AT404996B

AT404996B - Verfahren zum betreiben eines antriebes

Info

Publication number: AT404996B
Application number: AT0210395A
Authority: AT
Inventors: Otto Dipl Ing Dr Urbanek
Original assignee: Engel Gmbh Maschbau
Priority date: 1995-12-27
Filing date: 1995-12-27
Publication date: 1999-04-26
Also published as: US5879597A; DE19652564B4; DE19652564A1; ATA210395A

Description

AT 404 996 B

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebes, insbesondere für ein Einspritzaggregat einer Spritzgießmaschine, wobei eine von einem ersten Elektromotor antreibbare Spindel vorgesehen ist, auf der eine von einem zweiten Elektromotor antreibbare, axial unverschiebbar gelagerte Mutter lagert, und wobei eine Translationsbewegung der Spindel durch Antreiben der Mutter mittels des zweiten Elektromotors oder durch Antreiben der Spindel mittels des ersten Elektromotors hervorgerufen wird.

Aus der DE-43 44 335 A1 ist beispielsweise ein Antrieb für ein Einspritzaggregat bekannt geworden, welcher auf diese Weise betrieben wird. Zum Plastifizieren und Fordern des Materials in den Schneckenvor-raum werden zunächst noch die Spindel und die Mutter vom ersten und vom zweiten Elektromotor gleichsinnig angetrieben. Zum anschließenden Einspritzen des Plastifikats wird der erste Motor, der die Spindel antreibt, stillgesetzt und die Mutter über den zweiten Motor in die entsprechende Drehrichtung angetrieben, so daß es zu einer Translationsbewegung der Spindel und damit der Schnecke kommt.

Im Laufe des Maschinenzyklus wird eine solche Antriebseinheit für das Einspritzen zwischen verschiedenen Betriebszuständen umgeschaltet. Beispielsweise steigt die Einspritzgeschwindigkeit zu Beginn des Einspritzvorganges von Null auf einen vorgegebenen Wert an. Ein weiteres Umschalten erfolgt zwischen dem Vorspritzen und dem Aufbringen des Nachdruckes.

Solche Umschaltprozesse sollen möglichst schnell ausführbar sein, das heißt, die Dynamik des Antriebssystems soll möglichst hoch sein. Bei der üblichen Betriebsart des beschriebenen Einspritzaggregates ist die Dynamik des Antriebssystems für das Einspritzen durch das aufbringbare Drehmoment des verwendeten zweiten Elektromotors in Kombination mit der Massenträgheit des Systems begrenzt.

Weiters ist es wünschenswert, daß eine möglichst hohe maximale Einspritzgeschwindigkeit hervorgerufen werden kann. Bei der üblichen Betriebsart des beschriebenen Einspritzaggregates ist die Einspritzgeschwindigkeit von der maximalen Geschwindigkeit, mit der die Mutter vom zweiten Elektromotor angetrieben werden kann, bestimmt.

Analoge Überlegungen gelten genauso für andere Antriebe der eingangs genannten Art, welche zwei Elektromotoren verwenden, die eine Spindel und eine auf der Spindel gelagerte Mutter antreiben.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebes, insbesondere für ein Einspritzaggregat, der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit dem die Dynamik des Antriebssystems verbessert werden kann bzw. die Geschwindigkeit der Translationsbewegung der Spindel und damit der von der Spindel angetriebenen Einrichtung erhöht werden kann.

Erfindungsgemaß gelingt dies bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch, daß zur Erhöhung der Dynamik des Antriebes während des Fahrens einer Beschleunigungsbeziehungsweise Verzögerungsrampe der Translationsbewegung der Spindel mittels eines der beiden Elektromotoren der andere Elektromotor in dem Drehsinn kurzzeitig angetrieben wird, welcher die Beschleunigung beziehungsweise Verzögerung der Transiationsbewegung der Spindel unterstützt.

Dadurch kann die Dynamik des Antriebes bedeutend erhöht werden. Eine Übertragung der Rotationsbewegung, der vom ersten Elektromotor angetriebenen Spindel auf die von der Spindel angetriebene Einrichtung kann durch Öffnen einer Entkupplungsvorrichtung zwischen Spindel und der von der Spindel angetriebenen Einrichtung vermieden werden.

