-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine universelle Hilfssteuerung für eine Spritzgießmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Insbesondere bei ansonsten elektrisch betriebenen Spritzgießmaschinen ist es bekannt, Hilfssteuerungen für Nebenaggregate – insbesondere im Formwerkzeug – zur Verfügung zu stellen. Beispielsweise ist es notwendig, Kernzüge oder Auswerfer in Formwerkzeugen unabhängig betreiben zu können. Problematisch dabei ist, dass hydraulische Hilfssteuerungen in der Regel große Energieverschwender sind. Elektrisch betriebene Hilfssteuerungen dagegen setzen sich nicht richtig durch, weil es eine große Anzahl bestehender Werkzeuge mit hydraulisch betreibbaren Komponenten gibt, die mit elektrisch betriebenen Hilfssteuerungen nicht mehr betrieben werden könnten. Der schlechte Wirkungsgrad der Hilfssteuerung hat oftmals auch damit zu tun, dass ein Ventil mit hohen Drosselverlusten verwendet wird und ein Hydraulikaggregat für eine Hilfssteuerung so ausgelegt sein muss, um alle möglichen Hilfssteuerungen betreiben zu können.
-
Bekannt ist überdies, dass Hersteller von Formwerkzeugen Werkzeuge mit elektrischen Antrieben und eigener Steuerung anbieten. Diese eigene Steuerung benötigt jedoch eine separate Bedienung, was aufwändig ist. Überdies besitzen Werkzeugbauer in der Regel nicht das notwendige Know-how für die Steuerungstechnik, so dass diese Arbeit teuer separat vergeben werden müssen.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine universelle Hilfssteuerung für Spritzgießmaschinen anzugeben, die sowohl elektrische wie auch hydraulische Betriebselemente bedienen kann und energieeffizient arbeitet. Es sollen dabei die heute üblichen Eigenschaften beibehalten werden, sodass die Geschwindigkeit und die Kraftbegrenzung des Kernzuges eingestellt werden können; zusätzlich saute die Möglichkeit der Realisierung einer Fahrsicherung geboten werden.
-
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
-
Demgemäß ist ein Gedanke der vorliegenden Erfindung darin zu sehen, eine universelle Hilfssteuerung mit einer Bedieneinheit, einer Maschinensteuerung, einem Umrichter, einem Elektromotor und einem Resolver (Drehwinkel-Aufnehmer) so auszugestalten, dass der regelbare Elektromotor mit einer standardisierten Wellen-Schnittstelle verbunden ist, die wahlweise an eine komplementäre Wellen-Schnittstelle eines mechanischen oder eines hydraulischen Betriebselements anschließbar ist.
-
Mit der Welle wird eine Drehzahl und ein Drehmoment übertragen. Die Drehzahl und das maximale Drehmoment werden durch die Steuerung und den Umrichter vorgegeben. Das übertragene Ist-Drehmoment und die Ist-Drehzahl werden durch den Umrichter und die Steuerung ausgewertet.
-
Durch die Idee der standardisierten Schnittstelle der Antriebswelle (Wellen-Schnittstelle) kann die Hilfssteuerung nunmehr sowohl an elektrische Betriebseinheiten, die beispielsweise mechanische Betriebselemente wie ein Getriebe, Spindel-Mutter-Kombinationen, Ritzel-Zahnriemen-Kombination oder Ritzel-Zahnstangen-Kombinationen umfassen, oder an hydraulische Betriebselemente, die beispielsweise Hydraulikpumpen oder hydraulische Servoventile umfassen, gekoppelt werden. Zu diesem Zweck ist die Schnittstelle Motorflansch-Antriebswelle als Standard (standardisierte Wellen-Schnittstelle) definiert und damit universell einsetzbar. Überdies ist es mit der vorliegenden Erfindung möglich, einen Modulbaukasten zu definieren, der je nach Anforderungsprofil der Firmen zusammengestellt werden kann.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besitzt ein hydraulisches Betriebselement, welches mit der universellen Hilfssteuerung über die Wellen-Schnittstelle angetrieben wird, überdies eine standardisierte Hydraulik-Schnittstelle, welche mit einer komplementär ausgebildeten Hydraulik-Schnittstelle eines Hydraulikantriebs (welcher beispielsweise in einem Formwerkzeug integriert ist) kombinierbar ist. Damit ist ein Modulbaukasten zur Verfügung gestellt, bei dem der Anwender zur Betätigung von mechanischen Nebenaggregaten lediglich eine Kombination mit regelbarem Elektromotor benötigt. Will der Betreiber zudem in älteren Formwerkzeugen enthaltene Hydraulikantriebseinheiten betreiben, so kann er das entsprechend zwischenzuschaltende hydraulische Betriebselement als Modul erwerben.
