DE102006014087A1

DE102006014087A1 - Spritzgießmaschine

Info

Publication number: DE102006014087A1
Application number: DE102006014087A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. Schreiner; Hans-Jürgen Dipl.-Ing. Popp; Andreas Dipl.-Ing. Kübel; Johannes Dipl.-Ing. Oswald
Original assignee: Demag Ergotech GmbH
Current assignee: Sumitomo SHI Demag Plastics Machinery GmbH
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2006-03-24
Publication date: 2007-09-27
Also published as: WO2007110328A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spritzgießmaschine zum Herstellen von Spritzgussformteilen durch das Einspritzen wenigstens eines plastifizierbaren Materials in ein Werkzeug mit wenigstens einer Spritzgussform. Die Spritzgießmaschine weist wenigstens ein Spannmittel zum Halten und Bewegen wenigstens eines Werkzeugabschnitts zwischen der geöffneten und geschlossenen Position des Werkzeugs mit wenigstens einem ersten Antrieb, wenigstens einen zweiten Antrieb für den rotatorischen Antrieb der wenigstens einen Plastifizierschnecke zum Fördern des plastifizierbaren Materials und wenigstens einen dritten Antrieb für eine Linearbewegung der wenigstens einen Plastifizierschnecke auf. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der erste, zweite und/oder dritte Antrieb ein elektrischer Synchronantrieb mit einem Rotor und einem Stator und wenigstens einem Umrichter ist, wobei der Umrichter wenigstens eine Ausgabeeinrichtung aufweist, an welcher ein Informationssignal bereitgestellt wird, welches die Bestimmung der Rotorposition des Synchronantriebes erlaubt. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Steuerung oder Regelung eines elektrischen Synchronantriebs für eine solche Spritzgießmaschine.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spritzgießmaschine zum Verarbeiten von plastifizierbaren Material mit wenigstens einem elektrischen Antrieb für wenigstens ein Bauteil der Spritzgießmaschine. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Steuern oder Regeln einer solchen Spritzgießmaschine.

Spritzgießmaschinen sind im Stand der Technik bekannt. So werden beispielsweise im Stand der Technik elektrische Antriebe an den Achsen einer Spritzgießmaschine mithilfe von Drehzahlgebern gesteuert, um insbesondere die Drehzahl bzw. die Positionierung der entsprechend angetriebenen Achsen zu bestimmen und eventuell zu steuern oder zu regeln. Dabei wird der Regelkreis, insbesondere zur Drehzahlregelung bzw. zur Positionierungsregelung, mit entsprechenden Reglern geschlossen. Die Drehzahlerfassung erfolgt für die Steuerung und/oder Regelung beispielsweise durch Gebersysteme wie z. B. Resolver, Sinus-/Cosinusgeber und andere. Im Stand der Technik wird dabei das Gebersignal beispielsweise direkt als eine Drehzahl (rotierende Achse) oder mittels eines Übertragungselements als ein Wegsignal (Linearachsen) ausgegeben bzw. verarbeitet.

Die Qualität der Regelung hängt dabei insbesondere vom Auflösungsvermögen des Gebersystems ab, wobei im Stand der Technik u. a. für die Motorentechnik die Asynchrontechnik verwendet wird. Bei dieser läuft der Rotor zum Stator nicht synchron, wobei insbesondere ein lastabhängiger Schlupf auftritt. Die Drehzahl des Rotors ist somit nicht gleich der Drehzahl des vom Umrichter vorgegebenen Drehfeldes. Zur Korrektur der Differenz wird im Stand der Technik die Drehzahl separat bestimmt, so dass mit dieser Information eine genaue Steuerung oder Regelung der Drehzahl bzw. der Position des entsprechend angetriebenen Systems bereitgestellt wird. Bei Verwendung der Synchrontechnik für die Motoren, bei der der Rotor synchron zum Drehfeld läuft, kommt es zu einem lastabhängigen Winkel zwischen Rotor und Drehfeld, dem sogenannten Lastwinkel. Bei Lastfreiheit verschwindet der Lastwinkel. Bei dieser Technik ist die Drehzahlerfassung über Gebersysteme für Korrektur des Lastwinkels und die Erfassung der Pollage notwendig. Die Pollage definiert inbesondere den Stand der Dauermagnete zu dem Feld am Stator. Sie muss für Regelungs- und steuerungsaufgaben bekannt sein.

