专利名称：塑料件的注塑或挤塑方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及塑料件的注塑或挤塑用的带有一根向后支承的挤塑轴或注塑轴的一种方法和装置。其中注射运动的传动用电动机方式通过一个中间连接的机械传动器作为偏心轮或曲柄传动来实现。
先有技术挤塑机和注塑机按其主要功能可分为不同的功能组挤塑模和注塑模布置在中央，它原则上由两半模组成。在挤塑模和注塑模的一侧布置这两半模的自动开合用的传动装置。而在对面则是所谓的注塑机组或挤塑机组，下面称这两种情况为注塑机组。所谓注塑机组在这里理解为带有加热夹套的挤塑压缸或注塑压缸、挤塑轴或注塑轴以及为此所需的带连接装置的传动之总称。
以注塑为例可大致扼要地归纳成如下几个阶段通过一个装料漏斗把塑料供入注射压缸中。原材料被注塑螺杆的螺距攫取并向前运动进入注塑压缸。通过注塑螺杆的旋转运动把塑料继续输送到顶点。在该处，塑料通过螺杆的几何形状或剪切热首先被熔化并作为熔体直接进入喷嘴前面的集料室。作为近似值可这样计算熔化热，即它大部分由注塑螺杆和缸壁之间的机械功产生，其余部分则从夹套加热获得。在螺杆继续旋转运动的过程中，熔体堆积在集料室内并通过集料室中的体积增大而使注塑螺杆在其轴向内返回运动。当集料室内准备了一次注射所需的流态塑料时，螺杆旋转传动停止。安装在螺杆顶点的回流闸极通过前进运动关闭。这样，螺杆变成一个活塞并执行注塑活塞的功能。为了把塑料注入模具中，一个在下面也叫做活塞传动的液压传动启动。该活塞传动使整个螺杆作为纯粹的轴向运动向前推进。现在，作为纯粹活塞工作的注塑螺杆以高达2000巴的压力将通过熔体喷嘴而注入模腔中。注射分两个阶段进行第一阶段实际是加料。在加料阶段快结束时，需要的压力可升高的上述2000巴。加料后，紧接着是加压阶段，此时大致保持加料阶段的最终压力。
实际上，根据使用范围确立了注塑机的两种方法。在包装工业中，最高准则是单位时间的尽可能多的件数，以便由此制造出最贱的例如酸奶杯，甜食包装等。为了喷嘴连同注塑机组在每次注射后立即离开模具，并防止熔体流出，采用了特殊的闸门。在工程应用中，例如在制造具有最高精度的齿轮时，为了保证很高的质量要求，喷嘴保留在模具处，所以待凝固的塑料在流道中起喷嘴闸板作用而没有任何干扰。在这里，注塑机组在两个循环之间不得移动。从理论上讲，集料室可设计得很长，螺杆的长度或螺杆螺距的长度对熔体的制备起决定性的作用。但螺杆顶端前面的集料室越长，则有效长度越短。作为基本准则是把集料室设计成这样大，即用唯一的一个冲程就可制造最大的待注射的件，并可利用上述的注射循环。作为经验值可这样规定，即螺杆的位移距离最多可为螺杆直径的3倍，这样就保证了整个计量过程的熔体质量。在给定螺杆几何尺寸的情况下，最大的还可注射的件由此受到了限制。在全部较小的件的场合，螺杆冲程相应减小。还必须具有两个运动功能-旋转的螺杆传动；-塑化螺杆的轴向运动。
例如在用来制造包装件时，一个附加运动被用来使喷嘴运动到模具和离开模具。这个第三运动功能是通过整个注射机组的移动来实现的。螺杆的输送方向和喷嘴叫做前面，对应一侧，具体地说，支座侧叫做后面。
几十年确立的这个方案已有许多修改。作为传动装置，活塞传动是液压式的、旋转传动是电动式的和机组传动是液压式或气动式的。其中可利用不同从动形式的特殊优点。用液压或气动缸无需变换即可产生直线运动并由此产生最大可能的直线位移力。在电动机传动时可直接产生旋转力。该旋转力直接提供给作为与塑化螺杆的直径匹配的相应减速机构。
