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1. (WO2008080496) VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINER SPRITZGIESSMASCHINE MIT ZWEI KNIEHEBELMECHANISMEN SOWIE ZUGEHÖRIGE SPRITZGIESSMASCHINE
Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

Verfahren zum Betreiben einer Spritzgießmaschine mit zwei Kniehebelmechanismen sowie zugehörige Spritzgießmaschine

Beschreibung

Bezug zu verwandten Anmeldungen

Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2006 061 969.2, hinterlegt am 21.12.2006, deren Offenbarungsgehalt hier-mit ausdrücklich auch zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Spritzgießmaschine zur Verarbeitung von Kunststoffen und anderer plastifizierbarer Massen wie pulverige, metallische oder keramische Massen mit wenigstens zwei Kniehebelmechanismen zum Schließen und Öffnen der Spritzgießform nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine derartige Spritzgießmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 8.

Stand der Technik

Aus der dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche 1 und 8 zugrunde liegenden EP 0 383 935 A1 ist eine Formschließeinheit für eine Spritzgießmaschine bekannt, an der zwei symmetrisch zur Schließachse angeordnete Kniehebelmechanismen durch zwei gesonderte, mittels einer Regeleinheit geregelte Servomotoren angetrieben sind.

Aus der DE 199 23 849 C2 ist eine Formschließeinheit für eine Spritzgießmaschine bekannt, an der über eine Schubkurbel ein doppelter Kniehebelmechanismus angetrieben wird. Die Kniehebelmechanismen sind symmetrisch zur Schließachse angeordnet, jedoch ist für beide ein gemeinsamer Antrieb vorgesehen. (Vergleiche auch DE-U 94 03 353 oder DE 101 22 599 A1 ) Symmetrische Anordnungen von Kniehebeln sind ebenfalls aus der EP 0 620 095 B1 , insbesondere Figuren 17 und 18 bekannt, wobei dort der Kniehebel als sogenannter „Y-Kniehebel" quer zur Schließachse wirkt. Dazu ist an den Anlenkungs-punkten der Kniehebel mittels Halteelementen ein Verbindungselement befestigt, an dem die Antriebseinheit angeordnet ist, die durch einen Hohlwellenmotor gebildet ist. Auch dort greift eine Antriebseinheit an zwei symmetrisch zur Schließachse angeordneten Kniehebeln an.

Y-Kniehebel sind an sich auch aus der DE-B 1 116 386, DE 42 30 348 A1 oder US-A 3,577,596 bekannt, wobei in allen Fällen lediglich eine Antriebseinheit vorgesehen ist.

Aufgabe der Erfindung

Ausgehend vom diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb einer Spritzgießmaschine sowie eine Spritzgießmaschine zur Verfügung zu stellen, die auch bei Verwendung von Kniehebeln den an die Präzision der Spritzteile zu stellenden Anforderungen genügen.

Diese Aufgabe wird durch eine Spritzgießmaschine mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb derselben mit den Merkmalen des Anspruches 8 gelöst.

Die Kniehebelmechanismen werden durch gesonderte Antriebseinheiten angetrieben und dienen zum Schließen und Öffnen der Spritzgießform als auch zum Aufbringen der Schließkraft. Damit können die Kniehebelmechanismen jeweils für sich angesteuert werden, wodurch eine synchrone Bewegung und vor allem auch Plattenparallelität im Hinblick auf beweglichen und stationären Formträger bzw. die daran be-festigten Teile einer Spritzgießform erzielt werden kann. Diese Plattenparallelität ist bei Kniehebelmechanismen nach dem Stand der Technik meist deshalb nicht gewährleistet, weil die Krafteintragung zwar symmetrisch erfolgt, der Kniehebelmechanismus jedoch über so viele miteinander bewegliche Teile verfügt, dass allenfalls in Strecklage sich durch die in Anlage kommenden Teile der Spritzgießform eine scheinbare Parallelität einstellt. Wird diese tatsächliche Lage jedoch insbesondere verfahrensgemäß bereits während der Schließbewegung erfasst, können daraus Regelgrößen für die Antriebseinheiten abgeleitet werden, die zu einer Parallelität wenigstens beim Formschluss beitragen, was die Qualität der Spritzgießteile erhöht. Auch während der gesamten Schließbewegung ist eine Erfassung möglich, was sich insbesondere in einer erhöhten Lebenserwartung von Spritzgießform und Führungen widerspiegelt.