Nachteilig bei der Verwendung dieser Technologien ist es jedoch, dass für das Gebersystem zusätzliche Bauteile notwendig sind, die je nach Ausführung und Anwendung unterschiedlich auf- und angebaut werden müssen. Gerade bei Hohlwellen ist der Anbau kostenintensiv und in der Produktion störungsanfällig. In der Regel werden hierfür Riemen als Übertragungselement verwendet, was zu besonderen Anforderungen an die Geberlagerung und die Riemeneinstellung führt. Zusätzlich sind solche Gebersysteme anfällig gegen Umwelteinflüsse wie beispielsweise Erschütterungen, Verschmutzung und Temperatureinfluss. Ein Ausfall eines solchen Systems führt unmittelbar zum Stillstand des Antriebes. Entsprechendes gilt auch für die Elemente der Signalübertragung, d. h. die Geberleitungen und die entsprechenden Auswerteeinrichtungen für die Signale. Die Qualität der Regelung ist im Wesentlichen von der Auflösung des Gebers und der Verarbeitungsgeschwindigkeit der Auswertungs- und Regelungselektronik, insbesondere am Umrichter abhängig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Spritzgießmaschine sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen bereitzustellen, welche die im Stand der Technik bekannten Nachteile wenigstens teilweise reduziert und insbesondere eine kostengünstigere Vorrichtung zur Herstellung von Spritzgussformteilen bietet.

Die Aufgabe wird durch eine Spritzgießmaschine zur Herstellung von Spritzgussformteilen gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß weist die Spritzgießmaschine zum Herstellen von Spritzgussformteilen wenigstens ein Werkzeug mit wenigstens einer Spritzgussform auf, in welche wenigstens ein plastifizierbares Material eingespritzt wird. Die Spritzgießmaschine selbst weist vorzugsweise wenigstens ein Spannmittel zum Halten und Bewegen wenigstens eines Werkzeugabschnitts auf. Das Spannmittel bewegt den Werkzeugabschnitt zwischen einer geöffneten und geschlossenen Position und wird mit wenigstens einem ersten Antrieb angetrieben. Ferner weist die Spritzgießmaschine einen zweiten Antrieb auf, mit welchem wenigstens eine Plastifizierschnecke zum Aufschmelzen und/oder Fördern des plastifizierbaren Materials rotatorisch angetrieben wird. Ein dritter Antrieb ist insbesondere für die Linearbewegung der wenigstens einen Plastifizierschnecke vorgesehen, wobei gemäß der vorliegenden Erfindung zumindest der erste, zweite und/oder dritte Antrieb ein elektrischer Synchronantrieb ist. Dieser Synchronantrieb weist einen Stator, einen Rotor und wenigstens einen Umrichter auf, wobei der Umrichter mit einer Ausgabeeinrichtung ausgestattet ist, an welcher wenigstens ein Informationssignal bereitgestellt wird, welches die Bestimmung der Rotorposition des Synchronantriebes erlaubt. Erst neue Entwicklungen in der Umrichtertechnik machen die Ausgabe eines solchen Informationssignals, insbesondere in ausreichneder Genauigkeit, möglich.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Spritzgießmaschine wenigstens auch einen vierten Antrieb auf. Dieser dient insbesondere zum Antreiben wenigstens eines weiteren Bauteils, das vorzugsweise aus einer Gruppe ausgewählt wird, welche die Einspritzung, die Schließeinrichtung, die Düsenanlage, die Transportvorrichtung und dergleichen umfasst. Auch dieser vierte Antrieb weist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform einen elektrischen Synchronmotor auf, an dessen Umrichter wenigstens eine Ausgabeeinrichtung angeordnet ist, über welche ein Informationssignal bereitgestellt wird, welches insbesondere die Bestimmung der Rotorposition des Synchronantriebes erlaubt.

Das Informationssignal ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eine Information, welche beispielsweise unmittelbar die Position des Rotors wiedergibt oder auch mittels einer geeigneten Auswerteeinrichtung so umgewandelt wird, dass wenigstens eine Information bezüglich der Position des Rotors bereitgestellt wird.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform enthält das Informationssignal auch Informationen bezüglich der Drehrichtung des Rotors, wobei sich diese Informationen unmittelbar, beispielsweise aus einem analogen oder digitalen Signal ergeben können oder auch mittels einer geeigneten Einrichtung aus den im Informationssignal bereitgestellten Informationen berechnet werden.

Der Synchronantrieb für eine Spritzgießmaschine weist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform Steuerungsmittel oder Regelungsmittel auf, die insbesondere das an der Ausgabeeinrichtung des Umrichters bereitgestellte Informationssignal dazu verwenden, den elektrischen Synchronantrieb zu steuern oder zu regeln. Hierbei können insbesondere die Steuerungs- oder Regelungsmittel innerhalb des Umrichters angeordnet werden, wodurch eine besonders kompakte Bauweise erreicht werden kann. Alternativ können die Steuerungs- oder Regelungsmittel auch außerhalb des Umrichters angeordnet werden, wobei dies vorzugsweise innerhalb eines übergeordneten Prozessleitsystems erfolgt.

