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WO2004069518A1 - Antriebseinheit mit hohlwellenmotoren für das einspritzaggregat einer spritzgiessmaschine - Google Patents

Antriebseinheit mit hohlwellenmotoren für das einspritzaggregat einer spritzgiessmaschine Download PDF

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WO2004069518A1
WO2004069518A1 PCT/EP2004/000715 EP2004000715W WO2004069518A1 WO 2004069518 A1 WO2004069518 A1 WO 2004069518A1 EP 2004000715 W EP2004000715 W EP 2004000715W WO 2004069518 A1 WO2004069518 A1 WO 2004069518A1
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WO
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hollow shaft
rotary drive
rotor
housing
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Georg Ickinger
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Sumitomo SHI Demag Plastics Machinery GmbH
Original Assignee
Demag Ergotech GmbH
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Publication date
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    • B29C2045/504—Drive means therefor electric motors for rotary and axial movement of the screw being coaxial with the screw

Definitions

  • the invention relates to an injection unit for an injection molding machine, according to the preamble of claim 1 and 6 respectively.
  • the object of the invention is to design an injection unit of the type mentioned at the outset such that the design of the injection unit is substantially improved in a structurally simple manner, in particular with regard to the structural dimensions and the arrangement of the pressure sensor.
  • the total length of the injection unit, based on the effective screw stroke is considerably shortened and an extremely space-saving design is achieved.
  • the measuring accuracy of the effective screw pressure force is also significantly increased by the fact that the pressure sensor in connection with the axially limitedly movable arrangement of the rotor bearings of the rotary drive is positioned behind its housing in the direction of the lifting force, and accordingly measuring errors which are caused by friction and inertia Lifting movement of the rotary actuator housing have to be effectively eliminated in a structurally simple manner.
  • a particularly advantageous embodiment of the invention consists in that the spindle shaft of the spindle drive is firmly connected to the hollow shaft rotor of the linear drive and in the return stroke position of the plasticizing screw extends through the hollow shaft interior of the linear drive and into that of the rotary drive, while the spindle nut attached to the rotary drive on the housing side of the spindle drive engages in the hollow shaft interior of the linear drive.
  • Another, particularly preferred aspect of the invention relates to the design of the rotor bearing points. While large and correspondingly expensive precision bearings are required for an external mounting of the hollow shaft rotors, the required bearing diameter is expediently reduced considerably in that for the rotatable mounting of the hollow shaft rotor of the rotary drive, a housing-fixed, which engages in the hollow shaft interior and the rotor with interposition of the rotor bearings supporting sleeve is provided on its inner lateral surface, in that the gear element of the spindle drive rotating with the rotor of the linear drive, i.e.
  • the spindle shaft or the spindle nut can increasingly be inserted during the return stroke of the rotary drive, and / or that the hollow shaft rotor of the linear drive is also expediently provided, for reasons of a reduction in the size of the bearing, via an axially protruding from the closed rotor end , central bearing pin and bearings located between it and the motor housing is mounted on one side overhung.
  • a particularly easy-to-install arrangement of the rotary encoder required for measuring the angle of rotation of the rotary drive ultimately results from the fact that it is positioned between the closed rotor end and the support sleeve of the rotary drive fixed to the housing.
  • the injection unit of an injection molding machine which is otherwise not shown in detail in the drawing, contains as main components a plasticizing screw 2 arranged in a plasticizing cylinder 1 (of which only the rear sections are shown), as well as a rotary and a linear drive 3, 4 for the plasticizing screw 2 in mutually coaxial arrangement.
  • the rotary drive 3 is axially displaceably mounted on mutually parallel guide rails 5 which are fastened on the one hand to a support bridge 6 for the plasticizing cylinder 1 and on the other hand on the housing 7 of the linear drive 4.
  • Both drives 3 and 4 are designed as electric hollow shaft motors, the rotors 8, 9 of which are connected on one side by an end wall 10 and 11, respectively. locks and the open rotor ends are facing each other.
  • the hollow shaft rotor 9 is provided on its end wall 11 with a central bearing journal 12, via which, with the interposition of oppositely preloaded, longitudinal and transverse force-transmitting roller bearings 13, 14 on the housing 7 of the linear drive 4, but rotatable is supported axially immovable.
  • the rotor 8 of the rotary drive 3 is rotatably mounted on its inner circumferential surface on a support sleeve 16 which is fastened to the drive housing 15 and engages in the rotor interior, specifically via roller bearings 17, 18 which also transmit longitudinal and transverse force.
  • the angle of rotation of the rotor 8 and thus also of the plasticizing screw 2 which is firmly connected to the rotor end wall 10 is measured by a rotary encoder 19 which is arranged between the end wall 10 and the closed end of the support sleeve 16.
  • a ball screw drive designated overall by 20, is used, the spindle nut 21 of which is fixedly connected to the housing 15 of the rotary drive 3 in the region of the support sleeve 16 and in which Return stroke position of the rotary drive 3 shown in the drawing engages in the hollow shaft interior of the rotor 9, while the spindle shaft 22 fastened to the end wall 11 of the rotor 9 in this position has its free end from the support sleeve 16 in the hollow shaft interior of the rotor 8. is taken.
  • the thrust of the spindle drive 20 is transmitted from the spindle nut 21 via the housing 15, the rotor bearings 17, 18 and the rotor 8 of the rotary drive to the plasticizing screw 2.
  • the corresponding pressure sensor 23 is located behind the rotary drive housing 15 in the direction of the thrust force of the linear drive 4, namely between the latter and the Rotor bearings 17, 18 are positioned, the rotor 8 being axially displaceably supported on the support sleeve 16 via the bearings 17, 18. This ensures that the pressure sensor 23 is always subjected to the full screw pressure force.