Gemäß eines zweiten Aspekts der Erfindung kann eine Erhöhung der Geschwindigkeit der Translationsbewegung der Spindel dadurch erreicht werden, daß der erste Elektromotor die Spindel in die entgegengesetzte Richtung antreibt, in die die Mutter vom zweiten Elektromotor angetrieben wird, wobei zur Verhinderung einer Übertragung der Drehbewegung der Spindel auf die von der Spindel angetriebene Einrichtung eine Entkupplungsvorrichtung zwischen der Spindel und der von der Spindel angetriebenen Einrichtung geöffnet wird.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert. In dieser zeigt:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein Einspritzaggregat einer Spritzgießmaschine

Fig. 2 ein Diagramm der Sprungantwort des zweiten Elektromotors, der die Mutter antreibt,

Fig. 3a ein Diagramm, welches die durch das erfindungsgemäße Verfahren verbesserte Sprungantwort wiedergibt, und

Fig. 3b ein Diagramm, welches die Ansteuerung des zweiten Elektromotors darstellt.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Einspritzaggregat ist im Plastifizierzylinder 1 in herkömmlicher Art und Weise eine Plastifizierschnecke 2 aufgenommen. Oberhalb des Plastifizierzylinders 1 befindet sich ein Einführstutzen 3 für Kunststoffgranulat.

Der Plastifizierzylinder 1 ist über eine Trägerplatte 4 und Holme 5 mit einem Antriebsgehäuse 6 verbunden. Das hintere Ende der Plastifizierschnecke 2 ist mit einer Spindel 7 verbunden. Die Spindel 7 weist eine axiale Aussparung 8 auf, in die eine als Keilwelle ausgeführte Antriebswelle ragt. Die Antriebswelle 9 ist über ein Lager 10 im Antriebsgehäuse 6 abgestützt. 2

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Am hinteren Ende ist die Antriebswelle 9 mit einer Riemenscheibe 11 versehen, über die ein Antriebsriemen 12 läuft, der die Riemenscheibe 11 mit der Riemenscheibe 13 eines ersten Elektromotors 14 verbindet.

Auf der Spindel 7 lagert eine Mutter 15, die in einem Mitnehmergehäuse 16 drehtest gelagert ist. Auf dem Teil des Mitnehmergehäuses 16, der aus dem Antriebsgehäuse 6 herausragt, ist wiederum eine Riemenscheibe 18 befestigt, die über einen Antriebsriemen 17 mit der Riemenscheibe 19 eines zweiten Elektromotors 20 in Verbindung steht.

Der zweite Elektromotor 20 dreht die Mutter 15 auf der Spindel 7. Der erste Elektromotor 14 dreht die Spindel 7 über die Antriebswelle 9.

Wie bereits erwähnt, ist die Antriebswelle 9 als Keilwelle ausgeführt, die in ein entsprechendes Keilprofil in der Spindel 7 eingreift. Es können Jedoch die Spindel 7 und die Antriebswelle 9 auch einstückig ausgeführt werden. In diesem Falle wäre die Riemenscheibe 11 auf der Antriebswelle 9 axial verschiebbar zu lagern.

Vorteilhaft ist eine Druckmeßeinrichtung vorgesehen, über die der Druck im Plastifizierzylinder 1 festgestellt und die Drehgeschwindigkeit des zweiten Elektromotors 20, der die Mutter dreht, gesteuert wird.

Die herkömmliche Betriebsweise eines solchen Einspritzaggregates läuft wie folgt ab: Der zweite Elektromotor 20 und der erste Elektromotor 14 werden zunächst gleichzeitig mit gleicher Drehrichtung, beispielsweise im Gegenuhrzeigersinn, so bewegt, daß sich die Spindel 7 und die Mutter 15 mit gleicher Drehzahl drehen. Dadurch wird die Plastifizierschnecke 2 axial unverschiebbar gehalten, aber gedreht.

Nachdem im Plastifizierzylinder 1 ein vorbestimmter Druck erreicht wurde, wird die Drehzahl des zweiten Motors 20 so geregelt, daß ein entsprechendes Druckprofil im Plastifizierzylinder 1 während des Plastifizierhubes gefahren wird. Der erste Motor 14 läuft während dieser Zeit mit gleicher Drehgeschwindigkeit weiter und bestimmt die Plastifizierleistung des Einspritzaggregates. Durch den Drehzahlunterschied der beiden Motoren 20,14 kommt es zur Rücklaufbewegung der Schnecke 2.

