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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine mit elektrischen Motoren versehene
Spritzgießmaschine mit
einer Maschinensteuerung, welche Betriebssignale zu Antriebssteuerungen
der Motoren sendet, wobei die Antriebssteuerungen mit Eingängen für direkt
von Sensoren zur Überwachung
der Sicherheit der Maschine kommenden Signale versehen sind.
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Eine
Maschinensteuerung, beispielsweise in Form einer speicherprogrammierbaren
Steuerung (SPS) übernimmt
bei modernen Spritzgießmaschinen
die zentrale Steuerung für
den Betrieb der Spritzgießmaschine.
Betriebssensoren und Betriebsaktoren überwachen den Betriebszustand
zahlreicher Parameter beim Betrieb der Spritzgießmaschine und stehen mit der
Maschinensteuerung in Verbindung. Die Betriebssensoren und Betriebsaktoren
stehen weiters in Verbindung mit der Maschinenhardware die bestimmte
Betriebsschaltungen (wie z.B. eine Heizeinrichtung) umfasst, sodass
ein direktes Eingreifen in die Maschinenhardware erfolgen kann.
Die Maschinensteuerung übernimmt
ebenfalls die Steuerung der Maschinenhardware, weshalb Maschinensteuerung
und Maschinenhardware in direkter Verbindung stehen. Über eine
Busverbindung sendet die Maschinensteuerung zu einer Antriebssteuerung
Betriebssignale, während
die Antriebssteuerung ihrerseits Antriebssignale an die elektrischen
Motoren (z.B. Servomotoren) weitergibt. Die elektrischen Motoren
treiben die beweglichen Teile beispielsweise eine Formaufspannplatte,
die Dosier- und Einspritzvorrichtung, Auswerfer, usw. an.
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Aus
Sicherheitsgründen
weist die Spritzgießmaschine
neben den Betriebssensoren zahlreiche Sicherheitssensoren, wie z.B.
bewegliche Schutzeinrichtungen, Lichtvorhänge, Notausschalter, Zweihandschaltungen
usw. auf, die beispielsweise eine automatische Selbstabschaltung
bei unzulässiger Bedienung
oder bei Vorliegen eines Fehlers bewirken. Die Sicherheitssensoren
stehen in Verbindung mit der Maschinenhardware von wo aus die Signale an
die Maschinensteuerung weitergegeben werden. Bei Vorliegen eines
entsprechenden Fehlersignals gibt die Maschinensteuerung ein Sicherheitssignal an
den Antriebsregler weiter, der in weiterer Folge ein Abschatten
der elektrischen Motoren veranlasst. Die Maschinenhardware umfasst
Schützen,
Relais usw., Sicherheitsschaltgeräte, Sicherheitsschaltungen, Betriebsschaltungen
(z.B. Heizung), Notausschalter und eine Abschaltüberwachung. Die Signale der
Sicherheitssensoren werden an die Maschinenhardware weitergeleitet,
von wo aus Signale von Sicherheitsschaltgeräten oder Sicherheitsschaltungen
an die Maschinensteuerung abgegeben werden. Die Maschinensteuerung
führt die Überwachung
aus und sendet dann über
die Maschinenhardware und Busverbindung Signale an die Antriebssteuerung,
welche schlussendlich an die elektrischen Motoren entsprechende
Steuersignale übersendet.
Für bestimmte
Sicherheitssignale gibt es eine direkte Verbindung zwischen Maschinenhardware
und Antriebsregler, um im Bedarfsfall beispielsweise über einen
Notausschalter die Antriebe zu deaktivieren.
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Nachteilig
am Stand der Technik ist der Umstand, dass die Maschinenhardware
zahlreiche Funktionen übernehmen
muss und damit sehr aufwendig gestaltet ist. Außerdem werden sehr viele Kommunikationssignale
zwischen den angeführten Steuereinheiten
ausgetauscht, was zusätzliche
Sicherheitsmaßnahmen,
wie Sicherheitsleitungen und Verdrahtungsaufwand, erfordert. Vor
allem ist die Verarbeitungszeit der einzelnen Signale aufgrund der erforderlichen
Kommunikation zwischen den einzelnen Einheiten sehr groß.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Spritzgießmaschine
der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Maschinenhardware
mit geringerem Aufwand auskommt und bei der eine effektivere Kommunikation
im Falle eines Sicherheitssensorsignals zur schnelleren Beeinflussung
der Antriebssteuerung der Motoren möglich ist.