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Abstract

Bei einem Einspritzaggregat für eine Spritzgiessmaschine, mit einem elektromotorischen, die Plastifizierschnecke (2) in Drehrichtung antreibenden und gemeinsam mit dieser hubbeweglich angeordneten Drehantrieb (3) sowie einem elektromechanischen Linearantrieb (4) einschliesslich eines Hohlwellenmotors und eines diesem nachgeschalteten Spindeltriebs (20) zum Hubantrieb der Plastifizierschnecke und des Drehantriebs, wobei die Plastifizierschnecke, der Drehantrieb und der Linearantrieb koaxial zueinander angeordnet sind, wird erfindungsgemäss die Bau- und Funktionsweise dadurch deutlich verbessert, dass beide Antriebsmotoren als mit ihren offenen Enden einander zugekehrte Hohlwellenmotoren (3, 8 und 4, 9) ausgebildet sind und der Spindeltrieb (20) im gemeinsamen Hohlwellen-Innenraum beider Hohiwellenmotoren unter gebracht ist, und dass nach einem weiteren Aspekt der Erfindung der Rotor (8) des Drehantriebs (3) einschließlich der Rotorlager (17, 18) axial begrenzt verschieblich am Gehäuse (15) des Drehantriebs angeordnet und zur Messung der Schnecken-Druckkraft ein Drucksensor (23) hubkraftübertragend zwischen Gehäuse und Rotorlagerung des Drehantriebs positioniert ist.

