Beschreibung

Spritzgießmaschine

Die Erfindung betrifft eine Spritzgießmaschine, welche eine Einspritzeinheit, eine Schließeinheit und eine Vorplastifi- zierungseinheit aufweist.

Sowohl die Einspritzeinheit als auch die Schließeinheit wei- sen elektrische Antriebe auf, wobei der elektrische Antrieb der Einspritzeinheit zum Einspritzen von Schmelzmaterial dient und der elektrische Antrieb der Schließeinheit zur Schließung eines Werkzeugs dient, wobei in das Werkzeug Schmelzmaterial einspritzbar ist. Nach dem Einspritzen, dem darauf folgenden Abkühlen und öffnen des Werkzeugs ist ein

Spritzgießteil entstanden. In einer Spritzgießmaschine werden Spritzgießteile nacheinander gespritzt. Dabei gibt eine Zyk ^¬ luszeit an, wie viel Zeit benötigt wird, um ein Spritzgieß ^¬ teil herzustellen. Die Zykluszeit hängt beispielsweise von der Verwendung bestimmter elektrischer Antriebe ab. Um hohe Momente oder Geschwindigkeiten zu erreichen werden Getriebe eingesetzt. Abhängig vom Werkzeug können innerhalb eines Zyk ^¬ lus auch mehrere Spritzgießteile hergestellt werden. In die ^¬ sem Fall weist das Werkzeug eine Form auf, welche das gleich- zeitige Spritzen mehrerer Spritzgießteile ermöglicht.

Zur Herstellung von optischen Datenträgern wie z.B. CD's oder DVD" s sind Spritzgießmaschinen bekannt, welche mit hydrauli ^¬ schen und/oder rotatorischen elektrischen Antrieben ausges- tattet sind. Dabei weist eine Einspritzseite eine oder mehre ^¬ re Schubschneckensysteme auf. Mit Hilfe der bekannten An ^¬ triebstechnik können Zykluszeiten zwischen 2 und 3 Sekunden erreicht werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, auf einfache Weise die Zykluszeit zu verkürzen.

Die Lösung der Aufgabe gelingt bei einer Spritzgießmaschine, welche die Merkmale nach Anspruch 1 aufweist. Weitere Lösun ^¬ gen der Aufgabe ergeben sich gemäß den Weiterbildungen der Spritzgießmaschine nach den abhängigen Ansprüche 2 bis 5.

Bei einer Spritzgießmaschine, welche insbesondere zum Spritz ^¬ prägen vorgesehen ist, wobei die Spritzgießmaschine zumindest folgende Einheiten aufweist: Eine Einspritzeinheit, eine Schließeinheit und eine Vorplastifizierungseinheit , werden Linearmotoren zum Antrieb beweglicher Teile verwendet. Ein Linearmotor ist zum Antrieb der Schließeinheit vorgesehen. Ein weiterer Linearmotor ist zum Antrieb der Einspritzeinheit vorgesehen. Durch die Verwendung von Linearmotoren sowohl bei der Schließeinheit wie auch bei der Einspritzeinheit, ist es möglich, die Zykluszeit zu verringern, da Linearmotoren als Direktantriebe einsetzbar sind und diese eine hohe Beschleu ^¬ nigung, wie auch hohe Kräfte aufbringen können.

Mittels einer Vorplastifizierungseinheit ist eine Vorplasti- fizierung zum Beispiel mittels eines Extruders möglich. Der Extruder fördert plastifiziertes Granulat in einem Schmelze ^¬ speicher, welcher ein variables Volumen von plastifiziertem Granulat aufnehmen kann. Vom Schmelzespeicher ist das plasti- fizierte Granulat, also die Schmelze, an eine Einspritzein- heit führbar. Der Schmelzespeicher ist mit der Einspritzeinheit beispielsweise über ein Ventil verbunden. Die Ein ^¬ spritzeinheit ist beispielsweise eine Kolbeneinspritzeinheit, welche einen Kolben aufweist, der mittels des Linearmotors für die Einspritzeinheit linear bewegbar ist.

