Innengewindes
und des Außengewindes
gleich, deren Sinn ist jedoch entgegengesetzt. Es wird dann bevorzugt,
dass der erste Antriebsteil 11 fest mit einem Rotor 13 des
ersten elektrischen Motors 8 verbunden ist, und dass der
zweite Antriebsteil 12 fest mit dem Rotor 14 des
zweiten elektrischen Motors 9 verbunden ist. Anstelle einer festen
Verbindung ist ebenso eine Verbindung über einen Zahnriemen möglich, obwohl
eine direkte Verbindung bevorzugt wird.
-
Anstelle
eines Innengewindes und eines Außengewindes an den Antriebsteilen 11, 12 könnte ebenso
eine andere Eingriffsoberfläche
vorgesehen sein. Beispielsweise könnten dann konzentrische Rückseiten
und Nuten, die einander gegenseitig ergreifen und sich senkrecht
zur zentralen Rotationsachse der jeweiligen Antriebsteile erstrecken
in Betracht gezogen werden. Die Planetenwalzen 10 könnten dann
beispielsweise mit einem Außengewinde
versehen sein. Unterschiedliche Kombination konzentrischer Nuten,
Rückseiten
und Gewinde sind ebenso möglich.
-
Durch
den Antrieb der elektrischen Motoren 8, 9 in korrekter
Weise kann die Schraube 2 gedreht werden und/oder in axialer
Richtung verschoben werden. Dies bedeutet, dass die Schraube 2 ausschließlich gedreht,
ausschließlich
in axialer Richtung verschoben oder kombinierte Bewegungen der Drehung
und Verschiebung in axialer Richtung durchlaufen kann.
-
1 zeigt
in schematischer Weise eine zentrale Steuerung 17, die
zur Regelung der Rotationsrichtung und der Rotationsgeschwindigkeit
der ersten bzw. zweiten elektrischen Motoren 8, 9 angeordnet
ist, so dass der Planetenkäfig 7 und
somit die Schraube 2 operativ gedreht und/oder in axialer
Richtung transferiert werden können.
Die für
die axiale Translation erforderliche Energie wird von beiden elektrischen
Motoren 8, 9 zur Verfügung gestellt. Die für die Rotation
erforderliche Energie wird ebenso von beiden elektrischen Motoren 8, 9 zur
Verfügung gestellt.
-
Das
Antriebsgehäuse 6 ist
auf einer schematisch angedeuteten Führung 18 befestigt,
die mit einem vorzugsweise elektrischen Antrieb 19 zur
Bewegung des Antriebsgehäuses 6,
dem damit verbundenen Zylinder in axialer Richtung versehen ist.
Somit kann die Düse 5 von
der Spritzform weg und zu dieser hin bewegt werden.
-
In
der vorliegenden exemplarischen Ausführungsform ist die Steuerung 17 so
angeordnet, dass die Spritzgießvorrichtung 1 eine
Plastifizierungsphase, eine Einspritzphase und eine Phase nach dem Druck
durchläuft.
In der Plastifizierungsphase wird ein Anteil des Kunststoffs durch
Drehung der Schraube 2 und durch gleichzeitige Bewegung
leicht weg von der Düse 5 ausreichend
fluid gehalten. Wenn die notwendige Menge an fluidem Kunststoff
erhältlich ist,
wird das Fluid in der Einspritzphase schnell über diese Düse 5 in die Form durch
Bewegung der Schraube 2 bei hoher Geschwindigkeit in Richtung der
Düse 5 eingespritzt.
Wenn die Form mit dem gewünschten
Volumen an fluidem Kunststoff gefüllt wurde, schließt sich
die Nachdruckphase an, in der der fluide Kunststoff in der Form
unter Druck gehalten wird, so dass eine in der Form auftretende
Schrumpfung durch eine Nachbefüllung
kompensiert wird. Zu diesem Zweck basiert die Steuerung des ersten
und zweiten elektrischen Motors 8, 9 in der Plastifizierungsphase
und in der Nachdruckphase auf einem Kraft-Feedback. In der Einspritzphase
basiert die Steuerung des ersten und zweiten elektrischen Motors 8, 9 auf
einem Positions-Feedback.
