DE202004010812U1 - Spritzgießmaschine mit integriertem Wegmesssystem - Google Patents

Abstract

Spritzgießmaschine mit mindestens einer entlang einer Linearführung (1) verfahrbaren Komponente und einem zugeordneten berührungslosen Wegmesssystem mit einem Positionsgeber und einem aktiven Wegaufnehmer zum Messen einer Position dieser Komponente, dadurch gekennzeichnet, dass der Wegaufnehmer in die Linearführung (1) integriert ist.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spritzgießmaschine mit mindestens einer entlang einer Linearführung verfahrbaren Komponente und einem zugeordneten berührungslosen Wegmesssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Spritzgießmaschinen verfügen über vielfältige Komponenten, deren Position möglichst präzise und zeitnah ermittelt werden muss, um im Betrieb die jeweiligen Werte einer Steuerung der Spritzgießmaschine zuleiten zu können, die in Abhängigkeit von den ermittelten Werten gewisse Steuerungsabläufe einleitet. Bei den unterschiedlichen Komponenten, deren Position aufgenommen werden muss, handelt es sich beispielsweise um verfahrbare Werkzeugaufspannplatten, Plastifiziereinheiten, Schnecken, die im Zylinder einer Plastifiziereinheit verfahrbar sind, oder aber auch Handlinggeräte, wie beispielsweise Roboterschlitten oder ähnliches. Normalerweise wird die Position der Komponenten gegenüber einem festbleibenden Bezugssystem erfasst, bei diesem Bezugssystem handelt es sich häufig um ein Maschinenbett der Spritzgießmaschine.
• Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, die Position bewegter Komponenten mit Potentiometern zu messen. Hierbei wird ein mit der Komponente verbundener Schieber, bei Bewegen der Komponente über eine Widerstandsbahn eines Potentiometers geschoben. Vibrationen und Stöße an den Komponenten belasten hier das Wegmesssystem direkt, wodurch es zu starkem Verschleiß und Linearitätsabweichungen sowie Defekten kommen kann. Aus diesem Grund fand ein Wechsel zu berührungslosen Wegmesssystemen statt.
• Ein solches System ist beispielsweise aus der DE 42 33 501 C1 bekannt, in der eine messtechnische Einrichtung zur berührungslosen, kontinuierlichen Erfassung einer linearen Axialbewegung eines um eine Rotationsachse rotierenden Systems an einer Spritzeinheit einer Spritzgießmaschine beschrieben wird. Die Messung erfolgt nach dem bekannten Prinzip der Magnetostriktion.
• Die Verwendung berührungsloser magnetostriktiver Sensoren für die Wegmessung bei Spritzgießmaschinen ist auch für rein lineare Bewegungen bekannt. So bieten verschiedene Firmen Wegmesssysteme an, die zum Erfassen von Werkzeug- oder Schneckenpositionen bei Spritzgießmaschinen geeignet sind, und die nach dem magnetostriktiven Prinzip arbeiten. Im wesentlichen werden hierbei Wegaufnehmer mit einem ferromagnetischen Messelement oder Wellenleiter verwendet, in denen von einem externen bewegten Magneten, dem Positionsgeber, ein magnetisches Längsfeld erzeugt wird. Wird das Messelement von einem Stromimpuls durchlaufen, so entsteht radial um dieses ein zweites Magnetfeld. Das Zusammenwirken der beiden Magnetfelder ruft einen Torsionsimpuls im Messelement hervor, über dessen Laufzeit die genaue Position des Positionsgebers bestimmt werden kann.
• Bislang sind solche Messelemente in Gehäusen untergebracht, in denen sie gegen Außeneinflüsse geschützt sind, insbesondere in Aluminiumstranggussprofilen. Diese Gehäuse werden sodann an der Maschine an einem Referenzelement, also beispielsweise dem Maschinenbett, befestigt, wobei ein im wesentlichen konstanter Abstand zwischen Positionsgeber und Wegaufnehmer gewährleistet werden muss. Meist erfolgt die Befestigung über Schellen, Klammern oder ähnliche Befestigungselemente. Solche Wegmesssysteme werden z. B. von der Balluff GmbH unter dem Namen „Micropulse AT" oder von der Gefran SPA unter dem Namen „MK 3" angeboten (s. beispielsweise Plastverarbeiter, 3. Februar 2003, sowie Elektronikpraxis Ausgabe 10/2002 und IEE 47. Jahrgang 2002, Nr. 11).
• Nachteilig an diesen Wegmesssystemen ist, dass es sich um externe, d. h. nachträglich beispielsweise an einem Rahmen oder einem Maschinenbett der Spritzgießmaschine anzubringende Wegaufnehmer handelt, die mit zusätzlichen Teilen an den zu messenden, bewegten und festen Komponenten befestigt werden müssen. Dies bedeutet, dass bereits durch eine nicht ganz präzise Montage große Fehler in der Wegmessung hervorgerufen werden können, was besonders bei großen zu messenden Wegen zu negativen Auswirkungen führt. Zudem muss bei der Befestigung, abgesehen von der benötigten Präzision, darauf geachtet werden, dass die im industriellen Umfeld üblichen Störfaktoren die verwendeten Befestigungsmittel nicht negativ beeinflussen. Zu den Störfaktoren zählen beispielsweise Erschütterungen und Stöße, durch die sich entwe der die Befestigungsmittel lösen oder aber die Wegaufnehmer gegenüber den Befestigungsmitteln verschieben können. Auch müssen die Wegmesssysteme, und hier besonders die Wegaufnehmer, geschützt werden gegen weitere äußere Einflüsse, wie beispielsweise ein Heruntertropfen von Schmelze oder Kühlflüssigkeit.