Vorzugsweise sind die Kniehebelmechanismen Y-Kniehebel, die den Vorteil haben, dass sie bei entsprechender Anordnung den Raum zwischen sich freigeben. Damit ist ein Platz sparender Aufbau vor allem bei einer Zwei-Plattenmaschine möglich, bei der die Formschließeinheit auf derselben Seite wie die Spritzgießeinheit angeordnet werden kann. Zwischen den Kniehebeln der Formschließeinheit kann dann nämlich die Plastifiziereinheit eingesetzt werden, sodass sich ein sehr kompakter Aufbau mit einer durch die Kniehebelübertragung günstigen Kraftübertragung ergibt.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

Kurzbeschreibung der Figuren

Im Folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine dreidimensionale Ansicht einer Spritzgießmaschine bei geöffneter
Spritzgießform,
Fig. 2 eine Ansicht der Spritzgießmaschine gemäß Fig. 1 bei geschlossener
Spritzgießform und von der gegenüberliegenden linken Seite,
Fig. 3 eine Seitenansicht der Spritzgießmaschine bei geöffneter Spritzgießform, Fig. 4 eine stirnseitige Ansicht der Spritzgießmaschine mit Blick auf die
Spritzgießeinheit, d.h. in Fig. 1 von rechts,
Fig. 4a einen vergrößerten Schnitt im Bereich der Führung, Fig. 5 einen Schnitt nach Linie 5-5 von Fig. 3,
Fig. 6 eine dreidimensionale Ansicht einer Spritzgießmaschine in einer weiteren Ausführungsform bei geschlossener Spritzgießform,
Fig. 7 eine stirnseitige Ansicht der Spritzgießmaschine gemäß Fig. 6 von rechts, Fig. 8, 9 eine Spritzgießmaschine in einer weiteren Ausführungsform in dreidimensionaler Ansicht unter Anordnung der Formschließeinheit auf der Seite
des beweglichen Formträgers mit geschlossener und geöffneter
Spritzgießform,
Fig. 10 eine schematische Ansicht der Spritzgießmaschine mit zugehöriger Re- geleinrichtung.

Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird jetzt beispielhaft unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Allerdings handelt es sich bei den Ausführungsbeispielen nur um Beispiele, die nicht das erfinderische Konzept auf eine bestimmte Anordnung beschränken sollen.

Bevor die Erfindung im Detail beschrieben wird, ist darauf hinzuweisen, dass sie nicht auf die jeweiligen Bauteile der Vorrichtung sowie die jeweiligen Verfahrensschritte beschränkt ist, da diese Bauteile und Verfahren variieren können. Die hier verwendeten Begriffe sind lediglich dafür bestimmt, besondere Ausführungsformen zu beschreiben und werden nicht einschränkend verwendet. Wenn zudem in der Beschreibung oder in den Ansprüchen die Einzahl oder unbestimmte Artikel verwendet werden, bezieht sich dies auch auf die Mehrzahl dieser Elemente, solange nicht der Gesamtzusammenhang eindeutig etwas Anderes deutlich macht.

Die Figuren zeigen eine Spritzgießmaschine zur Verarbeitung von Kunststoffen und anderer plastifizierbarer Massen wie pulverige, metallische oder keramische Mas-sen, die wie bei einer Spritzgießmaschine üblich eine Formschließeinheit F und eine Spritzgießeinheit S aufweist. Zwischen Formträgern, nämlich einem stationären Formträger 12 und einem beweglichen Formträger 11 , ist wenigstens eine Spritzgießform 10 bestehend aus mehreren Teilen aufgenommen. Wenigstens zwei Kniehebelmechanismen K sind zur Schließbewegung der Formträger aufeinander zu hebelmechanismen K sind zur Schließbewegung der Formträger aufeinander zu und voneinander weg zum Öffnen der Spritzgießform 10 vorgesehen, d.h. sie sind zum Schließen und Öffnen der Spritzgießform als auch zum Aufbringen der Schließkraft vorgesehen. Die Kniehebelmechanismen sind in Figur 1 oberhalb und unterhalb des Plastifizierzylinders 50 der Spritzgießeinheit S angeordnet. Die Kniehebelmechanismen sind symmetrisch zu einer Schließachse s-s der Formschleißeinheit F angeordnet. Wie insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich, besitzen die wenigstens zwei Kniehebelmechanismen K zwei gesonderte Antriebseinheiten A, die insofern auch gesondert anzusteuern und zu regeln sind, auf was weiter unten noch näher einge-gangen wird. Vorzugsweise sind die Kniehebelmechanismen K identisch. Grundsätzlich können auch mehr als zwei Kniehebelmechanismen und auch mehr als nur zwei Antriebseinheiten vorgesehen sein. Denkbar ist z.B. die Anordnung je einer Antriebseinheit bzw. je eines Kniehebels an den vier Ecken eines Formträgers.