-
Ein solches hydraulisches Betriebselement besitzt gemäß einer ersten alternativen Ausführungsform eine Hydraulikpumpe, die mit der komplementären Wellen-Schnittstelle unmittelbar oder mittelbar mechanisch mit deren Antrieb verbunden und deren hydraulische Ein- und Ausgänge mit der Hydraulik-Schnittstelle verbunden sind. Dabei kann ein Getriebe zwischen Pumpe und Servomotor geschaltet sein.
-
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der hydraulischen Betriebseinheit umfasst dieses anstelle einer Pumpe ein Servoventil, dessen Schieber mechanisch mit dem Servomotor verbunden ist und über diesen, eventuell unter Zwischenschaltung eines entsprechenden Getriebes, ansteuerbar ist. Bei einer solchen Vorrichtung kann der im System – beispielsweise einer hydraulischen oder Hybridspritzgießmaschine – vorhandene Hydraulikdruck auch zum Betrieb eines hydraulischen Antriebs für das oder die Nebenaggregate verwendet werden.
-
Insgesamt ist also zumindest eine standardisierte Wellen-Schnittstelle notwendig, die die Verbindung der universellen Hilfssteuerung mit mechanischen oder hydraulisch betriebenen Nebenaggregaten wie Kernzügen gewährleistet. Zudem ist beim hydraulischen Betrieb von Kernzügen ein zweites Modul einer standardisierten Hydraulikschnittstelle möglich, welche an bereits bestehende hydraulische Anschlüsse von vorhandenen hydraulisch betreibbaren Nebenaggregaten, z. B. in Formwerkzeugen, passt.
-
Mit dieser Hilfssteuerung können damit elektrisch wie auch hydraulische betriebene Nebenaggregate gefahren werden, wobei die Steuerung lediglich die Kenndaten der Antriebe in den Nebenaggregaten kennen muss. Der Werkzeugbauer hat in diesem Fall lediglich das Getriebe, den mechanischen Antrieb oder den Hydraulikantrieb im Werkzeug zu realisieren.
-
Mit der unveränderten Einrichtung auf der Maschinenseite kann somit ein elektrisches wie auch ein hydraulisches Nebenaggregat betrieben werden, wofür eine schnittstellenkompatible Einrichtung vorhanden sein muss, die auf der einen Seite der Wellen-Schnittstelle und auf der anderen Seite – falls vorhanden – der Hydraulik-Schnittstelle genügt. Das Modul für das hydraulische Betriebselement muss einen ausreichenden hydraulischen Durchfluss und Druck anbieten bzw. zur Verfügung stellen können.
-
Gemäß verschiedener vorteilhafter Ausgestaltungen können überdies Einrichtungen vorgesehen werden, um
- – zur Ermittlung von Hub, Fahrwiderstands-Verlauf und/oder des Übersetzungsverhältnisses vom Servomotor-Winkelposition bis zur Position des Nebenantriebes im Werkzeug, Kalibrations-Prozesse durchzuführen,
- – zur Vorbereitung der Kopplung und/oder Entkopplung des Welleninterfaces Initialisierungs-Prozesse durchzuführen, die dafür sorgen, dass die Welle sich in einer geeigneten Position befindet,
- – zur Überprüfung der Kupplung des Welleninterfaces Überprüfungs-Prozesse durchzuführen mit dem Ziel, zu überprüfen, ob die Kupplung das notwendige Drehmoment überträgt und ob die richtige „Schnittstelle” gekoppelt wurde,
- – ohne Wegmessung im Werkzeug eine vorgegebene Position anzufahren und
- – den Fahrwiderstand anhand des Motorstromes während der Fahrbewegung zu erfassen und mit hinterlegten Grenzwerten, Grenzwertverläufen oder gespeicherten Gutwerten zu vergleichen.
