DE3238111C1

DE3238111C1 - Hydraulikeinrichtung fuer die Formschliesseinheit einer Kunststoff-Spritzgiessmaschine

Info

Publication number: DE3238111C1
Application number: DE3238111A
Authority: DE
Inventors: Karl 7298 Loßburg Hehl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-10-14
Filing date: 1982-10-14
Publication date: 1984-03-29
Also published as: IT8323276A0; GB8327511D0; NL8303450A; CA1205965A; GB2131735A; US4565116A; GB2131735B; CH662532A5; JPS59103734A; IT1171755B

Description

Die Erfindung betrifft eine Hydraulikeinrichtung für die Formschließeinheit einer Kunststoff-Spritzgießmaschine entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei einer bekannten Hydraulikeinrichtung dieser Art (DE-OS 3044137) steht der Niederdruckraum des Druckzylinders über einen Überströmkanal mit dem Zylinderraum mindestens eines Antriebszylinders bei konstantem Durchflußquerschnitt in hydraulischer Verbindung. Eine solche Hydraulikeinrichtung ermöglicht unter anderem verhältnismäßig hohe Fahrgeschwindigkeiten beim öffnen bzw. Schließen der Spritzgießform, weil hierzu nur relativ kleine Ölmengen eingespeist bzw. abgeführt werden. Es hat sich allerdings gezeigt, daß die zu bewegenden Massen, nämlich der Formträger, die Spritzgießform sowie die Kolben der Hydraulikeinrichtung, verhältnismäßig schwer zu beherrschen sind, insbesondere wenn zugunsten einer hohen Leistung hohe Geschwindigkeiten gefahren werden Und es sich um verhältnismäßig schwere Formschließeinheiten handelt. Dies gilt vor allem für die letzte Phase der Öffnungs- bzw. Schließbewegung, die zugunsten einer hohen Schußzahl pro Zeiteinheit möglichst kurz bemessen sein soll.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Hydraulikeinrichtung der eingangs genannten Gattung derart weiterzubilden, daß einerseits auch relativ schwere Formschließeinheiten mit extrem hoher Geschwindigkeit störungsfrei betrieben werden können und andererseits auch bei bedarfsweiser niedriger Fahrgeschwindigkeit ein ruhiger, d.h. ruckfreier Lauf des Formträgers gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Durchflußquerschnitt des Überströmkanals durch ein elektrisch verstellbares Drosselventil in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Arbeitspro·: gramm steuerbar ist.

Bei einer solchen Ausbildung ist es auch möglich, die Formschließeinheit lageunabhängig einzusetzen. Sie kann ohne Beeinträchtigung der hydraulischen Funktionen aus der Horizontalen in eine vertikale Arbeitslage überführt werden, weil die in den Zylindern befindlichen Ölmengen durch das erfindungsgemäße Drosselventil entgegen der Schwerkraft gehalten werden können. Zudem kann der Betrieb bezüglich des Geschwindigkeitsablaufes der Schließ- und Öffnungsbewegung und der zeitlichen Bemessung der Bremsphasen nach Programm ablaufen.

Schließlich arbeitet die Hydraulikeinrichtung bei geringerem Unfallrisiko: Wird zum Beispiel wegen einer Störung der die Spritzgießform abdeckende Schutzschieber geöffnet, so wird zwar durch die Öffnungsbewegung üblicherweise der Hauptstromkreis der Formschließeinheit getrennt und der Hydraulikkreis gesperrt. Dadurch kommt jedoch der in hoher Fahrt befindliche Formträger nicht in allen Fällen zum sofortigen Stillstand, weil die üblichen hydraulischen Systeme nicht in der Lage sind, die kinetische Energie der bewegten Masse zu kompensieren. Eine solche Unfallgefahr ist nunmehr zuverlässig dadurch ausger schlossen, daß das regelbare Drosselventil in jedem Fall befähigt ist, bewegte Massen zu »halten«, auch wenn die anderen Sicherheitssysteme, zum Beispiel das primäre Sicherheitsventil in der Druckleitung oder die Arbeitsschieber versagen.

Ein weiterer Vorteil der Hydraulikeinrichtung besteht darin, daß eine schwer zu öffnende Spritzgießform im Bedarfsfalle ausschließlich durch eine entsprechende Einstellung der Arbeitsschieber der Hydraulikeinrichtung mit erhöhter Kraft geöffnet werden kann, ohne daß hierfür, wie bislang, zusätzliche hydraulische Kolben-Zylinder-Einheiten erforderlich sind.

