Hydraulische Antriebsvorrichtung für eine Spritzgiessmaschine Gegenstand des Hauptpatentes ist eine hydraulische Antriebsvorrichtung für eine Kunststoffe oder ähnliche Massen verarbeitende Spritzgiessmaschine, deren Giess form mit Hilfe wenigstens eines hydraulischen Fahr zylinders mit kleiner Kraft in Offen- und Schliessstellung gefahren, nachstehend Fahrperiode genannt, und mit Hilfe wenigstens eines hydraulischen Druckzylinders mit grosser Kraft zugehalten wird, nachstehend Druck periode genannt, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Kolben des Fahrzylinders oder dieser Fahrzylinder selbst mit dem Kolben des Druckzylinders zu einer Bewegungseinheit verbunden ist,
und die vor und hinter dem Kolben des Druckzylinders liegenden Zylinder räume durch wenigstens einen Kanal miteinander ver bunden sind, in dem ein Ventil eingefügt ist, das wäh rend der Druckperiode in Verschlussstellung und wäh rend der Fahrperiode in Offenstellung steuerbar ist.
Nach einem Unteranspruch des Hauptpatents ist das Ventil konzentrisch im Kolben angeordnet und der Ventilkörper mit der Kolbenstange des Kolbens fest verbunden.
Die Weiterbildung zielt auf eine bauliche und steue rungstechnische Vereinfachung der Antriebsvorrichtung ab.
Sie besteht erfindungsgemäss darin, dass eine zylin drische Bohrung von der der Giessform abgewandten Stirnseite des Kolbens her konzentrisch in diesen Kol ben eingebracht ist und ein in der Bohrung auf genommener Steuerkolben derart mit der begrenzt rela tiv zum Kolben bewegbaren Kolbenstange verbunden ist, dass ein vom Zylinderraum her auf diesem Steuer kolben lastender Druck von der Kolbenstange aufge nommen wird.
Durch diese bauliche Gestaltung ist eine ausrei chende Grössendifferenz zwischen den beaufschlagbaren Fläche des Kolbens sichergestellt, so dass sich dieser bei Beginn der Druckperiode selbsttätig schliesst. Aus diesem Grunde entfällt wenigstens ein der Steuerung des Ventils dienender hydaulischer Druckraum im Kolben des Druckzylinders und liegen infolge einfacherer bau- licher Gestaltung wesentlich günstigere Voraussetzun gen für eine Serienfertigung vor.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeich nung an einigen Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 die Antriebsvorrichtung teilweise im Längs schnitt, Fig. 2 einen in grösserem Massstab dargestellten Kolben der Antriebsvorrichtung gemäss Fig. 1 teilweise längsgeschnitten, Fig. 3 den Kolben gemäss Fig. 2 in Stirnansicht im Schnitt nach Linie 3-3 von Fig. 2, Fig. 4 eine Variante des Kolbens der Antriebs vorrichtung teilweise im Längsschnitt, Fig. 5 eine weitere Variante des Kolbens und Fig. 6 eine längsgeschnittene Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Vorrichtung (die ähnlich der Vorrichtung gemäss Fig. 1 ist) in Verbindung mit der Spritzeinheit und zusam men mit einer schematischen Darstellung des hydrau lischen Systems.
Die Greifform 11 wird mit Hilfe von Fahrzylindern 22 mit kleiner Kraft in Offen- und Schliessstellung ge fahren (Fahrperiode) und mit Hilfe von Druckzylindern 1 mit grosser Kraft zugehalten (Druckperiode). Der Kolben 41 eines jeden Druckzlinders 1 ist über die zugehörige Kolbenstange 3, die bewegbare Formenauf- spannplatte 4, das Gelenk 25 und die Kolbenstange 24 mit dem Kolben 23 des Fahrzylinders 22 verbunden. Während der Fahrperiode führt daher der Kolben 41 im Druckzylinder 1 zwangläufig einen Hub aus.