EP 451 294提出了一种电动的曲柄传动机构。其中为螺杆的注射运动提出了一种纯粹的曲柄传动机构，该曲柄传动机构具有一个曲柄，该曲柄位于一块固定板以及一块可朝该固定板运动并从该固定板移出的板之间。中央作用的曲柄用来把传动轴的向前旋转和向后旋转转变成注塑螺旋输送机的往复运动。与使用一个曲柄传动比较，注塑螺杆轴向运动的传动或变速器被直接作为固定板和螺旋输送机之间的冲力利用。但由此产生一些缺点。曲柄以一个相当大的角度来把力作用到螺旋输送机上，这个角度相对于注塑螺杆的轴线在任何情况下都大于30°。为了避免相应的侧力作用到注射压缸的下圆周表面上，提出了这样的方案，即注塑螺杆在一块布置在其间的、纵向导向的附加压板上方运动。虽然这个方案与上述曲柄传动的制造费用比较是很经济的，但根据EP 451 294的原理，这种较低廉的造价必须付出补偿侧力或摩擦力的代价。根据EP 451 294的原理，在向前和向后旋转时，传动轴的转角范围或曲柄的工作范围受到了控制装置的相应设计参数的限制。根据EP 0 451 294，该工作范围不容许位于曲柄的上死点或下死点范围或周围范围。该工作范围为0°～大约30°。
本发明的描述本发明的目的是对整个工作循环或注射循环的控制和调节技术方面即工艺方面和结构要求方面提出一个最佳的方案-尽可能用电驱动的机器；-避免在挤塑轴或注塑轴的支承上作用大的侧力；-传动和变速器技术的最佳设置。
本发明方法的特征是，偏心轮传动或曲柄传动大致布置在挤塑轴或注塑轴的高度内并具有一根连杆。线性化运动时电动机产生的力通过该连杆以相对于挤塑轴或注塑轴小于30°的偏向角被引入挤塑轴或注塑轴的后支点中。
本发明装置的特征是，曲柄传动或偏心轮传动大致布置在挤塑轴或注塑轴的高度上并具有一根强制连接的连杆，其中曲柄或偏心轮的半圆运动部分地位于挤塑轴或注塑轴的上方和部分地位于挤塑轴和注塑轴的下方。
这种新方法可实现许多其它的有利方案，尤其是可最佳地利用曲柄传动的主要优点。偏心轮和曲柄可在一个与运动极限位置的两个死点夹成的180°的半圆内运动，是特别有利的。在很多使用场合中，如果每个挤塑循环或注塑循环(也叫工作循环)的曲柄传动至少接近前死点而与注塑件尺寸无关时，则是有利的。此外，建议从加料到加压的转换点定在曲柄传动的前死点位置前面偏心轮旋转角的20°至40°的范围，最好大致30°的范围。业已证明，在前部范围，在死点附近，电动机几乎没有转矩或几乎没有效率。加压区，特别是在最佳控制填料时变得好的多，这包括用微观运动，必要时用最佳的特性曲线来支持。根据这个方法的另一个有利方案，轴向运动可从曲柄运动的前死点确定。有效的行程长度取决于待注塑的制品尺寸。在前区，在加压阶段利用大致30°的偏心轮运动，而在后区，在卸压时则可利用到30°。在后区，在注塑的情况下，塑化后螺杆退回的范围内的附加运动对物料产生卸压。在灌模过程中，偏心轮运动的角度范围100°至140°作为最大注塑件时的最大行程。在这种情况下，可最大限度地利用曲柄传动的全部优点。
根据几十年来行之有效的实践经验，在注射和加压时，施加特别高的注射力是从后面直接以中心压力或冲力的形式作用到注塑轴上的。根据新的解决方案，一对连杆利用这个优点，即在后支承上，在注塑螺杆的两侧对称作用力，而且主要的力直接作用在物料输送方向内即向前作用。这个新方案具有一系列优点，即-在用一个偏心轮传动或曲柄传动时，通过一对连杆达到了最佳的力传递；-紧凑的结构；-最佳的力导向；-为注塑螺杆的轴向传动和径向传动使用很有利的伺服传动提供了最佳的前提。
本发明的一系列特别有利的方案可参见权利要求2至5以及7至18。
在极限位置运动时，曲柄传动可在两个死点或相应死点附近之间运动，其中用一种适当变化的方式控制/调节死点附近的曲柄或偏心轮，并在每个注射循环中，在注射过程结束后，曲柄或偏心轮为了暂时加压运动到前死点附近。
作为其他的优点是，全部有关的过程参数都可经济地进行最佳的控制/调节。这是一个决定性的优点，即由于在连杆机构和挤塑轴或注塑轴的有效方向之间的一个极小的角偏向，几乎完全避免干扰力，因而只产生极小的摩擦力。在先有技术中，例如根据EP 451 294，这个死点附近的避免是以支点内相当大的摩擦力“换取”的。有严重摩擦的机器零部件参与的参数的每个调节都比在只有很小摩擦的解决方案(例如这个新解决方案就是这种情况)时要花费得多得多，即使只接近于达到相同的调节精度。用附加的调节技术手段可补偿或校正例如从填料中得出的特殊的压力特性曲线、速度特性曲线和/或注塑特性曲线。