• Es ist somit relativ schwierig und aufwendig, die Wegmesssysteme an den relativ bewegten Komponenten von Spritzgießmaschinen so zu befestigen und zu schützen, dass äußere Einflüsse die Messgenauigkeit nicht beeinträchtigen.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Spritzgießmaschine vorzustellen, die die oben genannten Nachteile nicht mehr aufweist, und bei der demzufolge mechanische und thermische Einflüsse die Messgenauigkeit des berührungslosen Wegmesssystems nur noch geringfügig beeinflussen können, wodurch eine hohe Wiederholgenauigkeit und Bewegungsgüte gewährleistet werden kann.
• Diese Aufgabe wird durch eine Spritzgießmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass der Wegaufnehmer des Wegmesssystems in die Linearführung integriert ist, entlang derer die jeweilige Komponente der Spritzgießmaschine verfahrbar ist, verfügt die erfindungsgemäße Spritzgießmaschine über ein Wegmesssystem hoher Eigenfestigkeit, das zudem eine gute Eichung gewährleistet und gegen Medien und andere äußere Einflüsse weitestgehend geschützt ist. Durch die Unterbringung des Wegaufnehmers in der bereits vorhandenen Linearführung muss kein zusätzlicher Einbauraum zur Verfügung gestellt werden. Die Teileanzahl wird durch die erfindungsgemäß kompakte Bauweise des Wegmesssystems reduziert, wodurch Kosten gesenkt werden können. Da die verwendeten Wegmesssysteme Hubwege im Bereich von Zehntel Millimetern bis zu mehreren Metern präzise messen und wiederholbar ansteuern können, können sie für Wegmessungen von verschiedensten Komponenten an einer Spritzgießmaschine verwendet werden.
• Als Linearführungen könnten unterschiedliche Systeme in Betracht kommen, einerseits klassische Schienensysteme oder Profilführungen, aber auch Säulen oder Holme. Der Wegaufnehmer könnte hier in einer Innenbohrung aufgenommen sein, die so ausgeführt ist, dass der korrekten Abstand zwischen Positionsgeber und Wegaufnehmer gewährleistet werden kann.
• Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung könnte der Wegaufnehmer direkt in einer Nut in der Linearführung aufgenommen sein. Hierbei könnte eine solche Nut in einem Bereich der Linearführung vorgesehen sein, der nur eine geringe Belastung durch die auf ihm verfahrbare Komponente erfährt, um eine geringe mechanische Belastung des Wegaufnehmers zu erreichen. Im Falle eines Profils als Linearführung, beispielsweise eines Doppel-T-Profils, könnte die Nut in im allgemeinen weniger belasteten Oberflächen ausgefräst werden, in denen meist bereits Vertiefungen für eine mechanische Befestigung des Profils an dem zugeordneten Untergrund vorgesehen sind.
• Hinsichtlich einer besonders genauen Bestimmung der Position könnte der Wegaufnehmer neben der volumenmäßigen Integration zusätzlich mechanisch mit der Linearführung verbunden sein. Dies könnte beispielsweise durch ein Vergießen oder Verschrauben erfolgen. So können Relativverschiebungen zwischen dem Wegaufnehmer und der Referenzkomponente, also der Linearführung, im wesentlichen vermieden werden.
• Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung könnten Abdeckmittel vorgesehen sein, die den Wegaufnehmer weiter gegen Umwelteinflüsse schützen. Auch andere solche Schutzabdeckungen sind vorstellbar, wie beispielsweise ein Vorsehen eines Abdeckbandes, wie es bislang bereits des öfteren auf Linearführungen angebracht wird, um Befestigungsmittel, mit denen die Linearführung mit einem Maschinenbett verbunden ist, vor Verschmutzung und anderen Umwelteinflüssen zu schützen.
• Die Länge des Wegaufnehmers sollte in Abhängigkeit vom jeweiligen Einsatzzweck bestimmt werden, insbesondere auch in Abhängigkeit von den im Realfall zu verwirklichenden Hüben der jeweiligen Komponente.
• Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung könnte sich der Wegaufnehmer im wesentlichen über die gesamte Länge der Linearführung erstrecken, was den Vorteil hat, jegliche Verschiebung entlang dieser Linearführung aufnehmen zu können, selbst wenn diese über die im normalen Betrieb getätigten Hübe, beispielsweise aufgrund einer außerplanmäßigen Reparatur, hinausgeht.
• Spritzgießmaschinen weisen im allgemeinen viele verschiedene linear verfahrbare Komponenten auf. Die Bewegung der meisten dieser Komponenten erfolgt entlang von Linearführungen. Beispiele solcher linear verfahrbaren Komponenten sind eine Einspritzeinheit, die zumeist gegenüber einem Maschinenbett und Formaufspannplatten der Spritzgießmaschine verfahrbar ist, eine Plastifizierschnecke einer Einspritzeinheit, ein Einspritzkolben einer Einspritzeinheit oder aber auch verfahrbare Werkzeugaufspannplatten einer Schließeinheit der Spritzgießmaschine, sowie periphere Handlingeinrichtungen, wie beispielsweise Roboter zur Teileentnahme oder zum Bestücken von Formen vor dem Einspritzeingang, die gegenüber den Werkzeugen einer Spritzgießmaschine linear verfahrbar sind. Für jede oder aber auch nur für einzelne solcher linear verfahrbaren Komponenten kann ein in die entsprechende Linearführung integrierter Wegaufnehmer zum Einsatz kommen. Sind mehrere Linearführungen für eine Komponente vorgesehen, beispielsweise zwei Profile, auf denen die Komponente über Gleitschuhe verschieblich gelagert sein kann, könnte der Wegaufnehmer in nur einer der vorgesehenen Linearführungen integriert sein.
