Internationales Büro

INTERNATIONALE ANMELDUNG VERÖFFENTLICHT NACH DEM VERTRAG ÜBER DIE INTERNATIONALE ZUSAMMENARBEIT AUF DEM GEBIET DES PATENTWESENS (PCT)

(51) Internationale Patentklassifikation 4 (11) Internationale Veröffentlichungsnummer: WO 88/ 0

B29C 45/66, 45/68, 45/17 AI (43) Internationales

Veröffentlichungsdatu : 1. Dezember 1988 (01.1

(21) Internationales Aktenzeichen : PCT/DE88/00304 (74) Anwälte: MEISSNER, Peter, E. usw.; Herbertstraß D-1000 Berlin 33 (DE).

(22) Internationales Anmeldedatum: 19. Mai 1988 (19.05.88)

(81) Bestimmungsstaaten: AT (europäisches Patent), BE

(31) Prioritätsaktenzeichen : P 37 18 106.8 ropäisches Patent), BR, CH (europäisches Pat DE (europäisches Patent), FR (europäisches Pat

(32) Prioritätsdatum: 27. Mai 1987 (27.05.87) GB (europäisches Patent), IT (europäisches Pat JP, LU (europäisches Patent), NL (europäisches

(33) Prioritätsland: DE tent), SE (europäisches Patent), US.

(71) Anmelder (für alle Bestimmungsstaaten ausser US): Veröffentlicht

MANNESMANN AG [DE/DE]; Mannesmannufer 2, Mit internationalem Recherchenbericht. D-4000 Düsseldorf 1 (DE).

(72) Erfinder ;und

(75) Erfinder/Anmelder (nur für US) : BLÜML, Hans [DE/ DE]; Kappelstraße 32, D-8601 Burgthann (DE). KLEIN, Peter [DE/DE]; Max-Reger-Str. 64, D-8501 Schwaig (DE). WÜRL, Ernst [DE/DE]; Am Galgen¬ feld 29, D-8831 Höttingen (DE).

(54) Title: PRECISION CLAMPING UNIT FOR AN INJECTION MOULDING MACHINE

(54) Bezeichnung: PRÄZISIONSSCHLIESSEINHEIT FÜR EINE SPRITZGIESSMASCHINE

(57) Abstract

The invention concerns a precision clamping unit for an injec¬ tion moulding machine with a machine bed on which are arranged a fixed and a slidingly guided mould clamping plate, and at least a drive for moving and/or locking the mould clamping plate. In order to obtain a precision clamping unit for an injection moulding ma¬ chine which, by the use of partly known features and measures, makes it possible to design a machine for precision injection mould¬ ing, the sliding mould clamping plate (2) is guided on a precision lin¬ ear guide (8) mounted securely and in a torsion-resistant manner on the machine bed (7), and two parallel ball spindles (6) are arranged symmetrically in a horizontal plane on either side of the central axis (A) of the mould clamping plate (2) and driven synchronously by a motor (3). By means of the ball spindles (6), the m able mould clamping unit can be displaced and/or the clamping force applied. A hydraulic motor (3) which acts on ball spindles (6) is provided to drive and/or lock the movable mould clamping plate (2).

(57) Zusammenfassung

Die Erfindung betrifft eine Präzisionsschließeinheit für eine Spritzgießmaschine mit einem Maschinenbett und je ner darauf angeordneten festen und verschiebbar geführten Werkzeugaufspannplatte sowie mindestens einem Antri zum Bewegen und/oder Verriegeln der Werkzeugaufspannplatte. Um eine Präzisionsschließeinheit für eine Spritzgieß schine zu schaffen, die unter Verwendung teilweise bekannter Merkmale und Maßnahmen ermöglicht, die maschinenba chen Voraussetzungen für Präzisionsspritzguß zu besitzen, wird vorgeschlagen, die verschiebbare Werkzeugaufspannpla (2) an einer Präzisions-Linearführung (8) zu führen, die fest und verwindungssteif mit dem Maschinenbett (7) verbund ist, sowie beidseitig symmetrisch zur Zentralachse (A) durch die Werkzeugaufspannplatte (2) in einer horizontalen Ebe und parallel zueinander zwei motorisch (3) synchron angetriebene Kugelspindeln (6) vorzusehen, mit denen die bewegb Werkzeugaufspannplatte (2) verschiebbar und/oder die Schließkraft aufbringbar ist und zum Antrieb und/oder zum V riegeln der bewegbaren Werkzeugaufspannplatte (2) ein auf die Kugelspindeln (6) wirkenden Hydraulikmotor (3) vorzu hen.

