DE10028066C1 - Einspritzaggregat für eine Spritzgießmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Einspritzaggregat für eine Kunststoffspritzmaschine. DOLLAR A Das Einspritzaggregat ist in an sich bekannter Bauart aus zwei miteinander fluchtenden Elektromotoren (1, 2) aufgebaut, wobei der erste Motor (1) über eine Spindelmutter (6) auf die Antriebswelle (7) einer Schnecke wirkt und eine translatorische Bewegung verursacht. Der zweite Motor (2) wirkt auf einen Antriebszapfen (16) und bewirkt eine Drehbewegung der Antriebswelle (7). DOLLAR A Erfindungsgemäß ist eine Kupplungsvorrichtung (8) zwischen den Antriebswellen (13, 3) der beiden Motoren vorgesehen. Eine weitere Kupplungsvorrichtung (9) ist zwischen dem zweiten Motor (2) und dem Antriebszapfen (16) vorgesehen. DOLLAR A Zur Erhöhung des Einspritzdruckes können beim Einspritzvorgang die beiden Motoren (1, 2) über die Kupplungsvorrichtung (8) miteinander gekoppelt werden, wobei die Kupplungsvorrichtung (9) gelöst ist, so daß keine Drehbewegung auf die Antriebswelle (7) übertragen wird. Die Drehmomentabstützung für die Antriebswelle (7) erfolgt bei Bedarf über eine Bremse (11) am Gehäuse (12) des Einspritzaggregats. DOLLAR A Beim Plastifiziervorgang wird die Kupplungsvorrichtung (8) zwischen den Motoren (1, 2) gelöst und die Kupplungsvorrichtung (9) wird geschlossen, so daß der zweite Motor (2) die Antriebswelle (7) für die Schnecke (5) drehen kann.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Einspritzaggregat für eine Spritzgießmaschine von der im Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1 angegebenen Art.

Ein derartiges Einspritzaggregat ist aus der DE 43 44 335 C2 bekannt. Bei diesem bekannten Aggregat sind zwei Hohl­ wellenmotoren vorgesehen. Zum Drehen der Schnecke (Plasti­ fizieren) dient ein Dosiermotor, welcher in Eingriff mit einer Verzahnung der Antriebswelle der Schnecke steh. Um eine Axialverschiebung der Antriebswelle, die am Einspritz­ motor als Spindel ausgebildet und mit einer Spindelmutter in Verbindung steht, zu verhindern, muß der Einspritzmotor mit der gleichen Drehzahl wieder Dosiermotor laufen. Der verfahrensspezifisch erforderliche Staudruck wird über eine einstellbare Drehmomentgrenze am Einspritzmotor bewirkt. Sobald die Drehmomentgrenze erreicht ist, stellt sich zwi­ schem dem Dosiermotor und dem Einspritzmotor eine Drehzahl­ differenz ein, und der axiale Rücklauf der Schnecke stellt sich durch gezieltes Gegenhalten ein. Zum Einspritzen hält der Dosiermotor die Antriebswelle drehfest, und der Ein­ spritzmotor leitet die axiale Verschiebung der Schnecke ü­ ber die Spindelmutter ein. Nachteilig erweist sich hierbei, daß das eingeleitete Drehmoment des Einspritzmotors zum Einspritzen vom Dosiermotor in Gegenrichtung bei Drehzahl 0 gehalten werden muß. Dieses hat Nachteile hinsichtlich der thermischen Auslastung dieses Motors. Jede Betriebsart des Einspritzaggregats erfordert den Betrieb und das Einschal­ ten beider Motoren, mit einem dadurch bedingten hohen Ener­ gieverbrauch der Maschine. Obwohl beim Einspritzen beide Motoren eingeschaltet sind, wird nur die Leistung des Ein­ spritzmotors an der Schnecke wirksam.

Ein Einspritzaggregat mit konstruktiv anderem Aufbau und koppelbaren Motoren ist aus der DE 35 05 880 C2 bekannt. Die DE 198 31 482 C1 zeigt ein Einspritzaggregat gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Einspritzag­ gregat der Eingangs genannten Art so weiterzuentwickeln, daß bei gleicher Motorleistung die Einspritzleistung erhöht werden kann oder bei gleicher Einspritzleistung die Ausle­ gung der Motoren reduziert werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch ein Einspritzaggre­ gat mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen und durch ein Verfahren zum Betreiben eines Einspritzaggregats mit den im Patentanspruch 10 angegebenen Merkmalen; die weiteren Patentansprüche betreffen vorteilhafte Weiterent­ wicklungen der Erfindung.

