Technischer Leitfaden für die Konstruktion von automatischen Entschraubungsmechanismen: Formstruktur, Konstruktionsprinzipien

Automatische Entformungsformen stellen eine hochentwickelte Untergruppe der Spritzgusswerkzeuge dar, die speziell für die Herstellung von Kunststoffkomponenten mit Innengewinde entwickelt wurden. Im Vergleich zur manuellen Demontage oder Nachbearbeitung ermöglichen sie die effiziente und kontinuierliche Produktion von Präzisionsgewindeteilen. Kernstück dieser Technologie ist der Entformungsmechanismus, der eine lineare Bewegung in eine präzise gesteuerte Drehbewegung umwandelt, um die Gewindekerne zu entnehmen. Dieser Artikel beschreibt einige Kernelemente der Konstruktion von Entformungsformen und soll Ingenieurteams eine hilfreiche Referenz für die Bewertung und Konstruktion solcher Formen bieten.

Automatische Entformungsmechanismen bestehen typischerweise aus einer Antriebseinheit (z. B. Hydraulikzylindern oder Motoren), einem Getriebe (Getriebe, Zahnstangen) und rotierenden Gewindekernbaugruppen. Durch Umwandlung linearer Bewegung oder externer Energie in eine drehmomentstarke Rotationsbewegung erreichen sie den automatischen Gewindeauswurf. Dies geschieht durch eine präzise getaktete Abfolge:

1. Formöffnungsphase: Nach dem Einspritzen und Abkühlen öffnet sich die Form entlang der Haupttrennlinie. Der Gewindekern bleibt mit dem Formteil verbunden.
2. Abschraubaktivierung: Ein spezielles Antriebssystem (hydraulisch, servoelektrisch oder mechanisch) dreht den Gewindekern. Die Drehrichtung entspricht der Gewindesteigung – typischerweise eine volle Umdrehung pro Gewindesteigung.
3. Linearer Rückzug: Während sich der Kern dreht, bewegt er sich gleichzeitig axial vom Werkstück weg und folgt dabei der Gewindespirale. Diese kombinierte Dreh- und Linearbewegung zieht den Kern sauber aus dem Gewindebereich heraus.
4. Auswerfen: Sobald der Kern vollständig gelöst ist, drücken Standard-Auswerferstifte das Teil von der Formplatte ab.

Wenn Sie die praktischen Anwendungen dieser Strukturen genauer untersuchen möchten, schauen Sie sich bitte unsere Website an.Sammlung von Fallstudien zum Thema Entformungsdesign.

Bei der Bewertung verschiedener Entschraubungsmechanismen ist die Wahl des Antriebstyps eine der wichtigsten Entscheidungen im Konstruktionsprozess. Jeder Ansatz bietet je nach Gewindegeometrie, Produktionsvolumen und Platzverhältnissen in der Form spezifische Vorteile.

1. Zahnstangenantrieb:

Direkt durch die Öffnungskraft der Spritzgießmaschine oder durch externe Hydraulikzylinder angetrieben. Es zeichnet sich durch außergewöhnliche strukturelle Stabilität aus und ist derzeit eines der am weitesten verbreiteten Entschraubungsverfahren.

2. Motorgetriebeantrieb:

Angetrieben von externen Hydraulik- oder Servomotoren, bietet diese Maschine robuste Leistung und präzise Steuerung von Drehzahl und Umdrehungen. Sie eignet sich ideal für lange Gewinde oder komplexe Formen mit hoher Kavitätenzahl (z. B. 16 Kavitäten). Bei solch anspruchsvollen Anwendungen muss die Konstruktion der Entschraubungsform auf Drehmomentkonstanz und präzise Rotationskontrolle ausgelegt sein.

3. Gewindespindelantrieb:

Das System nutzt ausschließlich die lineare Zugkraft beim Öffnen der Form, die über eine Gewindespindel mit hoher Steigung in eine Drehbewegung umgewandelt wird. Diese hochintegrierte Konstruktion benötigt keine externe Energiequelle und ist daher ideal für kurze Gewinde und kompakte Formkonstruktionen geeignet.

