专利名称：用于运行电动塑化装置的方法和用于实施该方法的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按照权利要求1前序部分的用于运行电动塑化装置的方法和一种按照权利要求6前序部分的用于实施该方法的设备。
背景技术：
用于注塑机的塑化装置是众所周知的。其中，将塑料原材料输入塑化缸，塑化螺杆可旋转以及可轴向移动地安装在塑化缸里面。塑料材料通过塑化螺杆在塑化缸内旋转熔化，并连续积聚在缸腔内螺杆之前，也称为螺杆前腔。这时螺杆不断地向后挤或向后拉，以便给新输入螺杆前腔的熔体留出位置。如果在螺杆前腔内存在足够量的塑料熔体，那么其便通过螺杆的轴向前移(注射行程)进入与塑化装置相连的模具的型腔内。
因此，在驱动技术方面，注塑机的塑化单元通常具有两个用于塑化螺杆的驱动装置，亦即一旋转驱动装置和一用于螺杆沿着注射方向或反方向的轴向运动的驱动装置。也存在只有一个驱动装置的塑化装置，这时通常必须提供在旋转驱动和轴向移动之间的转换可能性。
在此，本发明是针对这样一种塑化单元，它具有至少两个电机，亦即用于塑化螺杆的旋转运动的第一电机和用于轴向运动的第二电机。
在这种情况下参看DE 4344335 A1，其中表示了这种类型的塑化装置。在DE 4344335 A1中所示的塑化装置包括两个相互同心设置的分别带有固定安装在一壳体内的定子和可旋转的转子的电机。在DE4344335 A1中以附图标记5表示的电机具有可轴向伸缩的但是旋转固定的在转子与塑化螺杆之间的联轴器。一根与塑化螺杆旋转固定地连接的滚珠丝杠与一设置在它径向外部的螺母共同作用，以便使丝杠和塑化螺杆能够轴向向前运动和后退。其中，螺母是与第二个电机(这里附图标记为4)的转子固定连接的。
如在DE 4344335 A1的说明书中可以看到的那样，在塑料熔体定量供给时—亦即在螺杆前腔内积聚一定量的熔体的阶段—第一电机驱动塑化螺杆旋转。这里，旋转方向取决于塑化螺杆上螺旋线的旋向。第二电机在一定程度上跟着旋转。使得由于很小的转速差使塑化螺杆可以适当后退，在螺杆腔内形成希望的定量给料压力。
如果定量给料完全实现，那么第一电机5便停止不动(也可以进行锁定)，并通过开动第二电机实现螺杆的轴向进给。
在这种情况下应该注意的是，在注射时通过螺杆尖端区域内的一个所谓回流阻挡器来防止熔体从螺杆前腔流回螺杆螺纹之间的区域。在很多实施形式中，这种回流阻挡器安装在塑化螺杆和塑化缸之间。由于这种普通结构的回流阻挡器，通常在注射过程期间塑化螺杆是不可旋转的。
在DE 19652564中提供了另一种用于运行注塑机驱动装置的方法。这里也设置有两个电机，其中一个特别用于塑化螺杆的旋转运动，另一个负责轴向送进。这里轴向送进也采用螺母丝杠组合实现。DE19652564致力于两个目标，亦即提高注射过程的动态性能和提高注射速度。为了提高驱动装置的动态性能，建议在丝杠走过平移运动的加、减速斜坡期间，借助于两个电机中的一个以这样的旋转方向短时间地驱动另一电机，使得达到平移运动的加速或减速。为了提高注射速度，建议在注射过程期间与螺母反方向地驱动丝杠，但是这时为了防止将旋转运动传到塑化螺杆上而打开一脱联装置。
但是在这种快速注射过程中这样的情况是不利的，即，在轴向送进时在入口区内塑料原材料仅仅部分填满螺杆齿间。这导致，在重新开始熔化时，这种部分填充在起始阶段在开始熔化之前必须被排除，这就造成了熔化过程的延迟。此外还存在这样的危险，即附加输送夹带的空气，其一方面妨碍熔化过程，另一方面可能积聚在螺杆前腔内。
发明内容
