CZ28490U1 - Mechanismus razníku sklářského tvarovacího stroje - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká mechanismu razníku sklářského tvarovacího stroje, zahrnujícího razník, propojený s pohonem pro vyvození přímočarého pohybu razníku do a z dutiny přední formy sklářského tvarovacího stroje.

Dosavadní stav techniky

Sklářské tvarovací sekční stroje, označované jako IS stroje, mají určitý počet stejných sekcí, jinak nazývaných jako stanice stroje, ve kterých a na kterých je namontován určitý počet mechanismů razníku. Do těchto stanic jsou ze společného zdroje dodávány jednotlivé kapky skloviny a vytvořené výrobky se vynášejí na společný dopravník. Každá z těchto stanic má přední formovou stanici, která přetváří jednu nebo více dávek-kapek dodané roztavené skloviny do tvaru duté baňky s hrdlem. A foukací stanici, do níž baňky vstupují a přetvářejí se do podoby hotového výrobku stojícího ve vzpřímené poloze s hrdlem směřujícím vzhůru.

Dále stanice stroje obsahuje mechanismus obraceče, který zahrnuje proti sobě postavenou dvojici ramen, která se otáčejí kolem osy obracení, přemisťují baňky z přední formovací stanice do foukací stanice a provádějí v průběhu výrobního procesu obracení těchto baněk z polohy, v níž hrdla výrobků směřují dolů, do polohy, v níž hrdla výrobků směřují vzhůru. Výrobky zhotovené ve foukací stanici se vyjímají ze sekce mechanismem odnímače.

Přední formová stanice obsahuje opačné dvojice prázdných forem, tzv. předních forem a foukací stanice obsahuje opačné dvojice vyfukovacích forem, někdy nazývaných konečných forem. Tyto formy se přemisťují mezi otevřenou a uzavřenou polohou. Mechanismus obraceče nese proti sobě umístěné dvojice forem hrdel výrobků, za které je držena baňka v průběhu přemisťování z přední formové stanice do foukací stanice.

Při liso-foukacím procesu jsou v přední formovací stanici dodávané kapky skloviny tvářeny do podoby tzv. předlisku. Předlisky se tvářejí vtlačováním razníku do formovací dutiny přední formy. Při tvarování se kapka skloviny přitlačuje ke stěnám dutiny formy při současném tvarování vnitřního povrchu předlisku podle vnějšího tvaru hlavy razníku, přičemž vnější tvar předlisku je určován tvarem dutiny přední formy a formy hrdla.

Na konvenčních strojích je razník spojen s mechanismem razníku, který je obvykle tvořen válcem umístěným pod lisovací formou a pístem uloženým ve válci, který je pohyblivý směrem do dutiny v přední formě a zpět z dutiny přední formy působením tekutiny přiváděné pod tlakem do válce. Z válce vystupuje směrem k dutině přední formy pístnice válce, která je upravena tak, aby nesla vlastní razník.

Při konvenčním postupu s lisováním předlisku se pro ovládání pístu pro pohyb razníku využívá zpravidla stlačený vzduch. Po dokončení lisování kapky skloviny se využije opět stlačeného vzduchu k vysunutí razníku z dutiny přední formy do „dolní“ polohy razníku, tak aby se předlisek mohl pomocí mechanismu obraceče přemístit do foukací stanice. Jakmile je předlisek přemístěn do foukací stanice pro vyfouknutí do konečného tvaru skleněného výrobku, je opět uzavřena přední a ústní forma a razník se přemístí do mezilehlé tzv. „plnicí“ polohy, kdy probíhá dodávka další kapky skloviny do dutiny přední formy a celý proces se opakuje.