Im Gegensatz zu konventionellen Spritzgießmaschinen kommt ist eine Vorplastifizierung mittels eines Extruders einsetzbar, welcher die Schmelze, z.B. plastifiziertes Granulat, in einen Schmelzspeicher mit variablem Volumen fördert. Der Schmelze- Speicher kann danach die Schmelze an eine Kolbeneinspritzeinheit übergeben. Die Kolbeneinspritzeinheit ist ohne eine Schnecke ausführbar.

Bei einer Spritzgießmaschine, welche eine Kolbeneinspritzein ^¬ heit aufweist, ist vorteilhafterweise der Kolben der Ein ^¬ spritzeinheit mittels eines Linearmotors bewegbar. Der Line ^¬ armotor ermöglicht eine schnelle, exakte Bewegung des Kolbens bei Aufbringung hoher Einspritzkräfte.

Durch den Einsatz von Linearmotoren, gewinnt die Spritzgießmaschine an Dynamik, da die eingesetzten Linearmotoren hochdynamische elektrische Maschinen sind. Hierdurch lassen sich Nebenzeiten wie z.B. eine Beschleunigungszeit reduzieren. Mit Linearmotoren sind zudem sehr exakte Bewegungen möglich, was insbesondere der notwendigen hohen Genauigkeit bei der Her ^¬ stellung optischer Datenträger entgegen kommt.

Der Einsatz von Linearmotoren sowohl bei der Schließeinheit als auch bei der Einspritzeinheit in Verbindung mit einer Vorplastifizierung ermöglicht also kleine Zykluszeiten, da stetig vorplastifiziertes Material als Schmelze vorliegt. Das vorplastifizierte Material dient der Ausbildung eines Spritz- gutes. Sowohl das Schließen eines Werkzeuges, wie auch der

Einspritzvorgang können jeweils mit einem Linearmotor schnell und präzise erfolgen. Zur Vorplastifizierung wird insbesondere eine Vorplastifizierungseinheit verwendet, welche zum Beispiel einen Schmelzespeicher und eine Aufschmelzeinrich- tung aufweist. Die Aufschmelzeinrichtung weist zumindest eine Heizeinrichtung und ein Mittel zur Beförderung des Schmelzematerials auf.

Die Verwendung einer kontinuierlichen Vorplastifizierung, z.B. mittels einer Schneckenvorplastifizierung, hat den Vor ^¬ teil, dass die zum Spritzen notwendige Schmelze parallel zum Einspritzen plastifiziert , d.h. aufgeschmolzen werden kann. Ein weiterer Vorteil ist es, dass man durch die Schneckenvorplastifizierung eine thermisch und mechanisch äußerst ho- mögen aufbereitete Schmelze erhält. Eine erfindungsgemäß aus ^¬ gestaltete Spritzgießmaschine bietet somit die Möglichkeit mit verkürzten Zykluszeiten und hoher Präzision insbesondere optische Datenträger herzustellen.

Ist die Spritzgießmaschine eine Spritzgießmaschine zum Spritzprägen, so ergeben sich durch die Verwendung von Linearmotoren für die Schließeinheit und für die Einspritzeinheit besondere Vorteile. Beim Spritzprägen erfolgt das Schließen des Werkzeuges durch die Schließeinheit und das Einspritzen der Schmelze teilweise gleichzeitig. Diese Gleichzeitigkeit ist bei herkömmlichen Spritzgießmaschinen, welche zum Spritzprägen nicht vorgesehen sind, nicht vorhanden. Durch die Gleichzeitigkeit bzw. das überlappen des Schließvorganges mit dem Einspritzvorgang ergeben sich erhöhte Anforderungen bezüglich einer präzisen Bewegung der Schließeinheit bzw. der Einspritzeinheit. Diese hohen Anforderungen bezüglich einer exakten Bewegung, welche im hohen Maße aufeinander abgestimmt sein müssen, lassen sich besonders einfach und vorteilhafter Weise durch den Einsatz von Linearmotoren als lineare Antriebseinheiten erzielen, da Linearmotoren hohe Beschleunigungen und Kräfte bei einer gleichzeitigen exakten Lagepositionierung aufbringen können. Vorteilhafter weise werden folglich sowohl für das Schließen, das Prägen und das Ein- spritzen Linearmotoren verwendet.

