Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Kniehebel-Schließeinheit für eine Spritzgießmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Aus dem Stand der Technik sind gattungsgemäße Kniehebel-Schließeinheiten in vielfältigen Ausführungsformen bekannt. Grundsätzlich wird dabei mittels eines hydraulischen oder elektrischen Antriebs eine Translationsbewegung des

sogenannten Kreuzkopfes realisiert. Der Kreuzkopf dient als zentraler Anlenkpunkt bzw. Antriebspunkt für die kraftleitenden Hebelpaare des Kniehebelmechanismus zwischen der Stützplatte und der beweglichen Formaufspannplatte der

Schließeinheit. Die translatorische Bewegung des Kreuzkopfes wird mit Hilfe geeigneter Verbindungshebel zu den kraftleitenden Hebelpaaren in eine

rotatorische Bewegung der kraftleitenden Hebelpaare umgesetzt, um diese zwischen einem eingeklappten Zustand entsprechend einer geöffneten

Schließeinheit und einem gestreckten Zustand entsprechend einer geschlossenen und schließkraftbeaufschlagten Schließeinheit hin und her zu bewegen.

Diese bekannten Kniehebel-Schließeinheiten weisen einige Unzulänglichkeiten auf. Aufgrund des hohen Übersetzungsverhältnisses in der Durchstreckphase der kraftleitenden Hebelpaare ist ein langer Verfahrweg des Kreuzkopfes erforderlich, um die Schließkraft aufbauen zu können. Dies wirkt sich nachteilig auf die sogenannte Trockenlaufzeit aus. Ferner unterscheidet sich die am Kreuzkopf erforderliche Kraft über den gesamten Prozess in starkem Maße zwischen den Phasen der Schließbewegung einerseits und des Schließkraftaufbaus andererseits. Im Ergebnis kann die Auslegung des Antriebs für den Kreuzkopf somit nicht für beide Phasen bzw. beide Prozessbedingungen gleichmassen ideal gewählt werden. Darüberhinaus erweist sich bei elektrisch angetriebenen Kniehebel- Schließeinheiten mit Spindel-Mutter-Antrieb die Spindel in ihrem Abschnitt, der den Schließkraftaufbau realisiert, als mechanische Schwachstelle. Zur Behebung dieser Nachteile sind verschiedene Ansätze aus dem Stand der Technik bekannt. Aus der JP08-238557A ist eine hydraulische

Kniehebelschließeinheit bekannt, die neben dem hydraulischen Antrieb zum

Verfahren des Kreuzkopfes noch einen Kurzhubzylinder im Innern des Kreuzkopfes ausweist, mit dem der Kreuzkopf zur Erzeugung einer Schließkraft noch eine geringe Wegstrecke in axialer Richtung verfahren werden kann, um die

kraftleitenden Hebelpaare in ihre durchgestreckte Lage zu bringen. Aus der JP05- 237844A ist es bekannt, die kraftleitenden Hebel über Kolben-Zylinder-Einheiten in ihrer Länge zu verstellen. Die DE102004029269A1 offenbart eine Kniehebel- Schließeinheit, bei der zwischen dem Kreuzkopf und dem an dem Haupthebel angelenkten Verbindungshebel ein zusätzlicher Kniehebelmechanismus

vorgesehen ist, der über den Antrieb für die Translationsbewegung des

Kreuzkopfes betätigbar ist. Mit Hilfe dieses zusätzlichen Kniehebelmechanismus kann der Verbindungshebel gegenüber dem Kreuzkopf um ein Stück nach außen bewegt werden kann, um den Haupthebel, d.h. die kraftleitenden Hebelpaare, in die durchgestreckte Lage zu bringen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kniehebel-Schließeinheit mit einem weiter verbesserten

Antriebskonzept anzugeben.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch eine Kniehebel-Schließeinheit mit den Merkmalen von Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen finden sich in den Unteransprüchen.

Dadurch, dass neben dem Antrieb zum Verfahren des Kreuzkopfes ein oder mehrere weitere Antriebe vorgesehen sind, mit denen die Verbindungshebel gegenüber dem Kreuzkopf und/oder gegenüber den Haupthebeln im wesentlichen in einer Richtung orthogonal zur Maschinenlängsachse verfahrbar sind und/oder dass zwischen den Haupthebeln und dem Kreuzkopf in ihrer Länge veränderbare Verbindungshebel vorgesehen sind, wobei für die Verbindungshebel jeweils wenigstens ein weiterer Antrieb vorgesehen ist, mit dem die Länge des jeweiligen Verbindungshebels veränderbar ist, kann jeder dieser Antriebe für seine Zwecke ideal ausgelegt werden. Dies bedeutet insbesondere, dass der Verfahrantrieb für den Kreuzkopf ausschließlich auf das Auf- und Zufahren der Schließeinheit hin optimiert sein kann, d.h. insbesondere für schnelle Verfahrbewegungen bei geringem Kraftaufwand dimensioniert sein kann. Andererseits kann für den oder die weiteren Antriebe der Verbindungshebel ein auf eine hohe Krafterzeugung ausgelegter und optimierter Antrieb vorgesehen werden, wobei es weniger auf die Verfahrgeschwindigkeit ankommt. Dies führt zu einer Reduzierung der