• Falls mehrere Komponenten der Spritzgießmaschine entlang derselben Linearführungen verfahrbar sein sollten, oder falls eine weitere Komponente zumindest parallel und in geringem Abstand von der Linearführung einer anderen Komponente beweglich wäre, so bestünde vorteilhafterweise die Möglichkeit, beide oder ggf. auch mehrere Komponenten mit eigenen Positionsgebern auszustatten, wobei diese Positionsgeber der Komponenten mit nur einem Wegaufnehmer, der erfindungsgemäß in eine Linearführung der Spritzgießmaschine integriert ist, zusammenwirken und von diesem detektierbar sind.
• Eine solche Anordnung ermöglicht es beispielsweise, relative Abstände zwischen den jeweiligen Komponenten zu ermitteln, die durch ihre jeweiligen Positionsgeber spezifiziert werden. Ebensogut wie relative Werte können hierbei auch Absolutwerte erfasst werden.
• Vorteilhafterweise könnte der Wegaufnehmer durch einen konventionellen Steckkontakt kontaktierbar sein, der gemäß allgemeinen Spezifikationen ausgestaltet ist. Günstig ließe sich ein solcher Steckkontakt in Bereichen der Linearführung anbringen, in denen diese gut zugänglich ist, beispielsweise an einem Ende der Linearführung.
• Zum Auswerten der Signale des bzw. der Wegaufnehmer könnte eine Auswerteelektronik vorgesehen sein, wobei diese vorteilhafterweise mit einer Regelung oder Steuerung der Spritzgießmaschine und insbesondere einem Steuerungsbereich zum Ansteuern der jeweiligen bewegten Komponente zusammen arbeiten könnte.
• Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Spritzgießmaschine könnte ein Wegmesssystem eingesetzt werden, das auf dem Effekt der Magnetostriktion beruht und eine magnetostriktive Komponente aufweist. Als Positionsgeber könnte in diesem Fall ein bewegter Positionsmagnet verwendet werden, der an der jeweiligen Komponente befestigt ist. Dies ist besonders leicht zu realisieren, wenn ein passiver Positionsgeber, in diesem Fall ein Dauermagnet, verwendet wird, der keinerlei elektrische Ansteuerung benötigt. Die sichere und ortsgenaue Befestigung des örtlich nicht stark ausgedehnten Positionsgebers ist auch unter industriellen Bedingungen meist gewährleistbar. Beispielsweise könnte er in einem Schlitten der Komponente, der entlang einer Linearführung mit erfindungsgemäß integriertem Wegaufnehmer bewegbar ist, in einer Ausnehmung untergebracht werden, wodurch seine Position besonders genau gehalten und Nachjustierungen im wesentlichen vermieden werden können. Für den aktiven Wegaufnehmer, der eine magnetostriktive Komponente umfasst, würde dann eine elektrische Ansteuerung benötigt, um beispielsweise über elektromagnetische Pulse die Position des Positionsgebers bzw. Abstände zwischen mehreren Positionsgebern über eine Pulslaufzeit zu messen. Solche Messungen und ihre Auswertung gehören zum Stand der Technik. Die Abstände zwischen Positionsgeber und Wegaufnehmer sollten in einer besonders bevorzugten Ausführungsform nicht zu groß werden, und beispielsweise im Millimeterbereich liegen.
• Die vorliegende Erfindung soll anhand der folgenden Zeichnung noch näher erläutert werden.
• Die Zeichnung zeigt schematisch einen Abschnitt einer beispielhaften Linearführung 1, hier ein Doppel-T-Profil, welches häufig verwendet wird, um Komponenten von Spritzgießmaschinen zu führen, wie beispielsweise eine Einspritzeinheit, deren Einspritzdüse entweder zwischen einzelnen Einspritzvorgängen oder aber für Wartungszwecke von einer Einspritzöffnung in einer Formaufspannplatte weggefahren wird. Die Linearführung 1 ist mit einem Maschinenbett 4 durch nicht gezeigte Befestigungsmittel verbunden. In ihrem oberen Bereich weist sie eine Nut 2 auf.
• Üblicherweise ist die Komponente über Gleitschuhe auf der Linearführung verfahrbar. Entweder an diesen Gleitschuhen oder aber an der Komponente direkt, also beispielsweise an einem nicht zu weit von der Linearführung entfernten Stelle der Komponente, ist ein nicht dargestellter Positionsgeber, bevorzugt ein Dauermagnet, vorgesehen.
• In der Linearführung 1 selbst ist in der Nut 2 ein nicht dargestellter Wegaufnehmer vorgesehen, der nach dem Prinzip der Magnetostriktion arbeitet. Dieser ist an einem Ende der Linearführung 1 kontaktierbar, was über einen Steckkontakt erfolgt. Durch eine Ansteuerung des Wegaufnehmers und Auswerten der resultierenden Ausgangssignale kann nun eine Positionsänderung der auf der Linearführung 1 verschieblichen Komponente festgestellt werden.
• Hierbei ist zu beachten, dass die Nut 2 für die Aufnahme des Wegaufnehmers 2 in einem Bereich angebracht wird, der durch die auf der Linearführung 1 verschiebliche Komponente und deren Bewegung wenig belastet ist. In der Zeichnung ist die Komponente in der Horizontalen verschiebbar, und aufgrund des Doppel-T-Profils der Linearführung 1 eine obere Fläche dieser nicht stark belastet. Für die Aufnahme des Wegaufnehmers eine Nut 2 vorgesehen.
• Nicht dargestellt ist eine mögliche Abdeckung der Nut mit dem Wegaufnehmer durch ein passendes Profil oder ein Abdeckband.