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Erfindungsgemäß wird dies
durch eine Spritzgießmaschine
der eingangs genannten Art erreicht, wobei alle Leitungen für die Sicherheitssignale der
Spritzgießmaschine
direkt zu den Antriebssteuerungen führen, ohne dass eine Bearbeitung
dieser Signale in der Maschinensteuerung vorgesehen ist. In einer
bevorzugten Ausführungsvariante
ist vorgesehen, dass die Sicherheitssignale zu einem Sicherheitsteil
für die
Antriebssteuerung führen.
Dabei kann vorgesehen sein, dass das Sicherheitsteil in die Antriebssteuerung
integriert oder als räumlich
getrenntes Modul vorliegt. Das Sicherheitsteil kann also in der
Antriebssteuerung selbst liegen, an die Antriebssteuerung angeflanscht
sein oder in Entfernung zur Antriebssteuerung angeordnet sein.
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Mit
anderen Worten werden die Sicherheitssignale nicht mehr zur Maschinenhardware
und den dort befindlichen Sicherheitsschaltgeräten oder Sicherheitsschaltungen übermittelt, sondern
direkt an den Sicherheitsteil für
die Antriebssteuerung oder an die Antriebssteuerung der elektrischen
Motoren gesendet. Mit einer solchen Ausgestaltung müssen die Signale
der Sicherheitssensoren also nicht mehr über die Maschinenhardware laufen,
von wo sie zur Maschinensteuerung und anschließend zum Antriebsregler laufen,
sodass dieser die Motoren deaktiviert bzw. regelt, sondern es ist
eine direkte (kürzere)
Verbindung zur Antriebssteuerung gegeben. An der Antriebssteuerung
kann ein Sicherheitsteil mit den entsprechenden Sicherheitslevels
für die
einzelnen Bereiche der Spritzgießmaschine angeordnet sein,
an dem die Eingänge
für die
Sicherheitssignale der Sicherheitssensoren sitzen. Die Verbindungen zwischen
Sicherheitssensoren gegebenenfalls Sicherheitsteil und Antriebssteuerung
können
eventuell als Sicherheitsbus ausgeführt sein.
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Insgesamt
reduziert sich der Verkabelungsaufwand bzw. der Verbindungsaufwand
zwischen den einzelnen Bauteilen und auch der Datenstrom enorm:
War vorher eine Verbindung von Sicherheitssensoren mit Maschinenhardware
von Betriebssensorik und Betriebsaktorik zur Maschinenhardware und
von der Maschinenhardware zur Maschinensteuerung, außerdem eine
Verbindung von Maschinenhardware zur Maschinensteuerung und von
Maschinensteuerung zur Antriebssteuerung sowie von Antriebssteuerung
zu den Motoren mit Sicherheitsverkehrungen zwischen Maschinenhardware
und Antriebsregelung erforderlich, reduziert sich im vorliegenden
Fall der Verlauf der Signale deutlich und es sind nur mehr Verbindungen
zwischen Sicherheitssensoren und (optional via Sicherheitsteil)
Antriebssteuerung, zwischen Betriebssensorik und Betriebsaktorik
und Maschinensteuerung sowie Maschinensteuerung und Maschinenhardware
erforderlich. Auch können
zahlreiche Elemente der in der Spritzgießmaschine angeordneten Maschinenhardware (z.B.
Sicherheitsschaltgeräte,
Sicherheitsschaltungen etc.) weggelassen werden. Durch den kürzeren Signallauf
wird außerdem
der Datenstrom verringert, kürzere
Abschaltzeiten für
die gefährlichen
Bewegungen werden erreicht und die Fehleranfälligkeit wird herabgesetzt.
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Aus
der
DE 102 19 315 ist
eine Bremseinrichtung für
eine vertikal bewegliche Aufspannplatte bekannt. Diese wird aktiviert,
wenn ein Sicherheitssensor eine Bewegung der Formaufspannplatte
anzeigt, ohne dass ein Bewegungssignal an den Motor abgegeben wurde.
Auch in dieser Variante wird das Sicherheitssignal zuerst in die
Maschinensteuerung übermittelt,
woraufhin dann die Bremseinrichtung aktiviert werden kann.