Nevýhody tohoto systému spočívají zejména v problému přesného řízení pohybu razníku (rychlosti, polohy) a lisovací síly, oba tyto parametry jsou především závislé na velikosti ovládacího tlaku vzduchu a přesnosti jeho řízení. V případě konvenčních mechanismů razníků je běžné, že pneumatický převod - poměr ploch pístu válce razníku k ploše hlavy razníku dosahuje hodnot od 10 do 30. Z toho plyne, že každá odchylka v nastavení řídicího tlaku pístu, nebo výkyvy řídicího tlaku během lisování působí až 30 násobnou odchylkou v lisovacím tlaku. Další nevýhody jsou přizpůsobování činnosti mechanismu razníku vlastnostem skloviny, které se trvale mění, a v kva- 1 CZ 28490 Ul lite předlisků produkovaných zařízením, ovlivňované individuálními charakteristikami každého razníku, opotřebením formového příslušenství.

Kromě toho proměnné hodnoty týkající se pohybu razníku, například statický tlak působící na kapku skloviny a rychlost pohybu razníku, zpravidla souvisejí s časovým průběhem. To znamená, že v průběhu konvenčních postupů si udržuje razník určitou polohu po vypočtený časový úsek a potom se pohybuje do další polohy bez ohledu na dynamické jevy v systému. Ty vyžadují přesnou synchronizaci dodávání kapky skloviny, pohybu razníku a dopravy předlisků, ale nevysílají žádné zpětné signály pro korekci činnosti systému při provozu.

Dřívější řešení, popsaná například v US 5 236 485, se snaží odstranit tyto problémy využitím sledování polohy razníku namísto uplatnění pneumaticky ovládaného pohybu razníku v závislosti na průběhu času. V tomto spisu je popsáno ovládání razníku pomocí elektrohydraulického silového pohonu. U tohoto řešení je použito pístu s válcem, protože pohyb razníku je ovládán kapalinou. Ventil tohoto zařízení je ovládán elektricky pro zvětšení nebo zmenšení množství kapaliny přiváděné k oběma koncům pístu a pro zastavení pohybu pístu ve všech mezilehlých polohách razníku pohybujícího se směrem kupředu nebo dozadu. Okamžitá poloha razníku vzhledem k válci se snímá a porovnává s předem stanoveným hodnotami, uloženými v paměti, to znamená, že se kontrolují požadované polohy, a tím je umožňována zpětná vazba pro řízení funkce hydraulického regulačního ventilu a v důsledku toho také polohy razníku. Tím se eliminuje časová proměnná v rovnici a umožňuje se zvýšit přesnost a účinnost výrobního procesu pro výrobu skleněných výrobků. Zatímco použití hydraulicky ovládaného razníku řeší uvedený problém časové závislosti, který je vlastní předcházejícím technologiím, každý systém založený na sledování polohy razníku je kriticky závislý na přesnosti ústrojí pro sledování polohy razníku, která nemusí být vždy vyhovující. Řešení podle US 5 236 485 stále spočívá na tradičním zjišťování a snímání polohy razníku, využívajícím zejména snímače s cívkou a jádrem.

Jedno z takových snímacích zařízení je popsáno v US 4 613 352. V tomto spisu je prstencové jádro neseno pístnicí upevněnou k razníku sklářského tvarovacího stroje. Jádro tvoří ovládací prvek pro změnu indukčnosti cívky, která je umístěna v prstencovém rámu mezi válcem a vodicím válcem pro razník. V průběhu každého pracovního zdvihu razníku se měří maximální hloubka zasunutí razníku do formy a ta je potom využívána pro generování analogových elektrických signálů. Tento signál se potom porovnává s referenční hodnotou, která na druhé straně zajišťuje nastavovací hodnotu pro nastavování hmotnosti kapky skloviny před jejím dodáváním do formy. Jednou z nevýhod tohoto snímacího ústrojí s jádrem a cívkou je skutečnost, že lineární poloha nemůže být měřena v celé délce zdvihové dráhy razníku.