Trockenlaufzeit, da beide Antriebe aufgrund ihrer Auslegung ihre jeweils

zugeordnete Aufgabe schneller ausführen können. Außerdem kann die

energetische Ausnutzung aufgrund der getrennten Auslegung besser berücksichtigt werden, was insgesamt eine Energieeinsparung erwarten lässt. Bei idealer

Auslegung lässt sich die translatorische Bewegung des Kreuzkopfs und die

Antriebsbewegung der Verbindungshebel in einem gewissen begrenzten Bereich überlagern, um somit weitere Trockenlaufzeit bzw. Zykluszeit einzusparen.

In bevorzugter Ausgestaltung sind obere und untere sich einander

gegenüberliegende kraftleitende Hebelpaare vorgesehen und jeweils ein

Verbindungshebel mit einem eigenen Antrieb ist zwischen dem Kreuzkopf und diesen beiden Hebelpaaren vorgesehen. Die beiden Antriebe wirken dabei entgegengesetzt, so dass der Kreuzkopf selbst frei von Querkräften bleibt.

Als Antrieb für die Verbindungshebel können hydraulische oder elektrische Antriebe vorgesehen sein. Die hydraulischen Antriebe können beispielsweise als kurzhubige Hydraulikzylinder ausgebildet und in den Kreuzkopf integriert oder an diesen angebaut sein. Die kurzhubigen Hydraulikzylinder können aber auch in die

Verbindungshebel integriert sein, so dass sich ein in seiner Länge mittels des Antriebs veränderbarer Verbindungshebel ergibt. Als elektrischer Antrieb kann beispielsweise ein Excenter-Antrieb an dem Kreuzkopf vorgesehen werden.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 8b näher beschrieben werden. Die Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Teil einer Kniehebel- Schließeinheit in einem halbgestreckten Zustand, nämlich eine Stützplatte 1 und eine bewegliche Formaufspannplatte 2, die durch kraftleitende Hebel 3a, 3b und 4a, 4b oben und unten gelenkig miteinander verbunden sind. An jeweils einem der oberen und unteren Hebel, vorliegend an den Hebeln 3a und 4a sind

Verbindungshebel 6 und 7 angelenkt und mit einem Kreuzkopf 5 verbunden. Der Kreuzkopf 5 kann mittels eines hier nicht dargestellten Antriebs entlang einer Maschinenlängsachse A, die auch der Spritzachse entsprechen kann, verfahren werden, wie dies durch den Doppelpfeil auf der Achse A angedeutet ist. In oder an dem Kreuzkopf 5 sind weitere Antriebe 8 und 9 vorgesehen, mit denen die

Verbindungshebel 6 und 7 im wesentlichen in einer Richtung orthogonal zur Maschinenlängsachse A verfahren werden können. Beispielsweise können kurzhubige Hydraulikzylinder in oder an dem Kreuzkopf vorgesehen sein, wobei die Verbindungshebel 6 und 7 antriebstechnisch mit den jeweiligen Kolbenstangen gekoppelt sind. Zum Auf- und Zufahren der Kniehebel-Schließeinheit, d.h. zum Vor- und Zurückfahren der beweglichen Formaufspannplatte 2, wird der Kreuzkopf 5 in bekannter Weise von dem ihm zugeordneten Verfahrantrieb entlang der

Maschinenlängsache A verfahren und die Hebelpaare 3a, 3b sowie 4a, 4b über die Verbindungshebel 6, 7 ein- und ausgeklappt.