Zweckmäßigerweise findet als Drosselventil ein Proportionalventil Verwendung, das als 2/2-Wege-Ventil ausgebildet ist. Eine solche »Proportional-Drossel« ist an sich bekannt (Mannesmann/Rexroth-Information 3/1982 ISSN 0722-5636, Seiten 6 .und 7). Für vorliegende Zwecke ist ein solches Drosselventil jedoch derart weiterentwickelt, daß es in gegensätzlichen Richtungen durchströmbar ist und den Durchfluß in beiden Richtungen gleichermaßen regelt.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Wegen des Grundaufbaues der Hydraulikeinrichtung im einzelnen wird auf die DE-OS 30 44 137 verwiesen. ' Ausgehend von der bekannten Hydraulikeinrichtung wird die Erfindung anhand der einzigen Figur erläutert. Diese zeigt das Schaltbild des Hydraulikkreislaufes in Verbindung mit der schematisch dargestellten Formschließeinheit.

Auf den Holmen 16 der Formschließeinheit mit stationärem Formträger 11 ist der bewegbare Formträger 13 verschiebbar gelagert. Die Kolbenstange 27 des Druckzylinders 20 und die Kolbenstangen 28 der Antriebszylinder 21 setzen am bewegbaren Formträger 13 an. Der in der Achse der Formschließeinheit liegende Druckzylinder 20 und die beiden diametral zu diesem angeordneten Antriebszylinder 21 sind durch Hülsen gebildet, die vorderseitig durch die Montageplatte 12 und rückseitig durch einen gemeinsamen Zylinderdeckel zu einer kompakten Einheit verbunden sind. Die Montageplatte 12 ist von den Kolbenstangen 27, 28" dichtend durchgriffen.. Die beim Öffnungshub der Hydraulikeinrichtung mit Drucköl beschickten Zylinderräume 51 der einseitig wirkenden Antriebszylinder 21 sind durch die Kolben 26 von rückseitigen Ausgleichsräumen 53 getrennt, die keine spezifische hydraulische Funktion haben. Die Zylinderräume 51 sind über Überströmkanäle 80a, 80a', 806 mit dem Niederdruckraum 50 des Druckzylinders 20 hydraulisch verbunden. Die Überströmkanäle 80a, 8Oa' 800 sind innerhalb der kompakten Hydraulikeinrichtung angeordnet In einer axialen Bohrung des Druckkolbens 25 bzw. der Kolbenstange 27 ist ein stationärer Tauchkol-

ίο ben 47 angeordnet, der am rückseitigen Zylinderdeckel befestigt ist Der Tauchkolben 47 bildet mit der Kolbenstange 27 eine hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit 27, 47 zum Schließen der Spritzgießform. Beim Schließhub wird der Zylinderraum 48 über einen zentralen Zuführkanal 48a im Tauchkolben 47 mit Drucköl beschickt. Rückseitig läuft der Druckkolben 25 des Druckzylinders 20 in einen Axialflansch 25a aus, an dem ein koaxialer Ring 44 anliegt. Der vor dem Druckkolben 25 liegende Niederdruckraum 50 ist über Überströmkanäle 42 mit dem Hochdruckraum 52 hydraulisch verbunden, die mit Hilfe eines hydraulisch steuerbaren Ventils schließbar sind. Das Ventil umfaßt einen Ringkolben 43, der mit einem hülsenförmigen Teil auf dem Ring 44 geführt ist. Ringkolben 43 und Ring 44 begrenzen einen Zylinderraum 61 aus dem der Ringkolben 43 beaufschlagbar ist. Druckzylinder 20 und Antriebszylinder 21 sowie die Kolben-Zylinder-Einheit 27, 47 und das Ventil für die Überströmkanäle 42 können mittels hydraulischer Schieber 64, 65, 66a nach Programm zeitlich unabhängig voneinander gesteuert werden. Dabei wird der Zylinderraum 48 über einen in der Druckleitung 69 liegenden Hauptschieber 64 (Linksstellung) über die Leitung 48c und den Zuführkanal 48a im Tauchkolben 47 mit Drucköl beschickt. Zum Aufbau des Zuhaltedruckes wird der Hochdruckraum 52 über eine mit dem Schieber 65 versehene Zweigleitung 63 mit Drucköl beschickt. Der Schieber 65 gibt die Zweigleitung 63 erst frei, wenn die Spritzgießform geschlossen ist Bei Rechtsstellung des Hauptschiebers 64 werden über eine Leitung 68 Zylinderräume 51 der Antriebszylinder 21 mit Drucköl beschickt. Der Zylinderraum 61 des die Überströmkanäle 42 steuernden Ventils wird mittels des als 4/3-Wege-Ventil ausgebildeten Steuerschiebers 66a zeitgerecht mit Drucköl versorgt, welcher in der Zweigleitung 59 der Druckleitung 69 liegt.