Míra zanoření razníku do dutiny přední formy v „plnicí“ poloze je u většiny známých sklářských tvarovacích strojů dána mechanickou zarážkou, které se musí při změně výrobku, nebo v případě úpravy výrobní technologie měnit. Tuto výměnu provádí operátor stroje a pro vykonání této činnosti se musí sekce stroje odstavit z provozu a část zařízení mechanismu razníku musí být demontována, aby bylo možné tuto mechanickou zarážku vyměnit. To prodlužuje čas nutný pro přestavení stroje na výrobu jiných výrobků. A za provozu stoje jsou tím způsobeny ztráty v produkci. Dojezd na mechanickou zarážku navíc způsobuje doplňkové dynamické namáhání systému, které výrazně negativně ovlivňuje životnost některých částí.

Podstata technického řešení

Uvedené nedostatky odstraňuje mechanismus razníku sklářského tvarovacího stroje, zahrnující razník, propojený s pohonem pro vyvození přímočarého pohybu razníku do a z dutiny přední formy sklářského tvarovacího stroje, podle technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že pohon zahrnuje rotační elektrický servomotor s dutým rotorem, ve kterém je uložen pohybový šroub, tvořený šroubem a maticí, přičemž matice je spojena s rotorem a Šroub je zajištěn proti otáčení a je mechanicky propojený s razníkem. Servomotor je opatřen jednak systémem pro odměřování polohy a jednak řídicí jednotkou.

-2CZ 28490 Ul

Výhodou mechanismu razníku podle technického řešení je, že umožňuje nastavení „plnicí“ polohy (tj. polohy kdy probíhá dodávka kapky skloviny do dutiny přední formy) do libovolného místa v celém rozsahu zdvihu razníku bez výměny jakéhokoliv dílce. Korekce tohoto parametru lze provádět za chodu stroje, bez nutnosti odstavování jednotlivých sekcí z provozu. To umožňuje zjednodušit konstrukci tzv. zařízení liso-fouk, nebo fouk-fouk, ve kterých není zapotřebí některých mechanických dílců v porovnání se známým provedením mechanismu razníku.

Mechanismus razníku podle technického řešení je především určen pro liso-foukací výrobní procesy, ale může být využit i při dvakrát-foukacím výrobním procesu.

Podle výhodného provedení je šroub mechanicky propojený s razníkem pomocí pístnice, která je pro zajištění proti otáčení opatřena alespoň jednou rolnou, vedenou v alespoň jedné drážce v plášti mechanismu.

Podle dalšího výhodného provedení systém pro odměřování polohy zahrnuje inkrementální čítač nebo absolutní snímač úhlové polohy.

Podle dalšího výhodného provedení prochází osou servomotoru a šroubu pohybového šroubu trubka pro přívod stlačeného vzduchu do razníku a do dutiny přední formy.

Podle dalšího výhodného provedení je řídicí jednotka propojena se systémem pro odměřování polohy a se servomotorem pro zpětnovazební polohové řízení razníku a/nebo pro řízení razníku pomocí regulace lisovací síly.

Podle dalšího výhodného provedení je řídicí jednotka propojena s jednotkou pro regulaci hmotnosti kapky skloviny, přiváděné do dutiny přední formy sklářského tvarovacího stroje.

Objasnění výkresů

Příklad provedení mechanismu razníku sklářského tvarovacího stroje podle technického řešení je zobrazen na přiložených výkresech, na kterých obr. 1 zobrazuje mechanismus razníku schematicky. Na obr. 2 je mechanismus razníku v řezu. Na obr. 3 a 4 je vidět provedení rolny v drážce pro zamezení otáčení šroubu. Na obr. 5, 6 a 7 jsou zobrazeny jednotlivé fáze pohybu razníku. Na obr. 8 je schematicky zobrazeno uspořádání sklářského tvarovacího stroje.

Příklady uskutečnění technického řešení

Mechanismus 10 razníku 20 sklářského tvarovacího stroje podle obr. 1 a 2 má pohon tvořený rotačním elektrickým servomotorem 30 s dutým rotorem 40, ve kterém je uložen pohybový šroub 270, tvořený šroubem 60 a maticí 50. Matice 50 je spojena s rotorem 40 a šroub 60 je přes spojku 80 mechanicky propojený s razníkem 20 pomocí pístnice 70, která je pro zajištění proti otáčení opatřena rolnou 160. vedenou v drážce 170 v plášti 150 mechanismu 10 (viz obr. 3 a 4).