Wenn die Kniehebel-Schließeinheit zugefahren ist, d.h. das zwischen den

Formaufspannplatten eingesetzte Werkzeug geschlossen ist, können die Antriebe 8 und 9 aktiviert werden, um die Verbindungshebel 6 und 7 von dem Kreuzkopf 5 wegzubewegen und die kraftleitenden oberen und unteren Hebelpaare in ihren vollständig gestreckten Zustand zu bringen. Dieser Zustand ist in der Figur 2 dargestellt und bedeutet, dass Schließkraft aufgebaut ist. In umgekehrter

Reihenfolge kann zunächst Schließkraft abgebaut werden, indem die

Verbindungshebel 6 und 7 mittels der Antriebe 8 und 9 auf den Kreuzkopf 5 zubewegt werden und nachfolgend kann der Kreuzkopf 5 entlang der

Maschinenlängsachse A in Öffnungsrichtung verfahren werden, wobei die

Haupthebel bzw. die kraftleitenden Hebelpaare eingeklappt werden und die bewegliche Formaufspannplatte 2 von der hier nicht dargestellten feststehenden Formaufspannplatte weggefahren wird. Die Figur 3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen

Kniehebel-Schließeinheit (lediglich im vollständig gestreckten Zustand), bei der in ihrer Länge veränderbare Verbindungshebel 6' und T vorgesehen sind, wobei für jeden der Verbindungshebel 6', T ein weiterer Antrieb 20, 21 vorgesehen ist, mit dem die Länge des jeweiligen Verbindungshebels 6', T veränderbar ist, um die Haupthebel bzw. die kraftleitenden Hebelpaare 3a, 3b sowie 4a, 4b in den durchgestreckten Zustand bringen zu können. Beispielsweise können die

Verbindungshebel 6', T als Kolben-Zylinder-Einheiten 10, 10a, sowie 11 , 11 a ausgebildet sein, d.h. die Kolben-Zylinder-Einheiten 10, 10a sowie 11 , 11 a stellen sowohl die Antriebe 20, 21 als auch die Verbindungshebel dar. Die

Verbindungshebel zwischen dem Kreuzkopf und den Haupthebeln sind also aus mehreren Teilen zusammengesetzt. Jeweils ein erstes Teil ist als Zylinder 10, 11 ausgebildet und gelenkig an dem zugehörigen Hebel 3a, 4a befestigt. Die

Kolbenstangen 10a und 11 a bilden den zweiten Teil des Verbindungshebels. Diese verfügen wie bei bekannten Kolben-Zylinder-Einheiten jeweils über einen Kolben (hier nicht dargestellt), der in dem Zylinder 10 bzw. 11 mit einem Druckmittel beaufschlagt werden kann. Die Kolben-Zylinder-Einheiten bilden also einerseits die weiteren Antriebe 20 bzw. 21 , mit denen die Verbindungshebel in ihrer Länge verändert werden können und sie bilden auch die Verbindungshebel 6', T selbst. In dem hier gezeigten Beispiel sind die Verbindungshebel 6', T mit den Antrieben 20, 21 gleichzusetzen. Im vorliegenden Beispiel sind die Zylinder 10, 11 an den Hebeln 3a, 4a angelenkt und die Kolbenstangen 10a, 11a an dem Kreuzkopf 5.

Grundsätzlich können die Verbindungshebel auch umgekehrt ausgebildet sein, d.h. die Zylinder 10, 11 können an dem Kreuzkopf 5 und die Kolbenstangen 10a, 11 a an den Hebeln 3a, 4a angelenkt sein. Desweiteren ist es prinzipiell auch möglich, andere Antriebe als die hier beschriebenen Kolben-Zylinder-Einheiten vorzusehen, um in ihrer Länge veränderbare Verbindungshebel zu realisieren. Grundsätzlich könnte daher auch eine elektrisch angetriebene Spindel-Mutter-Kombination vorgesehen werden (Spindeln 10a, 11a und Muttern 10, 11 ). Aufgrund der hohen Belastungen beim Schließkraftaufbau dürften jedoch die Kolben-Zylinder-Einheiten als Antriebe für die Veränderung der Länge der Verbindungshebel bevorzugt zum Einsatz kommen bzw die Verbindungshebel als Kolben-Zylinder-Einheiten ausgebildet sein. Die Funktionsweise dieser Kniehebel-Schließeinheit ist die gleiche wie beim ersten Ausführungsbeispiel, d.h. der Antrieb für den Kreuzkopf einerseits und die Antriebe für die Veränderung der Länge der Verbindungshebel andererseits können in gleicher Weise zeitlich aufeinander abgestimmt aktiviert werden.

Die Figur 4 zeigt eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kniehebel- Schließeinheit (lediglich im vollständig gestreckten Zustand), wobei die Antriebe zum Verfahren der Verbindungshebel 6 und 7 als Excenter-Antriebe 12, 13 ausgebildet sind, wie dies durch den halbkreisförmigen Pfeil um die Drehachse der jeweiligen Kurbelscheibe 14, 15 angedeutet ist.