本发明的目的是，提供一种方法和设备，用其在缩短注射时间的情况下还可以缩短熔化阶段，而不必担心夹带空气。
这个目的在方法方面通过在权利要求1中规定的特征以及在设备方面通过在权利要求6中规定的特征实现。
本发明的核心构思是，在注射过程期间便已经又开始熔化，使得原材料—大多是颗粒或粉末—以最佳的方式填入并尽可能抑制螺杆齿间的部分填充。其中熔化这样进行，使得同时提高注射速度，亦即塑化螺杆向前的轴向移动速度。用这种方式，既达到注射过程的加速，又缩短了熔化过程，总得来说这就导致更快的循环时间。
在这种类型的驱动装置中，通过这样的措施达到上述效果，即，在注射阶段用于塑化螺杆旋转的电机这样运行，使得由于所设置的螺母丝杠组合能够提高轴向速度。例如，如果对于轴向送进所需要的第二个电机沿第一个旋转方向旋转，而另一个电机以相同的旋转速度沿另一个方向旋转，那么与第一个电机固定不动相比，轴向送进速度便提高一倍。这一点由DE 19652564也是已知的。但是在此，塑化螺杆以最大旋转速度一起旋转，从而它在注射阶段期间已经开始另一次熔化。
原则上可以保持塑化螺杆连续旋转，而且不管是在注射期间还是在熔化阶段，并且各个阶段仅仅通过控制丝杠螺母的旋转驱动实现。在这种情况下，电机必须基本上在基本上同向同速(drehgleich)旋转和反向同速(gegengleich)旋转之间转换，其中，在同向同速旋转时进行定量给料，而在反向同速旋转时注射。
但是这里应该注意，在注射过程中借助于回流阻挡器抑制螺杆齿间与螺杆前腔的流动连接。亦即如果在整个注射时间期间继续熔化，那么由于熔体向螺杆前腔的连续输送造成对回流阻挡器功能的阻碍，它便不再能符合功能地封闭。此外还存在这样的问题，即，在回流阻挡器关闭时新熔化的材料应该输送到哪里去。
由于这个原因，按照优选的实施形式，建议负责塑化螺杆旋转运动的电机在整个注射过程期间不旋转驱动。按照一种优选的实施形式，在注射过程的第一阶段，特别是在负责螺母旋转的第二个电机通过其加速斜坡期间，第一个电机不运转或者说固定不动。因此在这个时间段内塑化螺杆不旋转，并且不会造成熔化过程。因此回流阻挡器可以符合功能地关闭。一旦建立起注射压力，由于新熔体的输送便不必再担心回流阻挡器开启。
在注射过程的最后时间段内，用于塑化螺杆的旋转驱动装置便可以重新起动，由此重新进行熔化过程并排除可能出现的部分填充。这个第二时间段可以紧接在第二个电机通过加速斜坡的时间段之后。用这种方式得到注射速度的持续加速，在一定情况下，也可以在第二个电机还没有完全地通过其加速斜坡时便已经重新起动第一个电机，使得在电机的加速斜坡(加速上升期)内形成一时间重叠。
上述措施除了缩短熔化时间外还有这样的效果，即，与例如在DE4344335 A1中所给定的系统相比，可以提高最大注射速度。
在结构方面应该考虑，要使在用于定量给料的电机也在注射阶段期间运行时在这个时间段内产生塑化螺杆的旋转。也就是说结构必须设计为，在注射期间塑化螺杆的旋转方向也保持和定量给料时相同的方向。这意味着，负责螺杆旋转的第一个电机不管在定量给料时还是在注射时必须始终保持在同一方向上运转。相应地第二个电机在注射期间必须沿与第一个电机的旋转方向相反的方向运转。
用这个措施确保即使在注射阶段原材料也继续熔化，并可以向前输送，而不会积聚或固着在螺杆后部区域内。
所述运行方式的前提是应用回流阻挡器，它使得即便在注射过程期间塑化螺杆也能在塑化缸内旋转。就此而言回流阻挡器不应该固定在塑化螺杆和塑化缸之间。