Erfindungsgemäß ist zwischen den Wellen der beiden Motoren eine lösbare Kupplungsvorrichtung vorgesehen, und die Welle des ersten Motors ist mit der Antriebswelle für die Schne­ cke über eine lösbare Kupplungsvorrichtung verbunden. Auf diese Weise können die Motoren zum Drehen und zum Verschie­ ben der Schnecke unabhängig voneinander betrieben werden, indem die erste Kupplungsvorrichtung gelöst wird und die zweite Kupplungsvorrichtung geschlossen wird. Für das Ein­ spritzen können beide Motoren miteinander gekoppelt werden, wobei die zweite Kupplungsvorrichtung gelöst wird, so daß die Leistung beider Motoren für den Einspritzvorgang zur Verfügung steht.

Vorzugsweise ist die Antriebwelle der Spindelmutter in ei­ ner lösbaren Bremse geführt, die eine translatorische Bewe­ gung der Antriebswelle zuläßt, eine rotatorische Drehung aber bei Bedarf verhindert. Durch die Bremse wird für den Einspritzvorgang eine Drehmomentenabstützung zur Verfügung gestellt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der beifügten Zeichnungen erläutert:

Fig. 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch den An­ triebsteil eines Einspritzaggregates einer Spritz­ gießmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, und

Fig. 2 eine der Darstellung der Fig. 1 entsprechende Dar­ stellung eines zweiten Ausführungsbeispiels.

Fig. 1 zeigt die rückwärtigen Teilstücke des Schneckenzy­ linders 15 und der darin gelagerten Schnecke 5 einer an­ sonsten nicht näher dargestellten Spritzgießmaschine. Der Schneckenzylinder 5 ist an einem Gehäuse 12 angeordnet, an dem ein erster Motor 1 (Einspritzmotor) und ein zweiter Mo­ tor 2 (Dosiermotor), die als Hohlwellenmotoren ausgebildet sind, befestigt sind. Die Schnecke 5 ist mit einer An­ triebswelle 7 fest verbunden, die einerseits ein Spindelge­ winde für den Translationsantrieb, andererseits einen An­ triebszapfen 16 für den Rotationsantrieb aufweist. Eine Spindelmutter 6 ist mit der Hohlwelle (Antriebswelle) 13 des ersten Hohlwellenmotors 1 verbunden.

Der Antriebszapfen 16 der Antriebswelle 7 ist mit Axialnu­ ten versehen und erstreckt sich in ein Hohlwellenelement 10, das ebenfalls Axialnuten aufweist. Das Hohlwellenele­ ment 10 ist über eine lösbare Kupplungsvorrichtung 9 mit der Hohlwelle (Antriebswelle) 3 des zweiten Motors verbun­ den.

Zwischen den Hohlwellen 13 und 3 des ersten bzw. des zwei­ ten Motors ist eine lösbare Kupplungsvorrichtung 8 vorgesehen, und die Hohlwellen 13, 3 und das Hohlwellenelement 10 sind am Gehäuse drehbar gelagert.

Das Hohlwellenelement 10 erstreckt sich bis in eine außer­ halb des Gehäuses 12 vorgesehene Bremse 11. Die Bremse ver­ hindert bei Bedarf eine Drehung des Antriebszapfens 16, wo­ bei aber eine translatorische Bewegung des Antriebszapfen 16 in dem Hohlwellenelement 10 zugelassen wird.

Durch Zusammenschalten des Einspritzmotors 1 und des Do­ siermotors 2 beim Einspritzen können die Nachteile des Ein­ gangs beschriebenen Standes der Technik behoben werden. Insbesondere kann entweder die Einspritzleistung erhöht werden, oder bei gleicher erforderlicher Einspritzleistung können der Einspritzmotor und der dazugehörige Umrichter kleiner dimensioniert werden. Dementsprechend sinken bei gleichen Leistungsdaten die Kosten und der Energieverbrauch des Einspritzaggregats.