Um insbesondere eine stabile Steuerung oder Regelung bereitstellen zu können, wird das Informationssignal des Umrichters vorzugsweise kontinuierlich aktualisiert bzw. gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform kontinuierlich bereitgestellt.

Die Übertragung des am Umrichter bereitgestellten Informationssignals insbesondere an weitere Einrichtungen zur Steuerung oder Regelung kann gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform mit Mitteln zum Datenaustausch, wie zum Beispiel einem Bussystem erfolgen. Dies dient insbesondere dazu, die vorzugsweise für die Steuerung oder Regelung notwendigen Informationen zwischen beispielsweise dem Umrichter des Synchronantriebs und einem Prozessleitsystem auszutauschen.

Als Synchronantriebe werden gemäß der vorliegenden Erfindung insbesondere Motoren verstanden, bei welchen mittels Gleichstromreglern oder Permanentmagneten ein Magnetfeld in Wechselpolanordnung erzeugt wird, das bezogen auf den Läufer oder das Polrad stillsteht. Synchronantriebe sind insbesondere Antriebe, die aus einer Gruppe ausgewählt werden, welche beispielsweise Vollpolmaschinen wie z. B. Turboläufer, Schenkelpolmaschinen wie z. B. Innenpolläufer, Synchronservomotoren mit permanenten Magneten, Direktantriebe wie z. B. Torque-Antriebe oder High-Torque-Antriebe, Kombinationen hiervon und dergleichen, aufweist.

Selbstverständlich liegt es auch im Sinn der vorliegenden Erfindung, dass die entsprechenden Motoren die jeweiligen Bauteile direkt oder, durch den Einsatz von entsprechenden Getrieben, indirekt antreiben.

Der Aufbau eines Synchronmotors zum Antrieb der Bauteile einer Spritzgießmaschine ist grundsätzlich vergleichbar mit dem Aufbau eines Asynchronmotors. Insbesondere kann beispielsweise in die Nuten eines Ständerblechpakets eine Drehstromwicklung eingebettet sein, wobei der Läufer beispielsweise mit einem massiven Polkern eine Erregerwicklung trägt, der über Schleifringe Gleichstrom zugeführt wird. Er wirkt als Elektromagnet (Polar) zur Erzeugung eines magnetischen Feldes. Seine Polzahl ist so groß wie die Polzahl der Ständerwicklungen. Bei kleineren Motoren werden auch Permanentmagnetläufer verwendet, wobei Synchronmotoren sowohl für Einphasenstrom, als auch für Dreiphasenstrom (Drehstrom) gebaut werden. Die Wirkungsweise des Synchronmotors für Dreiphasenstrom ist ähnlich wie die des Synchronmotors für Einphasenstrom, wobei ein sich gleichmäßig drehendes Magnetfeld das Polrad in gleicher Geschwindigkeit mitnimmt.

Die Wirkungsweise eines Synchronmotors beruht auf der Kraftwirkung, die stromdurchflossene Leiter und Magnetpole aufeinander ausüben. Beim Synchronmotor bewegen sich die Pole und die stromdurchflossenen Leiter synchron. Die gleichstromgespeiste Läuferwicklung erregt im Luftspalt vom Läufer aus betrachtet ein Magnetfeld, welches durch die Gleichstomerregung zeitlich konstant bleibt und mit dem Läufer umläuft. Treibt man den Läufer mit einer bestimmten Drehzahl an, so rotiert das Erregerfeld mit dieser Drehzahl und es entsteht vom Ständer aus betrachtet ein Kreisdrehfeld im Luftspalt. Die Pole des Rotors werden durch die Gegenpole des Stators angezogen und kurz darauf durch den gleichartigen Pol wieder abgestoßen.

