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Title:
LINEAR AND ROTARY ACTUATOR DRIVEN BY AN ELECTROMOTOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/080316
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a linear and rotary actuator that is driven by an electromotor, especially for reciprocating-screw plasticizers of injection molding machines. An injection unit for an injection molding machine comprises a linear actuator (3) that drives the reciprocating-screw plasticizer (2) in a lifting motion, and a rotary actuator (4) that drives the reciprocating-screw plasticizer in a rotating motion by means of an electromotor and that is coaxial to the linear actuator. A rotor (15) is rigidly linked with the reciprocating-screw plasticizer, not allowing neither lifting nor rotating motions, and is coupled with the stator of the rotary actuator via magnetic pole systems (16, 17) so as to transmit a torque. The aim of the invention is to provide an actuators that substantially reduce the inertia of masses effective during the injection stroke of the reciprocating-screw plasticizer and that do not require complicated sliding bearings that might negatively influence the transmission of torque. For this purpose, the rotor of the rotary actuator is mounted so as to be axially displaceable relative to the stator irrespective of its rotation. One of the stator- or rotor-mounted magnetic pole systems of the rotary actuator is extended relative to the other magnetic pole system corresponding to the stroke of the linear actuator while the housings (5) of the linear and the rotary actuator are firmly interlinked.

Inventors:
Ickinger, Georg Michael (Weg zum Reinerkogel 37, Graz, A-8010, AT)
Gowda, Harish Kittappa (D2 Harrington Road Chetpet, Chennai 1, 600 03, IN)
Mangalasseril, Saju (5 Plot No. 29, Teachers Colony, Chennai 0, 600 02, IN)
Shanmugham, Sivakumar (4A TL Raghupathy Street, Chennai 4, 600 04, IN)
Mathrubootmam, Kumar (30 Sabapathy Street, Chennai 1, 600 09, IN)
Sukumaran, Vivek Anand (Plot No. 19, Puruvanooru Street, Chennai 3, 600 07, IN)
Application Number:
PCT/EP2003/002558
Publication Date:
October 02, 2003
Filing Date:
March 12, 2003
Export Citation:
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Assignee:
DEMAG ERGOTECH GMBH (Altdorfer Strasse 15, Schwaig, 90571, DE)
L & T-DEMAG PLASTICS MACHINERY PRIVATE LIMITED (Mount-Poonamallee Road, Post Bag No. 986, Chennai 9, 600 08, IN)
Ickinger, Georg Michael (Weg zum Reinerkogel 37, Graz, A-8010, AT)
Gowda, Harish Kittappa (D2 Harrington Road Chetpet, Chennai 1, 600 03, IN)
Mangalasseril, Saju (5 Plot No. 29, Teachers Colony, Chennai 0, 600 02, IN)
Shanmugham, Sivakumar (4A TL Raghupathy Street, Chennai 4, 600 04, IN)
Mathrubootmam, Kumar (30 Sabapathy Street, Chennai 1, 600 09, IN)
Sukumaran, Vivek Anand (Plot No. 19, Puruvanooru Street, Chennai 3, 600 07, IN)
International Classes:
B29C45/50; H02K16/00; H02K5/167; H02K5/173; (IPC1-7): B29C45/50; H02K5/173; H02K7/06
Foreign References:
DE4344335A11995-06-29
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 009, no. 294 (M-431), 20. November 1985 (1985-11-20) -& JP 60 132721 A (FANUC KK), 15. Juli 1985 (1985-07-15)
Attorney, Agent or Firm:
Wilhelm, Ludwig (Mannesmann Plastics Machinery GmbH, FS Krauss-Maffei-Strasse 2, München, 80997, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Elektromotorischer Steller (Linearund DrehStellantrieb), insbesondere für die Plastifizierschnecke einer Spritzgießmaschine, mit einem das zu stellende Element, insbesondere die Plastifizierschnecke, hubbeweglich antreibenden Linearantrieb und einem zu diesem koaxialen, das zu stel lende Element, insbesondere die Plastifizierschnecke, rotativ antreiben den, elektromotorischen Drehantrieb mit einem hubund drehfest mit dem zu stellenden Element, insbesondere der Plastifizierschnecke, ver bundenen, mit dem Stator des Drehantriebs über Magnetpolanordnun gen drehmomentübertragend verkoppelten Rotor, dadurch gekennzeich net, dass der Rotor (15) des Drehantriebs (4) bezüglich des Stators drehunabhän gig axial verschieblich gelagert und eine der statoroder rotorseitigen Magnetpolanordnungen (16) des Drehantriebs gegenüber der anderen Magnetpolanordnung (17) dem Hubweg des Linearantriebs (3) entspre chend verlängert ist, während die Gehäuse (5) des Linearund des Drehantriebs fest miteinander verbunden sind.
2. Elektromotorischer Steller nach Anspruch 1, mit einem aus einem Elekt romotor und einem nachgeschalteten Spindelgetriebe bestehenden Li nearantrieb, dadurch gekennzeichnet, dass das hubbeweglich angetriebene Getriebeelement (12) des Linearantriebs (3) hubund drehfest mit dem Rotor (15) des Drehantriebs (4) verbunden ist.
3. Elektromotorischer Steller nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromotore des Linearund des Drehantriebs (3,4) unabhängig voneinander drehzahlregelbar sind.
4. Elektromotorischer Steller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerstellen des Rotors (15) des Drehantriebs (4) als Gleitlager (13, 14) ausgebildet sind.
5. Elektromotorischer Steller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die statorseitige Magnetpolanordnung (16) des Drehantriebs (4) länger als die rotorseitige Magnetpolanordnung (17) bemessen ist.
Description:
Elektromotorisch betriebener Linear-und Drehstellantrieb Die Erfindung bezieht sich auf einen elektromotorisch betriebenen Linear-und Drehstellantrieb, auch elektromotorischer Steller genannt, gemäß dem Ober- begriff des Patentanspruchs 1. Bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung sind Linear-und Drehstellantriebe bei Spritzgießmaschinen wie sie insbesonde- re für die Plastifzierschnecke eines Einspritzaggregates einer Spritzgießma- schine vorgesehen sind.