V horní komoře 180 ie uloženo zařízení liso-fouk 110, které vede razník 20 připevněný k pístnici 70 pomocí adaptéru 90 a spojovacích kroužků 100. Pístnice 70 je v homí komoře 180 vedena pouzdrem 190.

Na homí komoru 180 navazuje forma 130 hrdla a přední forma 120 s dutinou 220, do které se dodává kapka 200 skloviny (viz obr. 6). Dutinu 220 přední formy 120 uzavírá závěrná hlava 260.

Pod servomotorem 30 je uložen systém 210 pro odměřování polohy, tvořený v zobrazeném příkladu provedení resolverem. Odborníkům je zřejmé, že lze použít i jiný typ inkrementálního čítače, nebo absolutní snímač úhlové polohy. Systém 210 pro odměřování polohy je součástí elektrického servomotoru 30. Signály z tohoto systému 210 pro odměřování polohy jsou vyhodnocovány v řídicí jednotce 300 a jsou využívány ke zpětnovazebnímu řízení pohybu razníku 20. To umožňuje pružně reagovat na dynamické jevy vyskytující se v systému během procesu lisování. Systém 210 pro odměřování polohy umožňuje sledování polohy razníku 20 v celém rozsahu jeho pracovním zdvihu.

-3CZ 28490 U1

Elektrický servomotor 30 je propojen s řídicí jednotkou 300 (viz obr. 8). Řídicí jednotka 300 je propojena se systémem 210 pro odměřování polohy pro zpětnovazební polohové řízení razníku 20 a/nebo pro řízení razníku 20 pomocí regulace lisovací síly. Řídicí jednotka 300 ie též propojena s jednotkou 310 pro regulaci hmotnosti kapky 200 skloviny, přiváděné do dutiny 220 přední formy 120 sklářského tvarovacího stroje.

Osou servomotoru 30 a šroubu 60 pohybového šroubu 270 prochází trubka 140 pro přívod stlačeného vzduchu do razníku 20 a do dutiny 220 přední formy 120.

Pomocí řídicí jednotky 300 je uváděn do chodu elektrický servomotor 30 a rotační pohyb jeho rotoru 40 je pomocí matice 50 a šroubu 60 transformován na lineární pohyb pístnice 70 a razníku 20.

Obvyklý pracovní cyklus mechanismu razníku 10 se skládá z přestavování razníku 20 do třech základních poloh. Na obr. 5, 6 a 7 jsou vyobrazeny tyto polohy pro liso-foukací technologii tvarování výrobků. Výchozí polohou je pozice razníku 20 nejvíce oddálené od dutiny 220 přední formy 120 (viz obr. 5). Z této polohy se razník 20 přemístí do „plnicí“ polohy (viz obr. 6), kdy je z části zanořen do dutiny 220 přední formy 120 a v tomto okamžiku je do přední formy 120 dodána kapka 200 skloviny. Následně se dutina 220 přední formy 120 uzavře pomocí závěrné hlavy 260 a následuje závěrečná fáze lisování předlisku.

Razník 20 se dostává do kontaktu s kapkou 200 skloviny a dále se pohybuje směrem vzhůru, zanořuje se do dutiny 220 přední formy 120. K zastavení pohybu razníku 20 dojde v okamžiku, kdy přetvořená kapka 200 skloviny zcela vyplní prostor, definovaný vnitřními povrchy stěn přední formy 120, formy 130 hrdla a vnějším povrchem razníku 20. V této poslední pozici razník 20 setrvá po určitou dobu nutnou pro dokonalé vytvarování předlisku.