Dieser Hub wird dadurch erleichtert, dass die Zylinderräume 12 und 13 des Druckzylinders während der Fahrperiode über Kanäle 20", 21" miteinander in Verbindung ste hen, so dass beim Hub des Kolbens 41 zumindest ein Teil des Öls unmittelbar aus dem Zylinderraum 12 in den Zylinderraum 13 und umgekehrt fliessen kann. Die Kolbenstange 3 ist in bestimmten Grenzen relativ zum Kolben 41 verschiebbar. Ein verdickter Abschnitt 18' der Kolbenstange 3 dient als Ventilkörper und bil- det zusammen mit einer als Ventilsitz dienenden Schul ter 18" des Kolbens 41 ein Ventil 18', 18". Der Ventil körper 18' ist auf seiner dem Ventilsitz zugewandten Stirnseite 53 konisch gestaltet. Ein ringförmiger Kanal abschnitt 21" umschliesst die Kolbenstange und geht in eine Anzahl kreisförmig angeordneter Kanäle 20" über, die gegen die Ventilachse geneigt sind.
Eine zylindrische Bohrung 55 (in Fig. 1, 2) bzw. 61 (in Fig. 4, 5) ist von der der Giessform 11 abgewandten Stirnseite des Kolbens 41 her konzentrisch in diesen Kolben ein gebracht. In der Bohrung ist ein der Steuerung des Ventils 18', 18" dienender Kolben 56 aufgenommen. Dieser Steuerkolben bedingt, dass die den Zylinderraum 12 begrenzende, beaufschlagbare Fläche des Kolbens 41 wesentlich grösser ist als die den Zylinderraum 13 begrenzende Fläche. Die Grössendifferenz der mitein ander verglichenen Flächen entspricht mindestens der Stirnfläche des Steuerkolbens 56. Diese Differenz ist, wie weiter unten gezeigt wird, Voraussetzung für die selbsttätige Überführung des Verschlussventils 18', 18" in Verschlussstellung bei Beginn der Druckperiode.
Die Relativbewegung zwischen dem Kolben 41 und der Kolbenstange 3 ist mit Hilfe eines in der Bohrung 55 bzw. 61 angeordneten Seegeringes 57 begrenzt.
Im Ausführungsbeispiel gemäss den Fig. 1, 2 be grenzt der Steuerkolben einen Zylinderraum 55, in den eine durch die Kolbenstange verlaufende Druckölleitung _S4 mündet. Die Druckölleitung 54 in der Kolbenstange 3 ist von der Giessformseite der Antriebsvorrichtung her geführt.
In den Ausführungsbeispielen gemäss Fig. 4 und 5 ist eine das Verschlussventil 18', 18" in Offenstellung drückende Feder 58 vorgesehen. Die Feder ist mittel bar an der Kolbenstange 3 widergelagert und hat die Tendenz, den Kolben 41 in Richtung der Zylinder kammer 12 zu drücken.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist der mit der Kolbenstange verbundene Steuerkolben 56 Widerlager für die Feder 58. Die den Zylinderraum 12 begren zende, vom Drucköl beaufschlagbare Stirnfläche des Kolbens 41 ist grösser als die den Zylinderraum 13 be grenzende Stirnfläche.
Bei der Variante gemäss Fig. 5 ist in einer Ring nut der Kolbenstange 3' ein Seegering 62 aufgenommen, an dem die ausserhalb der Bohrung 61 gelegene Feder 58 abgestützt ist. Die Bohrung 60 in der Kolbenstange (Fig. 4 und 5), die im Zylinderraum 61 mündet, dient lediglich dem Druckausgleich bei einer Relativbewegung zwischen Kolben 41 und Steuerkolben 56.
Stärke und Vorspannung des Tellerfederpaketes 58 ist so bemessen, dass sein Druck auf den Kolben 41 ge ringer ist als der während der Druckperiode vom Druck- öl infolge der Grössendifferenz zwischen der vorderen und hinteren Fläche des Kolbens 41 auf den Kolben ausgeübte gegensätzliche Druck.
Die Fahrzylinder 22 sind stirnseitig an der For menaufspannfläche 1' abgestützt.
