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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Plastifizieren
und Einspritzen von Material in ein Formwerkzeug einer Spritzgießmaschine
mit einer oder mehreren Plastifiziereinheiten sowie mit einer oder
mehreren Einspritzeinheiten.
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Derartige
Vorrichtungen sind in verschiedenen Ausgestaltungen aus dem Stand
der Technik bekannt. Typischerweise sind eine Plastifiziereinheit, beispielsweise
eine Schneckenvorplastifizierung, und eine Kolbeneinspritzeinheit
parallel oder in einem Winkel zueinander angeordnet und über eine Schmelzeleitung,
beispielsweise als Heißkanal,
starr miteinander verbunden (Johannaber, Kunststoffmaschinenführer, 4.A.,
2004 Seite 226, Bild 152, Abbildung D und E;
EP 0 846 050 B1 ,
DE 2201404 A1 .
Um die Schmelzeleitung beim Verfahren der gesamten Einheit nicht
zu beschädigen,
ist die Verbindung zwischen der Plastifiziereinheit einerseits und
der Einspritzeinheit andererseits genügend massiv und stabil auszuführen. Probleme
treten auch durch unterschiedliche Wärmeausdehnungen der Plastifiziereinheit
einerseits und der Einspritzeinheit andererseits auf, denn auch
dadurch kommt es zu mechanischen Belastungen der Schmelzeleitung,
was ebenfalls eine entsprechend massive Ausführung erforderlich macht.
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Ausgehend
hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung
dahingehend weiter zu entwickeln, dass die Verbindung zwischen der
Plastifiziereinheit und der Einspritzeinheit kleiner und damit kostengünstiger
dimensioniert werden kann sowie ein Verfahren zum Betreiben dieser
Vorrichtung.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe erfolgt durch Vorrichtungen der nebengeordneten Ansprüche 1 und
2 sowie mit dem Verfahren nach Anspruch 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen
und Weiterentwicklungen finden sich in den Unteransprüchen.
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Dadurch,
dass man zwischen der oder den Plastifiziereinheiten einerseits
und der oder den Einspritzeinheiten andererseits Gleichgangzylinder
vorsieht, deren Zylinderräume
wahlweise hydraulisch blockierbar oder hydraulisch untereinander
verbindbar (Freilauf) sind, kann einerseits – im Falle der Blockierung – eine starre
Verbindung über
den Gleichgangzylinder hergestellt werden, insbesondere für Verfahrbewegungen,
und andererseits – im
Falle des Freilaufs – eine
Relativbewegung zugelassen werden, insbesondere für unterschiedliche
Wärmeausdehnungen.
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Wenn
nur eine Plastifiziereinheit, beispielsweise eine Schneckenvorplastifizierung,
und nur eine Einspritzeinheit vorgesehen sind, kann ein Ende eines
Gleichgangzylinders an der Plastifiziereinheit befestigt und die
aus dem gegenüberliegenden
Ende des Gleichgangzylinders herausragende Kolbenstange an der Einspritzeinheit
befestigt sein. Man kann aber auch eine umgekehrte Anordnung vorsehen,
bei der ein Ende des Gleichgangzylinders an der Einspritzeinheit
und die aus dem gegenüberliegenden
Ende des Gleichgangzylinders herausragende Kolbenstange an der Plastifiziereinheit
befestigt sind. In beiden Fällen
können
geeignete Halterungen vorgesehen sein, so dass die aus dem Gleichgangzylinder
heraustretende freie Kolbenstange sich frei bewegen kann.
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Zum
Blockieren und Freigeben der Zylinderräume des Gleichgangzylinders
sind diese über
Hydraulikleitungen und ein Schaltventil, insbesondere ein Sperrventil
mit Freilauffunktion, miteinander verbindbar (Freilauf) oder untereinander
blockierbar (Sperre). Der dem Gleichgangzylinder zugeordnete hydraulische
Steuerblock kann neben dem eigentlichen Schaltventil noch ein Druckminderventil
aufweisen, um den von einer Druckmittelquelle zur Verfügung gestellten
Betriebsdruck auf einen gewünschten
Vorspanndruck zu reduzieren.