1. Zurückziehen des Gewindekerns:

Der Gewindekern dreht sich und zieht sich gleichzeitig zurück, wodurch er sich sanft vom Werkstück löst. Das Kunststoffteil bleibt während dieser Entformungsphase vollständig unbeweglich.

2. Stationärer rotierender Kern:

Der Gewindekern rotiert an Ort und Stelle, ohne sich zurückzuziehen, und nutzt die Gewindesteigung, um das Werkstück vom Kern abzudrücken. Diese Konstruktion erfordert, dass die Auswurfrichtung des Werkstücks exakt mit der Trennrichtung der Form übereinstimmt.

Wenn ein Produkt über einen geschlossenen Gewindehohlraum verfügt oder wenn der seitliche Betätigungsmechanismus (Schieber) durch die Gewindeöffnung hindurchgeführt werden muss, muss die automatische Abschraubfunktion mit den seitlichen Schiebern zu einem komplexen Verbundkernziehsystem kombiniert werden.

Handlungsablauf:Der seitliche Schieber fährt zunächst ein kurzes, sicheres Stück zurück, um Platz für den Gewindekern zu schaffen → Der automatische Abschraubmechanismus wird aktiviert, dreht und trennt den Gewindekern → Schließlich wird die gesamte Schieberbaugruppe vollständig herausgezogen, um den komplexen Auswurf des inneren Hohlraums abzuschließen.

Technisches Prinzip:Da Innengewinde umlaufende Hinterschnitte sind, verwendet ein zusammenklappbarer Kern eine mechanische Konstruktion, die es den Kernsegmenten ermöglicht, sich beim Auswerfen nach innen zusammenzuklappen. Dies reduziert den Gesamtaußendurchmesser und ermöglicht es, den Kern ohne Rotation sicher aus dem Werkstück zu ziehen.

Vorteile und Einschränkungen:Es bietet extrem kurze Zykluszeiten; da der Zusammenklappmechanismus jedoch internen physischen Raum zum Funktionieren benötigt, ist er für Gewindeanschlüsse mit kleinem Durchmesser nicht geeignet.

Bei bestimmten Konstruktionen kann die Form das Teil durch kraftvolles Abdrücken vom Kern auswerfen, dies setzt jedoch die strikte Einhaltung der folgenden drei Bedingungen voraus: 1.

1. Flexible Materialien: Zum Beispiel Polyvinylchlorid (PVC), Polypropylen (PP) und Polyethylen (PE).

2. Gewindeprofil: Das Gewindeprofil muss abgerundet oder halbkreisförmig sein und darf nicht rechteckig, trapezförmig oder spitzdreieckig sein.

3. Störgrenze:Die Gewindehöhe muss relativ gering sein und folgender Formel genügen:

(Gewinde großer Durchmesser - Gewinde kleiner Durchmesser) / Gewinde kleiner Durchmesser ≤ A

Die Größe von A hängt von der Kunststoffart ab. Im Allgemeinen beträgt der Anteil bei PP 5 %, bei PA 9 %, bei ABS 8 %, bei POM 5 %, bei LDPE 21 % und bei HDPE 6 %.

Die Konstruktion eines automatischen Entschraubmechanismus ist eine äußerst anspruchsvolle Aufgabe im Bereich der Systemtechnik. Selbst geringfügige Berechnungsfehler bei der Konstruktion des Entschraubmechanismus können zu Gewindeausrissen, Blockierungen des Mechanismus oder übermäßig langen Zykluszeiten führen. Ein erfolgreiches Konstruktionskonzept für einen Entschraubmechanismus umfasst typischerweise diese vier kritischen Schritte:

Vor Beginn der Werkzeugkonstruktion ist eine umfassende Analyse der Geometrie und der Materialeigenschaften des Kunststoffteils zwingend erforderlich.