Zum Einspritzen bleibt der zweite Elektromotor 14 stehen. Der erste Elektromotor 20 wird nun im Uhrzeigersinn angetrieben, wodurch die Spindel 7 und somit die Plastifizierschnecke 2 in der Richtung zur Spritzform bewegt werden und der Einspritzvorgang erfolgt.

In Fig. 2 ist das Umschalten zwischen verschiedenen Betriebszuständen des zweiten Elektromotors 20 dargestellt. Wird als Sollwertvorgabe, entsprechend der sich die Drehzahl n des zweiten Elektromotors 20 ändern soll, eine Stufenfunktion 25 gewählt, so erhält man als Sprungantwort die in Fig. 2 strichliert eingezeichnete Linie 26. Es werden also für das Anfahren eine Anfahrzeit ti und für das Bremsen eine Bremszeit k benötigt, welche vom Drehmoment des zweiten Motors 20 und von der insgesamt zu bewegenden Masse abhängen. Bei einer gegebenen Konfiguration kann ein Umschalten zwischen zwei Betriebszuständen des zweiten Motors 20 nicht schneller als mit diesen Zeiten ti, fe erfolgen, welche bei der konventionellen Betriebsart die Dynamik des Antriebsystems für das Einspritzen begrenzen. Anstatt die Sprungantwort auf die Zeit t zu beziehen, kann diese auch als Funktion des Weges oder in Abhängigkeit vom Druck dargestellt werden.

Ebenso kann die Sprungantwort für die Einspritzgeschwindigkeit, welche bei der konventionellen Betriebsart proportional zur Drehzahl n des zweiten Elektromotors 20 ist, als Funktion der Zeit, des Weges oder des Druckes dargestellt werden.

Anhand der Fig. 3a und 3b soll nun ein erster Aspekt der erfindungsgemäßen Betriebsweise erläutert werden. Mit 30 ist die Abhängigkeit der Geschwindigkeiten des Einspritzens von der Zeit t bezeichnet, die der Sprungantwort des zweiten Elektromotors 20 am Ende des Einspritzens entspricht. Um nun eine gewünschte Bremsrampe 31 zu erreichen, welche steiler ist als die der Sprungantwort des zweiten Elektromotors 20 entsprechende Bremsrampe 30, wird erfindungsgemäß während der Bremsphase des zweiten Elektromotors 20 kurzzeitig der erste Elektromotor 14 angesteuert und zwar derart, daß sich die Spindel 7 in die gleiche Drehrichtung wie die Mutter 15 dreht. Diese Ansteuerung ist in Fig. 3b als Linie 32 eingezeichnet. Die der Ansteuerung entsprechende Linie 32 beginnt etwa beim Beginn 33 der gewünschten Rampe 31 anzusteigen und endet mit dem Ende 34 der gewünschten Rampe 31. Die vom ersten Elektromotor 14 während dessen Ansteuerung zu verrichtende Arbeit wird durch die Fläche 35 unter der Linie 32 angegeben und muß der Arbeit entsprechen, welche durch die Räche 36 zwischen der der Sprungantwort entsprechenden Rampe 30 und der gewünschten Rampe 31 angegeben wird.

Auf analoge Art kann auch eine Anfahrrampe der Einspritzeinheit erreicht werden, welche eine kürzere Anstiegszeit als die der Sprungantwort des zweiten Elektromotors 20 aufweist. Der erste Elektromotor 14 wird in diesem Falle beim Anfahren des zweiten Elektromotors 20 derart angesteuert, daß sich die Spindel 7 in die entgegengesetzte Drehrichtung wie die Mutter 15 dreht.

