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Formschließeinrichtung an hydraulisch betriebenen Spritzgußmaschinen
od. dgl.
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Die Erfindung betrifft eine Formschließeinrichtung an hydraulisch
betriebenen Spritzgußmaschinen für thermoplastische Massen od. dgl. (z. B. hydraulische
Pressen für Kunststoffe, Druckgußmaschinen für Metalle), bei der die zum wirksamen
Formschluß benötigte große Schließkraft durch Einbeziehung eines Druckübersetzers
(Multiplikators) in den den Schließkolben aufnehmenden Zylinder bewirkt wird.
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Zur Erfüllung der Aufgabe einer schnellen Formschließbewegung unter
niedrigem Druck und eines langsamen Formschließens in der Endphase mit hohem Druck
bzw. Haltens des Formschlusses mit hoher Schließkraft sind im wesentlichen folgende
Lösungen an hydraulisch betriebenen Maschinen bekanntgeworden: a) Anordnung eines
Kniehebelsystems, das zwischen einer starren, mit dem Maschinenrahmen verbundenen
Endplatte und der beweglichen Formschlußplatte angeordnet ist. Ein hydraulisch betriebener
Kolben greift an einem geeigneten Gelenkpunkt des Systems an und bewirkt die Beugung
und Streckung des Systems. Dabei wird die Schließbewegung entsprechend der Kniehebelcharakteristik
mit relativ großer (ungleichförmiger) Geschwindigkeit und niedriger Kraft durchgeführt.
Bei vollem Formschluß befindet sich das Kniehebelsystem in Strecklage und ermöglicht
eine Formschließkraft ohne weitere Anwendung zusätzlicher hydraulischer Kräfte,
die durch die Vorspannung aller im System zur Kraftübertragung eingesetzten Organe
gegeben ist. b) Benutzung eines hydraulischen Systems entweder mit kombinierter
Niederdruck-Hochdruckpumpe oder voneinandergetrennten Niederdruck-Hochdruckpumpen
und direkt wirkenden Formschließkolben, wobei die Eilgeschwindigkeit zum Zufahren
der Form durch die Niederdruckpumpe und eine Verlangsamung in der Endphase der Schließbewegung
und die Schließkraft selbst durch die Hochdruckpumpe bewirkt wird. c) Schließsystem
mit nur einer Hochdruckpumpe, bei dem in den Schließzylinder ein Vorschubkolben
mit kleinem Querschnitt eingebaut ist.
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Während der Eilvorschubbewegung wird nur dieser Kolben von der Pumpe
mit Ö1 versorgt, während der Schließkolben selbst in dieser Bewegungsphase aus einem
Vorratsbehälter über ein Nachsaugeventil das seinem Querschnitt entsprechende öl
nachsaugt.
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Zum Erreichen der vollen Schließkraft wird die Pumpenförderung außer
auf den Vorschubkolben auch auf den vollen Querschnitt des Schließkolbens geleitet,
nachdem das Nachsaugeventil entweder selbststeuernd oder gesteuert geschlossen wurde.
d) Es sind auch Lösungen bekannt, bei denen zur Erzielung großer Preßkräfte Druckübersetzer
(Multiplikatoren) angewandt werden. Bei den bekannten Lösungen ist der Multiplikator
im allgemeinen ganz getrennt von dem diePreßkraft ausübenden Zylinder angeordnet.
Dabei wird das verbindende Rohrleitungssystem im Moment des Wirksamwerdens des Multiplikators
unter den Druck gesetzt, den der Multiplikator als Enddruck abgibt. Es ist auch
eine Lösung bekannt, bei der der Multiplikator in den die Preßkraft ausübenden Zylinder
einbezogen ist.
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Bei dieser Lösung ist allerdings grundsätzlich der Wirkungsbeginn
des Multiplikators von außen nicht beeinflußbar. Der Multiplikator schaltet sich
allein durch die Druckerhöhung infolge zunehmenden Bewegungswiderstandes des die
Kraft ausübenden Kolbens ein (und im Rückzug sofort nach Aufhören der Druckkraft
wieder aus).