• Gewindespezifikationen prüfen: Gewindetyp, Steigung, Anzahl der Umdrehungen und Toleranzanforderungen definieren.
• Bewertung der Materialschrumpfung: Teilkristalline Kunststoffe (wie POM, PA) umschließen den Kern nach dem Abkühlen fest. Höhere Schrumpfungsraten erfordern ein höheres anfängliches Losbrechmoment beim Entformen.
• Verdrehsicherung implementieren: Dieser Schritt wird am häufigsten übersehen. Hat das Teil eine glatte, zylindrische Außenfläche, dreht es sich beim Entformen mit dem Kern. Daher müssen an der Außenwand oder Stirnfläche des Produkts Verdrehsicherungsrippen, ebene Flächen oder Verriegelungsnuten vorgesehen werden.

Diese Überlegungen bilden die Grundlage jeder robusten Konstruktion einer Entschraubungsform und gewährleisten, dass der Mechanismus über Millionen von Zyklen zuverlässig funktioniert.

Die folgenden Berechnungen sind für jedes Konstruktionsprojekt einer Entschraubungsform unerlässlich, da sie direkt die kinematischen Parameter des Entschraubungsmechanismus bestimmen.

Berechnungsformel: U=L/P+Us

"U": Anzahl der Gewindekernumdrehungen;

"L": Gesamte Gewindelänge

"P": Gewindesteigung

„Wir“: Sicherheitsfaktor. Dies ist das zusätzliche Spiel, das hinzugefügt wird, um sicherzustellen, dass das Gewinde vollständig herausgeschraubt wird; es liegt in der Regel zwischen 0,25 und 1 Umdrehung.

Die Auslegung von Zahnrädern wird primär durch die Zähnezahl (Z), den Modul (m) und den Eingriffswinkel (α) bestimmt. Die korrekte Wahl des Übersetzungsverhältnisses ist ein Kennzeichen fachmännischer Konstruktionstechnik im Bereich der Entschraubungswerkzeuge und erfordert ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Drehzahl, Drehmoment und räumlichen Gegebenheiten.

Anzahl der Zähne (Z):

Bei gleichem Achsabstand führt eine höhere Zähnezahl zu einem ruhigeren Kraftfluss und geringeren Geräuschen. Mehr Zähne bedeuten jedoch einen kleineren Modul und eine geringere Zahndicke, was die Biegefestigkeit des Zahnrads verringert. Daher empfiehlt es sich, bei ausreichender Biegefestigkeit eine höhere Zähnezahl und einen kleineren Modul zu verwenden. Um Hinterschneidungen (Interferenzen) zu vermeiden, sollte die Zähnezahl im Allgemeinen mindestens 14 und vorzugsweise eine gerade Zahl sein.

Modul (m):

Der Modul ist ein grundlegender Zahnradparameter; ein größerer Modul führt zu dickeren und robusteren Zähnen. Ein zu großer Modul kann jedoch zu instabiler Kraftübertragung und höherem Geräuschpegel führen. Bei industriellen Entschraubungszahnrädern wird der Modul üblicherweise auf m ≥ 2 festgelegt.

Druckwinkel (α):

Der Eingriffswinkel bei Standard-Stirnrädern ist ein genormter Wert, typischerweise 20°.

Für einen ordnungsgemäßen Eingriff zweier Zahnräder müssen folgende Bedingungen erfüllt sein: Identische Moduln, gleiche Eingriffswinkel, tangentiale Teilkreise.

Hinweis: Bei der tatsächlichen Werkzeugkonstruktion lassen wir absichtlich ein Spiel von 0,1 mm, um die Wärmeausdehnung auszugleichen.

Formel zur Berechnung des Teilkreisdurchmessers:d = m/z

Übersetzungsverhältnis i = Anzahl der Zähne des Abtriebsrades / Anzahl der Zähne des Antriebsrades

i > 1: Drehzahlreduzierung, wodurch das Drehmoment steigt.

i < 1: Erhöhung der Drehzahl, wodurch das Drehmoment abnimmt.

