絲杆單元、注射單元、閉合單元和成型的製造方法

2023-10-06 05:50:29 2

絲杆單元、注射單元、閉合單元和成型的製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種絲杆單元(1)，用於成型機、尤其是用於注塑機，該絲杆單元包括至少一個絲杆(2)並且包括用於使絲杆(2)運動的驅動裝置(3)以及用於補償絲杆(2)的與溫度相關的長度變化的補償裝置(4)，設有用於確定絲杆(2)的溫度(T)的確定裝置(5)，其中，絲杆(2)相對驅動裝置(3)的位置能根據確定的溫度(T)由補償裝置(4)調節。本發明還涉及包括這樣的絲杆單元的注射單元、閉合單元和成型機。
【專利說明】絲杆單元、注射單元、閉合單元和成型機

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於成型機、尤其是用於注塑機的絲杆單元，其包括至少一個絲杆並且包括用於使絲杆運動的驅動裝置以及用於補償絲杆的與溫度相關的長度變化的補償裝置。本發明還涉及具有這種絲杆單元的注射單元、閉合單元和成型機。

【背景技術】
[0002]通常在現有技術的為人所熟悉的各種不同的機器中由於放熱在大多數為金屬的機器部件中發生長度變化。其中特別受到熱負荷的並且長度膨脹頻繁的機器部件是絲杆單元的絲杆。此外尤其是注塑機的活動的模具夾緊板的開啟與閉合運動經常是通過絲杆驅動裝置(絲杆單元)實現。所述長度膨脹可能導致整個機器的不準確性。
[0003]例如當在機器上沒有安裝用於對活動的模具夾緊板進行定位的縱向位移傳感器的時候，活動的模具夾緊板的實際位置是通過安裝在絲杆驅動裝置內的位移傳感器探測並且在注塑機的控制裝置內處理。如果機器處於運行中，則絲杆逐漸變熱。所述變熱造成絲杆膨脹。但是通過電機中的行程探測不識別這種膨脹。有鑑於此在記錄中發現，在絲杆的冷卻狀態和熱狀態之間可能出現最大為整整Imm的偏差。所述絲杆膨脹使活動的模具夾緊板的精確定位變得特別困難。不再能夠完全始終如一地生產相同的注塑件。例如在絲杆驅動裝置的滾珠循環系統內的滾珠之間，特別是絲杆電機與絲杆之間出現的摩擦被視為可能造成絲杆變熱並且隨之絲杆鋼材膨脹的可能影響因素。
[0004]螺紋線中的潤滑劑的變熱以及絲杆驅動裝置內的電機繞組的變熱也具有影響。此外，被加熱的模具的熱輻射以及提高的室溫也影響溫度。
[0005]到目前為止能夠抵制絲杆變熱或對所述變熱進行補償的已知的系統是冷卻的滾珠絲槓或額外的用於校正行程的縱向位移傳感器。所述具有冷卻的滾珠絲槓的系統的缺點是，由於絲杆的特殊設計(孔，等)，採購成本過高。此外在這裡經常發生密封問題。另一個缺點是，冷卻介質必須按l°c精確地進行調溫，否則的話，較大的偏差又對行程造成負面影響。另一項缺點是，需要大的冷卻能力。所述具有位移傳感器的系統的缺點在於高的採購成本。還需要設置控制器上的附加的模擬輸入端。此外還存在安裝問題，昂貴的布線也是必需的。此外必須進行軟體匹配，其中必須額外地維護軟體。
[0006]為了至少避免其中的若干問題，從現有技術中已知用於對通過溫度變化導致的長度變化進行補償的不同方案。
[0007]首先參考DE10122584A1，其展示水平的雙平板注塑機。其中指出，可以下述方式補償絲杆的長度膨脹:框架式的支撐元件通過軸承支撐在機架上。尤其是軸承和滾子在絲杆的熱膨脹的情況下允許有間隙。其中的缺點是，由於所述間隙仍然總是出現誤差。
[0008]與此相比，不同類的W093/25368A1顯示，在存在模具或梁熱膨脹的情況下調節端板或模具夾緊板的位置。在此對絲杆和絲杆單元隻字未提。
[0009]但是此外DE4333196C2顯示一種用於注塑機的絲杆單元，其目的在於，抑制由於絲杆熱膨脹造成的工件側的絲杆端部的位置變化。相應地也利用圖表描述由於特膨脹導致的絲杆位移。此外還特別指出，通過使軸承箱向反方向運動可以抑制由於絲杆的漸增的熱膨脹導致的絲杆的工件側端部的位置變化。由此在該現有技術中也存在同在首個提及的文獻中類似的缺點，據此在製造產品(注塑產品)時始終仍忍受精度的煩擾。