-
Zum
Zwecke der Steuerung basierend auf einem Kraft-Feedback wird bevorzugt, das die zentrale Steuerung 17 den
elektrischen Strom als Eingabesignal verwendet, der vom ersten elektrischen
Motor 8 und vom zweiten elektrischen Motor 9 verbraucht wird.
Basierend auf der Motorstrommessung kann die zentrale Steuerung 17 die
gewünschten
Kontrollmengenwerte wie etwa die gewünschten Geschwindigkeiten,
gewünschten
Position und/oder die gewünschten
Beschleunigungen berechnen, und diese gewünschten Steuerungsmengen werden
zu den Motorsteuerungen 20, 21 der elektrischen
Motoren 8, 9, bevorzugt in der Form von Servo-Motoren gestaltet, übermitteln,
um so den Fülldruck
gemäß einem gewünschten
Muster zu regulieren. Mit der auf der Motorstromsteuerung basierenden
Regulierung wird bevorzugt, dass die Steigung des Innengewindes und
des Außengewindes
so groß sind,
dass die axiale Kraft, die die Schraube in der Anwendung ausübt, genau
von dem Motorstrom abgeleitet werden kann, die von dem ersten elektrischen
Motor 8 bzw. dem zweiten elektrischen Motor 9 verbraucht
wird.
-
Auf
der anderen Seite ist es ebenso möglich, dass die Spritzgießvorrichtung 1 mit
zumindest einem Kraftsensor 22 wie etwa einem piezoelektrischen
Element oder einer Anzahl von Belastungsmessern versehen ist, die
eine Kraft messen, die von der Schraube 2 ausgeübt wird.
Der Kraftsensor 22 ist mit der zentralen Steuerung 17 zum
Zwecke des Kraft-Feedbacks verbunden. Die Steuerung 17 ist
zur Berechnung der gewünschten
Steuerungsgrößenwerte
auf dieser Basis angepasst und übermittelt
diese gewünschten
Steuerungsgrößenwerte
zu den Servo-Motor-Steuerungen 20, 21 zum Regulieren des
Fülldrucks
gemäß einem
gewünschten
Muster.
-
Während der
Einspritzphase, bei der speziell die Menge an fluidem Kunststoff,
die zu dem Formhohlraum zugeführt
werden soll, wichtig ist, kann die Steuerung 17 anstelle
eines Kraft-Feedbacks ein die gewünschten Steuerungsgrößenwerte
wie beispielsweise die gewünschten
Positionen, die gewünschten Geschwindigkeiten,
die gewünschte
Beschleunigung und/oder die gewünschten
Stöße der Motorsteuerung 20, 21 so
festlegen, dass in dieser Phase eine reine Positionssteuerung, Geschwindigkeitssteuerung,
Beschleunigungssteuerung, und/oder Stoßsteuerung der elektrischen
Motoren 8, 9 involviert ist.
-
Während sowohl
der auf Basis des Kraft-Feedbacks oder des Motorstrom-Feedbacks gesteuerten
Phase als auch in der Phase des Spritzgießbetriebs, gesteuert auf Basis
des Steuerungsgrößenwerts,
wie etwa der Position, besteht die Eingabe zu den Motorsteuerungen
zu jeder Zeit aus der gleichen Art von Steuerungsgrößen wie
etwa beispielsweise der Position und/oder der Geschwindigkeit, erreichte
Vorteil ist der, dass keine Steuerungs-Ungleichmäßigkeiten in den Motorsteuerungen
als Ergebnis des Umschaltens von einem Eingabesignal zum anderen
Eingabesignal auftreten. Dies ist darin begründet, dass die Motorsteuerungen
jederzeit Werte der gleichen Steuerungsgröße von der zentralen Steuerung
durch den Spritzgießbetrieb
hinweg erhalten.
-
Es
wird deutlich, dass die Erfindung nicht auf die beschriebene exemplarische
Ausführungsform beschränkt ist,
sondern dass verschiedene Modifikationen innerhalb des Rahmens der
Erfindung, wie er von den Ansprüchen
definiert ist, möglich
sind.
-
Beispielsweise
können
sämtliche
Phasen innerhalb eines Zyklus auf Basis allein des Positions-Feedbacks
verwirklicht werden, so dass die Bewegung der Schraube nicht nur
in der Einspritzphase, sondern ebenso in der Plastifizierungsphase
und in der Nachdruckphase positionsgesteuert erfolgt.