DE19800820A1

DE19800820A1 - Spritzgießmaschine

Info

Publication number: DE19800820A1
Application number: DE1998100820
Authority: DE
Inventors: Roland Wegmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-01-06
Filing date: 1998-01-06
Publication date: 1999-07-15

Description

Die Erfindung betrifft kleine und mittelgroße Kunststoff-Spritzgießmaschinen, bestehend aus einer Spritzeinheit und einer Schließeinheit, deren Werkzeugraum im geöffneten Zustand von drei Seiten weitgehend frei von störenden Bauteilen sind.

Eine solche gattungsgemäße Lösung mit einer hydraulischen Vorrichtung zum Schließen und Öffnen des Werkzeugs wird in der DE 43 20 366 A1 beschrieben. Eine weitere gattungsgemäße Lösung mit einer mechanischen Vorrichtung zum Schließen und Öffnen des Werkzeugs wird in der DE 43 13 473 A1 beschrieben.

Ein gemeinsamer Nachteil dieser Lösungen ist, daß fluchtend entlang der Spritzachse hinter der bewegliche Werkzeugaufspannplatte die mechanischen und/oder hydraulischen Vorrichtungen zum Schließen und Öffnen des Werkzeugs und zur Anpassung der Werkzeugeinbauhöhe angeordnet sind, was einen erheblichen Platzbedarf erfordert. Ein weiterer Nachteil dieser Lösungen ist, daß der Wegfall der störenden Zugstangen im Werkzeugraum durch ein materialintensives biegesteifes u-förmiges Maschinengestell erkauft wird. Dieses Maschinengestell begrenzt den Einsatz dieser Lösungen auf kleine Maschinen, da durch den überproportionalen Anstieg des Materialeinsatzes und den erforderlichen Bauraum für die Anordnung des Maschinengestells diese Lösung für mittlere und große Spritzgießmaschinen nicht mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand realisiert werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Spritzgießmaschine zu entwickeln, deren Werkzeugeinbauraum im geöffneten Zustand weiterhin weitgehend frei von störenden Bauteilen ist, die einen geringen Platzbedarf hat und mit einem leichten Maschinengestell auskommt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine vorzugsweise hydraulische Werkzeughöhenverstellung an der Werkzeugaufspannplatte angeordnet wird, die der Spritzeinheit zugewandt ist, daß diese Werkzeughöhenverstellung durch ein biegesteifes Gestell fest mit dem Maschinengestell verbunden ist. Außerdem sind an dem biegesteifen Gestell in Höhe der Mitte der Werkzeugaufspannplatte gegenüberliegend zwei Verbindungsstangen gelenkig angeordnet, die am anderen Ende ebenfalls gelenkig mit einem Hebel verbunden sind, der wiederum am gegenüberliegenden Ende gelenkig mit der anderen Werkzeugaufspannplatte in Höhe der Plattenmitte verbunden ist. Dadurch entsteht eine Art Kniehebelsystem. Dieses Kniehebelsystem wird betätigt durch zwei Linearantriebe, vorzugsweise zwei hydraulische Arbeitszylinder. Diese sind einerseits gelenkig an dem Hebel und andererseits ebenfalls gelenkig am Maschinengestell befestigt. Die gelenkigen Befestigungspunkte der Linearantriebe an dem Hebel befinden sich in einem ausreichenden Abstand von der Verbindungsebene der anderen Gelenke des Hebels, so daß durch die Linearantriebe in der Endphase der Schließbewegung durch die Hebelwirkung eine ausreichende Schließkraft erzeugt werden kann und die Linearantriebe außerdem dabei nicht in den Bereich des Werkzeugeinbauraumes einschwenken.