【發明內容】

[0010]因此本發明任務在於，發明相對現有技術可替選的或改進的絲杆變熱補償。尤其是應減少或儘可能規避從在現有技術中已知的缺點並在生產過程中提高精確度。
[0011]對於絲杆單元，這通過權利要求1特徵實現。因此設置用於確定絲杆溫度的確定裝置，其中，絲杆相時驅動裝置的位置能根據確定的溫度由補償裝置調節。由此不再使用被動的長度膨脹補償，而是主動地通過驅動裝置使絲杆不再移動得遠到需要避免發生任何不準確的機械補償。基於溫度確定，從一開始就已經依據確定的溫度時絲杆的運動或者說位置進行校正，使得始終具有高精度。
[0012]絲杆的長度膨脹的一個重更數值是熱膨脹係數。所述熱膨脹係數說明長度膨脹與材料的與溫度變化之間的關係。具體的示例為，計算或通過具體測量確認，一根3米長的絲杆在穩定地從(TC加熱到70°C的情況下在長度方向線性膨脹1.8毫米。這相當於每攝氏變每米0.012毫米的長度變化。
[0013]按照一個優選的實施例，絲杆單元可以具有用於控制或調節驅動裝置的控制或調節單元，其中補償裝置是控制或調節單元的一部分，並且確定裝置是控制或調節單元的一部分或與控制或調節單元連接。尤其是控制或調節單元可以集成在至今已知的用於絲杆單元或注塑機的操作單元內，或額外地通過軟體提供或升級。
[0014]按照本發明的一個第一實施變型規定，確定裝置包括用於測量絲杆的溫度的溫度傳感器。其中具體上可以規定，例如在活動的模具夾緊板上直接在絲杆的上方安裝溫度傳感器。當活動的模具夾緊板移動時，所述溫度傳感器通過「掃描」沿絲杆的表面持續地測量溫度。所述溫度傳感器與控制裝置(控制或調節單元)相連接。因為該傳感器與活動的模具夾緊板一同移動，所以通過在控制裝置內處理溫度值可以制定在絲杆的長度方向上的溫度變化曲線。沒有被活動的模具夾緊板經過的絲杆的分段的溫度值可以近似地內插。現在可以通過在各個位置測量不同的溫度值計算絲杆的膨脹。對此的前提條件是絲杆驅動裝置例如在20°C的室溫條件下的曾經的利用旋轉發送器的校準。現在可以通過由軟體控制的計算來校正位置並且準確地移向所述位置。在這裡通常是旋轉發送器向控制裝置提供實際值。控制裝置然後按照所述實際值進行定位並且通過定期掃描而循環地測量絲杆表面上的溫度。由此產生各個測量點，通過所述測量點可以計算各個偏差。現在將所述偏差累加到整個絲杆長度上。絲杆的沒有被經過的區域近似地內插。算出的偏差用於校正行程。通過這種方法可以實現軟體方面的絲杆變熱補償。通過持續地測量絲杆表面的溫度，在異常偏差的情況下可以識別在絲杆上或絲杆螺母內的機械磨損件的可能必要的更換，可以識別機械故障或與潤滑劑相關的問題(絲杆或絲杆驅動裝置的一種維護指示是可能的)。
[0015]也可以藉助測量熱量來進行溫度測量。通過適當的測量儀可以在絲杆表面上沿長度方向測量熱量或熱量變化(焦耳)。