Die vom Hochdruckraum 52 beaufschlagte Fläche des Druckkolbens 25 ist größer als die vom Niederdruckraum 50 her beaufschlagte Fläche. Wenn der Druckkol-

ben 25 bei offenen Überströmkanälen 42 und geschlos-. senem Drosselventil 81 (Öffnen mit erhöhter Kraft) rückwärts fährt, wird ein der Volumendifferenz zwischen dem Hochdruckraum 52 und dem Niederdruckraum 50 entsprechendes Ölvolumen aus dem Druckzylinder herausgedrückt. Insgesamt sind die Volumina von Niederdruckraum 50, von Hochdruckraum 52 und den Zylinderräumen 51 so bemessen, daß beim Öffnen der Spritzgießform mit erhöhter Kraft etwa ein Fünftel des Gesamtvolumens des bei geschlossener Spritzgießform in den Zylinderräumen befindlichen Öls in den Tankraum gedrückt wird. Beim Schließen der Spritzgießform und Öffnen ohne erhöhte Kraft der Spritzgießform wird ca. ein Zwanzigstel des gesamten Ölvolumens in den Tankraum gedrückt. Der

Durchflußquerschnitt des Überströmkanals 80a, 8Oa' 806 ist durch ein elektrisch verstellbares Drosselventil 81 nach Programm steuerbar. Als Drosselventil 81 ist ein als 2/2-Wege-Ventil ausgebildetes Proportionalven-

til vorgesehen. Das Proportionalventil ist vorgesteuert, d.h. der Schieber des Proportionalventils wird nach Programm von einem im hydraulischen Teil 816 angeordneten und vom elektrischen Teil 81a aus angetriebenen Steuerkolben betätigt Somit ist eine durch das Programm vorgegebene Regelung des zeitlichen Ablaufs der Änderung des Durchflußquerschnittes des Drosselventils 81 während des Spritzzyklus möglich. Die Einhaltung der Sollwerte ist durch einen Wegaufnehmer 81c sichergestellt, der eine laufende Rückführung gewährleistet.

Das Proportionalventil ist alternativ über Steuerleitungen 82, 83, 84 vorsteuerbar. Dabei ist die Steuerleitung 82 aus dem Niederdruckraum 50, eine weitere Steuerleitung 83 aus dem Zylinderraum 51 und eine dritte Steuerleitung 84 aus einer gesonderten Druckquelle gespeist. In den Steuerleitungen 82—84 sind Rückschlagventile 85 eingefügt.

Das Proportionalventil ist jeweils über diejenige Steuerleitung 82 bzw. 83 bzw. 84 vorgesteuert, welche momentan den größten Druck aufweist Demzufolge wird üblicherweise der Beginn einer Regelbewegung über die Steuerleitung 84 eingeleitet ■

Ausgehend von einer geschlossenen Spritzgießform arbeitet die Hydraulikeinrichtung wie folgt: Zunächst wird der Zylinderraum 61 des die Überströmkanäle 42 steuernden Ventils vom Druck entlastet, so daß der Ringkolben 43 unter Freigabe der Überströmkanäle 42 in Offenstellung fahren kann. Danach werden die in rechter Stellung befindlichen Kolben 26 der Antriebszylinder 21 aus den Zylinderräumen 51 mit Drucköl beaufschlagt. Dabei gelangt das Drucköl von der Pumpe P über die Leitung 69 zum Hauptschieber 64 mit rechtsgestelltem Schieberteil und von dort über die Leitung 68 in die Zylinderräume 51. Die Kolben 26 bewegen sich gemeinsam mit dem Druckkolben 25 nach links in die in der Figur dargestellte Position. Die geschilderte Öffnungsbewegung setzt einen wenigstens teilweise offenen Überströmkanal 80a, 80a', 806 voraus; denn durch die Bewegung des Druckkolbens 25 wird öl aus dem Hochdruckraum 52 über die Überströmkanäle 42 in den sich laufend vergrößernden Niederdruckraum 50 verdrängt. Der Niederdruckraum 50 kann jedoch das gesamte öl des größeren Hochdruckraumes nicht aufnehmen. Demzufolge wird ein Teil dieses Öls über den Abschnitt 806 des Überströmkanals zum Drosselventil 81 und von dort über die Abschnitte 80a'und 80a in die Zylinderräume 51 gedrückt Dank der Regelbarkeit des Durchflußquerschnittes des Überströmkanals 80a, 80a', 806 ist auch die Geschwindigkeit der Öffnungsbewegung in jeder Phase ihres Ablaufes nach Programm regelbar. Insbesondere ist eine zeitgerechte und rasche Abbremsung der in der Regel mit hoher Geschwindigkeit bewegten Massen von Formträger 13, Kolben 25,26 und Kolbenstangen 27,28 in der letzten Phase der Öffnungsbewegung möglich.