Die Kniehebelmechanismen K sind im Ausführungsbeispiel durch sogenannte Y-Kniehebel gebildet, wobei selbstverständlich auch andere Kniehebelmechanismen verwendet werden können, sofern sie gesondert durch gesonderte Antriebseinheiten A antreibbar sind. Die Y-Kniehebel haben den Vorteil, dass sie sehr Platz sparend aufgebaut sind und dennoch hohe Kräfte aufbringen können. So gilt die Regel, dass die Antriebseinheit A eines Kniehebelmechanismus etwa ein Zehntel der Kraft aufbringen muss, die eine Formschließeinheit aufbringen muss, die auf übliche Art den beweglichen Formträger in Formschluss bringt. Die in den ersten beiden Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 7 dargestellten Lösungen zeigen zudem, dass der Y-Kniehebel Platz sparend auch auf der vom Formspannraum C abgewandten Seite des stationären Formträgers 12 und damit parallel zur Spritzgießeinheit S angeordnet werden kann.

Fig. 3 zeigt den Aufbau des Kniehebelmechanismus K an sich. Der Kniehebelmechanismus K besitzt ein Verbindungselement 13, das über wenigsten zwei an Anlen-kungspunkten 14, 15 angeordnete Halteelemente 16, 17 mit den Anlenkungspunkten 29, 30 der Kniehebel 18, 19 des Kniehebelmechanismus angelenkt ist. Über die Halteelemente 16, 17 ist damit das Verbindungselement 13 aufgehängt. Über diese Halteelemente steht das Verbindungselement 13, das zugleich die Antriebseinheit A trägt, einerseits mit einem beweglichen und andererseits mit einem stationären Element der Formschließeinheit F in Verbindung. In den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 7 ist der Kniehebelmechanismus über das Halteelement 16 und den als Bolzen ausgebildeten Anlenkungspunkt 29 am stationären Formträger 12 als statio-närem Element angelenkt und über einen ebenfalls als Bolzen ausgebildeten Anlenkungspunkt 30 mit den Holmen 25 in Verbindung, die ihrerseits die Verbindung zum beweglichen Formträger 11 herstellen. Damit liegt eine mittelbare Verbindung zwischen dem Halteelement 17 bzw. dem Kniehebelmechanismus K und dem beweglichen Formträger vor. Der Bolzen 30 ist in Führungsschuhen gelagert, die im Ausfüh-rungsbeispiel der Figuren 1 bis 5 in Führungen 22 geführt sind, die am stationären Formträger 12 befestigt oder mit diesem einstückig verbunden sind. Die Ausführungsform der Fig. 1 bis 5 hat den Vorteil, dass aufgrund des in der Mitte bestehenden Freiraums ein Zylinderwechsel an der Plastifiziereinheit 50 nach wie vor problemlos dadurch möglich ist, dass die Spritzgießeinheit mit ihrem vorderen, üblicher-weise am stationären Formträger anliegenden Ende seitlich herausgeschwenkt werden kann.

Als Antriebseinheit ist jeder beliebige Antriebsmechanismus möglich, wobei vorzugsweise elektro-mechanische Antriebe eingesetzt werden, ein magnetischer Line-arantrieb kann aber z.B. auch verwendet werden. Beim elektro-mechanischen Antrieb wird eine Rotationsbewegung in eine Geradeausbewegung umgesetzt, bei der ein Antriebselement 27 aus der Antriebseinheit A in der Stellung gemäß Fig. 3 heraus in die Stellung gemäß Fig. 2 überführt wird. Da das Antriebselement am Anlenkungspunkt 28 mit den Kniehebeln 18,19 in Verbindung steht, führt diese Bewegung zur Strecklage des Kniehebels, wobei aufgrund der stationären Anordnung des Anlenkungspunkt 29 der andere Anlenkungspunkt 30 in den Führungen 22 gemäß Fig. 4a gleitet und zwar in der Ansicht gemäß Fig. 3 nach rechts. Dabei werden die Holme 25 gemeinsam mit dem beweglichen Formträger 11 in Fig. 3 nach rechts gezogen, bis sich der Formschluss ergibt. Um die für den Kniehebelmechanismus be-deutsame Strecklage einzustellen, kann der in Fig. 2 ersichtliche, an sich bekannte Formhöhenverstellmechanismus 60 verwendet werden, der dort mittig um eine Aus-werfer-einheit 40 geführt ist.