这里给出了一种特殊的实施形式，例如一个球阀，其中，球设置在塑化螺杆注射侧的尖端上的一个容纳腔内。该球可以沿轴向至少略微运动。在定量给料期间的第一位置上释放螺杆齿间(或多个螺杆齿间)和螺杆前腔之间的流动通道。在注射阶段，该球通过注射压力向球座方向向后导送并完全关闭流动通道，因此不可能再有熔体材料从螺杆前腔到达螺杆齿间区域内。
通过这样的措施可以实现本发明另一种优良的结构，即，对塑化螺杆附加地用液压方式加载，而且是在注射方向上。用这种措施时，根据螺杆运行阶段的不同可由电机补偿液压的预作用力。但是在注射情况下，液压驱动和两个电机的作用力可以叠加，这使注射速度可以更加提高。
下面参照附图详细说明本发明。附图表示图1电驱动的塑化装置的常规结构设计，图2螺杆的带有回流阻挡器的前部区域的示意半剖视图，图3塑化螺杆轴向速度的时间-速度关系曲线图，图4表示在本发明一种实施形式中的两个电机的旋转速度和旋转方向的关系曲线图，图5表示塑化单元入口区的示意性局部剖视图。
具体实施例方式
在图1中表示出塑化缸1的后部连同驱动单元，其中，用于塑化单元的驱动装置(参见DE 4344335 A1)是公知的结构设计。在螺杆缸1内可旋转和可轴向移动地安装一根其余部分未详细画出的注塑机的塑化螺杆2。螺杆缸1安装在壳体3内，在它里面在其延长线上固定一第一空心轴电机5和一第二空心轴电机4。
塑化螺杆2通过联轴器与一滚珠丝杠6固定连接。滚珠丝杠6穿在一丝杠螺母7内。就此而言是一种螺母-丝杠传动装置。螺母7与第二个空心轴电机4的设计成空心轴的转子16固定连接，其中螺母7借助于推力轴承8直接支承在电机壳体上。
设计为互补的传动销11伸入滚珠丝杠6的配备轴向槽9的孔10内，该传动销同样配备轴向槽12，因此与传动丝杠6不同旋转但可轴向移动地连接。传动销11与第一个空心轴电机5的同样设计成空心轴13的转子17固定连接。其中传动销11被空心轴13包围，留出一环形腔14。
空心轴13借助于推力轴承15直接支承在电机壳体上。推力轴承以有利的方式设计成这样，即，使得可以直接承受轴向力。
所述情况下空心轴电机4和5是具有圆柱形磁铁16和17的横向流电机，磁铁分别在两端被绕组18和19包围。
在定量供给塑料熔体时，空心轴电机5就按一定的旋转方向运行，旋转方向是由螺杆齿的布局所确定的。在此，螺母7和滚珠丝杠6的组合的螺纹设计成这样，使得在空心轴电机4向与空心轴电机5的旋转方向相反的旋转方向旋转时，塑化螺杆2便实现向注射方向的轴向送进。
在图4中以非常简化和模型的方式表示图1的结构按照本发明的运行。这里从这样的前提出发，即，在时刻t′0时塑化螺杆2完全向前，亦即沿注射方向移动并且注射行程正好结束。在注射行程后又接着一个定量给料阶段，而且是在时刻t′0和t′1之间。在这个时间段内，空心轴电机5沿第一旋转方向以角速度ω1运转。为使熔体可以积聚在熔体前腔内，塑化螺杆2在定量给料期间连续地退回。这通过空心轴电机4以一角速度ω′1运行来实现。基于角速度差ω1-ω′1，依螺母和滚珠丝杠6螺纹导程，得到了塑化螺杆2的后退速度。
如果定量供给足够量的熔体并积聚在螺杆前腔内，则在时刻t′1开始塑料熔体的注射。为此空心轴电机5首先停止。其次还改变第一个空心轴电机4的运动方向(亦即ω′2＝-ω′1)，并以相反的旋转方向和旋转速度ω′2运行。在图4中看不到，电机由于惯性而通过一加速斜坡，不能直接突跃到最终转速。通过加速斜坡要持续一定的时间。就此而言，在图4中转速的突跃表示得不确切。
在时间段t′1+δ1后，第二个空心轴电机的转速从0重新上升，并且是从现在起上升到转速ω2。在此，从时刻t′2起，在滚珠丝杠6和螺母7之间产生一相对转速ω′2+ω2，这导致注射速度升高，因为塑料螺杆的轴向速度通过螺纹导程直接与滚珠丝杠6和螺母7的相对转速相关。