Das Spritzprägen wird insbesondere dann angewandt, wenn bei ^¬ spielsweise niedrige Einspritzdrücke der Schmelze in ein Werkzeug gefordert sind. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn das Spritzgut derart herzustellen ist, das dieses wenig innere Spannungen aufweist. Dies ist beispielsweise bei der Herstellung von Gütern notwendig, welche eine großflächige Ausdehnung aufweisen, wie beispielsweise Scheiben für, zum Beispiel Fenster oder auch optische Datenträger, wie CD 's, CD ROM's, DVD 's, usw. Gerade bei optischen Datenträgern ist es nachteilig, wenn das Material eine hohe Spannung aufweist, da die Funktionalität eines derartigen optischen Datenträgers beeinträchtigt werden kann. Die Erfindung betrifft also auch insbesondere eine Spritzgießmaschine, welche zur Herstellung von optischen Datenträgern herangezogen wird.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Spritzgießmaschine weist diese wie oben beschrieben, eine Vorplastifizierungs-

einheit auf, wobei die Vorplastifizerungseinheit einen Schmelzespeicher aufweist. Der Schmelzespeicher beeinflusst die Qualität der Spritzgießmaschine dahingehend, dass leicht zu gewährleisten ist, dass stets eine Schmelze für den Spritzguss zur Verfügung steht, welche auf einfache Art in einem gleich bleibend homogenen Zustand bereitgestellt ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Einspritzeinheit eine Kolbeneinspritzeinheit. Die Kolbenein- spritzeinheit ist besonders vorteilhaft mit der Vorplasti- fizierungseinheit verwendbar, da die Einspritzeinheit nunmehr nur noch eine Linearbewegung auszuführen hat und der sonst übliche Einsatz einer Schnecke nicht notwendig ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Spritzgießmaschine weist sowohl die Einspritzeinheit eine Heizein ^¬ richtung auf, wie auch die Vorplastifizierungseinheit eine Heizeinrichtung aufweist. Durch diese zumindest zwei Heiz ^¬ einrichtungen ist wiederum gewährleistet, dass in einfacher Weise gleich bleibende Bedingungen für den Spritzvorgang hergestellt werden können.

Eine Spritzgießmaschine der erfindungsgemäßen Art ist weiter ^¬ hin dahingehend ausgestaltbar, dass die Spritzgießmaschine eine Regelungseinrichtung aufweist, die zur Regelung des Linearmotors für die Schließeinheit und zur Regelung des Line ^¬ armotors für die Einspritzeinheit vorgesehen ist.

Ist die lineare Antriebseinheit, welche insbesondere als ein Linearmotor ausgeführt ist, sowohl bei der Schließeinheit wie auch bei der Einspritzeinheit mittels nur genau einer Rege ^¬ lungseinrichtung regelbar, so reduzieren sich Totzeiten, welche sich durch die Verwendung eines Busses zwischen zwei Regelungseinheiten ausbilden, wobei jede Regelungseinheit je- weils die Regelung der linearen Antriebseinheit der Schließ ^¬ einheit und für die lineare Antriebseinrichtung der Einspritzeinheit vorgesehen ist. Die Regelungseinrichtung ist z.B. derart ausgebildet, dass diese die Lageregelung, die Ge-

schwindigkeitsregelung und die Kräfteregelung für beide linearen Antriebseinheiten aufweist. Mittels der Regelung der Kräfte ergibt sich insbesondere auch die Regelung von Momen ^¬ ten .