-
Ein Bestandteil der vorliegenden Erfindung ist es überdies Verfahren zum Betrieb der vorgenannten vorteilhaften Einrichtungen anzugeben, insbesondere
- – die Ermittlung von Hub, Fahrwiderstands-Verlauf und/oder des Übersetzungsverhältnisses vom Servomotor-Winkelposition bis zur Position des Nebenantriebes im Werkzeug mittels Kalibrations-Prozessen,
- – die Vorbereitung der Kopplung und/oder Entkopplung des Welleninterfaces Initialisierungs-Prozesse in der Weise, dass dafür gesorgt wird, dass die Welle sich in einer geeigneten Position befindet,
- – zur Überprüfung der Kupplung des Welleninterfaces Prozesse durchzuführen mit dem Ziel, festzustellen, ob die Kupplung das notwendige Drehmoment überträgt und ob die richtige „Schnittstelle” (beim Vorhandensein verschiedener Schnittstellen) gekoppelt wurde,
- – im Werkzeug eine vorgegebene Position anzufahren ohne sich einer Wegmessung zu bedienen – beispielsweise durch die Auswertung elektrischer Gebersignale – und
- – den Fahrwiderstand anhand des Motorstromes während der Fahrbewegung zu erfassen und mit hinterlegten Grenzwerten, Grenzwertverläufen oder gespeicherten Gutwerten zu vergleichen.
-
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsbeispiele und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in
-
1 eine schematische Blockdarstellung einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
-
2 eine schematische Blockdarstellung einer zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung und
-
3 eine schematische Blockdarstellung einer dritten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
-
In 1 ist eine erste Ausführungsform für eine erfindungsgemäße universelle Hilfssteuerung für den Betrieb eines elektrischen wie auch eines hydraulischen Kernzugs bei einem (nicht gezeigten) Formwerkzeug dargestellt. Dabei sind die spritzgießmaschinenseitig realisierten Komponenten in dem mit der Bezugsziffer 10 eingerahmten Kasten und die formwerkzeugseitig realisierten Komponenten in dem mit der Bezugsziffer 12 eingerahmten Kasten dargestellt.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein regelbarer Servomotor 14 vorgesehen, der von einem Umrichter 18 beaufschlagt wird, wobei ein Resolver 16 (Drehwinkel-Geber) auf der Achse vorgesehen ist, der die Betriebsweise und Stellung des Servomotors 14 an eine Steuerung rückmeldet. Der Umrichter ist in der Steuerung 20 der Spritzgießmaschine integriert oder mit dieser verbunden. Die Steuerung 20 der Spritzgießmaschine kann über eine Bedieneinheit 22, mit der sie verbunden ist, entsprechend eingestellt werden.
-
Ein wesentliches Element der vorliegenden Erfindung ist die standardisierte Wellen-Schnittstelle 24, welche eine standardisierte Verbindung zwischen dem Servomotor und der nachfolgenden Antriebswelle gewährleistet. Beispielsweise sind entsprechende Flansche vorgesehen, die sich mechanisch entsprechend miteinander koppeln lassen. Die zu der standardisierten Wellen-Schnittstelle komplementäre Wellen-Schnittstelle ist – wie nachfolgend noch deutlich wird – beispielsweise an einem mechanischen Betriebselement wie auch einem hydraulischen Betriebselement zur Kopplung vorgesehen.