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Die vorerwähnten Bauarten haben folgende Vor-und Nachteile: Zu a).
Das Kniehebelsystem ist mechanisch ziemlich aufwendig und verlangt, da der Hub eine
feste Größe ist, besondere zusätzliche Organe, die eine Anpassung des gesamten Schließsystems
an unterschiedliche Formhöhen ermöglichen. Außerdem besteht keine Kontrolle über
die wirkliche Formschließkraft.
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Zu b). Alle Steuerorgane und Rohrleitungen müssen auf die große Niederdruckfördermenge
dimensioniert werden. Da die gleichen Organe aber auch dem erhöhten Betriebsdruck
beim Wirken der Hochdruckpumpe ausgesetzt sind, steht der konstruktiven Einfachheit
ein relativ hoher Fertigungs- und Montageaufwand gegenüber. Deshalb ist diese Bauart
für schnellaufende Maschinen im allgemeinen überholt.
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Zu c). Diese Ausführungsform hat sich als die wirtschaftlichste für
größere Maschinen erwiesen. Bei mittleren und kleineren Maschinen wirkt sich ein
Vorschubkolben mit einem Nachsaugeventil und einem Nachsaugebehälter stark kostenerhöhend
aus, und zwar um so mehr, je kleiner die Maschine ist.
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Zu d). - Während man kleinste und kleine Maschinen sehr funktionssicher
und wirtschaftlich mit direktem Pumpenantrieb durch eine Hochdruckpumpe (möglichst
mehrstufig) bauen kann, stellt der Druckübersetzer grundsätzlich eine sehr brauchbare
Lösung für kleinere und mittlere Maschinen dar. Nur befriedigen die bisherigen Lösungen
nicht, weil bei Anordnung des Druckübersetzers außerhalb des Schließzylindersystems
die verbindenden Rohrleitungen und Steuerorgane dem Übersetzerdruck ausgesetzt sind.
Dieser soll aber möglichst hoch sein. Es gelten in diesem Falle also die zu b) erwähnten
Gesichtspunkte. Ist der Druckübersetzer nach bisher bekannter Lösung in den Schließzylinder
einbezogen, aber nicht willkürlich gesteuert, so geht der sehr wesentliche Vorteil
der willkürlichen Verlangsamung der Schließ- und öffnungsbewegung verloren.
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Die erfindungsgemäße Formschließeinrichtung geht nun zur Vermeidung
vorerwähnter Nachteile von dem Gedanken aus, geeignete Schließdrücke und Formschließgeschwindigkeiten
dadurch zu schaffen, daß der Wirkungsbeginn des Druckübersetzers willkürlich einstellbar
ist und daß während der Wirkung des Ubersetzers die erhöhten Drücke nur innerhalb
des Zylindersystems wirksam werden.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Schaft des Druckübersetzerkolbens
hinsichtlich der ölzuführung zum Vorlaufraum des Formschließzylinders als Steuerorgan
wirkt, indem dieser Schaft in einer Steuerbüchse geführt ist, die in unmittelbarer
Verbindung mit dem Vorlaufraum des Formschließzylinders steht und in der ein Ringkanal
angeordnet ist, der die Druckölzu- und -abführung zum Vorlaufraum des Formschließzylinders
ermöglicht und der während der Bewegung des Druckübersetzerkolbens durch den Schaft
dieses Kolbens absperrbar ist.
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Mit einer derart ausgebildeten Formschließvorrichtung werden folgende
Vorteile erreicht: a) Die durch den Druckübersetzer (Multiplikator) erzeugten erhöhten
Betriebsdrücke werden nur innerhalb des Schließzylinders wirksam, beeinflussen also
nicht die Dimensionierung des angeschlossenen Rohrleitungssystems. b) Der Wirkungsbeginn
des Druckübersetzers ist von außen beeinflußbar, d. h., die im Eilgang hohe Geschwindigkeit
des Schließkolbens kann willkürlich zu einem vorgewählten Punkt herabgesetzt werden
(Verlangsamung des Formschlusses). c) Bei Rückzugbeginn (Formöffnung) durchfährt
der Schließkolben denselben Weg verlangsamt, den er während der Schließbewegung
auch verlangsamt zurücklegte (verzögerte Formöffnung).