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Regelungseinrichtung auch die Stromregelung für beide linearen Antriebseinheiten auf. Also die lineare Antriebseinheit der Schließeinheit und die lineare Antriebseinheit für die Ein- spritzeinheit. Die Regelungseinrichtung ist hierfür mit je ^¬ weils einer Stromrichtereinheit für den Antrieb der Schließ ^¬ einheit und für den Antrieb der Einspritzeinheit verbunden. Die jeweilige Stromrichtereinheit weist Leistungshalbleiter Bauelemente und eine entsprechende Stromrichterschaltung auf. Durch die Verwendung einer Regelungseinrichtung für zumindest zwei lineare Antriebseinheiten ergeben sich kurze Signallaufzeiten und eine Verbesserung der Spritzgüte und eine Reduzie ^¬ rung der Zykluszeit.

Beispiele für eine erfindungsgemäße Ausgestaltung einer

Spritzgießmaschine sind in der Zeichnung angegeben. Dabei zeigt :

FIG 1 eine Spritzgießmaschine, FIG 2 eine Schließeinheit,

FIG 3 eine lineare Antriebseinheit,

FIG 4 eine Einspritzeinheit,

FIG 5 einen ersten Zyklus eines Spritzgießvorgangs und

FIG 6 einen zweiten Zyklus eines Spritzvorganges.

Die Darstellung gemäß FIG 1 zeigt eine Spritzgießmaschine 1. Die Spritzgießmaschine 1 weist ein Grundgestell 15 auf. Auf dem Grundgestell 15 befindet sich eine Einspritzeinheit 3 und eine Schließeinheit 5. Sowohl die Einspritzeinheit 3 wie auch die Schließeinheit 5 weisen lineare Antriebseinheiten 9 und

11 auf. Die linearen Antriebseinheiten 9, 11 weisen zumindest einen Linearmotor auf, welcher in der Darstellung gemäß FIG 1

jedoch nicht dargestellt ist. In der FIG 1 ist ferner eine Vorplastifizierungseinheit 7 dargestellt.

Die Kombination des Einsatzes von Linearmotoren zum Antrieb: a) einer Einspritzeinheit 3, welche insbesondere als Kol ^¬ beneinspritzeinheit ausgeführt ist und b) einer Schießeinheit 5

ist zusammen mit dem Einsatz einer Vorplastifizierung und ei- nes Schmelzspeichers 41 zur Versorgung der Einspritzeinheit besonders vorteilhaft für die Herstellung von optischen Da ^¬ tenträgern mittels eines Spritzprägevorganges, wobei die op ^¬ tischen Datenträger zumindest teilweise aus einem Kunststoff bestehen .

Die Darstellung gemäß FIG 2 zeigt eine Schließeinheit 5. Die Schließeinheit 5 weist eine lineare Antriebseinheit 11 auf. Die lineare Antriebseinheit 11 weist beispielsweise zwei nicht dargestellte Linearmotoren auf, die zum Vorschub von Vorschubstangen 53 vorgesehen sind. Die Vorschubstangen sind zur linearen Bewegung einer bewegten Werkzeugplatte 19 vorgesehen. Die bewegte Werkzeugplatte 19 bildet zusammen mit ei ^¬ ner feststehenden Werkzeugplatte 17 das Werkzeug der Spritzgießmaschine 1.

Die Darstellung gemäß FIG 3 zeigt eine lineare Antriebs ^¬ einheit 54 für Einspritzeinrichtung. Die lineare Antriebseinheit 54 weist vier Linearmotoren 55, 56, 57 und 58 auf. Die Linearmotoren 55, 56, 57 und 58 weisen jeweils ein Primärteil und ein Sekundärteil auf, wobei das Sekundärteil des Linear ^¬ motors 55 mit dem Bezugszeichen 27 bezeichnet ist und das Se ^¬ kundärteil des Linearmotors 56 mit dem Bezugszeichen 28 be ^¬ zeichnet ist. Das Sekundärteil des Linearmotors 58 ist in der Figur 3 nur mit der Hälfte eines Primärteils 25 des Linearmo- tors 58 gezeigt. Das Sekundärteil des Linearmotors 57 ist nicht dargestellt. Jeder Linearmotor 55, 56, 57 und 58 weist ein Primärteil 25 auf. Mittels der Linearmotoren 55, 56, 57 und 58 ist ein Einspritzkolben 31 in eine lineare Bewegungs-