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In
einem Sonderfall der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass
ein elektrischer Motor ein Bremsmotor einer Bremseinrichtung für hydraulisch oder
elektrisch antreibbare und unter Einfluss der Schwerkraft bewegbare
Teile ist, wobei der Bremsmotor von der Antriebssteuerung aktiviert
wird, wenn ein Sicherheitssensor eine Bewegung des beweglichen Teils
meldet, ohne dass ein Antriebssignal für den beweglichen Teil vorliegt.
Damit ist sichergestellt, dass die Bewegung von vertikal beweglichen
Teilen, die unter Umständen
sich selbständig
unter Einfluss der Schwerkraft bewegen, durch die Bremseinrichtung
abgebremst werden, sodass ein Gefahrenmoment auftreten kann. Das
bewegliche Teil kann einerseits hydraulisch oder elektrisch antreibbar
sein und es könnte
sich beispielsweise um eine vertikal bewegliche Formaufspannplatte,
eine Auswerferplatte oder Einspritzseite handeln. Dieses Konzept
ist ganz allgemein für
sämtliche
vertikal beweglichen Teile anwendbar und auch nicht auf Spritzgießmaschinen
mit elektrisch angetriebenen Formaufspannplatten beschränkt sondern
auch auf hydraulisch betriebene Formaufspannplatten anwendbar.
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Weitere
Vorteile und Details der Erfindung werden anhand der vorliegenden
Figuren sowie der Figurenbeschreibungen erläutert. Dabei zeigt
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1 in
stark schematisierter Darstellung eine Spritzgießmaschine gemäß Oberbegriff
(Stand der Technik) und
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2 eine
schematisch dargestellte, erfindungsgemäße Spritzgießmaschine.
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In
der 1 ist eine Spritzgießmaschine 1 mit innerhalb
der Spritzgießmaschine 1 angeordneten
elektrischen Motoren 2 nach Stand der Technik abgebildet.
In der Spritzgießmaschine 1 sind
Betriebssensoren und Betriebsaktoren 9 angeordnet, die
den Betriebzustand zahlreicher Betriebsparameter überwachen
und mit der außerhalb
der Spritzgießmaschine
angeordneten Maschinensteuerung (SPS, 10) über Funktionseingangs- und Funktionsausgangleitungen 33 in
Verbindung stehen. Die Betriebssensoren und Betriebsaktoren 9 stehen
außerdem
mit der Maschinenhardware 10 in Verbindung. Sicherheitssensoren 6,
wie z.B. bewegliche Schutzeinrichtungen, Lichtvorhänge, Notausschalter,
Zweihandschaltungen etc. sind ebenfalls in der Spritzgießmaschine 1 angeordnet.
Sowohl die Sicherheitssensoren 6 als auch die Betriebssensoren
und Betriebsaktoren 9 sind mit der Maschinenhardware 10 verbunden.
In der Maschinenhardware sind Schützen und Relais usw. angeordnet
und sie verfügt über Sicherheitsschaltgeräte, Sicherheitsschaltungen, Betriebsschaltungen
(z.B. Heizung), Notausschalter 36 und eine Abschaltüberwachung.
Von der Maschinenhardware 10 gehen nun über Leitungen Betriebssignale 32 und
Signale von Sicherheitsschaltgeräten und
Sicherheitsschaltungen 34 zur Maschinensteuerung 3.
Die Maschinensteuerung 3 ist für den Betrieb der Spritzgießmaschine 1 mit
teilweise integrierten Sicherheitsfunktionen zur Überwachung
einzelner Sicherheitssensoren ausgestattet. Über eine Busverbindung 8 werden
Betriebssignale 31 mit der Antriebssteuerung 4 ausgetauscht.
Die Antriebssteuerung 4 ist mit einer teilweise integrierter
Sicherheitsabschaltung zu den elektrischen Motoren 2 ausgestattet.
Weiters werden zwischen Maschinensteuerung 3 und Antriebssteuerung 4 Sicherheitssignale 7 und
Hardwaresignale 35 ausgetauscht. Die Antriebssteuerung 4 liegt
ebenfalls außerhalb
der Spritzgießmaschine 1 und
weist Verbindungen zu den elektrischen Motoren 2 auf. Von
der Maschinenhardware 10 gehen für bestimmte Signale direkte
Verbindungen zur Antriebssteuerung 4, umfassend eine Abschaltüberwachung 38,
Notaussignale 39 und Sicherheitsschaltungen 37.