LEDIGLICH ZUR INFORMATION

Code, die zur Identifizierung von PCT-Vertragsstaaten auf den Kopfbögen der Schriften, die internationale

Anmeldungen gemäss dem PCT veröffentlichen.

AT Österreich FR Frankreich MR Mauritanien

AU Australien GA Gabun MW Malawi

BB Barbados GB Vereinigtes Königreich NL Niederlande

BE Belgien HU Ungarn NO Norwegen

BG Bulgarien rr Italien RO Rumänien

BJ Benin JP Japan SD Sudan

BR Brasilien KP Demokratische Volksrepublik Korea SE Schweden

CF Zentrale Afrikanische Republik KR Republik Korea SN Senegal

CG Kongo LI Liechtenstein SU Soviet Union

CH Schweiz LK Sri Lanka TD Tschad

CM Kamerun LU Luxemburg TG Togo

DE Deutschland, Bundesrepublik MC Monaco US Vereinigte Staaten von Amerika

DK Dänemark MG Madagaskar

FI Finnland ML Mali

Präzisionsschiießeinheit für eine Spritzgiepmaschine

Die Erfindung betrifft eine Präzisionsschliepeinheit für Spritzgiepmaschinen mit einem Maschinenbett und darauf angeordneter fester und verschiebbar geführter Werkzeugaufspannplatte sowie mindestens einem Antrieb zum Bewegen und/oder Verriegeln der Werkzeugaufspannplatte.

Das steigende Marktvolumen für Präzisionsspritzgiepteile, wie z. B. Computer-Peripherie, Kopiergeräte, Fotoindustrie, Telekomunikationsgeräte, optische Speichermedien etc. erfordert entsprechende Präzisionsspritzgiepmaschinen. Die diesen Rnforderungen entsprechenden Maschinen müssen besondere Eigenschaften aufweisen, wie insbesondere Formsteifigkeit, exakte Werkzeugplattenführungen und -Parallelität auch im Grenzschiiepkraftbereich sowie Prägemöglichkeit .

Es sind Spritzgiepmaschinen bekannt, die an Holmen geführte Werkzeugaufspannplatten aufweisen, wobei die bewegliche Werkzeugaufspannplatte von einem oder mehreren Antrieben, bestehend aus Servomotor und Kugelgewindespindelπ bewegt wird. Dieser Rufbau hat in Bezug auf eine exakte Bewegung der Werkzeugaufspannplatte durch die Kugelgewinde und Servomotoren die bisher üblichen Fahrbewegungsantriebe der Werkzeugaufspannplatte mittels Kniehebel oder Hydrozylinder ersetzt. Nachteilig ist bei den bekannten Maschinen jedoch nach wie vor die nicht präzise Parallelführung der Werkzeugaufspannplatte an den Holmen, weil die Holmenbüchsenführungen den hohen Rnforderungen nicht genügen.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Maschinen liegt darin, dap die verwendeten Elektroantriebe mit ihrer kleinen Leistungsdichte eine kompakte Ausführung der Maschine nicht ermöglichen. So hat man versucht,

in höheren Leistungsklassen durch Parallelschaltung von zwei Elektromotoren die benötigte ^' Leistung zu erzielen, doch ist das Ergebnis auch nicht befriedigend.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend von den vorbeschriebenen Problemen und Nachteilen eine Präzisionsschliepeinheit für eine Spritzgiepmaschine zu schaffen, die unter Verwendung teilweise bekannter Merkmale und Mapnahmen ermöglicht, die maschiπenbaulichen Voraussetzungen für Präzisionsspritzgup zu schaffen.

Zur Lösung der Aufgabe sind eine Reihe von Merkmalen erforderlich, die im kennzeichnenden Teil des ersten Patentanspruches aufgeführt sind.

Durch die Kombination von der an sich bekannten Kugelspindel mit einer Präzisions-Linearführung am Maschinenbett wird bei günstiger Krafteinleitung die Parallelität der beiden Werkzeughälften sowohl beim Schliepen als auch während des Einspritzvorganges gesichert. Durch die Rnordnung der beiden Kugelspindeln horizontal in der Kraftebene kann in Verbindung mit dem synchronisierten Antrieb mit präziser Spindelsteigung der Kugelspindel eine parallele Kraftebene zur festen Werkzeugaufspannplatte gebildet werden, wobei der leistungsstarke Hydraulikmotor einen kompakten Maschinenaufbau ermöglicht.

