CN101827696B

CN101827696B - 用于控制线性地运动的轴的方法和设备

Info

Publication number: CN101827696B
Application number: CN2008801125581A
Authority: CN
Inventors: M·诺茨
Original assignee: Netstal Maschinen AG
Current assignee: Kraus Mafi High Performance Co ltd; Netzst Machinery Co ltd
Priority date: 2007-10-19
Filing date: 2008-10-16
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2028-10-16
Also published as: WO2009050246A1; US20100283186A1; JP5553762B2; CA2702728A1; CN101827696A; EP2200802B1; US8123989B2; EP2200802A1; CA2702728C; CH702217B1; JP2011500367A

Abstract

本发明涉及用于注塑机的尤其为注入螺杆或熔融物活塞的线性地运动的轴的控制的方法和设备。注塑机具有带有活塞室(A)以及连杆室(B)的液压驱动的活塞(45)。按照根据本发明的解决方案，至少一个工序阶段通过两个并联的比例阀，即，注射阀(1)以及配量阀(2)，而被控制/调节。这两个比例阀可并联地或者组合地被接通。被驱动的活塞(45)的控制/调节优选地以数字式技术来实现。在液压线性驱动装置中实现了能量消耗的极大的降低以及工序阶段之间的无冲击的过渡。

Description

用于控制线性地运动的轴的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于在带有以液压方式线性地被驱动的活塞(该活塞带有活塞室(Kolbenkammer)以及连杆室(Stangenkammer))的注塑机(Spritzgiessmaschine)中的尤其为注入螺杆(Einspritzschnecke)或者熔融物活塞(Schmelzekolben)的线性地运动的轴的不同的工序阶段(Prozessphasen)的控制(Steuern)的方法，此外涉及一种用于带有以液压方式线性地被驱动的、带有活塞室以及连杆室的活塞的注塑机的线性地运动的轴、尤其是注入螺杆或者熔融物活塞的控制的设备(Vorrichtung)。

背景技术

目前，注射循环的所有运行阶段在液压的注塑机中利用数字式(digitaler)调节技术并且在全电气化的注塑机中借助于伺服电马达及相应的控制装置/调节装置而以最高的质量标准被加以确保。在电气化的机器的情形下这包括，主动的制动过程同样可完全地保持在调控(Kontrolle)之下。

最新的进展显示，与液压的机器相比，全电气化的机器可显著地能量更优化地运行。在带有阀调节(Ventilregelung)的液压驱动的情况下，能量的一个很大的部分由于阀活塞(Ventilkolben)的棱边的区域中的节流过程而不可逆转地被损耗(vernichten)。从机器制造的角度出发，与电驱动相比，液压驱动通过任意的管路布设而允许了更简单的设计。带有必需的传动

的电马达的布置是受限制的，从而使得，带有相应的更高费用的结构上的妥协经常是必要的。根据通用的经验规律(Faustregel)，全电气化的注塑机总体上比液压驱动的注塑机贵大约20％。在电驱动的机器的情形下的能量节约可特别是还通过制动能量的回收而达20％-30％。基于这些事实，存在有一个基本的愿望，即，以能量优化的(energieoptimalen)操控(Ansteuerung)、特别是注入螺杆的线性运动的能量优化的操控为目标而改善液压的解决方案

文件US 2003/0090018显示了一种用于液压驱动的现有技术的解决方案。对此参照图1(对应于所提及的美国专利出版物的图1A)。该图给出了该解决方案的示意性的概览。在左半图上示出了带有成形闭合器(Formschluss)的两个半模

在右半图上示出了带有用于注入螺杆的液压线性驱动装置的注入机组(Einspritzaggregat)。两个油回路均通过泵来供给。压力油各通过调节阀而被供给相应的活塞室或连杆室和从相应的活塞室或连杆室中被导出，这依赖于相应的工序阶段。开头所提到的电驱动和液压驱动之间的能量对比适用于该解决方案。