Beim nachfolgenden Schließen der Spritzgießform wird der Tauchkolben 47 aus dem Zylinderraum 48 heraus beaufschlagt Dadurch bewegt sich der Druckkolben 25 gemeinsam mit dem Kolben 26 nach rechts, wobei etwa ein Zwanzigstel des Gesamtölvolumens aus der Hydraulikeinrichtung in den Tankraum 72 verdrängt wird. Das bei der Schließbewegung aus den Zylinderräumen 51 verdrängte Öl gelangt über die Abschnitte 80a, 80a' zum Drosselventil 81 und von dort über den Abschnitt 806 in den Niederdruckraum 50 und über die offenen Überströmkanal 42 in den Hochdruckraum 52. Der programmgemäßen Regelung des Durchflußquerschnittes im Drosselventil 81 entspricht eine Regelung des Geschwindigkeitsablaufes der Schließbewegung.

Für das Schließen der Spritzgießform ist ohne Bedeutung, daß der Druckkolben 25 vom Hochdruckraum 52 her mit größerer Fläche beaufschlagbar ist als vom Niederdruckräum 50 her; denn die genannte Differenz der beaufschlagten Flächen am Druckkolben 25 ist ohne Wirkung, solange kein Drucköl in den Druckzylinder 20 eingespeist wird. Die Kraft für das Schließen der Spritzgießform wird daher in der Regel ausschließlich von der durch den Tauchkolben 47 und den Zylinderraum 48 repräsentierten Kolben-Zylinder-Einheit erzeugt.

Alle Bewegungen des bewegbaren Formträgers 13 erfolgen durch Überwindung eines mehr oder weniger großen vorprogrammierten, im Drosselventil 81 verursachten hydraulischen Widerstandes, durch welchen auch bei langsamer Bewegung großer bewegter Massen deren ruhiger Lauf gewährleistet ist.

Bei senkrecht angeordneter Formschließeinheit »hängt« die durch den bewegbaren Formträger 13, die Kolbenstange 28 und die Kolben 26, 25 repräsentierte Masse im hydraulischen System. Dies im Gegensatz zur horizontalen Formschließeinheit, bei welcher die genannten Bauteile mehr oder weniger gewichtsneutral für das hydraulische System sind. Dank einer möglichen Regelung des Durchflußquerschnittes im Drosselventil 81, gegebenenfalls bis auf Null, kann den geschilderten unterschiedlichen Bedingungen bei unterschiedlicher Lage der Formschließeinheit im Raum Rechnung getragen werden, so daß die Formschließeinheit lageunabhängig nach Programm arbeiten kann.

Sofern ein öffnen der Spritzgießform mit erhöhter Kraft erforderlich ist, wird der Hauptschieber 64 in Rechtsstellung und der Steuerschieber 66a in Linksstellung gesteuert und das Drosselventil 81 geschlossen. Dadurch kann das bei offenen Überströmkanälen 42 aus dem Hochdruqkraum 52 in den Niederdruckraum 50 verdrängte Öl nahezu druckfrei in den Tank 72 gelangen, so daß für das »Aufreißen« der Spritzgießform ein ausreichender Druck, zum Beispiel eine fünffache Öffnungskraft, verfügbar ist

Vor Aufbau des Zuhaltedruckes werdeil die Überströmkanäle 42 des Druckkolbens 25 geschlossen. Hierbei wird der Zylinderraum 61 über die Leitung 59 bei rechtsgestelltem Steuerschieber 6Sa mit Drucköl beschickt, so daß der Ringkolben 43 in Schließposition geht. Gleichzeitig wird bei linksgestelltem Hauptschieber 64 und rechtsgestelltem Schieber 65 der Hochdruck im Hochdruckraum 52 aufgebaut Der Druck im Zylinderraum 48 des Tauchkolbens 47 bleibt bestehen. Demzufolge sind für den Zuhaltedruck sowohl die aus dem Zylinderraum 48 beaufschlagten Flächen als auch die Flächen des Druckkolbens 25 wirksam.