Erfindungsgemäß werden die oben beschriebenen Merkmale da­ durch realisiert, daß beim Einspritzen die Kupplungsvorich­ tungen zwischen der Antriebswelle 3 des Dosiermotors 2 und der Antriebswelle 7 der Spindel gelöst wird und gleichzei­ tig die Hohlwelle 3 des Dosiermotors 2 und die Hohlwelle 13 des Einspritzmotors 1 gekoppelt werden.

Vorteilhafterweise ist der Dosiermotor links- und rechts­ stehend ausgeführt, wobei die Kupplungsvorrichtung 8 beim Einspritzen zwischen der Hohlwelle 3 und der Hohlwelle 13 entweder schaltbar oder in Drehrichtung des Dosiermotors 2 selbstständig sperrend ausgeführt ist.

Dabei erfolgt eine drehfeste Verbindung der Motoren 1 und 2, und die Drehmomente beider Motoren können in die Spin­ delmutter 6 eingeleitet werden, die die axiale Verschiebung der Schnecke 5 bewirkt, gleichzeitig erforderlich ist das Lösen der Verbindung zwischen der Hohlwelle 3 des Dosiermotors und dem Hohlwellenelement 10 über die in der entspre­ chenden Drehrichtung öffnende Kupplungsvorrichtung 9; die Kupplungsvorrichtung 9 kann auch schaltbar ausgelegt sein. Die Drehmomentabstützung erfolgt durch das rotatorische Festhalten der Welle 7 bzw. des Antriebszapfens 16 über die Bremse 11 am Gehäuse 12 des Aggregats.

Der Vorgang des Plastifizierens erfolgt umgekehrt durch Lö­ sen der Bremse 11, Sperren der Kupplungsvorrichtung 9 und Lösen des Kupplungsvorrichtung 8.

Der verfahrensspezifische Staudruck wird wie oben beschrie­ ben durch die einzustellende Drehmomentgrenze des Ein­ spritzmotors geregelt. Das aktive Zurückziehen der Schnecke im Wartungsfall erfolgt durch Lösen der Bremse 11 und Dre­ hen des Einspritzmotors 1 in Gegenrichtung.

Fig. 2 ist eine erweiterte Ausführung des Lösungsprinzips. Zwischen der Hohlwelle 13 des Einspritzmotors und der Spin­ delmutter 6 ist eine Kupplungsvorrichtung 14 vorgesehen, und durch gezieltes Lösen oder Festhalten der Verbindung über die Kupplungsvorrichtung 14 wird ein völlig unabhängi­ ges Betreiben der beiden Motoren ermöglicht. Alle vorge­ nannten Vorteile des ersten Ausführungsbeispiels sind auch bei dieser Lösung vorhanden. Die Funktion ist die gleiche wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 1, mit dem Unter­ schied, daß zum Plastifizieren und zum Einstellen des Stau­ drucks der Einspritzmotor 1 mit dem Dosiermotor 2 nicht mitdrehen muß, da die Spindelmutter 6 mit der Spindel leer mitdrehen kann. Grundsätzlich ist bei diesem Ausführungs­ beispiel auch der gemeinsame Einsatz beider Motoren für das Plastifizieren möglich.

Bei beiden Ausführungsformen ist schematisch an der An­ triebswelle 7 für die Schnecke 5 ein Dehnungssensor 17 vor­ gesehen. Dieser Sensor erfaßt eine Dehnung bzw. Stauchung des Materials der Antriebswelle 7 und erlaubt, nach einer entsprechenden Kalibrierung, einen Rückschluß auf den Ein­ spritzdruck in der Schnecke 5. Vorzugsweise ist der Sensor 17 über eine nicht dargestellte elektrische Verbindung mit einer Steuervorrichtung (nicht dargestellt) verbunden, so daß über den Sensor 17, die Steuervorrichtung und die bei­ den Motoren der Einspritzdruck in der Schnecke genau gere­ gelt werden kann.

Vorzugsweise ist der Sensor 17 in Form eines Dehnungs­ meßstreifens ausgebildet, und der Sensor 17 kann vor der Verbindung zwischen der Antriebswelle 7 und der Schnecke 5, in dieser Verbindung oder hinter der Verbindung zwischen der Schnecke 5 und der Welle 7 angeordnet sein.