Die Drehzahl eines Synchronmotors ist u. a. von der Polzahl des Motors abhängig. Wird der Motor durch ein Drehmoment eines Generators belastet, bleibt der Motor um den Lastwinkel α hinter dem Drehfeld und damit hinter der Leerlaufstellung zurück. Dabei ändert sich jedoch die Drehzahl nicht. Generator bzw. angetriebenes Bauteil und Motor sind dann „im Tritt", wobei, wenn der Motor überlastet wird, sowohl der Motor, als auch das angetriebene Bauteil stehen bleiben. Folge daraus ist, dass der Motor neu angelassen werden muss.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Antriebsstrang des Spannmittels für die Spritzgießmaschine wenigstens ein Kniegelenk auf, welches mittels einer Spindel bzw. eines Spindeltriebs bewegt wird. Somit erfolgt die Bewegung des Spannmittels über die Spindel und das Kniegelenk, wobei der elektrische Antrieb an der Spindel oder einer dieser zugeordneten Spindelmutter angreift. Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform weist solch eine Spindel eine Steigung auf, die zwischen 0,1 und 100 mm, vorzugsweise zwischen 1 und 80 mm und insbesondere bei etwa 40 mm liegt.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform, kann das Abgleichen der ersten Rotorposition mit der tatsächlichen Position eines Aggregates, wie beispielsweise eine Plastifizierschnecke, auch in Bewegung erfolgen, wobei dies insbesondere beim Wiederanfahren der Spritzgießmaschine und im Fall einer Plastifizierschneckenposition unter Überwachung der Schmelzetemperatur erfolgt.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein zusätzliches Wegmeßsystem vorgesehen sein, das es erlaubt, die Position eines angetriebenen Bauteils, die bezüglich der Lage und Anordnung in der Spritzgießmaschine bestimmt ist, mit der augenblicklichen Rotorposition des Synchronantriebs abzugleichen, so dass bei kontinuierlicher Überwachung bzw. Bestimmung der Rotorposition und insbesondere auch der Drehrichtung des Rotors die Positionsveränderung des angetriebenen Bauteils anhand der Informationssignale des Umrichters bestimmbar ist. Hierdurch kann ein Einlesen der Systemlage bei Wiedereinschalten des Stroms ermöglicht werden, ohne dass beispielsweise eine vollständig neues Einmessen in einer Endlage erforderlich ist.

Die vorliegende Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Steuerung oder Regelung des Synchronantriebs für eine Spritzgießmaschine gelöst, wobei der Antrieb für wenigstens ein Bauteil der Spritzgießmaschine verwendet wird und der Synchronmotor einen Rotor, einen Stator und wenigstens einen Umrichter aufweist. Der Umrichter stellt mit einer Ausgabeeinrichtung ein Informationssignal bereit, welches insbesondere die Bestimmung der Rotorposition des Synchronmotors erlaubt. Das hiermit durchgeführte Verfahren beansprucht den Abgleich wenigstens einer ersten Position eines angetriebenen Bauteils der Spritzgießmaschine mit wenigstens einer ersten Position des Rotors und die Abspeicherung der Rotorposition unter Verwendung des Informationssignals des Umrichters. Anschließend wird die Rotorposition unter Verwendung des Informationssignals kontinuierlich bestimmt, wobei insbesondere auch das Informationssignal an der Ausgabeeinrichtung ausgegeben wird. Unter Verwendung dieses Informationssignals wird erfindungsgemäß der elektrische Synchronantrieb gesteuert oder geregelt.

Neue Entwicklungen in der Umrichtertechnik ermöglichen es erfindungsgemäß, insbesondere die bei der Synchrontechnik notwendige Systemlage ohne Gebersignale einzulesen, da entsprechende Informationssignale bereits durch eine Ausgabeeinrichtung des Umrichters ausgegeben werden.

Als Abgleichen einer ersten Position des angetriebenen Bauteils mit einer ersten Position des Rotors wird insbesondere ein Vorgang verstanden, bei dem insbesondere eine Position des angetriebenen Bauteils, die bezüglich der Lage und Anordnung in der Spritzgießmaschine bestimmt ist, einer ersten Position des Rotors in der Art zugeordnet wird, dass bei kontinuierlicher Überwachung bzw. Bestimmung der Rotorposition und insbesondere auch der Drehrichtung des Rotors die Positionsveränderung des angetriebenen Bauteils bestimmbar ist.

So kann beispielsweise nach dem Abgleich der ersten Rotorposition mit beispielsweise einer ersten Position der Plastifizierschnecke, über die Zahl der Umdrehungen des Rotors, die sich unter anderem aus der kontinuierlichen Bestimmung der Rotorposition ergibt, die Durchsatzmenge an plastifizierbaren bzw. plastifiziertem Material bzw. die in einem Schneckenvorraum bevorratete Menge an Schmelze bestimmt werden, wenn die Betriebsbedingungen innerhalb einer Plastifiziervorrichtung und für die Plastifizierschnecke im wesentlichen konstant bleiben. Ein im Hinblick auf Drehzahl und Drehmoment reproduzierbares Antreiben der Plastifizierschnecke ist insbesondere für die Gewährleistung einer gleichbleibend hohen Schmelzequalität von besonderer Bedeutung.