Description

ANTRIEBSEINHΞIT MIT HOHLWELLENMOTOREN FÜR DAS EINSPRITZAGGREGAT EINER SPRITZGIES SMASCHINE
Die Erfindung bezieht sich auf ein Einspritzaggregat für eine Spritzgießmaschine, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 6.
Bei dem aus der US 6 309 203 B1 bekannten Einspritzaggregat dieser Art ist die Spindelmutter des Spindeltriebs fest mit dem Hohlwellenrotor des Linearantriebs verbunden, während die Spindelwelle unter Zwischenschaltung eines die Einspritzkraft messenden Drucksensors an dem auf Führungsholmen hubbeweglich und drehfest gelagerten Gehäuse des Drehantriebs befestigt ist. Bei diesem bekannten Einspritzaggregat ergibt sich aus der koaxialen Aneinanderreihung der Einzelkomponenten eine sehr große Gesamtbaulänge, und ferner wirken die bei der Hubbewegung unvermeidbar auftretenden Reibungs- und Trägheitskräfte des Drehantriebs verfälschend auf das Messergebnis des Drucksensors.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Einspritzaggregat der eingangs genannten Art so auszubilden, dass auf konstruktiv einfache Weise die Bauart des Einspritzaggregats, insbesondere hinsichtlich der baulichen Abmessungen und der Anordnung des Drucksensors, wesentlich verbessert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Patentanspruch 1 bzw. 6 gekennzeichnete Einspritzaggregat gelöst. Erfindungsgemäß wird durch die beanspruchte Ausbildung und gegenseitige Ausrichtung der Antriebsmotoren und die Einbeziehung des Spindeltriebs in die Grenzen beider Rotor-Innenräume die Gesamtlänge des Einspritzaggregats, bezogen auf den wirksamen Schneckenhub, erheblich verkürzt und so eine äußerst platzsparende Bauweise erreicht. Wahlweise oder zusätzlich wird erfindungsgemäß außerdem die Messgenauigkeit der effektiven Schneckendruckkraft dadurch deutlich erhöht, dass der Drucksensor in Verbindung mit der axial begrenzt beweglichen Anordnung der Rotorlager des Drehantriebs in Hubkraftrichtung hinter dessen Gehäuse positioniert ist und demgemäß Messfehler, die ihre Ursache in der reibungs- und trägheitsbehafteten Hubbewegung des Drehantriebsgehäuses haben, auf konstruktiv einfache Weise wirksam eliminiert werden.
Eine besonders baugünstige Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass die Spindelwelle des Spindeltriebs fest mit dem Hohlwellenrotor des Linearantriebs verbunden ist und sich in der Rückhublage der Plastifizierschnecke durch den Hohlwellen-Innenraum des Linearantriebs und in den des Drehantriebs erstreckt, während die am Drehantrieb gehäuseseitig befestigte Spindelmutter des Spindeltriebs in den Hohlwellen-Innenraum des Linearantriebs eingreift.
Ein weiterer, besonders bevorzugter Aspekt der Erfindung bezieht sich auf die Gestaltung der Rotor-Lagerstellen. Während nämlich für eine Außenlagerung der Hohlwellenrotoren große und dementsprechend kostspielige Präzisionsla- ger benötigt werden, wird der erforderliche Lagerdurchmesser zweckmäßigerweise dadurch wesentlich verkleinert, dass zur drehbaren Lagerung des Hohlwellenrotors des Drehantriebs eine gehäusefeste, in den Hohlwellen- Innenraum eingreifende und den Rotor unter Zwischenschaltung der Rotorlager an seiner inneren Mantelfläche abstützende Traghülse vorgesehen ist, in die das mit dem Rotor des Linearantriebs umlaufende Getriebeelement des Spindeltriebs, also die Spindelwelle oder die Spindelmutter, beim Rückhub des Drehantriebs zunehmend einführbar ist, und/oder dass der Hohlwellenrotor des Linearantriebs ebenfalls aus Gründen einer Reduzierung der Lagergröße zweckmäßigerweise über einen vom verschlossenen Rotorende axial abstehenden, zentralen Lagerzapfen und zwischen diesem und dem Motorgehäuse angeordnete Lagerstellen einseitig fliegend gelagert ist.