-
Vorliegend ist der Servomotor 14 mechanisch über die Wellen-Schnittstelle 24 mit einer Hydraulikpumpe 26 verbunden, die über einen Hydraulikkreis wiederum mit einer standardisierten Hydraulik-Schnittstelle 32 leitungs- und strömungsverbunden ist. An der Hydraulik-Schnittstelle 32 ist werkzeugseitig ein Hydraulikzylinder 34 angeordnet, in dem ein Kolben beaufschlagt werden kann, dessen Kolbenstange auf einen Kernzug 36 zu dessen Betrieb einwirkt. Das spritzgießmaschinenseitige Hydrauliksystem weist elektrisch gesteuerte Rückschlagventile 62, 63 auf, welche mit einem Behälter verbunden sind, um je nach Schaltstellung den Hydraulikzylinder 34 drucklos zu schalten oder einen entsprechenden Pumpenbetrieb zu ermöglichen. Es sind elektrisch gesteuerte Rückschlagventile 61, 64 vorgesehen, die ermöglichen, den Kolben in einer Endlage zu halten, ohne dass der Servoantrieb im Stillstand die Haltekraft aufbringen muss, da dies für den Motor eine hohe thermische Last erzeugt.
-
Dabei werden mindestens die folgenden drei Betriebszustände gefahren:
| Zylinder ausfahren: | Pumpe fördert in Richtung des Rückschlagventils 64, dabei sind das Rückschlagventil 64 offen, das Rückschlagventil 61 offen, das Rückschlagventil 63 offen und das Rückschlagventil 62 geschlossen. |
| Zylinder zurückfahren: | Pumpe fördert in Richtung des Rückschlagventils 61, dabei sind das Rückschlagventil 61 offen, das Rückschlagventil 64 offen, das Rückschlagventil 63 geschlossen und das Rückschlagventil 62 offen. |
| Zylinder drucklos schalten: | die Pumpe wird nicht betrieben, die Rückschlagventile 61, 62, 63, 64 sind offen. |
-
Durch geeignete Daten der Pumpe, der hydraulischen Last (Kolbeneinheit) und der Winkelinformation des Resolvers und/oder einer Initialisierungsprozedur, bei der die notwendigen Daten ermittelt werden, lässt sich der Kolben positionieren und über definierte Wege verfahren. Die Endlagenschalter dienen zur Überwachung der Position des Kernzugs.
-
Durch zusätzlichen Einsatz von Wegmessung und Druckmessung an der Kolbeneinheit, lässt sich über eine Regeleinheit in der Steuerung der Kolben exakt positionieren und exakte Wege verfahren (dies ist nicht zeichnerisch dargestellt).
-
Ferner ist in 1 eine Wellen-Schnittstelle 24 zu einer mechanischen Betriebseinheit dargestellt, welche vorliegend aus einem Getriebe 50 und ebenfalls einem (nunmehr mechanisch betriebenen) Kernzug 52 entsteht.
-
Der Vollständigkeit halber ist in 1 noch eine standardisierte Schnittstelle für elektrische Anschlüsse 54 und daran angeordnete Endlagenschalter 56 dargestellt. Über diese Schnittstelle können die Schalter und Sensoren mit der Steuerung 20 verbunden werden (nicht dargestellt).
-
In der in 1 gezeigten Anschlussposition kann mittels des Servomotors 14 unter Zwischenschaltung der standardisierten Wellen-Schnittstelle 24 die Hydraulikpumpe 26 und wiederum unter Zwischenschaltung der standardisierten Hydraulik-Schnittstelle der Hydraulikantrieb 34 für den Kernzug 36 im Formwerkzeug 12 betrieben werden. Damit ist eine Hilfssteuerung für ein hydraulisches Nebenaggregat (hier: Kernzug) realisiert.