同时在时刻t′2重新开始定量给料，使得在注射的后续进程中防止螺杆齿间不完全填满，并排除可能已经进行的部分装填。
然后在时刻t′3重新从注射转换到定量给料。
对此，应该再次指出的是，图4是表示非常理想化的关系曲线图，因为，由于惯性矩和其他影响，实际具有轮廓陡峭及平坦的转折部位。
在图2中以示意性局部剖视图表示出回流阻挡器，它使塑化螺杆即使在注射阶段期间也可以旋转。附图标记30表示塑化螺杆在前面的注射端的部分，该螺杆具有螺旋线形环绕的螺杆齿(Schneckensteg)32，在螺杆齿之间形成螺杆齿间34(Schneckengang)。(在图2中塑化螺杆30仅仅示出一半)。塑化螺杆被同样剖开表示的塑化缸36包围。在塑化螺杆端面一侧的前部区域上它具有一大致设计成圆柱形的容纳腔38，在它里面可略微轴向移动地安装有一个球50。球50的轴向运动在一侧通过环形突起52、在另一侧通过大致做成半球形的球座48限制。
在球50的径向外侧设置一套筒区，它在外侧具有三条环形槽42，在它们里面安装O型密封圈44，以使塑化螺杆和塑化缸之间密封。
在容纳腔38和螺杆齿间34之间设有一通道46，它表示流通连接。
在定量给料过程中，原材料在塑化螺杆30和塑化缸36之间在螺杆齿间34内熔化并向前输送。其在塑化螺杆30的前端内通过流动通道46流入容纳腔38，这时将球50轴向向前挤压。通过球和套筒42之间未精确画出的沟槽，熔体可以从球50旁经过到达螺杆前腔内。
如果定量给料结束，注射阶段开始，那么便通过塑化螺杆30的轴向前移提高螺杆前腔内的压力，由此将球50轴向向后挤，使它贴合在设计为互补的球座48上。这时它关闭流动通道46，使得不能再有熔体从螺杆前腔到达螺杆齿间区域内，反之亦然。带O型密封圈44的结构也防止熔体在塑化螺杆30前部和塑化缸36之间流回。
如果注射过程结束，由此球50上的压力下降，那么位于螺杆齿间内的塑料熔体便由于压力重新流动并将球50沿轴向向前推动，由此重新打开流动通道46，熔体可以从螺杆齿间区域重新输送到螺杆前腔内。
总而言之，这种结构的回流阻挡器使螺杆即使在注射阶段也可以旋转运行。
参照图3说明提高注射速度的效果。图3表示注射阶段的一部分。其中用附图标记70表示的曲线表示在按DE 4344335 A1运行时得到的注射速度v，亦即在注射期间旋转驱动装置固定不动。
曲线72表示用本发明达到的注射速度的曲线，其中，在用于轴向送进的电机通过加速斜坡后，接着立即起动用于塑化螺杆旋转驱动的电机，这造成整个加速斜坡(加速上升期)的延续。
用曲线74表示如果从时刻t0开始使用用于塑化螺杆旋转驱动(附图标记5)的电机，以支持轴向送进运动所得到的曲线。在这种情况下可以实现较陡的加速斜坡。
可以参照图5说明在装料区域内的有利的填装效果。在图5中可以看到带有塑化缸80的局部剖视图，塑化缸具有一装料口82。塑化螺杆84以公知的方式安装在塑化缸80内，螺杆具有螺杆齿和位于它们之间的螺杆齿间86。在装料口82的装料区内示意表示了颗粒状材料。现在如果塑化螺杆在注射过程中快速向前移动(在图5中向左)，那么螺杆齿或螺杆齿间便在装料口下方走过。视轴向速度的情况，颗粒只能有限制地落入螺杆齿间86内并填满它。特别是在螺杆齿间86的下部区域内留有未装满的空腔。这个空腔必须在定量给料开始时在可以进行塑化前排除，总地来说这造成一种延迟。通过塑化螺杆在注射阶段期间的旋转驱动，一方面能够缩短可以进行部分装料的时间，另一方面还在注射阶段期间排除所出现的部分填充。