AIs Linearantrieb für das Antriebselement 27 kann z.B. eine Kugelrollspindel, eine Gewindespindel oder auch eine Doppelzahnstange verwendet werden, wobei eine Gewindespindel z.B. in einem Hohlwellenmotor angeordnet sein kann, der zugleich die Antriebseinheit A ist. Als Antrieb kommt z.B. auch ein magnetisch wirkender Li-nearmotor in Betracht. Die Kniehebelmechanismen Y sind vertikal beweglich, was z.B. auch ein Vergleich zwischen den Figuren 1 und 2 deutlich macht.

In den ersten beiden Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 7 ist das stationäre Element der stationäre Formträger 12 und das bewegliche Element mittelbar mit dem beweglichen Formträger in Verbindung. Im dritten Ausführungsbeispiel der Figuren 8 und 9 handelt es sich bei ansonsten im Hinblick auf das zweite Ausführungsbeispiel der Figuren 6 und 7 identischem Aufbau der Kniehebelmechanismen K jedoch um eine Anordnung, bei der das bewegliche Element der bewegliche Formträger 11 ist, während der Kniehebelmechanismus lediglich mittelbar mit dem statio-nären Formträger als stationärem Element in Verbindung steht. Es handelt sich damit um einen .drückenden' Typ der Formschließeinheit F im Gegensatz zu dem .ziehenden' Typ in den ersten beiden Ausführungsbeispielen. Dort wird also ein Dreiplattensystem aufgebaut, bei dem neben dem stationären Formträger und dem beweglichen Formträger als erste zwei Platten eine dritte Platte durch das noch zu erläu-ternde bügelartige Element 21 gebildet ist, das über Führungen 24 auf dem Maschinenfuß 20 geführt ist.

Die Antriebseinheiten A wirken quer zur Schließachse s-s, im Ausführungsbeispiel im rechten Winkel zur Schließachse, wobei sie vorzugsweise symmetrisch zur Schließachse s-s angeordnet sein können. Die Holme 25, die zugleich als Führungsholme ausgebildet sind, durchgreifen den stationären Formträger 12. Durch die Anordnung quer zur Schließachse erstrecken sich die Antriebseinheiten A in einer horizontalen Projektion über die Abmessungen der Formträger hinaus, wie sich z.B. aus den Stirn- und Schnittansichten der Figuren 4, 5 und 7 ergibt. Grundsätzlich können sie sich auch seitlich über die Abmessungen der Formträger hinaus erstrecken, wenngleich die in den Figuren gewählte Ausführungsform mit einer Anordnung nach oben und unten, was die Grundfläche anbelangt, Platz sparender ist.

Während in den Figuren 1 bis 5 des ersten Ausführungsbeispieles die Führungen 22 mit dem stationären Formträger fest verbunden sind, wird im zweiten Ausführungsbeispiel der Figuren 6 und 7 eine andere Art der Führung gewählt. Dort ist ein bügelartiges Element 21 vorgesehen, das am oberen und unteren Kniehebel angreift und den Anlenkungspunkt 30 lagert. Die beiden bügelartigen Elemente sind durch Aussteifungselemente 35 miteinander verbunden. Damit ergibt sich ein geschlossener Rahmen, der über Führungen 24 auf dem Maschinenfuß 20 geführt ist, wie der bewegliche Formträger 11 auf den Führungen 26. Dieser Bügel kann auch konstruktiv anders aufgebaut sein und kann z.B., um die Führung zu verbessern, einen sich ge-gebenenfalls über einen längeren Bereich des Maschinenfuß 20 erstreckenden Fußbereich an den Führungen 24 geführt sein. Die in den Figuren 6 und 7 dargestellte Ausführungsform trägt jedoch zu einem Platz sparenderen modularen Aufbau mit kleineren Bauteilen bei, die auch problemlos nach Übersee verschickt werden können.

Im Ausführungsbeispiel der Figuren 8 und 9 befindet sich die Formhöhenverstellung 60 auf der vom Formspannraum C abgewandten Seite des stationären Formträgers 12. Die Kniehebelmechanismen K sind auf der vom Formspannraum C abgewandten Seite des beweglichen Formträgers 11 angeordnet, wobei sich die bügelartigen EIe-mente 21 zwar auch bei Schließbewegung auf den Führungen 24 bewegen, allerdings handelt es sich bei dieser Bewegung lediglich um die durch Dehnverformung der Holme hervorgerufene Bewegung. Die .eigentliche' Bewegung führt hier der bewegliche Formträger 11 aus, der dazu auf Führungen auf dem Maschinenfuß gelagert ist.

