DE10164933B4

DE10164933B4 - Elektrische Kunststoffspritzgießmaschine

Info

Publication number: DE10164933B4
Application number: DE10164933A
Authority: DE
Inventors: Harald HÜGEL; Wolfgang Lienke; Bernhard Manzl; Klaus Oberndorfer; Georg Pengler; Klaus Recker
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-10-23
Filing date: 2001-10-23
Publication date: 2007-03-08
Anticipated expiration: 2021-10-24
Also published as: DE10152198B4; DE10152198A1

Abstract

Elektrische Kunststoffspritzgießmaschine mit einem verfahrbaren Zylinder (4) mit einer innenliegenden drehbaren Schnecke (6), einer Schließeinheit (12) und einem Auswerfer (14), wobei diese Maschinenteile (4, 6, 12, 14) jeweils mit einem elektrischen Motor (24, 16, 18, 20, 22) gekoppelt sind, wobei die Motoren eingangsseitig jeweils mit Ausgängen eines Wechselrichtermoduls (34,26,28,30,32) verknüpft sind, die ihrerseits gleichspannungsseitig mit Ausgängen eines netzseitigen Stromrichtermoduls (36) verbunden sind, das wechselspannungsseitig mit einem Versorgungsnetz (38) verknüpft ist, dadurch gekennzeichnet, dass das netzseitige Stromrichtermodul (36) ein selbstgeführtes Pulsstromrichtermodul (40) ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf auf eine elektrische Kunststoffspritzgießmaschine mit einem verfahrbaren Zylinder mit einer innenliegenden drehbaren Schnecke, einer Schließeinheit und einem Auswerfer, wobei diese Maschinenteile jeweils mit einem elektrischen Motor gekoppelt sind, die eingangsseitig jeweils mit Ausgängen eines Wechselrichtermoduls verknüpft sind, die ihrerseits gleichspannungsseitig mit Ausgängen eines netzseitigen Stromrichtermoduls verbunden sind, das wechselspannungsseitig mit einem Versorgungsnetz verknüpft ist.
Eine derartige elektrische Kunststoffspritzgießmaschine ist im Handel erhältlich und in der 1 näher dargestellt. Das Spritzgießen ist ein diskontinuierlicher Prozess, in dessen Verlauf das Rohmaterial (Granulat) über einen Einfülltrichter 2 in einen vorgeheizten Zylinder 4 gelangt und dort plastifiziert wird. Durch Rotationsbewegung einer Schnecke 6, im Inneren des Zylinders 4, wird während einer Dosierphase die Kunststoffmasse homogenisiert und in einen Schneckenvorraum 8 befördert. Die Füllphase eines geschlossenen Werkzeugs 10 wird durch den Einspritzvorgang eingeleitet und durch das Nachdrücken abgeschlossen. Das Material wird dabei durch Vorwärtsbewegung der Schnecke 6 unter hohem Druck in das Werkzeug 10 eingespritzt. Das Schließen und Öffnen des Werkzeugs 10 bewerkstelligt die Schließeinheit 12, die das Werkzeug 10 unter hohem Druck auch geschlossen hält. Nachdem das Kunststoffspritzteil gefertigt ist, wird das Werkzeug 10 mittels der Schließeinheit 12 geöffnet und das hergestellte Kunststoffspritzgießteil mittels des Auswerfers 14 aus dem Werkzeug 10 befördert.
Bei der in der 1 dargestellten elektrischen Kunststoffspritzgießmaschine werden alle beweglichen Maschinenteile 4, 6, 12 und 14 mittels eines elektrischen Antriebs bewegt. Die Schnecke 6 weist für ihre Rotationsbewegung einen elektrischen Motor 16 und für ihre Vorwärtsbewegung einen elektrischen Motor 18 auf, wobei die Schließeinheit 12 und der Auswerfer 14 jeweils einen Motor 20 und 22 aufweisen. Der Zylinder 4 ist mittels eines elektrischen Motors 24 horizontal verschiebbar, damit das Einspritzmaterial im Schneckenvorraum 8 sich nicht am Werkzeug 10 abkühlen kann. Dadurch kann sich die Einspritzöffnung nicht zusetzen. Jeder elektrische Motor 16,...,24 ist eingangsseitig mit wechselspannungsseitigen Ausgängen eines lastseitigen Stromrichtermoduls 26, 28, 30, 32 und 34 elektrisch leitend verbunden. Da diese Stromrichtermodule 26,...,34 überwiegend im Wechselrichterbetrieb betrieben werden, werden diese Stromrichtermodule 26,...,34 auch als Wechselrichtermodule bezeichnet. Diese Wechselrichtermodule 26,...,34 sind gleichspannungsseitig mit Ausgängen eines netzseitigen Stromrichtermoduls 36 verknüpft, das wechselspannungsseitig mit einem Versorgungsnetz 38 elektrisch leitend verbunden ist. Aus Übersichtlichkeitsgründen ist die gleichspannungsseitige Verschaltung des Wechselrichtermoduls 28 nicht näher dargestellt. Da dieses netzseitige Stromrichtermodul 36 die Aufgabe hat, die anstehende dreiphasige Wechselspannung gleichzurichten, wird dieses Stromrichtermodul 36 auch als Einspeisemodul bezeichnet. Diese Motoren mit den zugehörigen Stromrichtermodulen 26 bis 36 bilden ein sogenanntes modulares Mehrmotoren-Antriebskonzept.
In einem Diagramm der 2 sind über der Zeit t ein Drehzahlverlauf und ein Verlauf eines Stromes des Antriebes der Schließeinheit 12 dargestellt. Gemäß dem Drehzahlverlauf wird der bewegliche Teil der Schließeinheit 12 beschleunigt, um dann rechtzeitig wieder abgebremst zu werden. Dieser Bewegungsablauf ist so dimensioniert, dass die Schließzeit möglichst kurz ist. Gebremst wird die Bewegung der Schließeinheit 12 mit einer Bremseinheit, die jeweils einen Bremsstrom in Wärme umsetzt. Da zum Zeitpunkt des Bremsens der Schließeinheit 12 kein weiterer Antrieb der elektrischen Kunststoffspritzgießmaschine einen Leistungsbedarf aufweist, der der Bremsenergie entspricht, muss diese Energie in Wärme umgesetzt werden, damit die Spannung des Spannungszwischenkreises einen vorbestimmten oberen Grenzwert nicht überschreitet. Dadurch weist diese elektrische Kunststoffspritzgießmaschine hohe Energiekosten auf.
Einen weiteren Nachteil dieser elektrischen Kunststoffspritzgießmaschine besteht darin, dass die gemeinsame Zwischenkreis-Gleichspannung nicht unabhängig vom speisenden Versorgungsnetz 38 ist. Wegen diesen Spannungsschwankungen im Gleichspannungszwischenkreis kann man die Dynamik und die Leistung der verwendeten Antriebe nicht optimal nutzen, wodurch die Produktionszeit nicht minimal sein kann. In Ländern, in denen das speisende Versorgungsnetz 38 nicht sehr stabil ist, macht sich dieser Nachteil besonders bemerkbar. D.h., die Produktionszeit ist von Land zu Land unterschiedlich, obwohl keine Veränderungen an den Antrieben vorgenommen worden sind.