Bei Vorliegen eines Sicherheitssignals von einem Sicherheitssensor
wird dieses zur Maschinenhardware 10 weitergeleitet, von wo
aus es zur Maschinensteuerung 3, zur Überwachung und gleichzeitig
zum Antriebsregler 4 gelangt, von wo aus ein entsprechendes
Antriebssignal an den Motor 2 übermittelt wird.
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Die 2 zeigt
eine erfindungsgemäße Spritzgießmaschine 1 mit
elektrischen Motoren 2 sowie einer Maschinensteuerung 3.
Die Bezugszeichen stimmen mit der 1 überein,
weshalb an dieser Stelle auf die einzelnen Bausteine nicht näher eingegangen
werden muss. Die Maschinensteuerung 3 liegt außerhalb
der eigentlichen Spritzgießmaschine 1 und
kann beispielsweise als standardisierte speicherprogrammierbare
Maschinensteuerung (SPS) ausgebildet sein. Die Maschinensteuerung 3 ist über die
Funktionseingänge
und Funktionsausgänge 33 mit
den Betriebssensoren und Betriebsaktoren 9 verbunden und
empfängt
Signale bzw. steuert die Aktoren 9 an. Weiters ist die
Maschinensteuerung 3 über eine
Betriebssignalleitung 32 mit der Maschinenhardware 10 verbunden.
Die Maschinensteuerung 3 weist außerdem eine Busverbindung 8 zum
Austauschen von Betriebssignalen 31 mit der Antriebssteuerung 4 aus.
Die Verbindungen können
gegebenenfalls als Sicherheitsbus (z.B. ASi-Bus) ausgeführt sein.
In die Antriebssteuerung 4 ist ein ebenfalls außerhalb
der Spritzgießmaschine 1 liegendes
Sicherheitsteil 11 mit den entsprechenden Sicherheitslevels
für einzelne
Bereiche der Spritzgießmaschine
integriert, an denen direkt Eingänge 5 für die Signale
der Sicherheitssensoren 6 sitzen. Das Sicherheitsteil 11 könnte auch
räumlich
getrennt vorliegen oder an die Antriebssteuerung 4 angeflanscht
sein. Günstig
ist es, wenn wie hier sämtliche
Eingänge 5 in
ein gemeinsames Sicherheitsteil 11 gehen, da ein geringer
Hardwareaufwand pro Regler erforderlich ist und eine zentrale, einmalige Programmierung
erfolgen kann. Die Sicherheitssensoren 6 sind mit diesen
Eingängen 5 über Leitungen 40 verbunden.
Von der Antriebssteuerung 4 gehen weiters Leitungen zu
den Elektromotoren 2, die bewegliche Teile (z.B. Formaufspannplatten)
in der Spritzgießmaschine
bewegen.
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Beim
direkten Vergleich der 1 und 2 ist erkennbar,
dass deutlich weniger Verbindungen insbesondere zwischen Maschinenhardware
und Maschinensteuerung bzw. Maschinenhardware und Antriebssteuerung
erforderlich sind. Außerdem
kann die Maschinenhardware deutlich einfacher gestaltet werden.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die Sicherheitsfunktionen nicht mehr
auf die einzelnen Einheiten verteilt sind und weniger Kommunikationssignale ausgesendet
werden, wodurch sich schnellere Verarbeitungszeiten und daraus schnellere
Abschaltzeiten für
die gefährlichen
Bewegungen ergeben. Gegebenenfalls könnte man bestimmte Sicherheitseinrichtungen,
die nur aufgrund der langsamen Reaktionszeit erforderlich sind,
weglassen. Sämtliche
für die elektrische
Spritzgießmaschine
erforderliche Sicherheitsfunktionen, wie die Verarbeitung der Sicherheitsaktoren
und Sicherheitssensoren 9 inklusive Überwachung und sicherheitsgerechte
Abschaltung der gefährlichen
Bewegungen werden allein in den Sicherheitsteil der Antriebssteuerung 4 integriert.
Die Gefahr der Fehlerhäufung
aufgrund des komplizierten und aufwendigen Verknüpfungsgrades ist insgesamt
minimiert. Außerdem
ist der Datenfluss zwischen Maschinensteuerung 3 und Antriebssteuerung 4 geringer,
sodass mehr Kapazität
im Bus 8 für
Betriebssignale 31 zur Verfügung steht.