Pracovní cyklus mechanismu 10 razníku 20 ovládá řídicí jednotka 300, která na začátku vyšle povel elektrickému servomotoru 30 k uvedení do chodu. Razník 20 se přemisťuje z výchozí polohy (viz obr. 5) do „plnicí“ polohy (viz obr. 6) a dále až do úplného zasunutí do dutiny 220 přední formy 120 (viz obr. 7). Pohyb razníku 20 je kontinuálně sledován systémem 210 pro odměřování polohy, který neustále zasílá řídicí jednotce 300 informace o aktuální poloze razníku 20. Tyto informace jsou zpracovány a využity pro zpětnovazební polohové řízení pohybu razníku 20. Ve fázi lisování předlisku je v určitém výhodném okamžiku zpětnovazební polohové řízení pohybu razníku 20 změněno na řízení pomocí regulace lisovací síly razníku 20. Tím je dosaženo toho, že se razník 20 zastaví v okamžiku, kdy sklovina úplně vyplní prostor, definovaný vnitřními povrchy stěn přední formy 120, formy 130 hrdla a vnějším povrchem razníku 20.

Přechod z polohového řízení na řízení pomocí regulace lisovací síly, která je určována velikostí kroutícího momentu elektrického servomotoru 30 a mechanickými vlastnostmi pohybového šroubu 270, je nezbytné pro dosažení požadovaných technologický parametrů lisování předlisků. Tím se odstraní možné problémy při tvorbě předlisků způsobené změnami v hmotnosti dodávaných kapek 200 skloviny. Pokud by poloha razníku 20 byla řízena i v závěrečné fázi lisování polohově, mohlo by docházet k nedolisování předlisků v případě, kdy by dodaná kapka 200 skloviny měla menší hmotnost, než je požadovaná. A naopak při dodávce kapky 200 skloviny s větší hmotností by mohlo docházet k tvorbě tzv. přelisů způsobených otevíráním přední formy 120 vlivem nadměrného vnitřního tlaku v dutině 220 přední formy 120.

Dále se přechodu z polohového řízení na řízení pomocí regulace lisovací síly s výhodou využije k diagnostice hmotnosti kapky 200 skloviny, dodané do přední formy 120.

Míra zanoření razníku 20 do dutiny 220 přední formy 120 i e závislá na lisovací síle razníku 20, na objemu prostoru, definovaného vnitřními povrchy stěn přední formy 120, formy 130 hrdla, vnějším povrchem razníku 20 a na hmotnosti, respektive objemu skloviny dodané do přední formy 120. Lisovací sílaje úměrná kroutícímu momentu vyvozeného elektrickým servomotorem 30, míra úměry je dána mechanickou konstrukcí pohybového šroubu 270.

-4CZ 28490 U1

Během lisování razník 20 pokračuje ve vyvozování lisovací síly, jakmile je dosaženo požadované lisovací síly a dojde k zastavení razníku 20, řídicí jednotka 300 v tomto okamžiku odečte pomocí systému 210 odměřování polohy aktuální polohu razníku 20. Tato hodnota je dále v řídicí jednotce 300 zpracována a porovnána s referenční přednastavenou hodnotou. Vzhledem k tomu, že se lisovací síla razníku 20 udržuje pro po sobě následující pracovní cykly konstantní a konstantní je také objem prostoru, definovaného vnitřními povrchy stěn přední formy 120, formy 130 hrdla a vnějším povrchem razníku 20, pak zjištěná odchylka aktuální polohy razníku 20 od referenční hodnoty nepřímo vypovídá o odchylce v hmotnosti kapky 200 skloviny, dodané do přední formy 120. Pokud je zjištěná aktuální poloha razníku 20 větší než referenční poloha, tak do přední formy 120 byla dodána kapka 200 skloviny o menší hmotnosti, než je požadováno. A naopak pokud je aktuální poloha razníku 20 menší než referenční poloha, tak do přední formy 120 byla dodána kapka 200 skloviny o větší hmotnosti, než je požadováno.

