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Die Erfindung betrifft eine Spritzgussmaschine, welche einen Elektromotor und eine Schwungmasse aufweist.
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Spritzgießmaschinen umfassen in der Regel einen oder mehrere elektrische Motoren, die z. B. über Spindeln die rotatorische Bewegung des fraglichen Motors in eine lineare Bewegung umwandeln. Der Spritzgießprozess als solcher ist ein diskontinuierlicher Prozess, bei dem der oder die Motoren öfters abgebremst und wieder beschleunigt werden. Während des Bremsens wird der fragliche Motor im Bremsbetrieb betrieben. Die dabei erzeugte elektrische Energie kann z. B. in ein Versorgungsnetz, an das der elektrische Motor angeschlossen ist, zurückgespeist werden. Dies erfordert jedoch eine zusätzliche Elektronik. Die erzeugte elektrische Energie kann auch mittels eines Bremswiderstandes vernichtet werden.
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Die
WO 2005/110711 A1 offenbart ein Energiemanagementsystem für eine Spritzgießmaschine, welche mehrere, an einem gemeinsamen Gleichspannungsstrang angeschlossene elektrische Maschinen aufweist. Am gemeinsamen Gleichspannungsstrang kann eine Hilfsachse angeschlossen sein, die Energie vom Gleichspannungsstrang aufnehmen und an diese abgeben kann. Die Hilfsachse kann als ein Motor ausgebildet sein, der einen Rotationsspeicher antreibt, um überschüssige Energie aufnehmen zu können.
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Die
DE 196 21 904 C2 offenbart ein Verfahren zum energiesparenden Betreiben einer Spritzgießmaschine mit einer Hydraulikeinrichtung, die einen eine Hydraulikpumpe antreibenden Asynchron-Hauptantriebsmotor mit einer Schwungmasse aufweist.
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Die
DE 200 19 119 U1 offenbart einen elektromechanischen Energiespeicher, der einen Massekreisel und einen Drehstromasynchronmotor aufweist, die in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.
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Die
DE 195 41 933 A1 offenbart einen elektromechanischen Energiespeicher auf der Basis rotierender Massen mit induktiver Ein- und Auskopplung der Energie.
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Aufgabe der Erfindung ist es, Vorraussetzungen für eine energiesparende Spritzgießmaschine anzugeben.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Spritzgießmaschine, aufweisend ein Spritzwerkzeug, einen elektrischen Motor zum Bewegen des Spritzwerkzeugs, eine Schwungmasse und eine Kupplung, welche eingerichtet ist, in einem ersten Betriebszustand den Motor mit der Schwungmasse zu koppeln und in einem zweiten Betriebszustand den Motor von der Schwungmasse zu entkoppeln.
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Die erfindungsgemäße Spritzgießmaschine umfasst demnach das Spritzwerkzeug und den elektrischen Motor. Dem elektrische Motor, der z. B. als ein Asynchronmotor ausgeführt ist, ist gegebenenfalls eine Leistungselektronik vorgeschaltet. Der Motor ist vorgesehen, das Spritzwerkzeug zu bewegen. Insbesondere kann zwischen dem Spritzwerkzeug und dem Motor eine Vorrichtung z. B. in Form einer Spindel geschaltet sein, welche die Drehbewegung des Motors in eine Linearbewegung für das Spritzwerkzeug umwandelt.
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Des Weiteren umfasst die erfindungsgemäße Spritzgießmaschine die Kupplung, welche eingerichtet ist, je nach Betriebszustand die Schwungsmasse mit dem Motor zu koppeln bzw. von diesem zu entkoppeln. Somit ist es möglich, z. B. während eines Bremsens des Motors die Schwungmasse mittels der Kupplung mit dem Motor zu koppeln, sodass die Schwungmasse Energie aufnimmt und somit das Bremsen des Motors zumindest teilweise unterstützt. Die gespeicherte Energie kann dann für ein späteres Beschleunigen des Motors verwendet werden, indem während des Beschleunigens des Motors die Kupplung ebenfalls in ihrem ersten Betriebszustand betrieben wird.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft demnach ein Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen Spritzgiemaschine, aufweisend folgende Verfahrensschritte:
- – Betreiben der Kupplung in ihrem zweiten Betriebszustand, sodass die Schwungmasse vom Motor entkoppelt ist, und
- – Bremsen des Motors und zumindest während eines Teils des Bremsens des Motors, Betreiben der Kupplung in ihrem ersten Betriebsmodus, sodass die Schwungmasse das Bremsen des Motors zumindest teilweise unterstützt und beschleunigt wird.