图2显示了现有技术的一种改善的解决方案，就如由本专利申请人以带有良好成效的方式所建造的那些。与较老的解决方案的主要区别在于，此处可为了“螺杆缩回”工序阶段而接入简单的快速开关阀。在能量优化方面，这已经带来了显著的改善。

在文件US 5443782中描述了用于控制注塑机的一种方法，在该注塑机中，利用三个纯开关阀以及一个可调的泵来工作。

文件US 5513971公开了一种用于注塑机的液压的调节回路，在这种注塑机的情形下，使用了两个伺服阀。基于示出的接通可能性，能量节约的接通功能(尤其在配量阶段中)是不可能的。因为在活塞正面以及活塞背面之间不存在直接的连接管路，活塞正面的活塞室在配量时必须以压力油而被填充。这就意味着在油的排出时的能量损失。

所有现有技术的液压解决方案的一个本质上的缺点在于，在阶段过渡

中，特别是涉及到注入螺杆时，可能产生液压冲击(hydraulische

)。

发明内容

在液压驱动的优化方面，对该新的发明提出了以下任务：

·应利用液压驱动达到尽可能好的能量优化。

·应借助于位置调节(Positionsregelung)而使活塞室(A)以及连杆室(B)的操控成为可能。

·尤其地，一个完整的注射循环的范围内的不同阶段的所有的过渡应尽可能无冲击地(stossfrei)实现。

根据本发明的方法特征在于，被驱动的活塞通过可并联地以及单独地被接通(parallel sowie einzeln schaltbare)并且可组合的(kombinierbare)两个比例阀(Proportionalventil)——一个注射阀(Spritzventil)以及一个配量阀(Dosierventil)——而被控制/调节(gesteuert/geregelt wird)。

根据本发明的设备特征在于，该设备为了不同工序阶段(尤其是注入螺杆的不同工序阶段)的控制而具有两个可单独地以及并联地被控制的比例阀(一个注射阀以及一个配量阀)。

基于如下事实：

a)液压缸同样为了主动的制动过程而提供有效并且足够大的在连杆室(B)的一侧上的面积，并且

b)连杆室(B)在此具有为活塞侧面(A)的20％到40％的有效面积，带有两个比例阀的组合的该新的发明基于下列认识：

c)不应由于阀棱边上的高压油的无遮盖的(blosses)排出(Ablassen)而损耗宝贵的能量。

d)在活塞的定位调节(Positionierregelung)中，力平衡应可被调整，从而使得，室压力(B)可与活塞面积(A)成比例地稳定(einpendeln)在较高的水平上。

e)在配量过程期间，带有熔融物输送和拉入的、作为旋转的结果的螺杆的推进运动产生背压(Staudruck)。

f)在螺杆缩回时以及在注入时，如果位置调节可利用滑动的理论值(速度调节/位置测量)来进行(gefahren)，则是有利的。

g)通过在活塞面的两个侧面上的主动的调控，加速过程和制动过程都可在两个方向上在最高限度

上被掌控(beherrscht)。由此，各个工序阶段同样可通过位置调节而被掌控，并且，无冲击的阶段过渡成为可能。

h)保压调节(Nachdruckregelung)优选地利用室A和B中的各一个压力传感器来实施。

尤其地还基于特别有利的设计方案，该新的发明允许了，

·每个阶段过渡几乎无冲击地被形成，

·以无压力油消耗的方式执行背压调节，由此能量可被节约，

·两个并联的比例阀的数字式控制和在工艺参数的保证下能量消耗被优化。

·以位置控制/位置调节的方式来调控(positionsgesteuert/-geregeltzu kontrollieren)所有阶段过渡。

该新的发明允许了相当数量的特别有利的设计方案。对此参照权利要求2至13以及15至20。

该控制/调节，尤其地同样在阶段过渡中，可利用液压驱动而如同利用已知的驱动解决方案那样地被执行，从而使得，结果，在涉及液压线性驱动时整个注射过程的相应地优化的掌控同样是可能的。但是这意味着，至少在线性的螺杆驱动方面，等价于电驱动是可能的，然而，带有液压解决方案的优点。该新的发明同样可在成形闭合器的一侧上在相当大的功率的情形下利用两个大的并联的比例阀的使用而带来优点。然而，如在以下所显示的，这些优点特别地在注入螺杆或注入活塞的带有大的能量消耗的工序阶段中发挥作用。