In den Figuren 5 und 6 sind verschiedene Ausgestaltungen für den ersten Antrieb, d.h. den Antrieb zum Verfahren des Kreuzkopfs 5 dargestellt (Kreuzkopf-Antrieb). Der Kreuzkopf-Antrieb 30 gemäß der Figur 5 ist als hydraulischer Antrieb ausgebildet, wobei die Kolbenstange 31 an dem Kreuzkopf 5 angelenkt ist und der Zylinder 32 an der Stützplatte 1 befestigt ist. Selbstverständlich können die

Positionen von Kolbenstange und Zylinder auch vertauscht sein. Der Kreuzkopf- Antrieb 40 gemäß der Figur 6 ist als elektrischer Antrieb ausgebildet. Ein Motor 41 an der Stützplatte 1 erzeugt die Drehbewegungen für eine Spindel 42, welche im Eingriff mit einer am Kreuzkopf 5 drehfest befestigten Spindelmutter 43 steht. Andere Anordnungen von Motor, Spindel und Spindelmutter sind denkbar und dem Fachmann geläufig.

Die Figur 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen mit einem Verbindungshebel in Wirkverbindung stehenden Antrieb 8 bzw. 9, mit dem der Verbindungshebel gegenüber dem Kreuzkopf 5 verfahrbar ist. Das Ausführungsbeispiel beschränkt sich auf den oberen Verbindungshebel 6 aus den Figuren 1 und 2. Als Antrieb 8 ist ein hydraulischer Antrieb 50 vorgesehen. Hierzu ist in dem Kreuzkopf 5 ein

Hohlraum vorgesehen, in dem ein Kolben 51 vorzugsweise senkrecht zur

Maschinenlängsachse A verfahren werden kann. Zu beiden Seiten des Kolbens 51 verlaufen Kolbenstangen 52a und 52b, wobei die Kolbenstange 52a gelenkig mit dem Verbindungshebel 6 verbunden ist. Zu beiden Seiten des Kolbens 51 befinden sich Druckmittelräume, die über Leitungen 53a und 53b mit einer hier nicht dargestellten Hydraulikeinrichtung verbunden sind. Je nachdem welcher

Druckmittelraum mit einem Druckmittel beaufschlagt wird, wird der Kolben 51 und damit - über die Kolbenstange 52a - der Verbindungshebel 6 von dem Kreuzkopf 5 weg verfahren oder auf diesen zu verfahren. Im ersten Fall werden die Haupthebel in den durchgestreckten Zustand gebracht und im zweiten Fall werden die

Haupthebel eingeklappt. Der besseren Übersicht halber nicht dargestellt ist der weitere hydraulische Antrieb unterhalb der Maschinenlängsachse A für den unteren Verbindungshebel 7. Dieser kann in analoger Weise ausgebildet sein und betrieben werden wie der hier beschriebene hydraulische Antrieb 50 für den oberen

Verbindungshebel 6. Die Medienzufuhr zum Kreuzkopf (Hydraulik, Signale, ...) kann beispielsweise über eine Schleppkette erfolgen.

Die Figuren 8a und 8b zeigen verschiedene Ausgestaltungen für die Excenter- Antriebe 12 und 13 aus der Figur 4. Beispielsweise könnte gemäß der Figur 8a an dem Kreuzkopf 5 ein Motor 60 und ein mit der Kurbelscheibe 14 bzw. 15 in

Wirkverbindung stehendes Getriebe 61 vorgesehen sein, um die Kurbelscheibe 14 bzw. 15 drehanzutreiben. Die Figur 8a zeigt den Excenter-Antrieb 12 für den oberen Verbindungshebel 6. Dieser Excenter-Antrieb umfasst also den Motor 60, das Getriebe 61 und die Kurbelscheibe 14. Für jede der Kurbelscheiben 14, 15 können separate Motoren und Getriebe vorgesehen werden, d.h. es können separate Excenter-Antriebe gebildet werden, oder es kann ein einziger Motor und ein einziges Getriebe zum Drehantreiben beider Kurbelscheiben 14 und 15 vorgesehen werden. Im letztgenannten Fall werden also die oberen und die unteren Verbindungshebel über einen einzigen Excenter-Antrieb verfahren, der einen Motor, ein Getriebe und die beiden Kurbelscheiben 14 und 15 umfasst. Die Figur 8b zeigt schematisch einen hydraulisch betätigten Excenter-Antrieb, wobei an dem Kreuzkopf 5 eine Kolben-Zylinder-Einheit 70 vorgesehen ist, deren Kolbenstange 71 an der Kurbelscheibe 14 angelenkt ist. Dieser Excenter-Antrieb umfasst also die Kolben-Zylinder-Einheit 70 und die Kurbelscheibe 14. Wie oben beim elektrischen Excenter-Antrieb können auch beim hydraulischen Excenter-Antrieb für jede der Kurbelscheiben 14, 15 separate Kolben-Zylinder-Einheiten vorgesehen werden. Es kann aber auch nur eine einzige in geeigneter Weise ausgebildete Kolben-Zylinder- Einheit zum Drehantreiben beider Kurbelscheiben 14 und 15 vorgesehen werden.