连杆或连杆机构的有效轴线围绕挤塑轴或注塑轴摆动的角偏向是很小的并最好小于20°，特别是最好甚至小于10°。偏心轮传动的旋转中心大致这样布置在挤塑轴或注塑轴下方大约偏心轮圆周运动的二分之一半径，使整个偏心轮运动大致位于挤塑轴或注塑轴下方的一半和上方的一半。行程可选择成工件尺寸的函数，使偏心轮传动在每次注射循环时大致可运动到上死点位置。注塑传动机构的减速比“i”为20和150之间，最好为50和100之间并可例如有三档。在加压轴承盖中，在螺杆传动轴的范围内布置一个测力传感器。此外，为了控制加速力，该传动机构可在传动机构上设置一个加速度传感器或传动电动机加速度的测量装置。一对连杆与注塑螺杆的支点构成一个支架并与挤塑轴或注塑轴一起大致位于相同的高度。
机电传动装置具有一个可控或可调的传动装置尤其是一台伺服电动机，其中曲柄或偏心轮变速器的最大偏转运动相当于注塑螺杆的最大行程并按需要可以利用。带变速器的传动装置可固定布置在机组的下部并在往复运动时与机组一起移动。偏心轮或曲柄传动最好具有一根贯通的传动轴，其中连杆机构对称布置在注塑螺杆的两侧。整个机组作为一个紧凑的组件构成并具有一块底板。与一个机电式的偏心轮或曲柄传动组成一个完整的结构单元而可呈滑板状地来回移动。在注塑螺杆进行轴向运动时，注塑螺杆或挤塑活塞可通过其后支点与一对连杆以滑板的方式相对于并平行于底板进行运动。全部运动功能以及整个工作区的塑料填料的压力曲线都用现场控制调节手段进行协调和控制。
根据另一方案，带有移动底板的注塑机组与机电式传动组成完整的结构单元而可象滑板那样来回运动。为了建立挤塑或注塑压力，后支承与一对连杆在底板上以滑板的方式进行冲击和拉动。这种方案可把一对连杆的整个传动单元安装在底板下面并与底板固定连接。在喷嘴进行移进和移出运动时，整个注塑机组一起移动。在用电动机传动装置时，为一对连杆的两根连杆设置了一根连续的共同的曲柄传动轴。这样就可实现注塑连杆的两侧的对称传动和变速。从而解决了另一个很重要的问题即力的对称性，但特别是在此基础上建立了整个注塑机的最重要的占用空间的部件的对称性。在上述的新解决方案的进一步发展中，可将注塑机组作为一个紧凑的组件制造。这个新的解决方案要用于各式各样的注塑机。此外，这个新方案对很经济地制造组件也是理想的。如果该组件包括注塑机组的功能所需的、为生产准备的全部重要零部件，则相应的优点尤其明显。这样就可节省安装费用。可把现场电子或控制部分例如电力电子部分直接布置在注塑机组的下部。
本发明的附图的简要说明下面结合几个具有其他细节的实施例来说明本发明。其中附图表示
图1一个注塑机组的侧视图；图2a～2c偏心轮或曲柄传动的三个位置，其中图2a表示在最大注射量时机组的最后位置，图2b表示加压开始，而图2c则表示在加压阶段结束时的最前面的位置；图3a、3b、3c注塑机的注塑机组的不同视图；图4a和4b注塑机的注塑螺杆的轴向运动和旋转运动的两个传动装置；图5a和5b传动机构的正视图及旋转传动装置的断面图；图6a～6c挤塑时偏心轮的三个位置。
本发明的实施方式图1表示注塑机的注射侧。核心部分是注射压缸1，通常呈粒状的原材料通过一个漏斗供入该注射压缸中。一台螺旋输送机或注塑螺杆4(图3c)位于注塑压缸1中，该注塑螺杆在右侧后部装在一个支承5上。注塑螺杆4的旋转运动通过一个齿轮6来产生，而注射运动则作为箭头2所示的活塞运动通过一个曲柄传动来产生。