通过本发明，不仅可以显著缩短注射时间，也可以显著缩短定量给料时间。此外还避免了由于在塑化缸内积聚空气而造成的影响。因此用本发明可以以非常简单的方式缩短循环周期，而不需要大的费用。
权利要求
1.用于运行具有塑化螺杆(2)和塑化缸(1)的电驱动的塑化装置的方法，所述塑化装置具有两个电机(4，5)，其中，用于塑化螺杆(2)的旋转驱动的第一个电机(5)持续旋转固定地与塑化螺杆连接，而第二个电机(4)设计为在中间连接一螺母-丝杠单元(6，7)的情况下用于塑化螺杆(2)的轴向移动，其特征为，有以下步骤a)在定量供给塑料熔体时，所述第一个电机(5)进行旋转驱动，同时第二个电机(4)以能够使塑化螺杆(2)退回的方式一起旋转，b)在注射过程中，在塑化螺杆轴向加速过程期间，第一个电机(5)首先固定不动和不进行驱动，第二个电机(4)通过加速斜坡，c)在第二个电机(4)到达加速斜坡后，第一个电机(5)进行旋转驱动，以便同时提高塑化螺杆(2)的轴向速度并且在注射过程期间已经继续进行塑化。
2.按权利要求1所述的方法，其特征为第一个电机(5)按照在到达第二个电机的最高速度后继续进行轴向加速的方式运行。
3.按权利要求1所述的方法，其特征为在注射过程中当第二个电机达到其最高转速时便起动第一个电机。
4.按权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征为除电驱动装置(4，5)之外还用液压方式在注射方向上对塑化螺杆(2)加载。
5.按权利要求4所述的方法，其特征为连续地保持液压方式的加载，塑化螺杆实际的轴向移动通过电机同方向或反方向的运行实现。
6.用于实施按权利要求1至5之任一项所述的方法的设备，其中电动塑化装置具有两个用于驱动它的电机(4，5)，其中，用于塑化螺杆(2)的旋转驱动的第一个电机(5)持续旋转固定地与塑化螺杆连接，第二个电机(4)设计为在中间连接一螺母-丝杠单元(6，7)的情况下用于塑化螺杆(2)的轴向移动，其特征为螺母-丝杠单元设计成这样，即，使塑化螺杆即便在第一个电机支持注射的运行时也沿与定量给料时相同的方向旋转，并且，在塑化螺杆的前部区域内设置一回流阻挡器，它即便在注射阶段也能使塑化螺杆在塑化缸中旋转。
7.按权利要求6所述的设备，其特征为回流阻挡器设计成球阀，其中，在塑化螺杆(30)尖端的一个中央孔(38)内安装一球(50)，该球可以这样运动，使得在定量供给塑料熔体时释放在塑化螺杆(30)的螺杆齿间(34)与螺杆前腔之间的流动通道(46)，并在注射时关闭该流动通道(46)。
8.按权利要求6至7之任一项所述的设备，其特征为设置一液压装置，用它可在注射方向上对塑化螺杆(30)加载。
全文摘要
本发明涉及一种用于运行电动塑化装置的设备和方法，它具有两个电机(4，5)，其中，用于塑化螺杆(2)的旋转驱动的第一个电机(5)持续旋转固定地与塑化螺杆连接，第二个电机(5)设计为在中间连接一螺母－丝杠单元的情况下用于塑化螺杆(2)的轴向移动。为了能够在加快注射的同时缩短塑化时间，建议在注射过程中首先使第二个电机(4)加速到其最高转速，然后通过接通第一个电机(5)来提高注射速度，其中，在还在进行注射的阶段，同时也进行塑化。
文档编号B29C45/50GK101090811SQ200680001473
公开日2007年12月19日 申请日期2006年1月10日 优先权日2005年2月18日
发明者W·沃尔拉布, H·皮克尔 申请人:卡劳斯-马菲塑料工业股份公司