特别地优选地，为了至少一个工序阶段的功率提高，这两个比例阀并联地被接通。这两个比例阀可在每个注射循环的进程中以不同方式被组合或应用。有利地，在注入阶段期间，两个阀同时地被操控，其中，在大的功率的情形下两个比例阀为了功率的倍增(Verdoppelung)而并联地被接通，并且，在较小的功率的情形下该两个比例阀有区别地(unterschiedlich)被操控。优选地，注入运动首要地

利用注射阀来进行，并且P向A的流动由配量阀来支持。

除了具有相同结构尺寸的两个比例阀的使用的事实之外，经特殊匹配的、尤其该配量阀的棱边几何形状(Kantengeometrie)对于该新的解决方案的相当特别地有利的效果而言是一重要原因。为了在小于最大功率的15％的小流量的情形下的优化的调控，在能量损失方面有关的阀活塞的阀棱边(尤其是配量阀的阀活塞的阀棱边)被磨削成锥状的(konisch geschliffen)。

但是，以有利的方式，注射阀的有关的棱边同样设有锥体。在配量阀中，阀活塞处的棱边磨削在活塞纵向方向上可超过一毫米且在直径上可达数个十分之一毫米(einigen Zehntelmillimetern)。由于经济原因，在两种情况下都可使用出自标准系列的比例阀壳体，其中，该特别的设计方案需要活塞棱边的特殊的几何形状。

此外建议，在注入螺杆的位置保持和/或螺杆缩回等阶段中，仅注射阀起作用，其中，配量阀关闭地保持在覆盖区域

中。

在配量阶段期间，借助于特殊的结构性的构造，尤其是阀棱边几何形状，利用配量阀建立两个室A和B的连结(Verbindung)。在此，随着配量调节的象限(Quadranten)中的配量阀的增加的偏移(Auslenkung)，来自两个缸室(A+B)的油流被引导向箱体(Tank)。用于能量节约的要点中的一个存在于此，这些要点允许液压驱动与电驱动类似地能量节约地运行。

此外建议，在配量方向上的注入螺杆的驱动通过作为旋转的结果的注入螺杆的推进程度(Fortschrittsgrad)来产生，其中，该调节被动地(passiv)通过通向箱体的油流的节流来实现，并且，注射阀在该过程中利用其覆盖部而保持关闭。针对螺杆上的力(该力由于颗粒拉入(Granulateinzug)以及螺杆旋转而引起)，通过从大室(A)到小室(B)的压力油的受调控的(kontrollierten)流出而产生经限定的反力(definierte Gegenkraft)，其中，同时地，腔容积的差受调控地排出到箱体中。

以有利的方式，利用阀棱边的不对称的(asymmetrischen)磨削可建立该两个室的和用于细微区域(Feinbereich)的合适的连结。为此，在注射阀以及配量阀之间布置有通向室A和B的连结管路，这些连结管路允许了，不仅活塞室的而且连杆室的，同时的供油和排油

该设备优选地具有共有的泵和共有的箱体，其中，各个工序阶段的油的流动

或者油压可借助于两个比例阀的控制以及各在活塞室或连杆室中的压力传感器来确保。此外，该设备具有用于该两个并联布置的比例阀的协调(koordinierten)且能量优化的操控的、用于以数字式控制技术/调节技术来控制/调节工序阶段的器件。