Bei den aus der DE 43 44 335 C2 bekannten Einspritzaggregaten mit zuein- ander koaxialen, elektromechanischen Dreh-und Linearantrieben für die Plastifizierschnecke sind die beiden Antriebsgehäuse fest miteinander verbun- den, während der Rotor des Drehantriebs drehschlüssig, aber axial ver- schieblich an den hubbeweglichen Schneckenschaft angeschlossen ist. Ein derartiger Schiebesitz, der in den Antriebsphasen der Plastifizierschnecke ho- hen Drehmomenten-Wechselbelastungen ausgesetzt und zumeist als wälzkör- perbestückte Keilwellenverzahnung ausgebildet ist, erfordert eine aufwändige Präzisionsfertigung und ist verschleißanfällig und dementsprechend wartungs- bedürftig.

Bei den Einspritzaggregaten der eingangs genannten Art hingegen, wie sie et- wa aus der EP 0 331 736 A1 oder EP 0 350 872 A1 bekannt sind, wird auf ei- nen derart hochbelasteten Schiebesitz verzichtet und stattdessen der Rotor des Drehantriebs hub-und drehfest mit der Plastifizierschnecke verbunden, wobei der gesamte Drehantrieb an außenliegenden und somit weiter weniger stark drehmomentbelasteten Linearführungen verschieblich gelagert ist und durch

den Linearantrieb gemeinsam mit der Plastifizierschnecke in Axialrichtung ver- fahren wird. Aus der Einbeziehung des Drehantriebs in die Translati- onsbewegungen der Plastifizierschnecke ergeben sich allerdings vor allem bei schnellen Hubbewegungen deutlich erhöhte Massenträgheitskräfte und daraus resultierend entsprechend erhöhte Leistungsanforderungen an den Schne- ckenantrieb.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Einspritzaggregat der eingangs genannten Art so auszubilden, dass unter Verzicht auf baulich aufwändige Lagerungen die beim Hub der Plastifizierschnecke mit dieser mitbewegte Masse gering gehal- ten wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen elektromotorischen Steller (Linear-und Drehstellantrieb) mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst Erfindungsgemäß wird der Rotor des Drehantriebs in Axialrichtung gemeinsam mit der Plastifizierschnecke als zu stellendes Element mitbewegt, während der Stator und vor allem das Gehäuse des Drehantriebs nicht mitverschoben wer- den. Der daraus resultierende Vorteil geringer Massenträgheitskräfte verbindet sich mit einer erheblichen baulichen Vereinfachung der Lagerstellen, für die anstelle von hochbelasteten Schiebelagern zwischen Dreh-und Hubantrieb einfache und-zumindest theoretisch-von Antriebsmomenten unbelastete Gleit-und Drehlager für den Rotor des Drehantriebs verwendbar sind.

Im Hinblick auf eine weitere bauliche Vereinfachung kann das hubbeweglich angetriebene Getriebeelement des Linearantriebs hub-und drehfest mit dem Rotor des Drehantriebs verbunden sein und somit auch auf ein zwischen die- sen befindliches Axiallager verzichtet werden. Dabei wird eine feinfühlige Steu- erung der Schneckenhub-und-drehbewegungen dadurch ermöglicht, dass die

Elektromotore des Linear-und des Drehantriebs unabhängig voneinander dreh- richtungsumkehrbar und drehzahlregelbar sind.