Entsprechendes gilt auch für Bauteile, wie zum Beispiel das Spannmittel, bei welchen nach dem Abgleich einer ersten Position mit der ersten Position des Rotors, insbesondere bei im Wesentlichen konstanten Bedingungen, die tatsächliche Position des Bauteils bestimmbar ist, wenn die Rotorposition kontinuierlich erfasst wird. In die Positionsbestimmung kann hier neben der Drehzahl des Rotors beispielsweise die Steigung der Spindel eines eingesetzten Spindeltriebs eingehen.

Eine exakte Bestimmung der Pollage, der Rotorlage relativ zum Stator, kann erfindungsgemäß auf verschieden Weise erfolgen. So kann durch die Einprägung eines Stroms bei stehendem Drehfeld eine Ausrichtung des Rotors auf die vorgegebene Pollage erfolgen (Einmessen mit Bewegung). Alternativ kann durch den Vergleich zwischen einer eingeprägten Klemmspannung und der resultierenden Polspannung auch auf die Lage des Rotors zum Drehfeld des Stators (drehfreies Einmessen) zurück geschlossen werden.

Gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Abgleichen der ersten Position des wenigstens einen angetriebenen Bauteils der Spritzgießmaschine mit der ersten Position des Rotors insbesondere dann, wenn sich der Rotor dreht. Um eine Gefährdung der Bauteile möglichst zu reduzieren ist es vorteilhaft, wenn die Drehgeschwindigkeit des Rotors nicht zu groß ist.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Steuern oder Regeln eines elektrischen Synchronantriebs, erfolgt insbesondere der Abgleich zwischen der ersten Position des wenigstens einen angetriebenen Bauteils der Spritzgießmaschine mit der ersten Position des Rotors dann, wenn die angetriebenen Bauteile in einem im Wesentlichen kräftefreien Zustand sind.

Dabei wird ein im Wesentlichen kräftefreier Zustand in der Art verstanden, dass zum Beispiel die Plastifizierschnecke im Leerlauf betrieben und im Wesentlichen kein plastifizierbares Material transportiert wird.

Als erste Position eines Bauteils bzw. des Rotors wird gemäß der vorliegenden Erfindung insbesondere eine Position verstanden, die vorzugsweise in einem Bereich des Anschlagpunktes des angetriebenen Bauteils liegt. Selbstverständlich können auch Zwischenpositionen gewählt werden, wobei diese für den Abgleich möglichst genau bestimmbar sein sollten. Entsprechendes gilt auch für die erste Position des Rotors in Bezug auf seine Lage zum Stator.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein Antrieb, beispielsweise der Drehantrieb der Plastifizierschnecke oder der Düsenanfahrantrieb, durch Prägen eines der auf das Antriebselement wirkenden Kraft entsprechenden Stroms gehalten werden. So kann beispielsweise die Plastifizierschnecke beim Einspritzvorgang drehfest durch ihren Drehantrieb gehalten werden. Hierbei hängt die Höhe des Stroms und damit die thermische Belastung des Antriebssystems von der Kenntnis der Kraft ab.

Die Erfindung umfasst ferner auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung oder Regelung einer Spritzgießmaschine zum Herstellen von Spritzgussformteilen, welche wenigstens einen elektrischen Synchronantrieb aufweist, der einen Rotor, einen Stator und wenigstens einen Umrichter umfasst und an dessen Umrichter wenigstens ein Informationssignal bereitgestellt wird, welches die Bestimmung der Rotorposition des Synchronantriebes erlaubt.

Es sei ferner angemerkt, dass in der Asynchrontechnik eine Regelung der Drehzahl, bei hohen Anforderungen an die Genauigkeit der Drehzahl bzw. an die Position, durch den unter Last variablem Schlupf des Antriebs unumgänglich ist. Hierzu bietet die Synchrontechnik eine Alternative, da durch den Synchronlauf zwischen dem Drehfeld und dem Rotor bzw. Antrieb und der daraus resultierenden Drehzahlgleichheit mit dem vom Umrichter vorgegebenen Drehfeld die Möglichkeit, insbesondere auf die Rückführung des Drehzahlsignals von dem angetriebenen Bauteil zu verzichten, gegeben ist. Die benötigte Information liegt bereits im Umrichter vor. Es ist möglich, die Achse, insbesondere die Drehachse beispielsweise einer Plastifizierschnecke, ohne zusätzliche Messtechnik vor Ort, d. h. an der Plastifizierschnecke selbst, zu steuern, da die Drehzahl immer gleich der vom Umrichter eingeprägten und somit dem Umrichter bekannten Drehzahl ist.

Die einzige Abweichung der Position des Rotors entsteht, wie bereits erörtert, unter Last durch den Lastwinkel α, der in seiner Größe von der Last und der Polzahl des Antriebes selbst abhängt.