特别优选地，注射阀的活塞的有关的棱边不同于配量阀的有关的棱边地被磨削，或者说，其各具有不同的锥面(Konen)。

一个重大的优点在于，两个较小的来自于大量生产的阀可能比一个相应地大得多的特制阀便宜。此外，一个并非不重要的点在于，在配量阶段期间借助于阀棱边的不对称的磨削利用配量阀来建立两个室A和B的连结。利用阀棱边的不对称的磨削，能量优化的操控被支持。在配量调节的阶段中，随着配量调节的象限中的配量阀的增加的偏移，油流被引导向箱体。由此，能量损失相当特别地在这个阶段中被降低。压力调节的阶段单独通过注射阀来确保。在此优选地，压力的细微区域中的调节在注射阀的覆盖区域中被执行。

图1显示了根据文件US 2003/0090018的现有技术的解决方案。

图2显示了与本申请人的迄今为止的实践实施相对应的现有技术的另一种解决方案。

发明的简要说明

现在借助于带有进一步的细节的一些实施例对该新的发明作说明。其中：

图3显示了根据本发明的带有两个比例阀的解决方案；

图4显示了油流

的涉及配量阀的滑阀位置(Schieberposition)S的关系；

图5显示了油流

的涉及注射阀的滑阀位置S的关系；

图6a和6b同样在阀棱边方面显示了“注入”阀(图6a)和“配量”阀(图6b)的特殊的结构性的设计方案。

发明的途径和实施

接下来参照图1。其显示了根据文件US 2003/0090018的现有技术的一种已知的解决方案。图的左侧上的是成形闭合器10，其具有支撑板11以及带有驱动活塞13的成形闭合器缸12。支撑板11通过横梁14与注射侧的固定的模具夹紧板15相连结。可动的模具夹紧板16与活塞连杆17相连结。在相应的模具夹紧板15、16上各布置有半模18或19，它们共同地构成了模间空隙(Formhohlraum)20。液压压力介质21通过泵22、带有伺服驱动装置24的驱动马达23经由压力管路25而被输送到活塞背侧上。在成形闭合(Formschliessung)的情况中，压力介质经由另一管路26被排出到箱体27中。驱动活塞13的向前运动和向后运动通过阀28通过相应的控制装置30以及控制管路29来确保。必需的压力通过传感器和相应的信号线路31而由控制装置30调控。在图的右侧上示出了带有驱动总成(Antriebsgruppe)41的注射机组(Spritzaggregat)40。注射机组40具有注射缸42，注入螺杆43以及驱动总成44。驱动总成44包括带有液压活塞45(用于注入螺杆43的线性运动)的液压驱动装置以及带有用于注入螺杆43的回转运动的电马达46(该电马达46带有伺服驱动装置47)的电动驱动装置48。从电马达46向液压活塞45的传动通过齿轴49来实现，其在线性方向上滑动地接合在液压活塞45中。为该注入所必需的压力通过带有信号线路50的传感器而同样地由控制装置来监控并借助于阀51而被调节。这种解决方案的一个大的缺点在于，尤其地在背压调节时损耗了过多能量并且在阶段过渡中产生冲击。

图2显示了现有技术的另一种解决方案。在此为了螺杆缩回而采用一个附加的简单的快速开关阀60。压力P在活塞室(A)或者说61的一侧上与根据图1的解决方案中的相类似地被调节。连杆室(B)或者说62的一侧上的压力额外地被控制。活塞连杆的运动被监控。主阀是比例阀66，通过它，所有的液压运动(包括压力形成)被控制或调节。在这种所示出的解决方案中虽然可优化能量需求，然而，在阶段过渡时的冲击无法避免。