在注射循环开始之前，为了把注射喷嘴8压到模具上，该喷嘴的运动是必须的。模具本身在图中未示出，但示出了一块直接支撑在机座9上的紧固底板3以及整个注塑机组10。机组移动通过一个移动传动装置11和一根丝杠12来进行。通过一块底板15象滑板那样架在轨道14上的注塑机组支撑在机座9上并带有一块刚性连接的前板13。传动箱16同样与底板15用螺丝牢固连接并具有一个在连杆18的二分之一偏心行程时的半径为R的偏心轮17。连杆18呈支架状通过支承5以力连接的方式与注塑螺杆4连接，以便进行其轴向的移动运动。交流伺服电动机19通过一个传动机构20在旋转的方向内传动注塑螺杆4。注塑螺杆4的轴向移动通过曲柄传动来进行，其中传动机构20连同注塑螺杆4通过多个平行导向悬架21支持。传动箱16与前板13和注射压缸1以及底板15一起构成可移动的单元，在该单元内，注塑螺杆4可用最大的动力消耗进行运动。
用角度α表示连杆18的最大可能的摆动或偏转。因为偏心轮17的旋转中心Dz比注射螺杆轴线22大致低二分之一半径(R/2)，所以从连杆18的传动轮23的中心ZA产生一个相对于注塑螺杆轴线22各α/2的摆动运动。在本例中，α/2约为5°至10°，所以α大致为10°～20°。
图2a、2b和2c表示偏心轮传动或曲柄传动的三个不同的位置。在产生位移行程SpW时，偏心轮运动的最大理论值为180°。在图2a中示出了偏心轮位置的返回位置。这个位置取决于待注塑的工件的尺寸。在最大可能的工件时，利用最大角180°。Th表示后死点。TV表示前死点。在图2a中，β1是一个最大的角。在图2b中，连杆18处于注射阶段结束或加压阶段开始的位置。连杆18的冲击方向精确地位于注塑螺杆轴线22的延长线上。从图2b至图2c的位置表示加压阶段并保持在图2c的前死点位置内。
从图3a、3b和3c可以看出，该连杆机构由一对连杆即连杆18和连杆18’组成，这对连杆对称布置在注塑螺杆轴线的两侧。
图4a和4b表示旋转运动的两台传动电动机19以及一台用传动轮31、32和33把注塑螺杆4的曲柄传动或轴向运动传递到偏心轮的齿轮34上的传动电动机30。
图5a以及图5b表示旋转传动装置的正面图以及断面图。两个轴颈40、40’用作两个传动轮23的支承并为用于轴向运动而构成传动机构20外壳的固定处或相应的支承41、41’。注塑螺杆4刚性连在连接轴颈42上。压力P从注塑螺杆4通过轴向轴承43作用到一个轴承盖44上。在轴承盖44的一个薄膜状的位置内布置了一个测力传感器45，通过该传感器可测量和控制/调节注塑压缸内压力形成时的压力或力。
图6a至6c表示上述实施例在挤塑时偏心轮传动的不同位置。图6a表示连杆18的可能的最后面或返回位置，图6b表示连杆18位于中间位置，图6c表示连杆18位于前死点位置。
权利要求
1.具有一根后支承的挤塑轴或注塑轴(22)的塑料件的注塑或挤塑方法，其中轴向运动的传动用电动机方式通过一个中间连接的机械传动器作为偏心轮或曲柄传动(7)来实现，其特征为偏心轮或曲柄传动(7)大致布置在挤塑轴或注塑轴(22)的高度范围内并具有一根连杆(18，18’)，线性化运动时电动机产生的力通过该连杆以相对于挤塑轴或注塑轴(22)很小的、最好小于30°的角偏向传递到挤塑轴或注塑轴(22)的后支承(5)。
2.按权利要求1的方法，其特征为，该连杆在两个死点位置(Tv，Th)之间的极限位置开动或相应死点附近开动时是可运动的，其中在死点附近的曲柄或偏心轮作用以一个适当变化的方式进行控制/调节，并在每个工作循环的注塑过程结束后，该连杆为加压运动到前死点(Tv)或至少到前死点附近。
3.按权利要求1或2的方法，其特征为，电动机传动通过调节技术的手段处理连杆运动的几何图形和挤塑轴或注塑轴的特殊压力特性曲线和/或速度特性曲线和/或挤塑或注塑技术的特性曲线。
4.按权利要求3的方法，其特征为，挤塑轴或注塑轴(22)通过调节技术的硬件和/或软件手段的特别是对力和速度进行程序控制或分布控制。
5.按权利要求1至4任一项的方法，其特征为，在每个工作循环时，连杆(18，18’)的有效轴线围绕挤塑轴或注塑轴(22)摆动，且角偏向(α)小于20°。