Aus der Offenlegungsschrift DE 199 26 979 A1 ist ein Spannungszwischenkreis-Umrichter mit einem zwei Teilstromrichter aufweisenden 12-pulsigen Eingangs-Stromrichter, einem zwei elektrisch in Reihe geschalteten Kondensator aufweisenden Spannungszwischenkreis und einem maschinenseitigen Drei-Punkt-Pulsstromrichter bekannt.

Aus der Offenlegungsschrift DE 199 13 634 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung abschaltbarer Halbleiterschalter eines netzseitigen Stromrichters eines Spannungszwischenkreis-Umrichters bekannt.

Aus der Patentschrift DE 197 35 577 C1 ist eine Schaltungsanordnung zum entlasteten Schalten eines selbstgeführten Hochleistungs-Pulswechselrichters bekannt.

Aus der Offenlegungsschrift DE 199 59 739 A1 ist eine voll elektrische Kunststoffverarbeitungsmaschine, insbesondere eine Spritzgießmaschine bekannt. Zur Vereinfachung des Aufbaus der Maschine ist dabei vorgesehen, dass die Regeleinrichtungen der Maschine in einer einzigen zentralen Regeleinheit integriert sind, von der sämtliche regelbaren elektrischen Antriebssysteme der Maschine ihre Antriebsinformationen erhalten.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die bekannte elektrische Kunststoffspritzgießmaschine derart zu verbessern, dass die genannten Nachteile nicht mehr auftreten.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Dadurch, dass als netzseitiges Stromrichtermodul ein selbstgeführtes Pulsstromrichtermodul vorgesehen ist, kann die Zwischenkreisspannung des Mehrmotoren-Antriebskonzepts der elektrischen Kunststoffspritzgießmaschine unabhängig vom speisenden Versorgungsnetz auf einen vorbestimmten Gleichspannungswert geregelt werden. Somit steht den Antrieben dieser elektrischen Kunststoffspritzgießmaschine immer die maximale konstante Gleichspannung zur Verfügung, so dass die Motoren dynamisch und leistungsmäßig optimal ausgenutzt werden können. Dabei spielen schwache Netze bzw. Netzschwankungen keine Rolle mehr.