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Nach der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel der nach der Erfindung
ausgebildeten Formschließvorrichtung zeigt, ist im Schließzylinder 1 der Formschließkolben
2, der mit seinem Schaft 2' einstückig oder zusammengebaut ausgeführt ist. geführt.
Links an den Schließzylinder ist der Zylinder des Druckübersetzers angebaut, in
dem sich der in gleicher Weise hergestellte Druckübersetzerkolben 3 mit Schaft 3'
befindet. Das beispielsweise für eine Spritzgußmaschine für thermoplastische Kunststoffe
dargestellte hydraulische System ist in derjenigen Steuerstellung gezeichnet, die
während des Rückzuges des Schließkolbens (Formöffnung) gegeben ist (die gleiche
Steuerstellung besteht bei voll geöffneter Maschine und eingeschaltetem Antrieb).
Das von der Pumpe 4 geförderte Drucköl wird über das Hauptsteuerventil oder Schieber
5 (Steuerposition A = Steuerdruck entlastet = stromlos) und das Hilfssteuerventil
oder Schieber 6 (Steuerposition C = Steuerdruck entlastet = stromlos) den Rückzuganschlüssen
7 und 7' des Formschließkolbens 2 und des Druckübersetzerkolbens 3 zugeführt. Die
Zulaufanschlüsse 8 und 8' sind dabei über HauptventilS und Hilfssteuerventil 6 mit
dem Ablauf verbunden.
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Zur Einleitung der Schließbewegung wird das Hauptventil 5 durch Steuerdruckbeaufschlagung
oder elektrisch in Steuerposition B verfahren. Dadurch wird dem von der Pumpe geförderten
öl zusätzlich der Weg zum Vorlaufanschluß 8 des Formschließkolbens 2 freigegeben
(Differentialschaltung).
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Der Kolben bewegt sich in Schließrichtung mit der Geschwindigkeit,
die der Pumpenförderung, bezogen auf den Querschnitt des Schaftes 2', entspricht.
Von einem willkürlichen (z. B. durch Endschalter) einstellbaren Punkt ab, spätestens
jedoch im Moment des Formschlusses, wird das Steuerventil 6 hydraulisch oder elektrisch
in Steuerposition D gefahren.
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Dabei werden die Rückzuganschlüsse 7 und 7' sowohl des Formschließzylinders
1 wie des Druckübersetzers auf Ablauf geschaltet und gleichzeitig die Pumpenförderung
dem Vorlaufanschluß 8' des Druckübersetzers zugeführt.
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Zunächst wirkt als Formschließkraft die Kraft, die dem Pumpendruck
auf die volle Fläche des Kolbens 2 entspricht (bei Schaltung des Ventils 6 vor Erreichen
der Formschlußstellung tritt eine Verlangsamung der Schließbewegung im Verhältnis
der Flächen des Formschließkolbens 2 und dessen Schaft 2' ein). Sobald der Schaft
3' des Druckübersetzerkolbens 3 den Ringkanal 9 überfahren hat, wird die ölzufuhr
zum Kolben 2 über Anschluß 8 abgeschaltet. Die gesamte Drucköllörderung erfolgt
nur noch auf die Vorlauffläche des Kolbens 3 über Anschluß 8', die im Verhältnis
zur Pumpenförderung auf den Kolben 3 in der Relation der Flächen des Druckübersetzerkolbenschaftes
3' und des Druckübersetzerkolbens 3 steht.
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In den Vorlaufraum 10 wird von der Pumpe aus kein öl mehr gefördert,
jedoch verdrängt der Kolbenschaft 3' im VorlaufraumlO eine ölmenge, die der Pumpenförderung
auf die volle Fläche des Kolbens 3 gleichkommt.