Bei hochpoligen Rotoren wie beispielsweise High-Torque-Antrieben ist der Winkelfehler relativ klein. Da der Lastwinkel im lastfreien Zustand jedoch immer Null ist, ist bei Kräftefreiheit auch die exakte Lage des Rotors bekannt. Diese Information kann entsprechend für die Bestimmung der Lage der Achsen an einer Spritzgießmaschine herangezogen werden. Insbesondere am Ende eines Positioniervorganges ist in einer Spritzgießmaschine jede Achse kraftfrei, so dass dann auch die Lage des Rotors exakt bekannt ist. Auf diese Art und Weise können in einer Spritzgießmaschine alle Achsen auch ohne die Rückführung eines Drehzahl- bzw. Positioniersignals betrieben werden. Insbesondere erlauben neue Entwicklungen in der Umrichtertechnik, die bei der Synchrontechnik notwendige Systemlage ohne Gebersignale einzulesen. Dabei kann entweder durch die Einprägung eines Stroms bei stehendem Drehfeld eine Ausrichtung des Rotors auf die vorgegebene Pollage erfolgen (Einmessen mit Bewegung). Alternativ kann durch den Vergleich zwischen einer eingeprägten Klemmspannung und der resultierenden Polspannung auch auf die Lage des Rotors zum Drehfeld des Stators (drehfreies Einmessen) zurück geschlossen werden. Auf diese Art können an einer Spritzgießmaschine beim Einsatz der Synchrontechnik Drehzahlen mit hoher Genauigkeit und Reproduzierbarkeit ohne den Einsatz zusätzlicher Messtechnik bzw. der damit verbundenen Rückführung des Gebersignals erfolgen und somit auch alle Drehzahlen- und Positionsregelaufgaben zur Steuerung bzw. Regelung geberlos gelöst werden. Teure und anfällige Positionsrückführungselemente und deren Übertragungs- und Auswerteelektronik können entfallen, wobei durch die Reduzierung solcher Bauteile, insbesondere auch die Produktionssicherheit erhöht wird.

Ein weiterer Vorteil bei Verwendung der Synchronantriebstechnik für Spritzgießmaschinen ist, dass neben den zuvor genannten Verbesserungen in Bezug auf die Reproduzierbarkeit und Produktionszuverlässigkeit, auch die Kosten für Geber, Geberanbau, Signalübertragung und Signalauswertung entfallen bzw. reduziert werden. Letztendlich hängt die Qualität der Positionierung der Antriebe nur von der Präzision der Drehfeldvorgabe im Umrichter sowie der Ausgebbarkeit der diesbezüglichen Information ab und ist von der Auflösung der störanfälligen Drehzahlerfassung unabhängig.

Als Steuern wird, gemäß der vorliegenden Erfindung, ein Vorgang in einem System verstanden, bei dem eine oder mehrere Größen als Eingangsgrößen andere Größen als Ausgangsgrößen aufgrund der dem System eigentümlichen Gesetzmäßigkeit beeinflussen. Als Regeln wird ein Vorgang verstanden, bei dem eine Größe, die zu regelnde Größe, fortlaufend erfasst, mit einer anderen Größe (Führungsgröße) verglichen und abhängig vom Ergebnis dieses Vergleichs im Sinne einer Angleichung an die Führungsgröße beeinflusst wird.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles erläutert. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass durch dieses Beispiel der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht eingeschränkt wird und insbesondere die Verwendung der erfindungsgemäßen Antriebe in einer Spritzgießmaschine den entsprechenden Anforderungen an die zu erzielenden Spritzgussteile und die hierfür verwendeten Verfahrensschritte angepasst werden können.