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Um die während des Bremsens von der Schwungmasse aufgenommene Energie zu speichern, wird vorzugsweise nach oder während des Bremsens des Motors die Kupplung in ihrem zweiten Betriebszustand betrieben, sodass die Schwungmasse vom Motor entkoppelt ist. Dadurch kann die Schwungmasse sich unabhängig vorn Motor weiter drehen.
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Um die in der Schwungmasse gespeicherte Energie zumindest für ein teilweises Unterstützen eines späteren Beschleunigens des Motors zu verwenden, kann vorzugsweise die Kupplung während oder zumindest teilweise während eines Beschleunigens des Motors in ihrem zweiten Betriebszustand betrieben werden.
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Nach oder während des Beschleunigens des Motors wird die Kupplung vorzugsweise wieder in ihrem zweiten Betriebszustand betrieben, sodass die Schwungmasse vom Motor entkoppelt ist.
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Der Motor der erfindungsgemäßen Spritzgießmaschine umfasst vorzugsweise einen Stator und eine relativ zum Stator drehbar gelagerte Welle. Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Spritzgießmaschine derart ausgeführt, dass die Kupplung in ihrem ersten Betriebszustand die Schwungmasse direkt mit der Welle des Motors koppelt. Dadurch kann die Schwungmasse während des Bremsens des Motors dessen Bremsvorgang direkt unterstützen und/oder während das Beschleunigen des Motors das Beschleunigen direkt unterstützen.
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Die erfindungsgemäße Spritzgießmaschine kann eine mit dem Motor verbundene Spindel aufweisen, welche insbesondere eingerichtet ist, eine Drehbewegung des Motors in eine Linearbewegung umzuwandeln. Die Spindel ist z. B. eine Einspritzspindel. Die Spindel ist z. B. vorgesehen, ein Spritzwerkzeug der Spritzgießmaschine linear zu bewegen. Der Motor kann die Spindel direkt antreiben oder indirekt, z. B. über einen Riemen. Nach einer Variante der erfindungsgemäßen Spritzgießmaschine koppelt die Kupplung in ihrem ersten Betriebszustand die Schwungmasse direkt mit der Spindel, welche insbesondere der Motor indirekt antreibt.
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Die Kupplung kann als eine mechanische Kupplung ausgeführt sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spritzgießmaschine ist die Kupplung als eine Magnetkraftkupplung ausgebildet. Eine Magnetkraftkupplung kann relativ reibungsarm ausgeführt werden, wodurch sich der Wirkungsgrad der Kombination aus Motor und Schwungsmasse erhöht.
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Um die mechanischen Verluste z. B. durch Reibung der bewegten Schwungmasse zu verringern, kann nach einer Variante der erfindungsgemäßen Spritzgießmaschine die Schwungmasse innerhalb eines vakuumierten Gehäuse drehbar gelagert sein.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spritzgießmaschine weist diese eine mit der Kupplung verbundene Steuervorrichtung auf, welche eingerichtet ist, die Kupplung zwischen ihren beiden Betriebszuständen umzuschalten. Die Steuervorrichtung kann insbesondere derart eingerichtet sein, dass sie das vorab beschriebene Verfahren durchführt. Dazu läuft beispielsweise auf der Steuervorrichtung ein entsprechendes Rechenprogramm. Die Steuervorrichtung kann auch eingerichtet sein, den gesamten Betrieb der erfindungsgemäßen Spritzgießmaschine zu steuern. Insbesondere kann die Steuervorrichtung eingerichtet sein, den Betrieb des Motors zu steuern, gegebenenfalls auch zu regeln. Insbesondere kann die Steuervorrichtung eingerichtet sein, das Bremsen und das Beschleunigen des Motors zu steuern, gegebenenfalls zu regeln.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spritzgießmaschine ist die Steuervorrichtung eingerichtet, die Kupplung während eines Bremsens oder zumindest wenigstens eines Teils des Bremsens des Motors, und/oder während eines Beschleunigens oder zumindest wenigstens eines Teils des Beschleunigens des Motors in ihrem ersten Betriebszustand zu betreiben.