Vorzugsweise ist nach einem weiteren Merkmai der Erfindung vorgesehen, dap die Präzisions-Linearführung als Linear-Wälzführung ausgeführt ist, wobei im Fupbereich der Werkzeugaufspannplatte in entsprechender Rbstützbreite Vier-Linear-Wälzelemente vorgesehen sind.

Zusätzlich kann zur Verbesserung der Formsteifigkeit vorgesehen sein, dap die Präzisionslinearführung auf einem aus einem Polymerbeton geformten

Maschinenbett befestigt ist. Diese Maschinenbetten zeichnen sich durch hohe Dämpfung und hohe Formsteifigkeit bei groper Gestaltungsfreiheit aus.

Der als Antrieb verwendete Hydromotor ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung auf mindestens zwei Schluckvolumen umschaltbar. Dadurch werden die eingangs geschilderten Nachteile des Elektroantriebes vermieden und eine Rnpassung des Antriebes an die kinematischen Forderungen der bewegbaren Werkzeugaufspannplatte realisiert. Durch Volumenumschaltung des Motors stehen für eine schnelle Werkzeugbewegung eine hohe Antriebsdrehzahl und für den Aufbau einer WerkzeuTgschliepkraft ein hohes Drehmoment zur Verfügung.

Es ist jedoch nach einem anderen Merkmal der Erfindung auch denkbar, dem Hydromotor ein mechaniches Umschaltgetriebe zuzuordnen, mit dem mindestens zwei Drehmoment-Drehzahl erhältnisse schaltbar sind, um die unterschiedlichen Bewegungs- bzw. Leistungsanforderungen zum Schliepen und Verfahren der Werkzeugaufspannplatte zu realisieren. Das Umschaltgetriebe kann in einer Rusgestaltung dieses Vorschlages als in den Antriebsstrang der Kugelspindeln integriertes Planetengetriebe ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Antrieb über einen Zahnriehmen erfolgen und das Planetengetriebe in die Zahnriehmenscheibe eingebaut sein.

Zur Ansteuerung des Hydromotors ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, ein Servovεntil im geschlossenen Regelkreis und Vier-Quadranten-Betrieb vorgesehen. Auch ist es denkbar, dap zur Ansteuerung des Hydromotors ein schrittmotorgesteuertes Servoventil (hydraulischer Rotationsverstärker) vorgesehen ist. Die letztere Variante hat den Vorteil, dap die digitalen Signale bei NC-5teuerung direkt dem hydraulischen Rotationsverstärker zugeführt werden können.

In einer günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dap der Hydromotor als reiner Fahrantrieb für die bewegbare

Werkzeugaufspannplatte konzipiert und dieser als Konstantmotor mit Bremse ausgebildet ist und dap zum Verriegeln der beweglichen gegenüber der festen Werkzeugaufspannplatte hydraulische und/oder hydraulisch betätigte Verriegelungselemente vorgesehen sind. Es kann nach einer Ausgestaltung letzteren Vorschlages vorgesehen sein, dap an der festen Werkzeugaufspannplatte je ein jedem Kugelspindelende zugeordnetes, auf diesem montiertes hydromechanisches Spannelement zugeordnet ist, über das mittels Keilwirkung eine axial gerichtete Schliepkraft auf die gegen Drehung gesicherte Kugelspindel hydraulisch aufbringbar ist. Bei diesen Lösungen dient die Kugelspindel dem reinen Fahrantrieb der beweglichen Werkzeugaufspannplatte, während durch das Spannelement eine Zugkraft auf die Spindel zwischen der beweglichen und festen Werkzeugaufspannplatte aufgebracht wird, so dap diese mit der erforderlichen Schliepkraft zusammengehalten werden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dap an der feste Werkzeugaufspannplatte je eine mit dem Ende der Kugetspindeln integrierte Kolben-Zylinder-Einheit vorgesehen ist, mit der bei blockierter Spindeldrehung die Schliepkraft der beiden Werkzeugaufspannplatten erzeugbar ist. Entgegen dem vorstehenden Vorschlag wird bei der letzteren Lösung die Schliepkraft hydraulisch über ein Druckkissen auf die als Zugspindel wirkende Kugelspindel aufgebracht.