[0016]但是按照一個替選溫度測量的實施變型也可以規定，確定裝置具有計算裝置，絲杆的溫度能通過所述計算裝置至少根據室溫和絲杆的重量以及驅動裝置的參數進行計算。由此不必具體地執行溫度測量，而是可替選地或必要時作為直接溫度測量的補充，計算溫度或膨脹。據此首先通過有規律的且可再現的循環時間也可以在沒有安裝溫度傳感器的情況下計算絲杆表面上的溫度。這是基於絲杆在長度方向變熱為不同的溫度。例如在驅動裝置沒有滾動通過的絲杆上，變熱程度遠不如在驅動裝置持續循環地通過滾珠絲槓螺母滾動的絲杆分段上那麼大。在這裡重要的是，計算溫度平均值(在所述平均值中也要考慮到作用於絲杆的環境溫度)，以便能夠繼續計算絲杆的膨脹。如果假設循環時間是恆定的，則在開啟與閉合活動的夾緊板的過程中絲杆會變熱，而絲杆在整個注射過程中或也在冷卻時間和脫模時間內可以重新冷卻。分別視加熱時間/冷卻時間的比例關係而定，絲杆表面上的溫度既會提聞或也會不提聞。相關內容參考圖2。
[0017]通常可以將完全不同的參數納入計算之中。當然已知的參數越多，越能更好地計算溫度或長度膨脹。尤其優選規定，驅動裝置的參數是驅動裝置的繞組溫度、絲杆行程、開啟速度、閉合速度、注射過程的持續時間、冷卻持續時間、脫模時間、絲杆長度、絲杆單元的停機時間和/或在停機後的循環的數量。
[0018]此外可以通過熱平衡計算溫度。由此可以在可比較的測試儀上通過大量的測試運行設定整個絲杆的熱平衡。所述熱平衡保存在注塑機的控制裝置內。然後可以根據為注塑機的控制裝置所已知的各個因素持續地確定絲杆的與之相關的長度膨脹。在此又可以考慮到已經提及的參數。
[0019]此外按照本發明的實施例可以規定，驅動裝置具有滾珠絲杆機構，所述絲杆夾緊在所述滾珠絲杆機構中，並且滾珠絲杆機構的所確定的預緊力用作參數。已經確定，絲杆螺母內的滾珠的摩擦與絲杆螺母的預緊力線性地相關聯。如果出發點為，變熱幾乎只是由於滾珠與絲杆螺母和絲杆之間的摩擦而產生的，並且全部其它因素(參數)基於它們對變熱的較小影響而可以忽略，則通過確定預緊力可以計算絲杆溫度並且從而計算絲杆膨脹。
[0020]所述兩個不同變型(直接測量溫度或計算溫度)的優勢在於，降低成本並且能夠進行精確定位。此外不需要絲杆的特殊設計並且也不需要用於絲杆的冷卻介質。此外不需要用於對冷卻介質進行冷卻的冷卻設備，因此不會產生額外的能源費用。此外不需要相當昂貴的位移傳感器或其它附加的傳感器。此外材料成本較低和整套設備相當易於維護。
[0021]總體上按照本發明的絲杆單元或絲杆驅動裝置可以應用在完全不同的機器中。例如這種絲杆單元是注塑機的注射側的一部分，因此要求保護所述注射單元。在注射時按照本發明的絲杆單元還具有精度較高的優勢。此外也要求保護具有按照本發明的絲杆單元的成型機的閉合單元。此外要求保護具有按照本發明的絲杆單元的整個成型機，尤其注塑機、壓力機、壓鑄機或類似的設備。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]下面參考在附圖中所示的實施例並藉助後續說明對本發明的其它細節和優勢進行詳細說明。附圖如下:
[0023]圖1注塑機的閉合側的示意圖，其中包括絲杆的溫度變化曲線；
[0024]圖2在多個循環期間溫度變化曲線的曲線圖。