Dabei zeigt:
1 die Anordnung eines Synchronmotors für den Antrieb einer Dosierachse, und
2 die Anordnung eines Synchronmotors für den Antrieb einer Schließachse.
1 zeigt schematisch eine Plastifizier- und Einspritzeinheit 1 einer Spritzgießmaschine, die mit einem Synchronantrieb 2 für die Rotation einer in einem Plastifizierzylinder 4 um eine Dosierachse 10 drehbar und entlang dieser Achse verschiebbar gelagerte Plastifizierschnecke 6 ausgerüstet ist. Die axiale Position der Schnecke kann beispielsweise hydraulisch kontrolliert werden.
Der Antrieb 2 hat zur Aufgabe, die Plastifizierschnecke 6 um die Dosierachse 10 reproduzierbar rotatorisch anzutreiben. Dazu sind, abhängig von dem zu plastifizierenden bzw. zu verarbeitenden Material unterschiedliche Drehzahlen und Drehmomente zu realisieren. Wichtig für den Spritzgießprozess ist eine exakte Reproduzierbarkeit der Dosierdrehzahlen, welche mit den im Stand der Technik bekannten Verfahren ohne zusätzliche Messtechnik nicht ausreichend zu erreichen sind. Insbesondere besteht das Problem, dass die Drehzahl des Rotors bei der Asynchrontechnik nicht gleich der Drehzahl des Drehfeldes ist und somit zusätzliche Maßnahmen notwendig sind, um einen Abgleich zwischen Soll- und Ist-Wert für die notwendige Steuerung bzw. Regelung bereitzustellen.
Bei der Synchrontechnik für den Antrieb gibt es Drehzahlunterschiede dieser Art nicht, da trotz des bei Last auftretenden Winkelversatzes (Lastwinkel α) die Drehzahl gleich der vom Umrichter vorgegebenen Drehzahl ist. Der Lastwinkel hat auf den Prozess selbst keinen Einfluss, da insbesondere am Ende des Dosierprozesses Kräftefreiheit besteht, unter welcher der Lastwinkel gleich Null ist. Damit steht die Plastifizierschnecke bei Kräftefreiheit immer in der Position, die vom Umrichter vorgegeben wird.
Es besteht jedoch auch die Forderung, dass ein Einlesen der Systemlage bei Wiedereinschalten des Stroms möglich sein muss. Hier kann durch Überwachung der Schmelzetemperatur ein Einmessen in Bewegung zugelassen werden. Bei entsprechender Umrichterregelungstechnik kann auch auf das kräfte- und drehfreie Einmessen zurückgegriffen werden, wobei das Halten der Schnecke beim Einspritzen durch Prägen, d. h. unter anderem das Speichern des der Kraft entsprechenden Stroms erfolgt und die Höhe des Stroms und die damit verbundene thermische Belastung des Antriebssystems von der Kenntnis der Kraft abhängt.
2 zeigt schematisch eine Schließeinheit einer erfindungsgemäßen Spritzgießmaschine, bei der ein Synchronantrieb 12 entlang einer Schließachse 20, eine Axialbewegung bewirkt. Der Synchronantrieb 12, hier ein Direktantrieb, treibt eine Spindel 14 an, die über eine Spindelmutter 16 mit einem Kreuzkopf 18 im Eingriff steht. Der Kreuzkopf 18 ist über einen Kniehebel 22 mit der beweglichen Aufspannplatte 24 verbunden. Die Positionierung der Aufspannplatte 24 erfolgt ausgehend von einer abgeglichenen Anfangsposition mithilfe des Informationssignals aus dem Umrichter über die Drehzahl der Spindel 14.
Durch die Verwendung der Synchrontechnik kann auch diese Schließachse geberlos angetrieben und positioniert werden, da die Genauigkeit der Positionierung lediglich von der Polzahl des Motors und der Spindelsteigung abhängt. Je höher die Polzahl und je niedriger die Spindelsteigung ist, umso genauer kann die bewegliche Aufspannplatte 24 positioniert werden. Bei Motoren mit einer hohen Polzahl ist eine gradgenaue Positionierung des Rotors möglich. Bei einer Spindelsteigung von z. B. 40 mm kann z. B. eine Positioniergenauigkeit von 0,11 mm erreicht werden, was an dieser Position für die Verwendung einer solchen Schließachse als ausreichend angesehen werden kann.
Das Einmessen der Systemlage kann hier, wie bei der Dosierachse, ohne Geber erfolgen. Ferner ist auch eine kleine Bewegung an der Achse unproblematisch. Das System kann auch abgeglichen werden, wenn der Umrichter vom Netz getrennt war. Hierzu ist unter Umständen eine Referenzfahrt notwendig, um dem Umrichter die genaue Position der Schließeinheit mitzuteilen. Dies ist möglich, indem die Schließeinheit mit langsamer Geschwindigkeit und niedrigem Moment in eine vorgegebene Endlage gefahren wird.
Auch bei dem Auswerferantrieb 26 kann es sich um einen erfindungsgemäß betriebenen Synchronantrieb handeln.