Eine besonders einbaugünstige Anordnung des zur Messung des Drehwinkels des Drehantriebs benötigten Drehgebers ergibt sich schließlich daraus, dass dieser zwischen dem verschlossenen Rotorende und der gehäusefesten Traghülse des Drehantriebs positioniert ist.
Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung * mit der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt einen Längsschnitt eines Einspritzaggregats nach der Erfindung in stark schematisierter Darstellung.
Das in der Zeichnung dargestellte Einspritzaggregat einer ansonsten nicht näher gezeigten Spritzgießmaschine enthält als Hauptbestandteile eine in einem Plastifizierzylinder 1 angeordnete Plastifizierschnecke 2 (von denen jeweils nur die rückwärtigen Teilstücke dargestellt sind), sowie einen Dreh- und einen Linearantrieb 3, 4 für die Plastifizierschnecke 2 in zueinander koaxialer Anordnung. Der Drehantrieb 3 ist an zueinander parallelen Führungsholmen 5, welche einerseits an einer Tragbrücke 6 für den Plastifizierzylinder 1 und anderer- seits am Gehäuse 7 des Linearantriebs 4 befestigt sind, axial verschieblich gelagert.
Beide Antriebe 3 und 4 sind als elektrische Hohlwellenmotoren ausgebildet, deren Rotoren 8, 9 jeweils einseitig durch eine Stirnwand 10 bzw. 11 ver- schlössen und deren offenen Rotorenden einander zugekehrt sind. Um die Baugröße der Rotorlager zu reduzieren, ist der Hohlwellenrotor 9 an seiner Stirnwand 11 mit einem zentralen Lagerzapfen 12 versehen, über den er unter Zwischenschaltung gegensinnig vorverspannter, längs- und querkraftübertra- gender Wälzlager 13, 14 am Gehäuse 7 des Linearantriebs 4 drehbar, aber axial unverschieblich abgestützt ist. Aus dem gleichen Grund ist der Rotor 8 des Drehantriebs 3 auf seiner inneren Mantelfläche an einer am Antriebsgehäuse 15 befestigten und in den Rotor-Innenraum eingreifenden Traghülse 16 drehbar gelagert, und zwar über ebenfalls längs- und querkraftübertragende Wälzlager 17, 18.
Der Drehwinkel des Rotors 8 und somit auch der mit der Rotor-Stirnwand 10 fest verbundenen Plastifizierschnecke 2 wird durch einen Drehgeber 19 gemessen, welcher zwischen der Stirnwand 10 und dem verschlossenen Ende der Traghülse 16 angeordnet ist.
Zur Umsetzung der Drehbewegung des Rotors 9 in eine Hubbewegung des Drehantriebs 3 und demgemäß auch der Plastifizierschnecke 2 dient ein insgesamt mit 20 bezeichneter Kugelspindeltrieb, dessen Spindelmutter 21 im Be- reich der Traghülse 16 fest mit dem Gehäuse 15 des Drehantriebs 3 verbunden ist und in der in der Zeichnung dargestellten Rückhublage des Drehantriebs 3 in den Hohlwellen-Innenraum des Rotors 9 eingreift, während die an der Stirnwand 11 des Rotors 9 befestigte Spindelwelle 22 in dieser Position mit ihrem freien Ende von der Traghülse 16 im Hohlwellen-Innenraum des Rotors 8 auf- genommen wird. Durch den Einbau des Spindeltriebs 20 in den Grenzen beider Hohlwellen-Innenräume wird die Baulänge des Einspritzaggregats deutlich verkürzt. Die Schubkraft des Spindeltriebs 20 wird von der Spindelmutter 21 über das Gehäuse 15, die Rotorlagerung 17, 18 und den Rotor 8 des Drehantriebs an die Plastifizierschnecke 2 übertragen. Um bei der Messung der effektiven Schneckendruckkraft Messfehler, die ihre Ursache in der reibungs- oder träg- heitsbehafteten Hubbewegung des Drehantriebsgehäuses 15 haben, wirksam zu eliminieren, ist der entsprechende Drucksensor 23 in Schubkraftrichtung des Linearantriebs 4 hinter dem Drehantriebsgehäuse 15, nämlich zwischen diesem und den Rotorlagern 17, 18 positioniert, wobei der Rotor 8 über die Lager 17, 18 in engen Grenzen axial verschieblich an der Traghülse 16 abge- stützt ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der Drucksensor 23 stets mit der vollen Schneckendruckkraft beaufschlagt ist.