Jak je schematicky zobrazeno na obr. 8, zjištěné odchylky aktuální polohy razníku 20 od referenční hodnoty, jsou řídicí jednotkou 300 předávány dál k vyhodnocení do jednotky 310 pro regulaci hmotnosti kapky 200 skloviny. Jednotka 310 pro regulaci hmotnosti kapky 200 skloviny tyto odchylky dále zpracovává a na jejich základě provádí změny v nastavení polohy otočné trubky 400 v dávkovači skloviny, nebo změny v nastavení jednotlivých plunžrů 410 dávkovače skloviny tak, aby bylo dosaženo požadované korekce hmotnosti kapky 200 skloviny dodávané do přední formy 120. Na obr. 8 je znázorněno provedení pro tzv. tří-kapkový způsob výroby, při kterém jsou v každé sekci najednou zpracovávány tři kapky skloviny. Stejný systém může být použit i pro jedno-, dvou- a čtyř-kapkové způsoby výroby. V těchto případech se mění počet plunžrů 410 dávkovače skloviny dle počtu zpracovávaných kapek 200 skloviny.

Po dokončení fáze lisování následuje poslední fáze pracovního cyklu, kterou je návrat razníku 20 zpět do výchozí polohy. V této fázi je opět přepnuto do zpětnovazebního polohového řízení pohybu razníku 20, řídicí jednotka 300 vyšle k elektrickému servomotoru 30 signál k uvedení rotoru 40 do reverzního pohybu a tím dojde k přemístění razníku 20 zpět do výchozí polohy. Poté dojde k otevření přední formy 120 a přemístění předlisku do nezobrazené foukací stanice pro vyfouknutí do konečného tvaru skleněného výrobku. Pracovní cyklus se opět opakuje po opětovném uzavření přední formy 120.

Claims (6)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Mechanismus (10) razníku (20) sklářského tvarovacího stroje, zahrnující razník (20), propojený s pohonem pro vyvození přímočarého pohybu razníku (20) do a z dutiny (220) přední formy (120) sklářského tvarovacího stroje, vyznačující se tím, že pohon zahrnuje rotační elektrický servomotor (30) s dutým rotorem (40), ve kterém je uložen pohybový šroub (270), tvořený šroubem (60) a maticí (50), přičemž matice (50) je spojena s rotorem (40) a šroub (60) je zajištěn proti otáčení a je mechanicky propojený s razníkem (20) a servomotor (30) je opatřen jednak systémem (210) pro odměřování polohy a jednak řídicí jednotkou (300).
2. 2. Mechanismus (10) razníku (20) podle nároku 1, vyznačující se tím, že šroub (60) je mechanicky propojený s razníkem (20) pomocí pístnice (70), která je pro zajištění proti otáčení opatřena alespoň jednou rolnou (160), vedenou v alespoň jedné drážce (170) v plášti (150) mechanismu (10).
3. 3. Mechanismus (10) razníku (20) podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že systém (210) pro odměřování polohy zahrnuje inkrementální čítač nebo absolutní snímač úhlové polohy.

   -5CZ 28490 Ul
4. 4. Mechanismus (10) razníku (20) podle nároku 1, 2 nebo 3, vyznačující se tím, že osou servomotoru (30) a šroubu (60) pohybového šroubu (270) prochází trubka (140) pro přívod stlačeného vzduchu do razníku (20) a do dutiny přední formy (120).
5. 5. Mechanismus (10) razníku (20) podle kteréhokoliv z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že řídicí jednotka (300) je propojena se systémem (210) pro odměřování polohy a se servomotorem (30) pro zpětnovazební polohové řízení razníku (20) a/nebo pro řízem razníku (20) pomocí regulace lisovací síly.
6. 6. Mechanismus (10) razníku (20) podle kteréhokoliv z nároků laž5, vyznačující se tím, že řídicí jednotka (300) je propojena s jednotkou (310) pro regulaci hmotnosti kapky (200) skloviny, přiváděné do dutiny (220) přední formy (120) sklářského tvarovacího stroje.