richtung 33 bewegbar. Die lineare Antriebseinheit 54 ist auch mit mehr als vier oder auch mit weniger als vier Linearmotoren ausrüstbar, wobei dies in FIG 3 nicht dargestellt ist. Gemäß FIG 3 sind die Primärteile 25 auf einem Schlitten 35 angebracht. Der Schlitten 35, an dem der Einspritzkolben 31 befestigt ist, läuft auf Linearführungen 29. Die Linearfüh ^¬ rungen 29 sind mit einer Grundplatte 37 verbunden. Die Primärteile 25 können sich in den Bewegungsrichtungen 33 bewegen .

Die Darstellung gemäß FIG 4 zeigt eine Einspritzeinheit 3, welche einen Einspritzkolben 31 aufweist. Der Einspritzkolben 31 ist mittels einer linearen Antriebseinheit 9 linear in ei ^¬ nem Kolbenzylinder 66 bewegbar. Nach FIG 4 ist die Einsprit- zung von der Plastifizierung getrennt. Für die Plastifizie- rung ist mittels eines Trichters 60 beispielsweise Kunst ^¬ stoffgranulat 62 einer Schnecke 51 zuführbar. Mittels der Schnecke 51 ist das Kunststoffgranulat 62 zu einer Schnecken ^¬ spitze 63 hin förderbar. Während der Förderung des Granulats ist dieses mittels einer Heizeinrichtung 45 schmelzbar. Eine Aufschmelzeinrichtung 49 weist im Beispiel gemäß FIG 4 zumindest eine Heizeinrichtung 45 und eine Schnecke 51 auf. Das schmelzende Kunststoffgranulat gelangt mittels einer Drehbe ^¬ wegung der Schnecke 51 in einen Schmelzespeicher 41. Durch die Beförderung des schmelzenden und/oder geschmolzenen

Kunststoffgranulats ergibt sich auch eine Homogenisierung. Die Schnecke 51 ist kontinuierlich betreibbar, da die Schmel ^¬ ze im Schmelzspeicher 41 zwischenspeicherbar ist und vom Schmelzespeicher 41 in den Kolbenzylinder überführt werden kann. Dies gelingt, weil der Schmelzespeicher 41 über einen Speicherkolben 39 vergrößerbar bzw. verkleinerbar ist. Wird der Schmelzspeicher 41 verkleinert, so wird über eine Spei ^¬ cheröffnung 64 die Schmelze in den Kolbenzylinder 66 gedrückt. Mittels des Einspritzkolbens 31 ist dann die Schmelze auf einer Kolbenzylinderöffnung drückbar. Im Bereich des Kolbenzylinders 66 ist eine Heizeinrichtung 43 positioniert, mit welcher die Schmelze weiterhin aufheizbar ist. Die Schnecke 51 fördert vorteilhafter Weise kontinuierlich die erzeugte

Kunststoffschmelze in den Schmelzespeicher 41 bis der Einspritzkolben 31 die Vorgänge Einspritzen und Nachdrücken beendet hat. Für einen neuen Einspritzvorgang wird mittels des Speicherkolbens 39 wieder Schmelze in den Kolbenzylinder 66 gedrückt .