【具體實施方式】
[0025]圖1以示意圖的形式顯示沒有完整地顯示的成型機的閉合側9。所述閉合側9具有固定的模具夾緊板10、活動的模具夾緊板11和構成模具的兩個模具半體12作為主要元件。活動的模具夾緊板11可通過絲杆12或者說梁和通過驅動裝置3相對於固定的模具夾緊板10運動。優選驅動裝置3具有滾珠絲杆機構。當絲杆2運動時，主要通過所述滾珠絲杆機構的滾珠的摩擦使絲杆2變熱，由此絲杆2的長度發生變化和由此可能出現不準確性。
[0026]在本發明中可以如此避免該不準確性:設置確定裝置5用於確定絲杆的溫度T。確定裝置5例如可以是一個溫度傳感器6，所述溫度傳感器對準絲杆2之一的表面。也可以設置多個這樣的溫度傳感器6。也可以使溫度傳感器6的定位與具體的實際情況相匹配。於是從溫度傳感器6將測量的溫度T向控制或調節單元8傳輸，其中所述控制或調節單元8也包括補償裝置4。通過所述補償裝置4補償絲杆2的與溫度相關的長度變化，其中，可以通過相應的控制脈衝S調節或改變絲杆2相對於驅動裝置3的位置。作為溫度傳感器6的替選或補充，確定裝置5也可以是計算裝置7，其中優選所述計算裝置是控制或調節單元8的一部分。向所述計算裝置7輸送成型機的、絲杆單元I的或驅動裝置3的各種存儲的、確定的、計算的或探測的參數P，以便又能夠從中確定絲杆2的相應的溫度T。
[0027]如在附圖1中的曲線圖所見，通過溫度傳感器5不能沿著絲杆2的整個長度測量溫度T。相應地可以在沒有被經過的區域i內內插或近似地計算絲杆2的溫度T。然後也從中得出總長度膨脹，所述總長度膨脹相應地由補償裝置4和驅動裝置3補償。由此能夠精確地調節由絲杆2和驅動裝置3彼此相對地經過的以毫米為單位的行程S，使得在注塑過程或在模具半體12的閉合過程中不再出現不準確性。所計算的或確定的溫度T由此被用作行程校正，這構成主動地補償絲杆發熱的基礎。
[0028]如上所述，在附圖2中再次顯示沿著時間軸t的溫度變化過程，其中以示意圖的形式直觀地顯示沿注塑循環的各個階段(模具閉合、注射/冷卻時間、模具開啟、脫模)的溫度變化。當然不會產生連續地進一步加熱，而是在經過一定數量的循環之後絲杆2的溫度在一個穩定的範圍內波動。這些經驗值當然也可以納入接著的溫度計算或甚至構成基礎。
[0029]由此通過本發明實現，根據測量的和/或計算的絲杆2溫度T主動地影響運動，作為絲杆變熱補償。
【權利要求】
1.絲杆單元(I)，用於成型機，尤其是用於注塑機，該絲杆單元包括至少一個絲杆(2)並且包括用於使絲杆(2)運動的驅動裝置(3)以及用於補償絲杆(2)的與溫度相關的長度變化的補償裝置(4)，其特徵在於，設有用於確定絲杆(2)的溫度(T)的確定裝置(5)，其中，絲杆(2)相對驅動裝置(3)的位置能根據確定的溫度(T)由補償裝置(4)調節。
2.根據權利要求1所述的絲杆單元，其特徵在於，所述確定裝置(5)包括用於測量絲杆(2)的溫度⑴的溫度傳感器(6)。
3.根據權利要求1或2所述的絲杆單元，其特徵在於，所述確定裝置(5)具有計算裝置(7)，絲杆⑵的溫度⑴能通過所述計算裝置至少根據室溫和絲杆(2)的重量以及驅動裝置(3)、絲杆單元(I)或整個成型機的至少一個參數(P)進行計算。
4.根據權利要求3所述的絲杆單元，其特徵在於，所述驅動裝置(3)的參數(P)是:驅動裝置(3)的繞組溫度、絲杆行程、開啟速度、閉合速度、注射過程的持續時間、冷卻持續時間、脫模時間、絲杆長度、絲杆單元(I)的停機時間和/或在停機後的循環數量。
5.根據權利要求4所述的絲杆單元，其特徵在於，所述驅動裝置(3)具有滾珠絲杆機構，其中，所述絲杆(2)夾緊到所述滾珠絲杆機構中並且滾珠絲杆機構的確定的預緊力用作參數⑵。
6.根據權利要求1?5中任一項所述的絲杆單元，其特徵在於，設有用於控制或調節驅動裝置(3)的控制或調節單元(8)，其中，補償裝置(4)是控制或調節單元(8)的一部分，並且理定裝置(5)是控制或調節單元(8)的一部分或者與控制或調節單元(8)連接。
7.注射單元，用於成型機，尤其是用於注塑機，該注射單元具有根據權利要求1?6中任一項所述的絲杆單元(I)。
8.閉合單元，用於成型機，尤其是用於注塑機，該閉合單元具有根據權利要求1?6中任一項所述的絲杆單元(I)。
9.成型機，尤其是注塑機，該成型機具有根據權利要求1?6中任一項所述的絲杆單元⑴。
【文檔編號】B29C45/78GK104416845SQ201410524078
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年8月29日 優先權日:2013年8月30日
【發明者】H·弗裡茨 申請人:恩格爾奧地利有限公司