图3显示根据本发明的解决方案。核心思想在于，为了该控制/调节而使用两个特殊的比例阀——注射阀1以及配量阀2。配量阀2的主要任务中的一个是配量调节。为此，其具有配量阀活塞的特殊的棱边几何形状。第二个中心思想在于，从现在开始，与电驱动装置中的控制装置/调节装置相对应地、用于不同的工序阶段的控制的设备3可被使用。根据该新的发明，所有工序阶段可利用数字式调节技术/控制技术来调控。在此，全部的油的流动，压力形成，尤其是阶段过渡，包括制动过程在内，以最高的精度而被掌控。基于该新的发明认识到，所有工序阶段的掌控的该最高的程度只有通过两个比例阀1和2的协调的控制/调节的可能性才能被达到。如在权利要求2至13以及15至20中所实施的，阀1和2并联地，部分地支持性地(unterstützend)，或者单独地被控制和调节。特别的不对称的阀棱边的磨削支持阶段过渡以及液压活塞的细调节(Feinregelung)。该新的发明使得大的能量节约以及液压冲击的避免成为可能。代替一个大的特制阀，为了提高功率，用于两个较小的阀的材料成本相对而言是适当的。液压介质的压力在两个活塞室中均通过压力传感器4或5而由控制设备3监控或调控。利用该解决方案(借助于特殊的棱边几何形状)在配量过程中背压调节可作为油流的被动的排出而在能量消耗方面被优化。活塞的运动通过位置测量装置64来监控。

在图3中，箱体27作为示意性的图示而三次地被示出。然而，在实践中，仅一个共有的箱体被使用。经由连结管路6，液压介质的流既可在两个室A和B之间被导引又可被导引向该箱体。

图4显示了针对配量阀的典型的阀特性曲线。在垂直线中示出了油流Q，在水平线中示出了相应的滑阀位置S。明显可辨认出的是阶段过渡以及小于最大功率的25％的细微区域。在右侧，附属的配量阀以图的方式并作为示意图(Schema)而被示出。

与图4相类似地，图5显示了针对注射阀的相应的特性曲线。

该新的发明允许了在液压驱动的情形下实现相当数量的优点：

·两个在标称尺寸方面有所减小的标准阀可代替一个大的特制阀而被装入。

·在配量时，不需要至室B的高值的(hochwertigem)压力油的供应。

·用于背压的保持的受调控的油排出调节(

-Ablassregelung)是可能的。

·通过螺杆旋转的推进程度来引起背压调节。

·被施加的功率的直到30％可被降低。这是显著的，如果考虑到，在本申请人的较大的机器的情形下已可节约15-20kW。

·细调节既可在小于最大功率的15％的区域中又可在小于最大功率的25％的区域中被优化且冲击被避免。

图6a显示了带有阀活塞33的、阀壳体34的以及活塞棱边33′的特殊设计方案的注入阀1。两个阀，“注入”1以及“配量”2，各在左上侧纯示意性地被示出并在其下方以图的方式被示出。

图6b显示了带有阀活塞35，阀壳体36(其带有相应于配量功能而特定的活塞棱边37)的配量阀2。阀活塞35的几何形状明显地偏离于标准阀的几何形状。

Claims

1.一种用于注塑机中的线性地运动的轴的不同的工序阶段的控制的方法，其中，所述注塑机带有以液压方式线性地被驱动的、带有活塞室(A)以及连杆室(B)的活塞，

其特征在于，

所述被驱动的活塞(13)通过能够并联地以及单独地被接通并且能够组合的两个比例阀，即，注射阀(1)以及配量阀(2)，而被控制/调节，其中，在配量阶段期间，借助于阀棱边几何形状建立所述活塞室(A)和连杆室(B)的连结。

2.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

在配量阶段期间，借助于所述配量阀(2)的阀棱边几何形状建立所述活塞室(A)和连杆室(B)的连结。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，

其特征在于，

随着配量调节的象限中的所述配量阀(2)的增加的偏移，来自活塞室(A)和连杆室(B)的油流被引导向箱体(27)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，

其特征在于，

在配量方向上的所述注入螺杆(43)的驱动通过所述注入螺杆(43)的作为旋转的结果的推进程度来产生，其中，所述调节被动地通过通向所述箱体(27)的油流的节流来实现，并且，所述注射阀(1)在该过程中利用其覆盖部而保持关闭。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，