Claims (12)

1. Einspritzaggregat für eine Spritzgießmaschine zur Ver­ arbeitung von thermoplastischem Material mit im wesentli­ chen einem Schneckenzylinder (15), einer Schnecke (5) und einem aus zwei Elektromotoren (1, 2) bestehenden Schnecken­ antrieb, von denen ein erster Motor (1) zur Durchführung der Axialbewegung der Schnecke vorgesehen ist und ein zwei­ ter Motor (2) zur Durchführung der Drehbewegung der Schne­ cke vorgesehen ist, wobei beide Elektromotoren mit ihren Achsen fluchtend zur Achse der Schnecke (5) angeordnet sind und mindestens ein Elektromotor ein Hohlwellenmotor ist, wobei die Antriebswelle (2) des zweiten Motors über eine Kupplungsvorrichtung (9, 10) mit der Antriebswelle (7, 16) der Schnecke verbunden ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen der Antriebswelle (13) des ersten Motors und der Antriebswelle (3) des zweiten Motors (2) eine Kupplungsvorrichtung (8) angeordnet ist.

2. Einspritzaggregat nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen der Antriebswelle (13) des ersten Motors und der Antriebswelle (7) der Schne­ cke (5) eine Kupplungsvorrichtung (14, 15) vorgesehen ist.

3. Einspritzaggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Motor (2) ein Hohlwellenmotor ist und über ein Hohlwellenelement (10) mit einem Antriebszapfen (16) der Antriebswelle (7) der Schnecke verbunden ist, wobei die Kupplungsvorrichtung (9) zwischen der Antriebswelle (3) des zweiten Motors und dem Hohlwellenelement (10) angeordnet ist.

4. Einspritzaggregat nach Anspruch 3, gekenn­ zeichnet durch eine Bremsvorrichtung (11), die bei Bedarf eine Drehbewegung des Hohlwellenelementes verhin­ dert.

5. Einspritzaggregat nach einem der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsvorrichtung (8) zwischen dem ersten und dem zwei­ ten Motor schaltbar ist oder in einer Drehrichtung des zweiten Motors selbstständig sperrend ist.

6. Einspritzaggregat nach einem der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsvorrichtung (9) zwischen der Antriebswelle (3) des zweiten Motors und einem Antriebszapfen (16) der Antriebs­ welle (7) für die Schnecke (5) schaltbar ist oder als in einer Drehrichtung öffnendes Sperrelement gebildet ist.

7. Einspritzaggregat nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kupplungsvorrichtung (14) zwischen der Antriebswelle (13) des ersten Motors und einer Spindelmutter (6) schaltbar ist oder als in einer Drehrichtung sperrendes Element ausgebildet ist.

8. Einspritzaggregat nach einem der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß im An­ triebsstrang für die Schnecke (5) ein Sensor (17) vorgese­ hen ist, der einen Rückschluß auf den Einspritzdruck der Schnecke zuläßt.

9. Einspritzaggregat nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Sensor (17) als Deh­ nungsmeßelement oder Dehnungsmeßstreifen ausgebildet ist.

10. Verfahren zum Betreiben eines Einspritzaggregats für eine Spritzgießmaschine zur Verarbeitung von thermoplasti­ schem Material mit im wesentlichen einem Schneckenzylinder, einer Schnecke und einem aus zwei Elektromotoren bestehen­ den Schneckenantrieb, von denen ein Motor zur Durchführung der Axialbewegung der Schnecke und ein Motor zur Durchfüh­ rung der Drehbewegung der Schnecke vorgesehen ist, wobei die beiden Elektromotoren mit ihr Achsen fluchtend zur Ach­ se der Schnecke angeordnet sind, und mindestens ein Elekt­ romotor ein Hohlwellenmotor ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man beim Einspritzvorgang beide Mo­ toren zur Durchführung einer Translationsbewegung der Schnecke miteinander koppelt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß beim Plastifiziervorgang die beiden Motoren voneinander entkop­ pelt sind und der zweite Motor eine Drehbewegung auf die Schnecke überträgt.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einspritzvorgang der zweite Motor keine Drehbewegung auf die Antriebswelle (7) überträgt.