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Das ergibt eine weitereVerlangsamung derSchließbewegung bei willkürlicher
Einschaltung des Multiplikators vor Formschluß. Sobald der Formschluß erreicht ist,
wird die Schließkraft im Verhältnis der Flächen des Druckübersetzerkolbens 3 und
dessen Schaft 3', bezogen auf den Formschließkolben 2, gesteigert.
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Die Einspritzbewegung des Spritzkolbens bei Maschinen für die Verarbeitung
thermoplastischer Kunststoffe oder eines ähnlichen Organes für Maschinen für einen
anderen Verwendungszweck kann an diese Bewegungsphase selbsttätig steuernd angeschlossen
werden, z. B. durch die Anordnung des Folgeschaltventils 11. Dieses ist primär an
die Ölzuführung zum Druckübersetzerkolben angeschlossen und wird so eingestellt,
daß es den Weg des öls zum Spritzkolben nach Erreichen eines vorbestimmten Druckes
freigibt.
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Pumpendruck und damit absolute Höhe der Schließkraft sind über das
Druckbegrenzungsventil 12, die Spritzkraft ist für sich über das Druckbegrenzungsventil
13 einstellbar. Zur Einleitung der Formöffnungsbewegung (Rückzug) werden beide Ventile
5 und 6 durch hydraulische Entlastung oder elektrisch (Stromlosschaltung) wieder
in die dargestellte Steuerposition und C gefahren. Dabei ist zunächst der Anschluß
8 noch durch den Kolbenschaft3' blockiert.
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Der Rückzug kann also zunächst nur in der Geschwindigkeit erfolgen,
in der der Formschließkolben 2 dem (unter Einfluß der Pumpenförderung auf die Rückzugseiten
beider Kolben 2 und 3) Druckübersetzerkolben 3 folgen kann.
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Diese Geschwindigkeit ist analog den Flächen des Formschließkolbens
2 und des Schaftes 3' des Druckübersetzerkolbens 3 reduziert. Sobald der Kolbenschaft
3' den Ringkanal 9 freigegeben hat, fährt der Formschließkolben 2 mit voller Rückzuggeschwindigkeit,
da nunmehr das im Raum 10 verdrängte Öl über Anschluß 8 abströmen kann.
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Damit in voller Rückzugstellung, in der sich der Formschließkolb
en 2 und der Druckübersetzerkolbenschaft3' in voller Endlage befinden, nicht die
gesamte Förderleistung der Pumpe über das Druckbegrenzungsventil 12 vernichtet wird,
kann ein Überlaufventil 14 vorgesehen werden. Dieses wird bei Erreichen der Rückzugstellung
des Formschließkolbens 2 mittels einer an den Kolbenschaft 2' angebauten, einstellbaren
Anfahrschraube 15 mehr oder weniger geöffnet und gibt dem von der Pumpe geförderten
öl einen unmittelbaren Weg in den Ablauf frei (mit Drosselung je nach Einstellung
des öffnung grades). Bei der Verwendung eines solchen Ventils hat man es in der
Hand, zur Betätigung hydraulischer Auswerfer oder hydraulischer Kernziehvorrichtungen
die Kraft dieser Einrichtungen einzustellen; ebenso kann man aber durch Einstellung
des Ventils auf volle öffnung im Anfahrzustand das von der Pumpe geförderte öl in
Rückzugstellung drucklos wegströmen lassen und damit sowohl die ölerwärmung wie
den Leistungsbedarf ganz erheblich reduzieren.
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Das dargestellte Steuerungssystem soll nur zur beispielhaften Erläuterung
dienen. Ohne Beeinträchtigung des Grundgedankens oder der Wirkungsweise können ebensogut
andersgeartete Steuerorgane Verwendung finden bzw. andere Betätigungseinrichtungen
vom Grundsystem abgeleitet werden.