-
Will nun der Betreiber einer Spritzgießmaschine das Formwerkzeug austauschen und dabei auf ein Formwerkzeug zurückgreifen, welches keine hydraulisch betätigten Kernzüge, sondern mechanisch betätigte Kernzüge besitzt, so wird der Servomotor 14 über die Wellen-Schnittstelle 24 von der Pumpe 26 gelöst und mittels der identischen Wellen-Schnittstelle 24 an das Getriebe 50 angeflanscht. Diese Umschaltung wird durch den Doppelpfeil symbolisiert. Nunmehr kann mit einer entsprechend geänderten Einstellung der Maschinensteuerung 20 über die Eingabe 22 das Getriebe 50 und damit der Kernzug 52 mittels des gleichen Servomotors 14 betrieben werden. Somit gewährleistet die universelle Hilfssteuerung umfassend den Servomotor 14, den Resolver 16, den Umrichter 18, die Maschinensteuerung 20 und die Bedieneinheit 22 sowohl die Betriebsweise solcher mechanisch angetriebenen Nebenaggregate wie auch – evtl. unter Zwischenschaltung eines entsprechenden hydraulischen Betriebselements – den hydraulischen Betrieb von Nebenaggregaten.
-
Dieses Verfahren lässt sich nicht nur für Werkzeug-Nebenaggregate wie Kernzüge und Auswerfer einsetzen, sondern auch für das Anpressen des Spritzaggregates, das elektrisch oder hydraulisch ausgeführt werden kann.
-
Eine weitere Möglichkeit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer universellen Hilfssteuerung ist in 2 gezeigt, wobei die Bedienung 122, die Maschinensteuerung 120, der Umrichter 118, der Resolver 116 und der Motor 114 den entsprechenden Komponenten in 1 entsprechen. Ebenfalls den Komponenten in 1 entsprechen die standardisierte Wellen-Schnittstelle 124, das Getriebe 150 und der Kernzug 152 sowie die standardisierte elektrische Schnittstelle 154 und die Endlagenschalter 156. Weiterhin entsprechen den analogen Elementen in 1 der Hydraulikzylinder 134 und der Kernzug 136.
-
Geändert hat sich in diesem Ausführungsbeispiel gemäß 2, dass der Servomotor 114 über die standardisierte Wellen-Schnittstelle 124 mit einem Getriebe 125 gekoppelt ist, welches zum mechanischen Betreiben eines Schiebers eines Ventils 127 ausgebildet ist. Diese Anordnung bildet ein Servoventil. Das Servoventil 127 ist eingangsseitig mit einer Hydraulikversorgung und einem Hydraulikbehälter und ausgangsseitig über entsprechende Hydraulikleitungen wiederum mit einer standardisierten Hydraulik-Schnittstelle 132 verbunden. Wiederum sind elektrisch gesteuerte Rückschlagventile 162, 163 für die Entlastung des Hydraulikzylinders sowie elektrisch gesteuerte Rückschlagventile 261, 164 vorgesehen. Nunmehr wird der Druck im Hydraulikkreis nicht – wie in 1 – über eine Hydraulikpumpe 26, sondern über einen an dem Servoventil 127 angeschlossenen Hydraulikkreis beaufschlagt. Dieser Hydraulikkreis umfasst einen hydraulischen Akkumulator 138 und zumindest eine Pumpen-Motor-Kombination 140, 142, wobei es sich sowohl bei dem Motor 142 wie auch bei der Pumpe 140 um regel- bzw. verstellbare Einheiten handeln kann. Nunmehr wird der vom Hydrauliksystem zur Verfügung gestellte Druck über das Servoventil 127, den nachfolgenden Hydraulikkreis und die Hydraulik-Schnittstelle den hydraulischen Verbrauchern (hier: Hydraulikzylinder 134 und Kernzug 136) zur Verfügung gestellt. Wiederum kann die universelle Hilfssteuerung von der Wellen-Schnittstelle 124 des hydraulischen Betriebselements abgekoppelt und an die Wellen-Schnittstelle des mechanischen Betriebssystems angekoppelt werden. Auch hier ist je nach Koppelung mit der universellen Hilfssteuerung der Betrieb sowohl mechanischer wie auch hydraulischer Betriebselemente möglich, wobei die unterschiedlichen Kenndaten der Nebenaggregate für den Betrieb des Servomotors 114 bekannt und in der Steuerung 20 eingestellt werden müssen.