Die Werkzeughöhenverstellung besteht vorzugsweise aus einem, zwei oder vier Hydraulikzylindern. Diese sind so stabil ausgelegt, daß sie in der Lage sind, einen wesentlich höheren Hydraulikdruck zu ertragen als der maximale Betriebsdruck, der durch die Hydraulikpumpen erzeugt werden kann. Die Kolbenflächen sind dann nur so groß dimensioniert, daß der ertragbare Hydraulikdruck gerade ausreicht, um der maximalen Schließkraft, die durch das Kniehebelsystem erzeugt wird zu widerstehen. So wird der erforderliche Bauraum und Materialeinsatz für die Hydraulikzylinder der Werkzeughöhenverstellung minimiert. Bei geöffnetem Werkzeug kann aber mit einem Druck, der kleiner ist als der maximale Betriebsdruck der Hydraulikpumpen, problemlos der Plattenabstand der Werkzeughöhe angepaßt werden, und es ist dazu ein entsprechend kleines Ölvolumen erforderlich. Während der Schließ- und Öffnungsbewegung sind die Hubräume der Hydraulikzylinder der Werkzeughöhenverstellung durch Absperrventile vom sonstigen Hydrauliksystem getrennt und wirken nur als passive Elemente, so daß der sonstige Betriebsdruck des Hydrauliksystems insbesondere der Betriebsdruck der Pumpen nicht entsprechend hoch sein braucht und auch keine Druckübersetzer erforderlich sind.

Die Gelenke des Kniehebelsystems müssen sehr hohen Belastungen widerstehen, wobei in der Endphase der Schließbewegung hohe Kräfte gleichzeitig mit einer Drehbewegung der Gelenke auftreten, so daß die Gefahr schnellen Verschleißes der Gelenke gegeben ist. Bekannterweise wird dieses Problem durch hydrodynamische Schmierung gelöst, indem im entlasteten Zustand durch Druckschmierung zwischen Lagerschale und Zapfen zunächst ein ausreichender Schmierfilm erzeugt wird, der dann während der Drehbewegung in der Lage ist, den entstehenden Kräften im Kniehebelsystem zu widerstehen und den Verschleiß von Lagerschale und Zapfen weitgehend zu verhindern. Problematischer wird es jedoch zu Beginn der Öffnung des Werkzeuges. Während der Phase des Einspritzens, des Nachdrucks und des Kühlzeit standen die Gelenke des Kniehebelsystems ständig unter hohem Druck ohne Relativbewegung, so daß das Schmieröl aus dem Spalt zwischen Lagerschale und Zapfen herausgepreßt wurde und ein Kontakt zwischen Lagerschale und Zapfen auftritt. Dadurch ist beim Öffnen des Werkzeugs mit erhöhtem Verschleiß zu rechnen. Üblicher Weise wird dieses Problem gelöst, indem die Gelenke sehr groß gestaltet werde, so daß sich der Verschleiß trotz Festkörperreibung in Grenzen hält. Eine andere bekannte Lösung besteht darin, durch Schmiermittelzuführung mit sehr hohem Druck den Schmierfilm auch aufrecht zu erhalten, während die Gelenke unter statischer Last stehen. Beide bekannte Lösungen erfordern einen hohen technischen Aufwand. Erfindungsgemäß wird das Problem gelöst, indem die Absperrventile der Hydraulikzylinder der Werkzeughöhenverstellung kurz vor dem Öffnen des Werkzeugs kurzzeitig geöffnet werden, so daß das Kniehebelsystem entspannt wird und damit der Verschleiß der Gelenke auf einfache Weise weitgehend vermieden wird. Vor dem erneute Schließen des Werkzeugs wird mit geringem Hydraulikdruck nach jedem Spritzzyklus die genaue Werkzeughöhe wieder nachjustiert. Zu diesem Zweck ist die Werkzeughöhenverstellung mit mindesten einem Wegmeßsystem ausgerüstet, so daß die optimale Werkzeughöhe beim Einrichten durch die Maschinensteuerung erfaßt werden kann und beim Nachjustieren wieder den exakten Wert erreicht.

Im Vergleich zu hydraulischen Schließsystemen neigen Kniehebelsystem aufgrund des großen Kraftübersetzungsverhältnisses der Kniehebel zu größeren Schwankungen der Schließkraft. Erfindungsgemäß werden die Hydraulikzylinder der Werkzeughöhenverstellung mit einstellbaren Druckbegrenzungsventilen ausgerüstet. Außerdem wird der Plattenabstand vor jedem Werkzeugschließen etwas zu klein für das Werkzeug eingestellt, so daß die Hydraulikzylinder der Werkzeughöhenverstellung mit Sicherheit den eingestellten Begrenzungsdruck erreichen und etwas überdrückt werden. Aus diese Weise wird der Vorteil eines schnell schließenden Kniehebelsystem mit dem Vorteil eines hydraulischen Schließsystems, die vorgewählte Schließkraft exakt einzuhalten, in einer Lösung vereinigt.