Die Spritzgießmaschine kann zur Erzielung einer höheren Plattenparallelität, d.h. einer Parallelität zwischen beweglichem und stationären Formträger aufgrund der zwei Antriebseinheiten A folgendermaßen betrieben werden: Während wenigstens eines Spritzzyklusses wird der bewegliche Formträger 11 auf den stationären Form-träger 12 bis zum Formschluss zu bewegt und anschließend wird die Spritzgießform 10 durch eine entgegengesetzte Bewegung des Formträgers wieder geöffnet. Während dieses Spritzzyklus wird die Parallelität von beweglichem Formträger 11 zu stationärem Formträger gemäß Fig. 10 z.B. über Wegmessgeber 70 erfasst. Referenz- punkt für die Parallelität ist dabei vorzugsweise eine Schließstellung der Spritzgießform bei gleicher Kraftaufbringung durch beide Antriebseinheiten A. Erfasst werden kann auch die Parallelität der am Formträger befestigten Teile einer Spritzgießform 10. Gleichzeitig wird wenigstens ein die Leistung oder Kraft der Antriebseinheit A bestimmender Parameter wie z.B. der Stromverbrauch oder die Drehzahl einer Gewindespindel erfasst. Dies erfolgt in Fig. 10 über Kraftmesser 71 , die an der Antriebseinheit angreifen, jedoch auch an anderer Stelle die Kraft oder den Druck erfassen können. Beispielsweise können auch an wenigstens einem der Anlenkungs-punkte 28, 29, 30 Kraftmessbolzen vorgesehen werden. Ein Prozessor P bestimmt daraus wiederum Regelparameter, mit denen die Antriebseinheiten über die Leitung 72 zur Erreichung der Parallelität beeinflusst werden. Aufgrund der so gewonnenen Werte lassen sich dann die Antriebseinheiten A unabhängig voneinander durch Beeinflussung des erfassten Parameters so regeln, dass eine Parallelität erreicht wird.

Das Erfassen der Parallelität erfolgt durch Erfassen der Wegposition des beweglichen Formträgers 11 oder eines anderen von den Antriebseinheiten A bewegten Teils, wie in Fig. 10 dargestellt. Dabei werden die von den Antriebseinheiten jeweils beeinflussten Wegpositionen getrennt erfasst, d.h. es findet eine Zuordnung zu den Antriebseinheiten A statt. So können z.B. bei oben und unten angeordneten Kniehe-belmechanismen K die Wegpositionen oben und unten den beiden Kniehebelmechanismen jeweils zugeordnet erfasst werden.

Dieses Verfahren kann bei Inbetriebnahme der Spritzgießmaschine und kurz vor und beim Formschluss durchgeführt werden, es kann jedoch auch über den gesamten Spritzzyklus eine entsprechende Erfassung erfolgen, sodass die Formschlussbewegung insgesamt weitestgehend parallel erfolgen kann, was einen geringeren Verschleiß ebenso zur Folge hat wie eine höhere Qualität der hergestellten Spritzteile. Das Verfahren kann nur beim Aufstellen der Spritzgießmaschinen, also einmal vor Inbetriebnahme durchgeführt werden, vorzugsweise sollte es aber zumindest in re-gelmäßigen Abständen für eine gegebenenfalls erforderliche erneute Kalibrierung z.B. nach einem Wechsel der Spritzgießform C durchgeführt werden. Bedarfsweise ist auch eine kontinuierliche Erfassung und Regelung möglich.

Es versteht sich von selbst, dass diese Beschreibung verschiedensten Modifikationen, Änderungen und Anpassungen unterworfen werden kann, die sich im Bereich von Äquivalenten zu den anhängenden Ansprüchen bewegen.

Bezugszeichenliste

10 Spritzgießform
11 beweglicher Formträger
12 stationärer Formträger
13 Verbindungselement
14,15 Anlenkungspunkt
16,17 Halteelement
18,19 Kniehebel
20 Maschinenfuß
21 bügelartiges Element
22 Führungen
24 Führungen für 21
25 Holm
26 Führungen für beweglichen Formträger

27 Antriebselement
28 Anlenkungspunkt für 27
29,30 Anlenkungspunkt
35 Aussteifung
40 Auswerfereinheit
50 Plastifiziereinheit
60 Formhöhenverstellung
70 Wegmessgeber
71 Kraftmesser
72 Leitung
A Antriebseinheit
C Formspannraum
F Formschließeinheit
S Spritzgießeinheit
K Kniehebelmechanismus
P Prozessor