Es ist jedoch nach einem anderen Merkmal der Erfindung ebenso möglich, dap die Kugelspindeln zur Aufbringung der Werkzeugschiiepkraft mit je einer in der bewegbaren Werkzeugaufspannplatte angeordneten Kugelumlaufmutter korrespondieren, die von einem gemeinsamen Hydromotor synchron antreibbar sind und für die Werkzeugschiiepbewegung eine den gesamten Fahrhub bestreichende Kolben-Zylinder-Einheit vorgesehen ist, die mechanisch

formschlüssig verriegelbar ist. Bei diesem Vorschlag wird also in Umkehrung der vorhergehenden Lösung die Fahrbewegung mit einem Hydraulikzylinder durchgeführt, der am Hubende automatisch blockiert wird. Das Verriegeln der Werkzeughälften erfolgt über die Kugelspindeln, die mit Hilfe des Hydromotors durch die synchron angetriebenen Kugelumlaufmuttern die Werkzeughälften aneinanderpressen.

Mit der vorliegenden Erfindung wird insgesamt eine Spritzgiepmaschine so verbessert, dap eine Präzisionsschliepeinheit geschaffen ist, mit der es möglich wird, Spritzgiepteile hoher Genauigkeit dadurch zu erzeugen, dap die Konstruktion und Steifigkeit der Maschine den hohen Anforderungen genügt. Dazu gehört, dap in Kombination mit dem verwindungssteifen Maschinenbett exakte und präzise Krafteinleitungen in die für den Spritzgiepvorgang wesentlichen Teile der Maschine ermöglicht werden, wobei die bewegbaren Teile genauestens geführt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 die Schliepeinheit einer Spritzgiepmaschine in grob vereinfach¬ ter Darstellung mit einem Zwei-Stufen-Hydro-Antrieb,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Maschine nach Figur 1 entlang der Schnittlinie I-I,

Fig. 3 deutet zwei Antriebsvarianten des Hydroantriebes schematisch an,

Fig. 4 ist eine Variante der 5chliepeinheit mit hydro-mechanischem Spannelement der Kugelspindel dargestellt,

Fig. 5 zeigt eine Variante der Schliepeinheit nach Figur 4 mit hydrau¬ lischem Schiiepkraftaufbau,

Fig. 6 zeigt ein anderes Schema der Schliepeinheit mit hydraulischem

Fahrbewegungsantrieb und Schliepkrafterzeugung über Kugelspindel und

Fig. 7 einen Schnitt durch die Maschine nach Figur 6 entlang der Schnittlinien II-II.

Wie Figur 1 schematisch zeigt, weist die Schliepeinheit einer Spritzgiepmaschine gemäp der Erfindung eine feste 1 und eine bewegliche Werkzeugaufspannplatte 2 auf, die mittels zwei symmetrisch angeordneter Kugetspindeln 6 angetrieben wird. Die Kugelspindeln B werden für die synchrone Einstellung der beweglichen Werkzeugaufspannplatte 2 von einem gemeinsamen Hydromotor 3 verstellt, der mit den Zahnriemen 4 das Antriebsmoment auf die beiden Kugelspindeln 6 bringt, über die in der beweglichen Werkzeugaufspanπplatte 2 justierten KugeLu laufmuttern 5 wird die Werkzeugschiiepbewegung eingeleitet. Die auftretenden Spindel-Axialkräfte werden in der Lagerstelle 10 der festen Werkzeugaufspannplatte 1 abgestützt, ebenso wie die Maximalbelastuπg bei Schliepkraft.

In erfindungsgemäper Weise ist die feste Werkzeugaufspaπnplatte 1 mit ihrer vergröperten Basis auf dem besonders formstabilen Polymerbeton- Maschinenbett 7 in der Einbaulage fixiert. Auf dem Polymerbeton-Maschinenbett ist auch die Führung ö für die bewegliche Werkzeugaufspannplatte 2 fixiert. An der Fupseite der beweglichen Werkzeugaufspannplatte 2 sind verteilt vier Linearwälzelemente 9 angeordnet, die auf der Führung 8 eine exakte Bewegung und Lagestabilität der Werkzeugaufspannplattε auch bei exzentrischen Belastungen ermöglichen.