Die Erfindung soll nachstehend in einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen ist dargestellt

Fig. 1 Seitenansicht einer Spritzgießmaschine mit geöffnetem Werkzeug

Fig. 2 Seitenansicht einer Spritzgießmaschine mit geschlossenem Werkzeug

Fig. 3 Draufsicht auf eine Spritzgießmaschine mit geschlossenem Werkzeug

Fig. 4 Seitenansicht einer Spritzgießmaschine mit einem zusätzlichen Gelenk in den Verbindungsstangen.

In der Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Spritzgießmaschine in Seitenansicht mit geöffnetem Werkzeug dargestellt. Auf dem Maschinengestell 2 sind die beiden Werkzeugaufspannplatten 3 und 4 verschiebbar angeordnet. An der Werkzeugaufspannplatte 4, die der Spritzeinheit zugewandt ist, ist die Werkzeughöhenverstellung 6 angeordnet, die aus dem biegesteifen Gestell 6.1 und vier Hydraulikzylindern 6.2 besteht. Das Gestell 6.1 ist fest mit dem Maschinengestell 2 verbunden.

Im geöffneten Zustand hängt der Hebel 8 fast senkrecht nach unten und die Verbindungsstangen 7 sind schräg nach unten geneigt, wodurch der Werkzeugeinbauraum von drei Seiten fast vollständig frei zugänglich ist.

Da der Raum hinter der Werkzeugaufspannplatte in Richtung Spritzeinheit durch die Werkzeughöhenverstellung 6 belegt ist, ist die Spritzeinheit 1 erhöht angeordnet und die Plastmassezuführung zum Werkzeug erfolgt über ein bekanntes Heißkanalsystem 11. Durch diese notwendige Anordnung ergeben sich zwei positive Nebeneffekte. Das Auswechseln der Plastizierschnecke ist über der Schließeinheit leicht möglich. Dazu braucht die Spritzeinheit nicht erst mit einem großen Hub aus der Werkzeugaufspannplatte 4 herausgefahren werden und ein Schwenkmechanismus ist auch nicht erforderlich. Der zweite positive Nebeneffekt ist, daß durch die erhöhte Anordnung der Spritzeinheit unter dieser ein vergrößerter Raum für die Anordnung hydraulischer Einrichtungen gewonnen wird. Das ist nützlich, da durch die erfindungsgemäße kompakte Bauweise der Schließeinheit kaum noch sonstiger freier Raum für die Unterbringung notwendiger Hilfseinrichtungen zur Verfügung steht.

Vorzugsweise zwei Schließzylinder 9 sind beidseitig am Maschinengestell 2 unmittelbar unter dem Werkzeugeinbauraum angeordnet. Dadurch bleibt der Raum mittig unter dem Werkzeugeinbauraum frei für ein Teileausfallschacht.

Die Werkzeugschließbewegung wird eingeleitet, indem die beiden Schließzylinder 9 kolbenstangenseitig mit Druck beaufschlagt werden und dadurch die bewegliche Werkzeugaufspannplatte 3 beschleunigt wird. Dabei verändert sich die Richtung der Längsachse der Schließzylinder 9 und die Lage des Gelenks 10 bis diese fluchten. In diesem Totpunkt ist die Kraft der Schließzylinder wirkungslos und die weitere Schließbewegung erfolgt kurzzeitig durch die Trägheit der Werkzeugaufspannplatte und der anderen bewegten Teile. Mit erreichen des Totpunktes werden die Schließzylinder von Zug- auf Druckkraft umgesteuert, wobei die Schließbewegung kontinuierlich fortgesetzt wird bis zum vollständigen Schließen des Werkzeugs und dem Aufbau der Schließkraft. Die Werkzeugöffnung erfolgt in analoger Weise, indem die Schließzylinder zunächst wieder durch Zugkraft das Werkzeug öffnen bis zum Totpunkt und dort der Zylinder umgesteuert wird, während die Öffnungsbewegung kontinuierlich fortgesetzt wird.