Hierzu !.Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Hydraulikeinrichtung für die Formschließeinheit einer Kunststoff-Spritzgießmaschine, bei der eine Spritzgießform mit Hilfe wenigstens eines hydraulischen Antriebszylinders mit kleiner Kraft in Offenstellung und/oder Schließstellung verschiebbar und mit Hilfe eines in der Achse der Formschließeinheit liegenden hydraulischen Druckzylinders mit großer Kraft in Schließstellung beaufschlagbar ist, to bei der die vor und hinter dem Druckkolben liegenden Zylinderräume (Hochdruckraum; Niederdruckraum) über Überströmkanäle miteinander in Verbindung stehen, die mit Hilfe eines Ventils absperrbar sind, bei der der Kolben des Antriebszylinders mit dem Kolben des Druckzylinders zu einer Bewegungseinheit verbunden ist und bei der der Niederdruckraum des Druckzylinders mit dem Zylinderraum des Antriebszylinders über einen Überströmkanal in hydraulischer Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußquerschnitt des - Überströmkanals (80a, SOb) durch ein elektrisch verstellbares Drosselventil (81) in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Arbeitsprogramm steuerbar ist.

2. Hydraulikeinrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Drosselventil (81) ein in gegensätzlichen Richtungen durchströmbares Proportionalventil vorgesehen ist

3. Hydraulikeinrichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Pröportionalventil als 2/2-Wege-Ventil ausgebildet und der Durchflußquerschnitt unter der Kontrolle eines Wegaufnehmers (81c,) von einem Maximum bis auf Null regelbar ist. .

. 4. Hydraulikeinrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselventil (81) alternativ über Steuerleitungen (82—84) vorsteuerbar ist, von welchen eine (82) aus dem Niederdruckraum (50) des Druckzylinders (20), eine weitere (83) aus dem Antriebszylinder (21) und eine weitere (84) aus einer gesonderten Druckquelle gespeist ist.

5. Hydraulikeinrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Steuerleitungen (82—84) Rückschlagventile (85) eingefügt sind und das Drosselventil (81) jeweils über diejenige Steuerleitung (82; 83; 84) vorgesteuert ist, welche den größten Druck aufweist.

6. Hydraulikeinrichtung nach einem der vorherge- so henden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederdruckraum (50) des Druckzylinders (20) über ein 4/3-Wege-Ventil (66a; mit dem. Tank (72) verbindbar ist.

7. Hydraulikeinrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, bei der für das Öffnen der Spritzgießform zwei diametral zum Druckkolben angeordnete, einseitig wirkende Arbeitszylinder (21) und für das Schließen der Spritzgießform ein in der Achse der Hydraulikeinrichtung liegender stätionärer Tauchkolben (47) vorgesehen ist, der mit der Kolbenstange (27) des Druckkolbens (25) eine hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit (27,47) bildet, bei der die vom Hochdruckraum (52) beaufschlagte Fläche des Druckkolbens (25) größer ist als die vom Niederdruckraum (50) her beaufschlagte Fläche und bei der bei offenen Überströmkanälen (42) des Druckkolbens. (25) ein der Volumendifferenz zwrschen Hochdruckraum (52) und Niederdruckraum (50) entsprechendes Flüssigkeitsvolumen aus dem Druckzylinder (20) sowie das Flüssigkeitsvolumen aus dem Zylinderraum (48) des Tauchkolbens (47) gedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Öffnen der Spritzgießform mit erhöhter Kraft das Drosselventil (81) geschlossen ist.

8. Hydraulikeinrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, gekennzeichnet durch eine solche Bemessung der Volumina von Niederdruckraum (50), Hochdruckraum (52), Zylinderraum (48) und der Zylinderräume (51) zweier Antriebszylinder (21), daß beim Öffnen der Spritzgießform mit erhöhter Kraft cirka ein Fünftel des Gesamtvolumens des bei geschlossener Spritzgießform in den Räumen (50,52,48,51) befindlichen Öls in den Tank (72 und 71) gedrückt wird (öffnen der Spritzgießform mit erhöhter Kraft).

9. Hydraulikeinrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, gekennzeichnet durch eine solche Bemessung der Volumina vom Niederdruckraum (50), Hochdruckraum (52), Zylinderraum (48) und der Zylinderräume (51) zweier Antriebszylinder (21), daß beim Öffnen der Spritzgießform cirka ein Zwanzigstel des Gesamtvolumens des bei geschlossener Spritzgießform in den Räumen befindlichen Öls aus dem Zylinderraum (48) in den Tank (71) gedrückt wird (schnelles Öffnen).