Jeweils wird erfindungsgemäß der erste Elektromotor 14 während der Anfahr- bzw. Bremsphase des zweiten Elektromotors 20 in dem Drehsinn kurzzeitig angetrieben, welcher die Beschleunigung beziehungs- 3

Claims

AT 404 996 B weise Verzögerung der Translationsbewegung der Spindel 7 unterstützt. Dadurch wird die Dynamik des Antriebes für das Einspritzen wesentlich erhöht. Das gleiche Prinzip läßt sich in völlig analoger Weise auch auf andere Stellantriebe übertragen. Die kontinuierliche Translationsbewegung der Spindel kann dabei auch über den Antrieb der Spindel 7 mittels des ersten Elektromotors 14 erfolgen, während der die Mutter 15 antreibende zweite Elektromotor 20 während der Anfahr- beziehungsweise Bremsrampe des ersten Elektromotors kurzzeitig im entsprechenden Drehsinn angesteuert wird. Gemäß eines zweiten Aspektes der erfindungsgemäßen Betriebsweise kann der Maximalwert der Einspritzgeschwindigkeit erhöht werden, indem der erste Elektromotor 14 während des Spritzvorganges die Spindel 7 in die entgegengesetzte Richtung antreibt, in die die Mutter 15 vom zweiten Motor 20 angetrieben wird. Um dabei eine unerwünschte Rotation der Schnecke 2 zu verhindern, ist eine Entkupplungsvorrichtung 21 vorgesehen. Durch Öffnen dieser Entkupplungsvorrichtung 21 wird nur die Translationskomponente der Bewegung der Spindel 7, nicht hingegen deren Rotationsbewegung auf die Schnecke 2 übertragen. Wiederum läßt sich dieses Prinzip auch auf andere Antriebe übertragen. Patentansprüche 1. Verfahren zum Betreiben eines Antriebes, insbesondere für ein Einspritzaggregat einer Spritzgießmaschine, wobei eine von einem ersten Elektromotor antreibbare Spindel vorgesehen ist, auf der eine von einem zweiten Elektromotor antreibbare, axial unverschiebbar gelagerte Mutter lagert, und wobei eine Translationsbewegung der Spindel durch Antreiben der Mutter mittels des zweiten Elektromotors oder durch Antreiben der Spindel mittels des ersten Elektromotors hervorgerufen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Dynamik des Antriebes während des Fahrens einer Beschleunigungsbeziehungswelse Verzögerungsrampe der Translationsbewegung der Spindel (7) mittels eines der beiden Elektromotoren (14, 20) der andere Elektromotor (20, 14) in dem Drehsinn kurzzeitig angetrieben wird, welcher die Beschleunigung beziehungsweise Verzögerung der Translationsbewegung der Spindel (7) unterstützt.
2. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Ansteuerung des ersten bzw. zweiten Elektromotors (14 bzw.20) während der Anfahr- bzw. Bremsphase des zweiten bzw. ersten Elektromotors (20 bzw. 14) die Arbeit berechnet wird, welche sich aus der Differenz der zwischen der Sprungantwort des zweiten bzw. ersten Elektromotors (20 bzw. 14) entsprechenden Rampe (30) und der gewünschten Rampe (31) ergibt, und daß der erste bzw. zweite Elektromotor (14 bzw. 20) derart angesteuert wird, daß er diese berechnete Arbeit während der Anfahr- bzw. Bremsphase des zweiten bzw. ersten Elektromotors (20 bzw. 14) aufbringt.
3. Verfahren zum Betreiben eines Antriebes, insbesondere für ein Einspritzaggregat einer Spritzgießmaschine, wobei eine von einem ersten Elektromotor antreibbare Spindel vorgesehen ist, auf der eine von einem zweiten Elektromotor antreibbare, axial unverschiebbar gelagerte Mutter lagert, und wobei eine Translationsbewegung der Spindel durch Antreiben der Mutter mittels des zweiten Elektromotors oder durch Antreiben der Spindel mittels des ersten Elektromotors hervorgerufen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Elektromotor (14) die Spindel (7) in die entgegengesetzte Richtung antreibt, in die die Mutter (15) vom zweiten Elektromotor (20) angetrieben wird, wobei zur Verhinderung einer Übertragung der Drehbewegung der Spindel (7) auf die von der Spindel (7) angetriebene Einrichtung eine Entkupplungsvorrichtung (21) zwischen der Spindel (7) und der von der Spindel (7) angetriebenen Einrichtung geöffnet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (7) in an sich bekannter Weise drehtest mit dem hinteren Ende einer Plastifizierschnecke (2) eines Einspritzzylinders (1) verbunden ist. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 4