-
Die Ausgestaltung nach 2 bietet den Vorteil einer hervorragenden Dynamik mit dem Nachteil, dass der Kernzug nicht ohne zusätzliche Wegmessung im Werkzeug positioniert werden kann und die Kraftbegrenzung und die Fahrsicherung zusätzlicher Druck-Aufnehmer bedarf (zeichnerisch nicht dargestellt).
-
Gleiches wie für das Ausführungsbeispiel in 1 ergibt sich für das Ausführungsbeispiel in 3, bei dem wiederum ein Servomotor 314, ein Resolver 316, ein Umrichter 318, eine Maschinensteuerung 320 und eine Bedieneinheit entsprechend miteinander verbunden vorgesehen sind. Diese Elemente entsprechen den weiter oben beschriebenen analogen Elementen in den 1 und 2.
-
Über den Servomotor 314 kann unter Zwischenschaltung der standardisierten Wellen-Schnittstelle ein Getriebe 350 beaufschlagt werden, welches mechanisch unmittelbar ein Element antreibt, das beispielsweise in einem Werkzeug integriert ist. Die Signale der Endlagenschalter E1 und E2 werden der Maschinensteuerung 322 zurückgemeldet.
-
Insgesamt können mit der vorliegenden Erfindung elektrische wie auch hydraulische Nebenaggregate in energieeffizienter Weise oder hochdynamisch betrieben werden. Durch entsprechende Auswahl der jeweiligen Komponenten kann ein Betreiber ein auf seine Bedürfnisse angepasstes System modulartig zusammenstellen bzw. schrittweise aufbauen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Spritzgießmaschinenseite
- 12
- Werkzeugseite
- 14
- Regelbarer Elektromotor
- 16
- Resolver (Wegaufnehmer bzw. Drehwinkel-Geber)
- 18
- Umrichter
- 20
- Steuerung der Spritzgießmaschine
- 22
- Bedieneinheit
- 24
- Wellen-Schnittstelle
- 26
- Hydraulikpumpe
- 32
- Hydraulikschlauch-Schnittstelle
- 34
- Hydraulikzylinder
- 36
- Kernzug
- 50
- Getriebe
- 52
- Kernzug
- 54
- Elektrische Anschluss-Schnittstelle
- 56
- Endlagenschalter
- 61
- Elektrisches Rückschlagventil (steuerbar)
- 62
- Elektrisches Rückschlagventil (steuerbar)
- 63
- Elektrisches Rückschlagventil (steuerbar)
- 64
- Elektrisches Rückschlagventil (steuerbar)
- 110
- Spritzgießmaschinenseite
- 112
- Werkzeugseite
- 114
- Regelbarer Elektromotor
- 116
- Resolver (Wegaufnehmer)
- 118
- Umrichter
- 120
- Steuerung der Spritzgießmaschine
- 122
- Bedieneinheit
- 124
- Wellen-Schnittstelle
- 125
- Getriebe
- 127
- Proportionalventil
- 132
- Hydraulikschlauch-Schnittstelle
- 134
- Hydraulikzylinder
- 136
- Kernzug
- 138
- Blasenspeicher
- 140
- Hydraulikpumpe
- 142
- Motor
- 150
- Getriebe
- 152
- Kernzug
- 154
- Elektrische Anschluss-Schnittstelle
- 156
- Endlagenschalter
- 161
- Elektrisches Rückschlagventil (steuerbar)
- 162
- Elektrisches Rückschlagventil (steuerbar)
- 163
- Elektrisches Rückschlagventil (steuerbar)
- 164
- Elektrisches Rückschlagventil (steuerbar)
- 314
- Motor
- 316
- Resolver (Wegaufnehmer)
- 318
- Umrichter
- 320
- Maschinensteuerung
- 322
- Bedieneinheit
- 350
- Getriebe