其特征在于，

为了至少一个工序阶段的功率提高，所述两个比例阀(1，2)并联地被接通。

6.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

在注入阶段期间，两个阀(1和2)同时地被操控，其中，在大功率的情形下两个比例阀(1和2)为了功率的倍增而并联地被接通，并且，在较小的功率的情形下所述两个比例阀(1和2)有区别地被操控。

7.根据权利要求6所述的方法，

其特征在于，

注入运动首要地利用所述注射阀(1)来进行，并且从泵向活塞室(A)的流动由所述配量阀(2)来支持。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，

其特征在于，

所述配量阀(2)的阀活塞(33，35)的阀棱边(33′，37)为了在小于最大功率的25％或15％的小流量的情形下的优化的调控而被磨削成锥状的。

9.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

在所述注入螺杆(43)的位置保持和/或螺杆缩回的阶段中，仅所述注射阀(1)起作用，其中，所述配量阀(2)关闭地保持在覆盖区域中。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，

其特征在于，

针对所述注入螺杆(43)上的、由于颗粒拉入以及螺杆旋转而引起的力，经限定的反力通过从活塞室(A)到连杆室(B)的压力油的受调控的流出而产生，其中，同时地，腔容积的差受调控地被排出到所述箱体(27)中。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，

其特征在于，

所述保压阶段中的压力调节的阶段通过所述注射阀(1)来确保，并且在此，所述配量阀(2)保持不激活。

12.根据权利要求11所述的方法，

其特征在于，

压力的细微区域中的调节在所述注射阀(1)的覆盖区域中被执行。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，

其特征在于，

阶段过渡被位置调节。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，

其特征在于，

所述线性地运动的轴为注入螺杆(43)或者熔融物活塞。

15.一种用于注塑机的线性地运动的轴的控制的设备，其中，该注塑机带有能够以液压方式线性地被驱动的、带有活塞室(A)以及连杆室(B)的活塞(45)，

其特征在于，

所述设备为了不同的工序阶段的控制而具有能够单独地以及并联地被控制的两个比例阀，即，注射阀(1)以及配量阀(2)，其中，在配量阶段期间，借助于阀棱边几何形状能够建立所述活塞室(A)和连杆室(B)的连结。

16.根据权利要求15所述的设备，

其特征在于，

利用阀棱边(34，37)的不对称的磨削，能够建立所述活塞室(A)和连杆室(B)的、用于小于最大功率的25％或15％的细微区域的合适的连结。

17.根据权利要求15或16所述的设备，

其特征在于，

在所述注射阀(1)以及所述配量阀(2)之间布置有通向活塞室(A)和连杆室(B)的连结管路(6)，所述连结管路(6)允许了所述活塞室(A)的和所述连杆室(B)的同时的供油和排油。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的设备，

其特征在于，

所述设备具有共有的泵(22)和共有的箱体(27)，其中，各个工序阶段的油的流动或者油压能够借助于所述两个比例阀(1，2)的控制以及各在所述活塞室(A)或所述连杆室(B)中的压力传感器(4，5)而被确保。

19.根据权利要求15至18中任一项所述的设备，

其特征在于，

所述设备具有用于以数字式控制技术/调节技术来控制/调节所述工序阶段的器件。

20.根据权利要求15至19中任一项所述的设备，

其特征在于，

所述设备具有用于两个并联地布置的比例阀(1，2)的协调且能量优化的操控的控制器件。

21.根据权利要求15至20中任一项所述的设备，

其特征在于，

所述注射阀(1)的活塞(33)的棱边(33′)以不同于所述配量阀(2)的活塞(35)的棱边(37)的方式被磨削，或者说，所述活塞(33或35)各具有不同的锥面。

22.根据权利要求15至21中任一项所述的设备，

其特征在于，

所述线性地运动的轴为注入螺杆(43)或者熔融物活塞。

23.根据权利要求15至22中任一项所述的设备，

其特征在于，

所述不同的工序阶段是所述注入螺杆(43)的不同的工序阶段。