Die die Druckzylinder 1 rückseitig überragenden Abschnitte 3' der Kolbenstangen 3 der Kolben 41 er strecken sich bei geschlossener Giessform in Schutzhül sen 68. Auch die nach vorne im Bereich der Giessform aus den Zylindern 1 ragenden Abschnitte der Kolben stangen 3 sind zweckmässigerweise von Schutzhülsen umschlossen (nicht gekennzeichnet), die in der Stirn seite der Antriebszylinder verankert sind. Die Bohrung 37 dient der Aufnahme der Trägerholme einer Spritz- einheit. Die Ausführungsbeispiele gemäss den Fig. 2, 3 und 6 arbeiten wie folgt: Zum Öffnen der Giessform werden gleichzeitig die Zylinderräume 30 der Fahrzylinder 22 und die Druck ölleitungen 54, die in dem Zylinderraum 55 münden, mit Drucköl beschickt.
Durch den Druckaufbau in den Zylinderräumen 55 werden die Kolben 41 geringfügig relativ zu den noch feststehenden Kolbenstangen in Richtung der Giessform 11 bewegt und dadurch die Verschlussventile 18', 18" geöffnet. Danach bewegen sich die beaufschlagten Kolben 23 nach links und schieben mit Hilfe ihrer Kolbenstangen 24 die beweg bare Aufspannplatte 4, die Kolbenstangen 3 und die Kolben 41 in gleicher Richtung mit. Dabei fliesst Öl in den Zylinderräumen 13 über die Verbindungskanäle 20", 21" in die Zylinderräume 12.
Sobald die Giessform 11 geschlossen ist (Fig. 1), wird der Zuhaltedruck für die Giessform 11 durch die Beschickung der Zylinderräume 12 mit Drucköl auf gebaut. Im Augenblick des Aufbaues des Zuhalte druckes ist der Druck in den Zylinderräumen 12 und 13 etwa gleich gross, weil die Ventile noch offen sind. Die Ventile 18', 18" schliessen sich jedoch sofort, weil die die Zylinderräume 12 begrenzenden Stirnflächen der Kolben 41 grösser sind als die die Zylinderräume 13 begrenzenden Flächen dieser Kolben, so dass sich diese Kolben solange nach rechts bewegen, bis die als Ventil sitze dienenden Schultern 18" an den Stirnseiten der Ventilkörper 18' anliegen. Bei normalem Arbeitsbetrieb sind die in die Zylinderräume 12, 13 mündenden Öllei tungen 26, 59 praktisch geschlossen. Dies ist jedoch nicht Voraussetzung für die Funktionsfähigkeit.
Es ist nämlich nicht erforderlich, dass alles in den Druckzylin dern befindliche Öl in diesen verbleibt. Vielmehr kann ein gewisser z. B. schrittweiser Wechsel des in den Druckzylindern befindlichen Ölvolumens stattfinden. Auch kann es zweckmässig sein, in die Ölleitungen 59 ein bei einem vorbestimmten Druck sich öffnendes Rückschlagventil 74 einzufügen, wobei der Durchfluss von den Zylinderräumen 13 her nach aussen bei Über schreiten eines bestimmten Grenzdruckes freigegeben ist.
Bei den Ausführungsbeispielen gemäss den Fig. 4 und 5 unterscheidet sich die Arbeitsweise von der so eben beschriebenen dadurch, dass beim Öffnen der Giessform die Ventile nicht durch Beschickung der Druckräume 55 in Offenstellung gesteuert sind, son dern mit Hilfe der Tellerfedern 58 offen gehalten wer den. Die Ventile 18', 18" verbleiben während der gesamten Fahrperiode offen und werden lediglich, wie oben beschrieben, während der Druckperiode geschlos sen.
Dabei wird der Gegendruck der Feder 58 über wunden.
Die Spritzeinheit gemäss Fig. 6 umfasst eine Plasti- fizierungs-Förderschnecke 80 in einem Plastifizierungs- zylinder 81, die von einem Hydraulikzylinder 82 mit Einspritzkolben 85 getragen ist. Die Schnecke wird von einem hydraulischeh Motor 86 über die Verbindungs achse 84 angetrieben.
Es bestehen verschiedene Möglichkeiten, die hy draulischen Einrichtungen mit zwei Pumpen unter schiedlicher Leistung zu betreiben. Zum Beispiel ist es möglich, d@ass Pumpe 70 mit der höheren Leistung, deren erzeugbarer Druck in umgekehrtem Verhältnis zur Aus stossgeschwindigkeit von einem Maximum zu einem Minimum regelbar ist, die Fahrzylinder 22-24 zum Schliessen und Öffnen der Giessform über den Dreiwege schieber 88 und die Ölleitungen 93, 94 antreibt.