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An
dem Schaltventil kann eine Stellungsüberwachung vorgesehen werden,
um sicher zu gehen, dass eine gewünschte Stellung des Schaltventils
auch tatsächlich
eingenommen worden ist. Andernfalls könnte es beim Anfahren der Plastifizier- und
Einspritzeinrichtung zu Beschädigungen
kommen, wenn die Stellung „Blockierung" zwar angesteuert,
aber nicht richtig eingenommen worden ist.
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In
einer Weiterbildung ist ein Wegmessystem zur Erfassung der Position
der Plastifizier- und
Einspritzeinheit vorgesehen. In Abhängigkeit von dem Signal dieses
Wegmesssystems kann das dem Gleichgangzylinder zugeordnete Schaltventil
betätigt werden.
Sicherheitshalber kann vorgesehen werden, das Schaltventil erst
zu betätigen
und auf Freilauf zu schalten, wenn eine angefahrene Position über eine vorgebbare
Zeitspanne nicht verlassen worden ist und somit mit Sicherheit feststeht,
dass keine Bewegung mehr stattfindet. Beispielsweise kann hierzu
ein Toleranzbereich um einen bestimmten Wegpunkt vorgegeben werden.
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In
einer anderen Weiterbildung ist ein Druckaufnehmer zur Erfassung
des mit Verfahrzylindern erzeugten Düsenanpressdrucks vorgesehen.
In Abhängigkeit
von dem Signal des Druckaufnehmers kann das dem Gleichgangzylinder
zugeordnete Schaltventil betätigt
werden. Wenn der Düsenanspressdruck
einen voreingestellten Wert überschritten hat,
kann davon ausgegangen werden, dass die Plastifizier- und Einspritzeinheit
ihre vordere Position eingenommen hat und sich nicht mehr bewegt.
Auch hier kann über
eine bestimmte Zeitspanne eine Überwachung
erfolgen, dass sich der Druck nicht aus einem vorgegebenen Toleranzband
herausbewegt und somit mit Sicherheit feststeht, dass keine Bewegung mehr
stattfindet.
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Die
beiden zuvor genannten Maßnahmen, nämlich die
Wegmessung und die Druckmessung, können auch miteinander kombiniert
werden.
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Nachfolgend
soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme
auf die einzige Figur näher
erläutert
werden.
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Gemäß der Figur
sind bei einer Plastifizier- und Einspritzeinheit für eine Spritzgießmaschine
eine Plastifiziereinheit 1 und eine Einspritzeinheit 2 über eine
Schmelzeleitung 3 starr miteinander verbunden. Die Schmelzeleitung
kann als Heißkanal 3 ausgebildet
sein und mittels geeigneter Temperiermittel, wie beispielsweise
Heizbänder 4,
auf dem gewünschten Temperaturniveau
gehalten werden. Die Plastifiziereinheit umfasst eine in einem Plastifizierzylinder 5 dreh-
und linearanteibbare Schnecke 6 sowie einen Elektromotor 7 für den Drehantrieb
und einen ersten Hydraulikantrieb 8 für den Linearantrieb der Schnecke.
Die Drehantriebswelle 9 verfügt über Längsnuten, die im Eingriff mit
entsprechenden Längsnuten
in einem Sackloch 10 in dem Kolben 11 des Hydraulikantriebs 8 sind.