Ein positiver Nebeneffekt der Existenz des Totpunktes während der Schließbewegung, der ungefähr in der Mitte des Schließhubs liegen sollte, ist die Tatsache, daß in diesem Bereich die Werkzeugaufspannplatte ihre maximale Schließgeschwindigkeit bereits erreicht hat und während dieses Wegabschnitts die Werkzeugaufspannplatte 3 einen großen Wegabschnitt zurücklegen kann, ohne daß die Pumpen einen nennenswerten Ölstrom liefern müssen. Außerdem ist für die Schließzylinder nur ein geringer Hub erforderlich, der effektiv nur zum Beschleunigen und Abbremsen der Werkzeugaufspannplatte und zum Schließkraftaufbau eingesetzt wird. Allerdings ist es wegen des Totpunktes auch sinnvoll, mindestens einen weiteren hydraulischen Arbeitszylinder zwischen der beweglichen Werkzeugaufspannplatte 3 und dem Maschinengestell 2 anzuordnen, um mit geringer Kraft und geringer Geschwindigkeit bei Montage- und Einrichtarbeiten die Platte über den Totpunkt hinwegzubewegen. Für den normalen Betrieb wird er nicht benötigt und ist in dieser Zeit mechanisch oder hydraulisch abgekoppelt. (Dieser Zylinder ist in den Fig. 1 bis 4 nicht mit abgebildet)
Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Spritzgießmaschine mit geschlossenem Werkzeug. In dieser Stellung liegen die Verbindungsstangen 7 mittig vor und hinter dem Werkzeugeinbauraum. In dieser Stellung werden keine Teile entnommen und der Raum ist ohnehin durch einen geschlossenen Werkzeugraumschutz aus Sicherheitsgründen vollständig abgeschirmt, so daß dies keinen Nachteile im Sinne der Aufgabenstellung der Erfindung darstellt. Ein wesentlicher Vorteil dieser Anordnung gegenüber holmlosen Spritzgießmaschinen, die die Schließkraft über das Maschinengestell umleiten, ist, daß durch die reine Zugbelastung der Verbindungsstangen 7 und der hauptsächlichen Druckbelastung des Hebels 8 Leichtbau möglich ist und deshalb dieses Prinzip nicht nur bei kleinen Spritzgießmaschinen erfolgreich angewendet werden kann.

Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Spritzgießmaschine in der Draufsicht mit geschlossenem Werkzeug 5. Hier ist eine Möglichkeit der Gestaltung des Hebels 8 zu erkennen. Durch die trapezförmige Verstrebung 8.1 des Hebels 8 ist es möglich, die Zugkräfte in den außenliegenden Verbindungsstangen in die wesentlich weiter mittig liegenden Druckkräfte auf die Werkzeugaufspannplatte umzulenken, ohne dabei die Drehgelenken 8.2 und 8.3 durch große Biegemomente zu belasten.

In Abhängigkeit von der Größe der Werkzeugaufspannplatten und der Lage der Gelenke an der Werkzeughöhenverstellung kann es vorkommen, daß die Zugstangen 7, wie in Fig. 1 sichtbar, den Werkzeugeinbauraum im unteren Bereich noch etwas überdecken. Falls das z. B. wegen des Einsatzes von Werkzeugwechseleinrichtungen auch noch störend ist, kann das Kniehebelsystem gemäß Fig. 4 erfindungsgemäß weiter ausgestaltet werden, indem in den Verbindungsstangen 7 ein weiteres Gelenk 7.1 und ein Verriegelungszylinder 7.2 angeordnet ist. Das Gelenk ist so gestaltet, daß die Verbindungsstangen nur in eine Richtung geknickt werden können. Wenn das Werkzeug geöffnet ist und die Verbindungsstangen lastfrei sind, können mit Hilfe der Verriegelungszylinders 7.2 die Verbindungsstangen leicht geknickt werden und so die beiden Seitenflächen des Werkzeugeinbauraumes vollständig freigegeben werden.

Bezugszeichenliste

1

Spritzeinheit

2

Maschinengestell

3

Werkzeugaufspannplatte

4

Werkzeugaufspannplatte

5

Werkzeug

6

Werkzeughöhenverstellung

6.1

Biegesteifes Gestell der Werkzeughöhenverstellung

6.2

Hydraulikzylinder der Werkzeughöhenverstellung

7

Verbindungsstangen des Kniehebelsystems

7.1

Zusätzliches Kniegelenk in den Verbindungsstangen

7.2

Verriegelungszylinder

8

Hebel des Kniehebelsystems

8.1

Trapezförmige Verstrebung Hebels

8.2

Lagerungspunkte des Hebels des Verbindungszapfens

8.3

Lagerungspunkte des Hebels

8.4

Gelenkauge

9

Schließzylinder (Linearantrieb)