Die Schliess- und Öffnungsbewegung der Giessform 11 wird mit hoher Geschwindigkeit und verhältnismässig kleinem Druck ausgeführt. Eine axial einstellbare Schaltstange 98 ist an der bewegbaren Aufspannplatte 4 befestigt. Die Stange ist entsprechend der Tiefe der Giessform 11 eingestellt. In dieser eingestellten Stellung (Fig. 22) schliesst die Schaltstange einen Kontrollstrom- kreis 100 mit Hilfe eines Schalters 99, wenn die Giess form in geschlossene Position gelangt.
Dies ist der Fall, wenn die Formschliesseinheit fehlerlos arbeitet, d. h., dass keine Fremdkörper zwischen den Formhälften vor- handen sind. Das Schliessen des besagten Kontrollkreis- laufes liefert das Kommando zum Aufbau des Druckes, der erforderlich ist, um die Giessform 11 in ihrer ge- geschlossenen Position zusammenzudrücken.
Dieser Druck wird von der Pumpe 70 in Zusammenarbeit mit einer zweiten Pumpe 72 mit kleinerer Ausstosskapazität entwickelt, indem die Zylinderkammern 12 über die Leitungen 26, 26a und 26b mit Öl versorgt werden, das unter maximalem Druck steht. Zu diesem Zweck befindet sich der Schieber 88 in der in der Figur ge zeigten Stellung, während der Dreiwegeschieber 89 in einer Stellung ist, in der das von der Pumpe 70 kom mende Öl den Schieber in Richtung Leitung 26a durch fliessen kann, während das Öl der Pumpe 72 den Zwei wegeschieber 91 durchfliesst, um in die Leitung 26b zu gelangen. Wenn der Betrieb durch das Vorhandensein von Fremdkörpern zwischen den beiden Formhälften gestört ist, kann die Schaltstange 98 nicht mehr die Kontakte des Schalters 99 im Verlauf der Schliessbewe gung der Formschliesseinheit erreichen.
In diesem Falle wird das Öl, das während des Schliessens der Form 11 von der Pumpe 70 über die Leitung 94 zu den Kam mern 31 fliesst, über die Leitung 101 und Rückschlag ventil 97 abgeleitet, das in dieser Leitung 101 liegt. Das Rückschlagventil öffnet bei einem vorbestimmten Druck und ermöglicht ein Fliessen des Öls von der Pumpe 70 zum Tank 73.
Wenn der Betrieb gestört ist, durch Gegenwart eines Fremdkörpers, erfolgt daher kein Kommando zum Auf bau des Zuhaltedruckes. Auf diese Weise stellen die axial einstellbare Schaltstange und der Kontrollkreislauf mit dem Schalter 99 eine einfache Sicherheitsvorrich tung für die Giessform von hoher Wirksamkeit dar.
Wenn der Betrieb der Giessform ungestört ist, wird der Druck der Pumpe 70 von der Zylinderkammer 12 weggenommen, sobald der erforderliche Zuhaltedruck für die Giessform aufgebaut ist, weil diese Pumpe 70 nunmehr zum Einspritzen des Kunststoffes benötigt wird, indem sie den Einspritzhub des mit der Schnecke 80 verbundenen Kolbens 85 ausführt und auch den hy draulischen Motor 86 für die Spritzeinheit 80-85 an treibt, während die Pumpe 72 den Druck in den Zylin derkammern 12 für die Zeit der Einspritzung des Kunst stoffmaterials in die Giessform aufrechterhält. Zur Ver sorgung des hydraulischen Motors 86 befindet sich der Zweiwegeschieber 90 in einer Stellung, in welcher das von der Pumpe 70 kommende Öl den Schieber in Rich tung Leitung 95 durchfliessen kann.
Zur Durchführung des Einspritzhubes des Kolbens 85 durchfliesst das von der Pumpe 70 kommende Öl den Schieber 89 in die Leitung 96, während der von der Pumpe 72 ausgeübte Druck in die Kammern 12 über den Zweiwegeschieber 91 gelangt.
Die Ölleitung 59 mit dem Rückschlagventil 74 führt zum Öltank 73. Die Pumpen 70 und 72 werden durch den Elektromotor 87 angetrieben.