Die Darstellung gemäß FIG 5 zeigt einen Zyklus einer Einspritzmaschine, insbesondere für einen Spritzprägevorgang. Der Zyklusstart 70 erfolgt mit dem Beginn der ersten Zyklus- phase 71. Die erste Zyklusphase 71 betrifft das Schließen ei ^¬ nes Werkzeuges. An die erste Zyklusphase 71 schließt sich ei ^¬ ne zweite Zyklusphase 72 an. Die zweite Zyklusphase 72 be ^¬ trifft ein Vorfahren der Einspritzeinheit. Diese zweite Phase betrifft also das Vorfahren eines Aggregats, wobei das Aggre- gat zum Einspritzen der Schmelze - insbesondere einer Kunst ^¬ stoffschmelze - vorgesehen ist. Mit dem Vorfahren der Einspritzeinrichtung wird erreicht, dass die Kolbenzylinderöff ^¬ nung am Werkzeug anliegt. Die zweite Zyklusphase 72 wird ge ^¬ folgt von der dritten Zyklusphase 73, wobei in der dritten Zyklusphase 73 das Einspritzen erfolgt. Daran anschließend folgt die vierte Zyklusphase 74, welche eine Nachdruckzeit darstellt. In der darauf folgenden fünften Zyklusphase 75 wird das Aggregat, also die Einspritzeinheit, vom Werkzeug zurückgefahren. Nach dem Rückfahren des Aggregats schließt sich eine reine Kühlzeit an. Die reine Kühlzeit entspricht der sechsten Zyklusphase 76. Die gesamte Kühlzeit erstreckt sich jedoch über mehrere Zyklusphasen. Dies sind die dritte, vierte, fünfte und sechste Zyklusphase 73, 74, 75 und 76. Während der reinen Kühlzeitphase 76 erfolgt jedoch neben ei- ner Plastifizierung 88 kein weiterer Vorgang bezüglich primärer Vorgänge des Einspritzens. Die Plastifizierungsphase 88 kann sich deswegen über den gesamten Zyklus erstrecken, weil ein Schmelzspeicher als Puffer vorgesehen ist. Der sechsten Zyklusphase 76 schließt sich die siebte Zyklusphase 77 an. In dieser Zyklusphase 77 wird das Werkzeug geöffnet und das

Spritzgießteil aus dem Werkzeug, also aus einer Form, genom ^¬ men. Die Entnahme erfolgt beispielsweise mittels von Stößel, welche das Teil aus der Form, d.h. dem geöffneten Werkzeug,

drücken, wobei auch ein Entnahmearm einsetzbar ist. Während der gesamten Zyklusphasen 1 bis 7 erfolgt eine Plastifizie- rung der Vorplastifizierungseinheit . Die Plastifizierungspha- se ist also eine achte Zyklusphase 88, welche in einer vor- teilhaften Ausgestaltung kontinuierlich über den ganzen Zyklus verläuft. Die Zykluszeit 79 ist die Zeit zwischen zwei Einspritzvorgängen .

Die Darstellung gemäß FIG 6 zeigt einen weiteren vorteilhaf- ten Zyklus für einen Spritzprägevorgang, der sich jedoch von dem Zyklus gemäß FIG 5 etwas unterscheidet. Ein Spritzpräge ^¬ vorgang ist beispielsweise derart ausgestaltbar, dass während des Schließens des Werkzeuges das Aggregat, das heißt die Einspritzeinheit, bereits zum Werkzeug vorfährt und während der Endphase des Schließens des Werkzeugs bereits das Ein ^¬ spritzen erfolgt. Dieser Vorgang ist graphisch in der FIG 6 dargestellt. Hierbei unterscheiden sich die Zyklusphasen eins, zwei und 3, 71, 72 und 73 bezüglich ihres zeitlichen Verlaufs vom Ablauf der Phasen gemäß FIG 5. Die zweite Phase findet zumindest in einem zeitlichen Teilabschnitt parallel zur ersten Phase statt. Nach Abschluss der zweiten Phase geht die erste Phase (Zyklusphase) zeitlich überlappend in die dritte Phase über. In der Zykluszeit 81 kann bereits die Ein ^¬ spritzphase 73 beginnen. Damit wird eine Gesamtzykluszeitver- kürzung erreicht.