Claims

Patentansprüche
1. Einspritzaggregat für eine Spritzgießmaschine, mit einem elektromotorischen, die Plastifizierschnecke (2) in Drehrichtung antreibenden und gemeinsam mit dieser hubbeweglich angeordneten Drehantrieb (3) sowie einem elektromechanischen Linearantrieb (4) einschließlich eines Hohlwellenmotors und eines diesem nachgeschalteten Spindeltriebs (20) zum Hubantrieb der Plastifizierschnecke und des Drehantriebs, wobei die Plastifizierschnecke, der Drehantrieb und der Linearantrieb ko- axial zueinander angeordnet sein, dadurch gekennzeichnet, dass beide Antriebsmotoren als mit ihren offenen Enden einander zugekehrte Hohlwellenmotoren (3, 8 u. 4, 9) ausgebildet sind und der Spindeltrieb (20) im gemeinsamen Hohlwellen-Innenraum beider Hohlwellenmotoren untergebracht ist.
2. Einspritzaggregat nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelwelle (22) des Spindeltriebs (20) fest mit dem Hohlwellenrotor (9) des Linearantriebs (4) verbunden ist und sich in der Rückhublage der Plastifizierschnecke (2) durch den Hohlwellen-Innenraum des Line- arantriebs und in den des Drehantriebs (3) erstreckt, während die am
Gehäuse (15) des Drehantriebs (3) befestigte Spindelmutter (21) des Spindeltriebs in den Hohlwellen-Innenraum des Linearantriebs eingreift.
3. Einspritzaggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur drehbaren Lagerung des Hohlwellenrotors (8) des Drehantriebs (3) eine gehäusefeste, in den Hohlwellen-Innenraum eingreifende und den ι Rotor unter Zwischenschaltung von Lagerstellen (17, 18) an seiner inneren Mantelfläche abstützende Traghülse (16) vorgesehen ist, in die das mit dem Rotor (9) des Linearantriebs (4) umlaufende Getriebeelement (22) des Spindeltriebs (20) beim Rückhub des Drehantriebs (3) zunehmend einführbar ist.
I. Einspritzaggregat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehantrieb (3) einen zwischen der gehäusefesten Traghülse (16) und dem verschlossenen Rotorende wirkenden Drehgeber (19) enthält.
5. Einspritzaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlwellenrotor (9) des Linearantriebs (4) über einen vom verschlossenen Rotorende axial abstehenden, zentralen Lagerzapfen (12) und zwischen diesem und dem Motorgehäuse (7) angeordnete Lager- stellen (13, 14) einseitig fliegend gelagert ist.
6. Einspritzaggregat für eine Spritzgießmaschine, insbesondere nach Anspruch 1, mit einem elektromotorischen Drehantrieb (3) einschließlich eines drehbar, aber kraftübertragend am Gehäuse (15) des Drehantriebs abgestützten, die Plastifizierschnecke (2) in Drehrichtung antreibenden und mit dieser hubfest verbundenen Rotors (8), und mit einem elektromotorischen Linearantrieb (4) zum Hubantrieb der Plastifizierschnecke und des Rotors (8) unter Zwischenschaltung des Gehäuses des Drehantriebs sowie mit einem zwischen Linearantrieb und Plastifizierschne- cke angeordneten, hubkraftmessenden Drucksensor (23), dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (8) einschließlich der Rotorlagerung (17, 18) axial begrenzt bewegilich am Gehäuse (15) des Drehantriebs (3) angeordnet und der Drucksensor (23) hubkraftübertragend zwischen Gehäuse und Rotorlagerung des Drehantriebs positioniert ist.
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