Die Einspritzeinheit 2 umfasst einen in einem Einspritzzylinder 12 mittels
eines zweiten Hydraulikantriebs 13 linear verfahrbaren
Einspritzkolben 14. An ihrem vorderen Ende verfügt die Einspritzeinheit über eine
Einspritzdüse 15 mit
einem Verbindungsstück 16,
in dem ein Stellglied 17 mittels eines hydraulischen Stellantriebs 18 zwischen
mehreren Stellungen verfahren werden kann. In einer Dosierstellung
(wie dargestellt) befindet sich das Stellglied in einer oberen Position
und Schmelze kann über
den Heißkanal 3 in
den Einspritzzylinder 12 strömen. In einer Einspritzstellung
befindet sich das Stellglied in einer unteren Position und Schmelze
kann aus dem Einspritzzylinder 12 durch die nunmehr einen
durchgängigen
Kanal aufweisende Einspritzdüse
in ein hier nicht dargestelltes Formwerkzeug gespritzt werden.
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Die
gesamte Plastifizier- und Einspritzeinheit kann mittels ein oder
mehrerer Fahrzylinder 19 an ein Formwerkzeug herangefahren
und von diesem weggefahren werden. Ein erster hydraulischer Steuerblock 20 weist
eine Zuleitung 21 auf, die an eine Druckmittelquelle 22 angeschlossen
ist sowie eine Ableitung 23 zu einem Tank 24.
Von dem Steuerblock 20 werden der zweite Hydraulikantrieb 13 sowie
die Verfahrzylinder 19 mit Hydraulikflüssigkeit versorgt. Mittels
eines Wegmesssystems 25 kann die Verfahrbewegung der Plastifizier-
und Einspritzeinheit überwacht
werden. Desweiteren weist dieser hydraulische Steuerblock einen
oder mehrere Druckaufnehmer 26 auf, um den Druck in den
Verfahrzylindern und/oder in der Einspritzeinheit zu erfassen.
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Die
Plastifiziereinheit 1 ist auf der Einspritzeinheit 2 verschieblich
abgestützt,
beispielsweise mittels Wälzlager 27.
Die Einspritzeinheit 2 kann aber auch an mehreren Stellen
gelagert sein und es können
auch Gleitlager anstelle von oder zusätzlich zu den Wälzlagern 27 vorgesehen
werden. Die Achsen von Einspritzeinheit und Plastifiziereinheit
liegen im wesentlichen parallel zueinander; gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur liegen
diese Achsen exakt parallel zueinander. Sie können aber auch einen Winkel
miteinander bilden, wenn beispielsweise zwei Einspritzeinheiten
in einer Ebene in V-Stellung einer Schließeinheit zugordnet sind, die
von einer Plastifiziereinheit mit Schmelze versorgt werden. Zwischen der Plastifiziereinheit 1 und
der Einspritzeinheit 2 ist ein Gleichgangzylinder 28 mit
einem Kolben 29, zwei Kolbenstangen 30, 31 und
zwei Zylinderräumen 32, 33 vorgesehen.
Man spricht auch von einem doppeltwirkenden Zylinder mit beidseitiger
Kolbenstange. Die in der Figur linke Seite des Gleichgangzylinders 28 ist
mittels einer ersten Halterung 34 starr an der Einspritzeinheit 2 befestigt,
wobei diese Halterung 34 eine Ausnehmung aufweist, in der
die linke Kolbenstange 30 frei beweglich ist. Die rechte
Kolbenstange 31 ist mittels einer zweiten Halterung 35 starr
an der Plastifiziereinheit 1 befestigt. Von einem zweiten
hydraulischen Steuerblock 36 verlaufen Hydraulikleitungen 37 und 38 zu
den beiden Zylinderräumen 32 und 33.
Diese Hydraulikleitungen 37 und 38 können Messanschlüsse 39 und 40 aufweisen,
beispielsweise für
Druckaufnehmer und/oder zum Entlüften
des Gleichgangzylinders 28. Der hydraulische Steuerblock 36 steht über eine
Verbindungsleitung 41 und die Hydraulikleitung 21 mit
der Druckmittelquelle 22 in Verbindung. Eine weitere Hydraulikleitung 42 führt in einen
Sammelbehältnis 43 für Leckölverluste.