Weitere Ausführungen der erfindungsgemäßen Kniehebel-Schließeinheit und der dabei verwendeten Antriebe liegen im Rahmen fachmännischen Könnens. Es ist lediglich dafür zu sorgen, dass mittels zusätzlicher Antriebe die Verbindungshebel zwischen den kraftleitenden Hebelpaaren und dem Kreuzkopf nach außen bewegt werden können, um die kraftleitenden Hebelpaare in einen vollständig

durchgestreckten Zustand bringen zu können und/oder dass mittels zusätzlicher Antriebe die Länge von geeignet ausgestalteten Verbindungshebeln verändert werden kann.

Wenn oben und unten jeweils mehrere Haupthebel (kraftleitende Hebel)

vorgesehen sind, kann für jeden Haupthebel ein separater Verbindungshebel vorgesehen sein, welcher jeweils einen eigenen Antrieb zum Verfahren aufweisen kann. Es kann aber auch nur ein Antrieb für eine Gruppe von Verbindungshebeln vorgesehen sein, sofern diese in geeigneter Weise miteinander gekoppelt sind. Ferner können die oberen und die unteren Haupthebel gegebenenfalls mittels einer Querstrebe untereinander kraftübertragend verbunden und nur jeweils ein

Verbindungshebel zwischen dem Kreuzkopf und der oberen und der unteren Querstrebe vorgesehen sein, wobei für jeden dieser beiden Verbindungshebel ein eigener Antrieb zum Verfahren der Verbindungshebel vorgesehen ist. In analoger Weise können anstelle der verfahrbaren Verbindungshebel auch in ihrer Länge veränderbare Verbindungshebel und deren Antriebe zwischen den Haupthebeln und dem Kreuzkopf vorgesehen werden.

Mittels der Maschinensteueurung kann der Betrieb der zusätzlichen Antriebe zum Verfahren der Verbindungshebel bzw. zum Verändern der Länge der

Verbindungshebel auf den Betrieb des Antriebs zum Verfahren des Kreuzkopfes in geeigneter weise abgestimmt werden. Dabei kann darauf geachtet werden, dass die zusätzlichen Antriebe für die Verbindungshebel erst dann aktiviert werden, wenn die Verfahrbewegung der Schließeinheit vollständig oder nahezu vollständig abgeschlossen ist, d.h. das Spritzgießwerkzeug vollständig oder nahezu vollständig geschlossen ist. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die Verbindungshebel gegenüber dem Kreuzkopf im wesentlichen in einer Richtung orthogonal zur Maschinenlängsachse verfahren werden bzw. dass die Veränderung der Länge der Verbindungshebel in einem Zustand erfolgt, in dem die

Verbindungshebel im wesentlichen orthogonal zur Maschinenlängsachse ausgerichtet sind.

Bezugszeichenliste

1 Stützplatte

2 Bewegliche Formaufspannplatte

3a, 3b Obere Hebel

4a, 4b Untere Hebel

5 Kreuzkopf

6, 7 Verbindungshebel

6', 7' In ihrer Länge veränderbare Verbindungshebel

8, 9 Antriebe für Verbindungshebel 6, 7

10 Zylinder

10a Kolbenstange

11 Zylinder

11 a Kolbenstange

12, 13 Excenter-Antriebe

14, 15 Kurbelscheiben

20, 21 Antriebe zur Veränderung der Länge der Verbindungshebel 6', T

30 Hydraulischer Kreuzkopf-Antrieb

31 Kolbenstange

32 Zylinder

40 Elektrischer Kreuzkopf-Antrieb

41 Motor

42 Spindel

43 Spindelmutter

50 Hydraulischer Antrieb für Verbindungshebel 6

51 Kolben

52a, 52b Kolbenstangen

53a, 53b Druckmittelleitungen

60 Motor

61 Getriebe

70 Kolben-Zylinder-Einheit

71 Kolbenstange

A Maschinenlängsachse