Ein Untersetzungsgetriebe bietet ein höheres Drehmoment und ist zuverlässiger, daher sollte es bevorzugt werden. Aufgrund praktischer Einschränkungen bei Werkzeugkonstruktion, Platzbedarf, Kosten und Maschinenspezifikationen werden jedoch häufig Getriebe mit erhöhter Drehzahl eingesetzt. In diesem Fall müssen größere Hydraulikzylinder oder leistungsstärkere Motoren gewählt werden, um den Drehmomentverlust auszugleichen. Hinweis: Bei Servomotor-Getriebe-Abschraubsystemen ist eine Drehzahlreduzierung zwingend erforderlich; bei anderen Antriebsquellen hängt dies von der jeweiligen Situation ab.

Bei Verwendung einer Zahnstange zum Antrieb eines Zahnrads berechnet sich der effektive Hub (die effektive Länge) der Zahnstange wie folgt: Zahnstangenlänge = (d×Π)×U

d: Teilkreisdurchmesser; U: Anzahl der Abschraubumdrehungen

1. Zentralisiertes Kaskadenlayout:

Nutzen Sie eine Matrix-Kaskadenübertragung von "Hauptsonnenrad → Primäre Zwischenräder → Kernplanetenräder", um räumliche Interferenzprobleme in Mehrkavitäten-Layouts zu lösen.

2. Rotationskorrektur mittels Umlenkrollen:

Setzen Sie geschickt Übergangs-Zwischenräder ein. Ihre Hauptfunktion besteht darin, die Drehrichtung umzukehren und so sicherzustellen, dass alle Zahnräder in den Zahnhöhlen die gleiche Drehung beibehalten (z. B. alle rechtsdrehend).

3. Strenge Parametersynchronisation:

Alle Planetengetriebe müssen den gleichen Modul und die gleiche Zähnezahl aufweisen, um eine hundertprozentig synchrone Entformung zu gewährleisten. Die Verwendung eines kleineren Moduls führt, sofern der Platz es zulässt, zu einem ruhigeren Getriebelauf.

4. Thermisches Spiel:

Die Wärmeausdehnung des Stahls bei der Hochtemperaturproduktion muss berücksichtigt werden, indem der Achsabstand künstlich vergrößert wird, um ein Zahnflankenspiel von 0,05 mm - 0,15 mm zu gewährleisten und ein Blockieren des Getriebes bei hohen Temperaturen zu verhindern.

Bei rotierenden Bauteilen, die kontinuierlich hohen Temperaturen und Drücken ausgesetzt sind, müssen Probleme der Wärmeableitung und des Verschleißes gelöst werden.

• Das Kühlwasser muss im Inneren des rotierenden Kerns zirkulieren. Dies erfordert den Einsatz hochwertiger O-Ringe oder spezieller Drehdurchführungen, um eine dynamische Abdichtung zwischen den schnell rotierenden Bauteilen und der stationären Wasserverteilerplatte herzustellen und Leckagen zu verhindern.
• Zahnräder, Lager und Führungsbuchsen sollten idealerweise mit ölgetränkten Lagern oder verschleißfesten Bronzebuchsen mit Graphiteinsätzen ausgestattet sein. Dies reduziert den Wartungsaufwand und verhindert, dass Schmieröl die Formteile verunreinigt.

Automatische Entformwerkzeuge sind ein Eckpfeiler des hocheffizienten Spritzgießens von Kunststoffteilen mit Gewinde. Der Erfolg bei der Konstruktion von Entformwerkzeugen hängt von einem ganzheitlichen Ansatz ab, der die präzise kinematische Konstruktion des Entformmechanismus, die Auswahl eines robusten Antriebssystems, fortschrittliche Materialien und Beschichtungen sowie die vorausschauende Wartung integriert. Durch die Beherrschung dieser technischen Elemente der Entformwerkzeugkonstruktion können Hersteller ein beispielloses Produktivitätsniveau erreichen.

Unsere Dienstleistungen im Bereich Spritzgussformenherstellung ansehen →