In dem hydraulischen Steuerblock 36 sind ein Sperrventil
mit Freilauffunktion, nämlich
ein elektrisch ansteuerbares 4/2-Wegeventil 44 mit einer
Rückstellfeder
und einer Stellungsüberwachung,
ein 3-Wege-Druckminderventil 45 sowie ein Rückschlagventil 46 vorgesehen.
In der in der Figur dargetellten linken Schaltstellung des 4/2-Wegeventils 44 sind
die beiden Zylinderräume 32 und 33 über die
Hydraulikleitungen 37 und 38 miteinander verbunden
(Freilauffunktion) und über
den Anschluß P
erfolgt lediglich eine Druckmittelzufuhr zum Ausgleich von Leckölverlusten,
die über
den Anschluß T
und die Hydraulikleitung 42 in das Sammelbehältnis 43 abgeführt werden.
In der rechten Schaltstellung des 4/2-Wegeventils ist der Freilauf gesperrt,
d. h. die Zylinderräume 32 und 33 sind
hydraulisch blockiert und eine Bewegung des Kolbens 29 kann
nicht erfolgen.
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Nachfolgend
soll die Verwendung und die Wirkungsweise des Gleichgangzylinders
beim Einsatz der Plastifizier- und Einspritzeinheit näher erläutert werden.
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Verfahren der Plastifizier- und Einspritzeinheit:
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Bevor
die Plastifizier- und Einspritzeinheit in Bewegung gesetzt wird,
ist das 4/2-Wegeventil
in die rechte Schaltstellung zu bringen, wodurch der Freilauf unterbrochen wird.
Hierdurch kommt es zu einer hydraulisch starren Verbindung der Plastifiziereinheit 1 mit
der Einspritzeinheit 2. Um sicherzugehen, dass dieser Freilauf
tatsächlich
deaktiviert ist, wird an dem 4/2-Wegeventil 44 eine Stellungsüberwachung
vorgesehen. Erst nach dem Freigabesignal dieser Stellungsüberwachung
darf die Fahrbewegung mittels der Verfahrzylinder 19 durchgeführt werden.
Während
dieser Verfahrbewegung, die in beiden Richtungen durchgeführt werden
kann, wird das 4/2-Wegeventil 44 permanent angesteuert.
Eine Verfahrbewegung in Richtung des hier nicht dargestellten Formwerkzeugs
(„Aggregat
vor”)
gilt dann als abgeschlossen, wenn entweder der eingestellte Düsenanpressdruck
oder ein vorgegebener Wegpunkt erreicht wurde. Das Erreichen des
Düsenanpressdrucks
kann über
den Druckaufnehmer 26 und das Erreichen des Wegpunkts mittels
des Wegmesssystems 25 überwacht
werden. Nach dem Erreichen des gesetzten Wegpunkts oder des gesetzten
Düsenanpressdrucks wird
der Freilauf des 4/2-Wegeventils 44 sicherheitshalber noch
für eine
kurze Zeitspanne gesperrt gehalten, beispielsweise für eine Zeitraum
von 500 Millisekunden. Während
dieser Zeitspanne kann überwacht
werden, ob es zu einer Weg- oder Druckänderung kommt, was auf eine
fortgesetzte Bewegung der Plastifizier- und Einspritzeinheit hinweisen
würde. Nur
wenn in dieser Zeit keine über
einen gesetzten Toleranzbereich hinausgehende Änderung des Wegpunktes oder
des Druckniveaus beim Düsenanspressdruck
vorliegt, kann das 4/2-Wegeventil in die linke Schaltstellung gemäß der Figur
geschaltet und der Freilauf aktiviert werden.