10

Gelenk zur Verbindung der Verbindungsstange mit dem Hebel des Kniehebelsystems

11

Heißkanalsystem

Claims

1. Spritzgießmaschine bestehend aus einer Schließeinheit und einer Spritzeinheit, deren Schließeinheit aufweist ein Maschinengestell, zwei Werkzeugaufspannplatten, an denen zwei Werkzeughälften befestigt sind und die beide verschiebbar auf dem Maschinengestell angeordnet sind, eine Vorrichtung zum Öffnen und Schließen der beiden Werkzeughälften und einer Werkzeughöhenverstellung, dadurch gekennzeichnet, daß

- ein biegesteifes Gestell (6.1) der Werkzeughöhenverstellung (6) fest mit dem Maschinengestell (2) verbunden ist und die andere Seite der Werkzeughöhenverstellung (6) mit der einspritzseitigen Werkzeugaufspannplatten (4) verbunden ist,
- die Vorrichtung zum Öffnen und Schließen der beiden Werkzeughälften aus zwei langen Verbindungsstangen (7), einem wesentlich kürzerem Hebel (8) und zwei vorzugweise hydraulisch betätigten Linearantrieben (9) besteht,
- die zwei langen Verbindungsstangen (7) jeweils an einem Ende in Höhe der Werkzeugaufspannplattenmitte gelenkig mit dem biegesteifen Gestell (6.1) der Werkzeughöhenverstellung verbunden sind, an dem anderen Ende mit dem einen Ende des Hebels (8) ebenfalls gelenkig verbunden sind und der Hebel (8) am anderen Ende in Höhe der Werkzeugaufspannplattenmitte gelenkig mit der anderen Werkzeugaufspannplatte (3) verbunden ist,
- der Hebel (8) in einem senkrechten Abstand von der Verbindungsebene der beiden Gelenkachsen zwei weitere Gelenkaugen (8.4) aufweist, die mit je einem der beiden Linearantrieben (9) verbunden sind, und die andere Seite der Linearantriebe (9) ebenfalls gelenkig mit dem Maschinengestell (2) verbunden sind.

2. Spritzgießmaschine gemäß Anspruch 1, deren Werkzeughöhenverstellung einen, zwei oder vier Hydraulikzylinder enthält, mit denen die verbundene Werkzeugaufspannplatte verschiebbar ist durch Beaufschlagung des entsprechenden Hubraums durch einen Ölstrom einer Hydraulikpumpe mit einem Druck kleiner oder gleich dem maximalen Betriebsdruck der Hydraulikpumpe, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Hydraulikzylinder (6.2) für hohen Druck weit über dem maximalen Betriebsdruck der Hydraulikpumpe ausgelegt sind und die Summe der Kolbenflächen aller Hydraulikzylinder so kein ist, daß der hohe Druck gerade ausreicht, um der maximalen Schließkraft zu widerstehen,
- die Hydraulikzylinder (6.2) mit Absperrventilen versehen sind, die diese während des Schließens, des Zuhaltens und des wieder Öffnens des Werkzeuges blockieren.

3. Spritzgießmaschine gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blockierung der Hydraulikzylinder (6.2) der Werkzeughöhenverstellung (6) unmittelbar vor dem Öffnen des Werkzeugs kurzfristig aufgehoben wird und daß anschließend in jedem Zyklus, während das Werkzeug teilweise oder vollständig geöffnet ist, die exakte Werkzeughöhe H wieder eingestellt wird.

4. Spritzgießmaschine gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikzylinder der Werkzeughöhenverstellung auf der Kolbenseite mit einstellbaren Druckbegrenzungsventilen versehen sind.

5. Spritzgießmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel (8) der Vorrichtung zum Schließen und Öffnen des Werkzeugs (5) als ein trapezförmiges Fachwerk (8.1) gestaltet ist, an dessen vier Ecken die vier Abstützpunkte (8.2) und (8.3) der Gelenke zur Übertragung der Schließkraft angeordnet sind.

6. Spritzgießmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstangen (7) im Bereich der Werkzeugaufspannplatte, die mit der Werkzeughöhenverstellung verbunden ist, durch ein weiteres nur in eine Richtung schwenkbares Kniegelenk (7.1) versehen sind und an diesem Kniegelenk jeweils ein Verriegelungszylinder (7.2) angeordnet ist, der in der Lage ist, das Kniegelenk im lastfreien Zustand zu strecken, und unter Last gestreckt zu halten.