Außerdem wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des netzseitigen Stromrichtermoduls aus der ungeregelten Einspeiseeinheit eine geregelte Ein-/Rückspeiseeinheit, mit der Energie zurück in das speisende Versorgungsnetz 38 gegeben werden kann. Dadurch sinkt nicht nur der Bedarf an Bremseinheiten erheblich ab, sondern auch die Energiekosten dieser elektrischen Kunststoffspritzgießmaschine. Dieser Vorteil führt zu deutlich geringeren Produktionskosten für den Betreiber dieser elektrischen Kunststoffspritzgießmaschine. Da nun der Bedarf an Bremseinheiten geringer ist, benötigt das modulare Mehrmotoren-Antriebskonzept dieser elektrischen Kunststoffspritzgießmaschine auch erheblich weniger Einbau platz, der sich unter dieser Kunststoffspritzgießmaschine befindet.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der elektrischen Kunststoffspritzgießmaschine sind den Unteransprüchen 2 bis 5 zu entnehmen.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der eine Ausführungsform des modularen Mehrmotoren-Antriebskonzepts der elektrischen Kunststoffspritzgießmaschine schematisch veranschaulicht ist.
1 zeigt eine handelsübliche elektrische Kunststoffspritzgießmaschine, in der
2 ist in einem Diagramm über der Zeit t die Schließbewegung der Schließeinheit einer elektrischen Kunststoffspritzgießmaschine nach 1 anhand der Drehzahl und eines Stromes dargestellt, wobei in der
3 eine Ausführungsform des modularen Mehrmotoren-Antriebskonzepts der erfindungsgemäßen elektrischen Kunststoffspritzgießmaschine veranschaulicht ist.
Das erfindungsgemäße modulare Antriebskonzept nach 3 unterscheidet sich vom modularen Mehrmotoren-Antriebskonzept der bekannten elektrischen Kunststoffspritzgießmaschine gemäß
1 dadurch, dass als netzseitiges Stromrichtermodul 36 ein selbstgeführtes Pulsstromrichtermodul 40 verwendet wird. Dieses selbstgeführte Pulsstromrichtermodul 40 erzeugt aus der anstehenden Netzspannung, beispielsweise 380 V/50 Hz, eine geregelte Zwischenkreisspannung U_ZK von 600 V. Mit dieser geregelten Zwischenkreisspannung U_ZK werden alle lastseitigen Stromrichtermodule 26,...,34 mittels eines Gleichspannungs-Zwischenkreises 42 gespeist. Wechselspannungsseitig ist jedes lastseitige Stromrichtermodul 26,...,34 mit einem korrespondierenden elektrischen Motor 16,...,24 verbunden. Diese Stromrichtermodule 26,...,34 und 40 sind nebeneinander an einer nicht näher dargestellten Montageplatte lösbar befestigt, die beispielsweise als Kühlkörper ausgebildet sein kann. Als abschaltbarer Leistungshalbleiterschalter des selbstgeführten Pulsstromrichtermoduls 40 sind Insulated-Gate-Bipolar-Transistoren (IGBTs) vorgesehen, die insbesondere aus Siliziumkarbit bestehen, wodurch sich die Anforderungen an ein Kühlungssystem verringern.
Da als netzseitiges Stromrichtermodul nun ein selbstgeführtes Pulsstromrichtermodul 40 vorgesehen ist, kann nicht nur die Zwischenkreisspannung U_ZK auf einen vorbestimmten Wert geregelt werden, sondern auch Energie zurück ins speisende Versorgungsnetz 38 geschickt werden. Dadurch wird die Bremsenergie, verdeutlicht durch den Bremsstrom im Diagramm nach 2, nicht mehr in Wärme umgewandelt, sondern ins Netz zurückgespeist. Dadurch ist eine elektrische Kunststoffspritzgießmaschine mit einem erfindungsgemäßen modularen Mehrmotoren-Antriebskonzept viel energiesparender, wodurch deutlich geringere Produktionskosten für den Betreiber der Kunststoffspritzgießmaschine entstehen.

Claims

Elektrische Kunststoffspritzgießmaschine mit einem verfahrbaren Zylinder (4) mit einer innenliegenden drehbaren Schnecke (6), einer Schließeinheit (12) und einem Auswerfer (14), wobei diese Maschinenteile (4, 6, 12, 14) jeweils mit einem elektrischen Motor (24, 16, 18, 20, 22) gekoppelt sind, wobei die Motoren eingangsseitig jeweils mit Ausgängen eines Wechselrichtermoduls (34,26,28,30,32) verknüpft sind, die ihrerseits gleichspannungsseitig mit Ausgängen eines netzseitigen Stromrichtermoduls (36) verbunden sind, das wechselspannungsseitig mit einem Versorgungsnetz (38) verknüpft ist, dadurch gekennzeichnet, dass das netzseitige Stromrichtermodul (36) ein selbstgeführtes Pulsstromrichtermodul (40) ist.
Elektrische Kunststoffspritzgießmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das selbstgeführte Pulsstromrichtermodul (40) abschaltbare Leistungshalbleiterschalter aufweist.
Elektrische Kunststoffspritzgießmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils als abschaltbarer Leistungshalbleiterschalter des selbstgeführten Pulsstromrichtermoduls (40) ein Insulated-Gate-Bipolar-Transistor vorgesehen ist.
Elektrische Kunststoffspritzgießmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselrichtermodule (26, 28, 30, 32, 34) und das netzseitige selbstgeführte Pulsstromrichtermodul (40) nebeneinander auf einer Montageplatte lösbar befestigt sind.
Elektrische Kunststoffspritzgießmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Montageplatte als Kühlkörper ausgebildet ist.