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Bei
einer Verfahrbewegung der Plastifizier- und Einspritzeinheit in
Richtung „Aggregat
zurück" findet nur das Wegmesssystem 25 Berücksichtigung. Bei
Erreichen des vorgegebenen hinteren Wegpunktes erfolgt auch hier
sicherheitshalber eine weitere Überwachung
des Wegpunktes über
eine kurze Zeitspanne, ob der Wegpunkt innerhalb eines vorgegebenen
Toleranzbereichs bleibt und man somit mit Sicherheit einen Stillstand
der Bewegung annehmen kann. Erst danach wird das 4/2-Wegeventil
in die linke Schaltstellung gemäß der Figur
geschaltet und der Freilauf aktiviert.
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Stillstand und Betrieb der
Plastifizier- und Einspritzeinheit
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Befindet
sich die Plastifizier- und Einspritzeinheit im Stillstand, also
beispielsweise in der vorderen Position mit Düsenanpresskraft („Aggregat vorne") oder in der hinteren von
dem Formwerkzeug weggefahrenen Position („Aggregat hinten"), befindet sich
das 4/2-Wegeventil 44 in der linken Schaltstellung wie
in der Figur dargestellt, in der die Zylinderräume 32 und 33 miteinander
fluidisch in Verbindung stehen; das 4/2-Wegeventil 44 befindet sich
in der Stellung „Freilauf". In dieser Stellung
sind die Plastifiziereinheit 1 und die Einspritzeinheit 2 relativ
zueinander beweglich. Damit können
unterschiedliche Wärmeausdehnungen
zwischen der Plastifiziereinheit 1 und der Einspritzeinheit 2 ausgeglichen
werden, ohne dass der Heißkanal 3 mechanischen
Belastungen unterliegt. Hierdurch kann der Heißkanal 3 kleiner und
damit kostengünstiger
dimensioniert werden.
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Um
den Leckageverlust des 4/2-Wegeventils 44 zu kompensieren,
wird der Gleichgangzylinder 28 mit dem im System vorhandenen
Druck und der erforderlichen Menge aus der Druckmittelquelle 22 versorgt.
Mittels des 3-Wege-Druckminderventil 45 kann der Betriebsdruck
auf den gewünschten
Vorspanndruck reduziert werden. Als Absicherung gegen eine unbeabsichtigte
Druckabsenkung in dem System dient das Rückschlagventil 46.
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- 1
- Plastifiziereinheit
- 2
- Einspritzeinheit
- 3
- Heißkanal
- 4
- Heizbänder
- 5
- Plastifizierzylinder
- 6
- Schnecke
- 7
- Elektromotor
- 8
- Erster
Hydraulikantrieb
- 9
- Drehantriebswelle
- 10
- Sackloch
- 11
- Kolben
- 12
- Einspritzzylinder
- 13
- Zweiter
Hydraulikantrieb
- 14
- Einspritzkolben
- 15
- Einspritzdüse
- 16
- Verbindungsstück
- 17
- Stellglied
- 18
- Stellantrieb
- 19
- Verfahrzylinder
- 20
- Erster
hydraulischer Steuerblock
- 21
- Hydraulikleitung
- 22
- Druckmittelquelle
- 23
- Hydraulikleitung
- 24
- Tank
- 25
- Wegmesssystem
- 26
- Druckaufnehmer
- 27
- Wälzlager
- 28
- Gleichgangzylinder
- 29
- Kolben
- 30
- Linke
Kolbenstange
- 31
- Rechte
Kolbenstange
- 32
- Linker
Zylinderraum
- 33
- Rechter
Zylinderraum
- 34
- Erste
Halterung
- 35
- Zweite
Halterung
- 36
- Zweiter
hydraulischer Stellblock
- 37,
38
- Hydraulikleitungen
- 39,
40
- Messanschlüsse
- 41
- Verbindungsleitung
- 42
- Lecköl-Hydraulikleitung
- 43
- Sammelbehältnis
- 44
- 4/2-Wegeventil
- 45
- Druckminderventil
- 46
- Rückschlagventil
- 47
- Steuerung