Claims

Spritzgießmaschine zum Herstellen von Spritzgussformteilen durch das Einspritzen wenigstens eines plastifizierbaren Materials in ein Werkzeug mit wenigstens einer Spritzgussform, wobei die Spritzgießmaschine folgende Bauteile umfasst: – wenigstens ein Spannmittel zum Halten und Bewegen wenigstens eines Werkzeugabschnitts zwischen der geöffneten und geschlossenen Position des Werkzeugs mit wenigstens einem ersten Antrieb, – wenigstens einen zweiten Antrieb für den rotatorischen Antrieb der wenigstens einen Plastifizierschnecke zum Fördern des plastifizierbaren Materials, und – wenigstens einen dritten Antrieb für eine Linearbewegung der wenigstens einen Plastifizierschnecke, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der erste, zweite und/oder dritte Antrieb ein elektrischer Synchronantrieb mit einem Rotor und einem Stator und wenigstens einem Umrichter ist, wobei der Umrichter wenigstens eine Ausgabeeinrichtung aufweist, an welcher ein Informationssignal bereitgestellt wird, welches die Bestimmung der Rotorposition des Synchronantriebes erlaubt.
Spritzgießmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein vierter Antrieb zum Antrieb wenigstens eines weiteren Bauteils der Spritzgießmaschine vorgesehen ist, wobei das Bauteil aus einer Gruppe ausgewählt ist, welche die Einspritzung, die Schließeinrichtung, die Transportvorrichtung und dergleichen umfasst, wobei der vierte Antrieb ein elektrischer Synchronantrieb mit einem Rotor und einem Stator und wenigstens einem Umrichter ist, wobei der Umrichter wenigstens eine Ausgabeeinrichtung aufweist, an welcher wenigstens ein Informationssignal bereitgestellt wird, welches die Bestimmung der Rotorposition des Synchronantriebes erlaubt.
Spritzgießmaschine gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Informationssignal die Position des Rotors unmittelbar wiedergibt.
Spritzgießmaschine gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Informationssignal eine Information bezüglich der Drehrichtung des Rotors bereitstellt.
Spritzgießmaschine gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronantrieb Steuerungsmittel oder Regelungsmittel aufweist, die das an der Ausgabeeinrichtung des Umrichters bereitgestellte Informationssignal zur Steuerung oder Regelung des Synchronantriebs verwenden.
Spritzgießmaschine gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungs- oder Regelungsmittel innerhalb des Umrichters angeordnet sind.
Spritzgießmaschine gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungs- oder Regelungsmittel außerhalb des Umrichters, vorzugsweise in einem übergeordneten Prozessleitsystem angeordnet sind.
Spritzgießmaschine gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Informationssignal kontinuierlich aktualisiert und/oder bereitgestellt wird.
Spritzgießmaschine gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Mitteln zum Datenaustausch, wie zum Beispiel ein Bussystem vorgesehen sind, durch die ein Informationsaustausch zwischen dem Umrichter und dem übergeordneten Prozessleitsystem bereitgestellt wird.
Spritzgießmaschine gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronantrieb aus einer Gruppe von Antrieben ausgewählt wird, welche Vollpolmaschinen, wie zum Beispiel Turboläufer, Schenkelpolmaschinen wie zum Beispiel Innenpolläufer, Synchronservomotoren mit Permanentmagneten, Direktantriebe, wie zum Beispiel Torque-Antriebe und High-Torque-Antriebe, Kombinationen hiervon und dergleichen enthält.
Spritzgießmaschine gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebstrang des Spannmittels für die Spritzgießmaschine wenigstens ein Kniehebel und eine Spindel aufweist.
Verfahren zur Steuerung oder Regelung eines elektrischen Synchronantriebs zum Antrieb wenigstens eines Bauteils für eine Spritzgießmaschine, mit einem Rotor und einem Stator und wenigstens einem Umrichter, wobei der Umrichter wenigstens eine Ausgabeeinrichtung aufweist, an welcher wenigstens ein Informationssignal bereit gestellt wird, welches die Bestimmung der Rotorposition des Synchronantriebes erlaubt, mit den Schritten: – Abgleichen einer ersten Position des wenigstens einen angetriebenen Bauteils der Spritzgießmaschine mit einer ersten Position des Rotors; – Abspeichern der Rotorposition unter Verwendung des Informationssignals; – im Wesentlichen kontinuierliche Bestimmung der Position des Rotors und Ausgabe des Informationssignals; – Steuerung oder Regelung des Synchronantriebes unter Verwendung des Informationssignals.
Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgleichen der ersten Position des wenigstens einen angetriebenen Bauteils der Spritzgießmaschine mit der ersten Position des Rotors insbesondere bei einer langsamen Drehung des Rotors erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgleich der ersten Position des wenigstens einen angetriebenen Bauteils der Spritzgießmaschine mit der ersten Position des Rotors in einem im Wesentlichen kräftefreien Zustand des Bauteils erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Position des wenigstens einen angetriebenen Bauteils der Spritzgießmaschine im Bereich eines Anschlagspunktes des Bauteils liegt.
Verwendung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15 zur Steuerung oder Regelung einer Spritzgießmaschine zum Herstellen von Spritzgussformteilen gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11.