6.一种挤塑或注塑机的注塑机组，具有可控制/调节的机电式曲柄或偏心轮传动(7)，用来实现一根支承在后部范围的挤塑轴或注塑轴(22)的轴向运动，其特征为，曲柄或偏心轮传动(7)大致布置在挤塑轴或注塑轴(22)的高度内并具有一根强制连接的连杆(18，18’)，其中曲柄或偏心轮半圆运动部分位于挤塑或注塑轴(22)上方和部分位于其下方。
7.按权利要求6的注塑机组，其特征为，曲柄或偏心轮传动装置(7)的旋转中心相对于挤塑轴或注塑轴(22)大致错开二分之一偏心轮半径(R/2)，使一个满180°的偏心轮运动大致一半位于挤塑轴或注塑轴(22)下方和大致一半位于其下方。
8.按权利要求5的注塑机组，其特征为，在挤塑轴或注塑轴(22)两侧的连杆(18，18’)作为一对连杆(18，18’)这样构成，即在每个工作循环时，这对连杆(18，18’)可进行小于30°的轻微的摆动运动。
9.按权利要求6至8任一项的注塑机组，其特征为，挤塑轴或注塑轴(22)的行程长度可这样选择成工件尺寸的函数，即在每个工作循环时，连杆(18，18’)可运动到前死点(Tv)或至少到死点附近。
10.按权利要求6至9任一项的注塑机组，其特征为，连杆(18，18’)或连杆对的总的回转运动形成一个小于20°的角度，这样铰链连接的回转运动就尽可能靠近一个具有挤塑轴或注塑轴(22)的共同平面。
11.按权利要求6至10任一项的注塑机组，其特征为，机电传动具有一个可控或可调的传动装置尤其是一台伺服电动机(30)，且连杆或连杆对(18，18’)的最大偏转运动相当于挤塑轴或注塑轴(22)的最大行程，该行程可根据需要利用。
12.按权利要求6至11任一项的注塑机组，其特征为，连杆对(18，18’)与挤塑轴或注塑轴的支承(5)构成一个支架(24)，它与挤塑轴或注塑轴(22)大致共同位于一个共同的平面内。
13.按权利要求6至12任一项的注塑机组，其特征为，电动机传动作为带有传动器的伺服电动机(30)构成并固定布置在机组(10)的下部以及在喷嘴移入和移出运动时机组移动过程中一起运动，其中偏心轮或曲柄传动(7)最好具有一根连续的传动轴，且该连杆机构在挤塑轴或注塑轴的两侧对称构成。
14.按权利要求6至13的注塑机组，其特征为，传动器(31，32，33)的减速比“i”最好为20和150之间，并具有三档。
15.特别是按权利要求6至14任一项的注塑机组，其特征为，注塑机组(10)作为紧凑的组件构成，带一块底板(15)与一个机电式偏心轮或曲柄传动(7)组成一个完整的结构单元而呈滑板状地来回移动，且挤塑轴或注塑轴(22)通过其后支承(5)与一对连杆(18，18’)可按一块滑板的方式相对于并平行于底板(15)运动。
16.按权利要求6至15任一项的注塑机组，其特征为，控制加速力的传动机构(20)在该传动机构上具有一个加速度传感器或测量传动电动机(19)的加速度的装置。
17.按权利要求6至16任一项的注塑机组，其特征为，在挤塑轴或注塑轴(22)的范围内，在一个加载的轴承盖(44)内至少设置了一个测力传感器(45)。
18.按权利要求6至17任一项的注塑机组，其特征为，该注塑机组具有现场控制-调节装置，以便协调全部运动功能和塑料填料的压力曲线，特别是在塑化时的前进运动和返回运动。
全文摘要
本发明涉及一种具有一个偏心轮或曲柄传动(7)和连杆(18)作为紧凑组件的注塑机组(10)。在具有一个注射压缸(1)和一块底板(15)以及进行塑化的螺杆的轴向和旋转运动的传动和变速机构的注塑机的情况中，这个紧凑组件可水平移动。注塑螺杆(4)的注射运动通过连杆或连杆对(18)来实现，该连杆对连接在后支承(5)上，且注塑螺杆(4)相对于底板(15)移动。通过连杆对(18)几乎完全避免了横向力。这种解决方案实现了电动机尤其是伺服电动机传动的最佳使用。
文档编号B29C45/50GK1427762SQ01809155
公开日2003年7月2日 申请日期2001年4月19日 优先权日2000年5月8日
发明者B·斯蒂尔哈德, R·西格里斯特 申请人:普罗控制公开股份有限公司