1

Linearführung

2

Nut

4

Maschinenbett

Claims (9)

1. Spritzgießmaschine mit mindestens einer entlang einer Linearführung (1) verfahrbaren Komponente und einem zugeordneten berührungslosen Wegmesssystem mit einem Positionsgeber und einem aktiven Wegaufnehmer zum Messen einer Position dieser Komponente, dadurch gekennzeichnet, dass der Wegaufnehmer in die Linearführung (1) integriert ist.
2. Spritzgießmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wegaufnehmer in einer Nut (2) in der Linearführung (1) aufgenommen ist.
3. Spritzgießmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Abdeckmittel, insbesondere in Form eines Abdeckbandes, zum Schutz des Wegaufnehmers vorgesehen sind.
4. Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 1 – 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wegaufnehmer sich im wesentlichen über die Länge der Linearführung (1) erstreckt.
5. Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 1 – 4, dadurch gekennzeichnet, dass als linear verfahrbare Komponenten eine Einspritzeinheit und/oder eine Plastifizierschnecke und/oder eine verfahrbare Werkzeugaufspannplatte und/oder periphere Handlingeinrichtungen vorgesehen sind.
6. Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 1 – 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Komponenten mit Positionsgebern zum Messen der jeweiligen Positionen und/oder der jeweiligen Abstände ausgestattet sind, die von nur einem Wegaufnehmer detektierbar sind.
7. Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 1 – 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wegaufnehmer durch einen Steckkontakt kontaktierbar ist.
8. Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 1 – 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteelektronik zum Auswerten der Signale des bzw. der Wegaufnehmer vorgesehen ist.
9. Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 1 – 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wegaufnehmer eine magnetostriktive Komponente umfasst.