In Figur 2 ist erkennbar, dap die Kugelspindeln 6 in einer Ebene mit der Mittellängsachse R der Werkzeugaufspannplatten 1, 2 verlaufen, so dap eine besonders günstige Krafteinleitung ermöglicht wird.

In Figur 3 sind zwei Schaltungsprinzipien des Hydraulik-Rntriebes aufgezeigt. Die gezeigten Rntriebsvarianten stützen sich auf einen schaltbaren Hydromotor 3 mit zwei wählbaren Schtuckvolumen. Eine Alternative dazu ist die Kombination eines Konstanthydromotors mit einem Schaltgetriebe, um die unterschiedlichen Anforderungen bezüglich Drehmoment/Drehzahl-Verhältnis zu erfüllen. Während der Fahrbewegung ist eine grope Rntriebsdrehzahl , während des Schiiepkraftaufbaus dagegen eine kleine Drehzahl mit großem Drehmoment erforderlich. Dies wird durch entsprechend gewählte Übersetzungsverhältnisse im Schaltgetriebe erreicht. Eine mögliche Bauform wäre ein in einer Zahnriemenscheibe integriertes schaltbares Planetengetriebe.

In Figur 4 ist eine flusführungsvariante der Schliepeinheit dargestellt, bei der eine Teilung zwischen Schiiepkraftaufbau und Fahrbewegung erfolgt. Dazu ist an der festen Werkzeugaufspannplatte 1 jeweils ein hydromechanisches Spannelement 11 auf dem Ende der Kugelspindel B montiert, das nach der Werkzeugschliepung ohne Schiiepkraftaufbau über den Hydromotor 3 und bei Sicherung der Kugelspindel 6 gegen Verdrehung mittels integrierter Keilelemente 16 die erforderliche Schliepkraft auf die Kugelspindel 6 einleitet. Die Keilelemente 16 bewirken dabei eine Rxialkraft auf die Kugelspindel 6 im Sinne einer Werkzeugschiiepbewegung. Das bei β dargestellte Rxiallager ist hierbei nur für die auftretenden Fahrbewegungskräfte wirksam. Der Spindelantrieb über dem Hydromotor 3 ist einstufig nur für die Fahrbewegung der beweglichen Werkzeugaufspannplatte 2 vorgesehen, wobei zur Absicherung am Hubende eine Bremse 12 vorgesehen ist. Gleiche Teile sind bei dieser Rusführung gleich bezeichnet.

In Figur 5 ist eine flusführungsform dargestellt, bei der ebenfalls gleiche Teile gleich bezeichnet sind. Abweichend von der vorher beschriebenen Lösung wird die Schiiepkrafterzeugung dadurch bewerkstelligt, dap das Ende der Kugelspindel 6 als Kolben 13 ausgebildet bzw. mit diesem verbunden ist, der in einem Zylinder zur Bildung eines Druckkissens geführt ist. Mit diesem Druckkissen wird es möglich, eine Axialzugkraft auf die Kugelspindel 6 aufzubringen, um bei blockierter Kugelspindeldrehung eine Schliepkraft auf die Werkzeugaufspannplatten aufzubringen. Diese Lösung ähnelt der in Figur 4 beschriebenen mit dem Unterschied, dap statt mechanischer Keilelemente das Druckkissen einer Hydraulik-Einheit verwendet wird. Auch hier ist der Hydromotor 3 einstufig mit Bremse 12 ausgeführt.

In Figur 6 dient zum Fahrantrieb für die bewegliche Werkzeugaufspannplatte 2 ein hydraulischer AntriebszyLinder 14. Damit wird ein Nachteil der Kugelspindel 6 ausgeschaltet, der darin liegt, dap nur begrenzte Linear-Geschwindigkeiteπ durch die bautεchnisch bedingten Grenzdrehzahlen erreichbar sind. Der Antriebszylinder 14 läpt gröpere

Linear-Geschwindigkeiten zu. Nach Blockierung des Antriebszylinders 14 am Ende des Fahrhubes wird der Schiiepkraftaufbau über die Kugelspindel 6 vorgenommen, wozu beide KugelumLaufmuttern 5, wie in Figur 7 ersichtlich, synchron und gemeinsam vom Hydromotor 3 verstellt werden, der mit dem Zahnriemen 4 sein Antriebsmoment überträgt, über die in der beweglichen Werkzeugaufspannplatte 2 justierte Kugelumlaufmutter 5 wird die Schliepkraft eingeleitet.