Um die Masse des Drehantrieb-Rotors selbst möglichst klein zu halten, ist die verlängerte Magnetpolanordnung auf Seiten des Stators vorgesehen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Be- schreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen in stark schematisierter Darstellung : Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Einspritzaggregats nach der Erfindung in der Schnecken-Rückhubposition ; und Fig. 2 das Einspritzaggregat nach Fig. 1 in der Schnecken-Vor- schubposition.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Einspritzaggregates einer Spritz- gießmaschine näher beschrieben werden. Das von dem elektromotorischen Steller zu stellende Element ist in diesem Fall die Plastifizierschnecke. Der er- findungsgemäße elektromotorische Steller kann jedoch auch in anderen Berei- chen der Technik verwendet werden, wo eine kombinierte Linear-und Drehbe- wegung gewünscht ist.

Die Fig. zeigen die rückwärtigen Teilstücke des Plastifizierzylinders 1 und der darin gelagerten Plastifizierschnecke 2 einer ansonsten nicht näher dargestell- ten Spritzgießmaschine. Angetrieben wird die Plastifizierschnecke 2 durch ei- nen Linearantrieb 3 und einen Drehantrieb 4, die in einem gemeinsamen Ge- häuse 5 untergebracht und jeweils als elektrischer Hohlwellenmotor ausgebildet sind. Der Rotor 6 des Linearantriebs 3, der in üblicher Weise über Wälzlager 7 drehbar, aber axial unverschieblich am Gehäuse 5 gelagert ist und über stator-

bzw. rotorseitige, durch einen engen Luftspalt voneinander getrennte Magnet- polanordnungen 8 bzw. 9 in Drehrichtung angetrieben wird, besitzt eine axiale Verlängerung 10, welche als Spindelmutter ausgebildet ist, die gemeinsam mit dem Spindelwellenstück 11 einer zentralen, fest mit der Plastifizierschnecke 2 verbundenen Antriebswelle 12 ein Kugelspindelgetriebe bildet. Die Antriebs- welle 12 ist beidseitig jeweils über Gleitlager 13,14, oder auch kombinierte Gleit-/Kugellager, drehbar und axial verschieblich am Gehäuse 5 bzw. am Rotor 9 des Linearantriebs 3 gelagert.

Der Hohlwellenrotor 15 des Drehantriebs 4, der das Spindelwellenstück 11 un- ter Freilassung eines die Spindelmutter 10 aufnehmenden Ringraums um- schließt, ist dreh-und in Axialrichtung verschiebefest mit der Antriebswelle 12 verbunden. Die statorseitige Magnetpolanordnung 16 des Drehantriebs 4 ist länger als die rotorseitige-17-ausgebildet, derart, dass der Rotor 15 unab- hängig von seiner Hubposition magnetisch gleich gut mit dem Stator verkoppelt bleibt.

Im Betrieb führt die Plastifizierschnecke 2 prinzipiell zwei Bewegungen aus.

Beim Einspritzen wird die Schnecke 2 axial nach vorne geschoben und rotiert nicht. Beim Plastifizieren rotiert die Schnecke 2 und wird durch das plastifizierte und in den Schneckenvorraum geförderte Material axial nach hinten gescho- ben. Dabei wird eine definierte Gegenkraft (Staudruck) aufgebracht.

Ausgehend von der in Fig. 1 dargestellten Rückhublage der Plastifzierschnecke 2 wird die Spindelmutter 10 in der Einspritzphase durch den Linearantrieb 3 relativ zum Drehantrieb 4 gedreht, so dass das Spindelwellenstück 11 gemein- sam mit der Antriebswelle 12 und damit auch der Plastifizierschnecke 2 und dem Rotor 15 des Drehantriebs 4 axial vorgeschoben wird (Fig. 2). In der Plastifizierphase dreht der Drehantrieb 4 die Plastifizierschnecke 2 über den Rotor 15 und die Antriebswelle 12, und der Linearantrieb 3 dreht mit einer an-

deren Drehzahl. In Abhängigkeit von der Drehzahl und der Drehzahldifferenz der beiden Antriebe 3 und 4 lassen sich die Hub-oder die Rotationsgeschwin- digkeit, aber auch eine kombinierte Hub-und Rotationsgeschwindigkeit der Plastifizierschnecke 2 in weiten Grenzen variabel einregulieren. So ergibt sich eine maximale Hubgeschwindigkeit, wenn beide Antriebe 3,4 gegensinnig zu- einander drehen.