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Somit stellt die erfindungsgemäße Spritzgießmaschine gegebenenfalls eine Kunststoff verarbeitende Maschine mit einem mechanischen Energiespeicher bereit. Insbesondere ist die erfindungsgemäße Spritzgießmaschine eingerichtet, die aus einem Bremsvorgang gewonnene Energie in einem mechanischen Energiespeicher zu puffern. Der mechanische Energiespeicher umfasst die Schwungmasse, die rotatorisch in Bewegung gesetzt werden kann. Somit ist es möglich, dass die rotatorische Energie aus einem Antriebsstrang der Spritzgießmaschine, d. h. dem Motor, beim Bremsvorgang bzw. beim Bremsen die Schwungsmasse des mechanischen Energiespeichers in Rotation versetzt. Beim nächsten Beschleunigungsvorgang des Antriebsstrangs kann dann in umgekehrter Weise die rotatorische Energie wieder in den Antriebsstrang eingekoppelt werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist exemplarisch in der beigefügten schematischen Figur dargestellt, welche eine Spritzgießmaschine zeigt.
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Die Figur zeigt einen Teil einer Spritzgießmaschine 1, die einen elektrischen Motor 2 aufweist. Der elektrische Motor 2, der z. B. als ein Drehstrommotor, insbesondere als ein Asynchronmotor ausgeführt ist, ist vorgesehen, ein nicht näher dargestelltes, dem Fachmann im Prinzip bekanntes Spritzwerkzeug der Spritzgießmaschine 1 anzutreiben.
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Der Motor 2 umfasst einen ortsfesten Stator 3 und eine relativ zum Stator 3 drehbar gelagerte Welle 4, die im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels beidseitig aus einem den Stator 3 umgebendem Gehäuse herausgeführt ist. Dem Motor 2 ist beispielsweise eine nicht näher, dem Fachmann im Prinzip bekannte Leistungselektronik vorgeschaltet, welche z. B. einen mit dem Motor 2 verbundenen Wechselrichter aufweist, der aus einer Gleichspannung eine dreiphasige Wechselspannung gewünschter Amplitude und Frequenz erzeugt. Die Leistungselektronik umfasst beispielsweise einen die Gleichspannung bereitstellenden Zwischenkreis, der insbesondere einen Speicherkondensator aufweist, und einen Gleichrichter, der aus einer Wechselspannung, insbesondere einer dreiphasigen Wechselspannung eines elektrischen Versorgungsnetzes die Gleichspannung erzeugt.
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An einem Ende der Welle 4 ist eine Antriebsscheibe 5 angeordnet, die über einen Riemen 8 mit einer drehbar gelagerten Abtriebsscheibe 7 verbunden ist. Die Abtriebsscheibe 7 ist wiederum mit einer Spindel 9 verbunden, sodass der elektrische Motor 2 über die Antriebsscheibe 5, den Riemen 8 und die Abtriebsscheibe 7 die Spindel 9 antreiben kann. Die Spindel 9 ist wiederum mit dem Spritzwerkzeug verbunden und wandelt eine durch den Motor 2 erzeugte Drehbewegung in eine Linearbewegung um.
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Die Spritzgießmaschine 1 weist ferner eine Steuervorrichtung 10 auf, welche insbesondere den Betrieb des Motors 2 mittels eines auf der Steuervorrichtung 10 laufenden Rechenprogramms steuert, gegebenenfalls regelt. Die Steuervorrichtung 10 ist gegebenenfalls mit der dem Motor 2 vorgeschalteten Leistungselektronik verbunden, sodass der Motor 2 mit vorgeschalteter Leistungselektronik gegebenenfalls einen geregelten elektrischen Antrieb bildet. Es kann auch eine separate Regelvorrichtung vorgesehen sein, die Teil dieses geregelten elektrischen Antriebs ist und deren Sollwert oder Sollwerte von der Steuervorrichtung 10 vorgegeben wird bzw. werden.
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Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels weist die Spritzgießmaschine 1 einen mechanischen Energiespeicher in Form eines Schwungrads oder Schwungmasse 11 auf. Die Schwungmasse 11 ist drehbar gelagert und umfasst eine Welle 13. Um mechanische Verluste der sich drehenden Schwungmasse 11 möglichst gering zu halten, kann diese in einem Gehäuse 12, insbesondere in einem vakuumierten Gehäuse 12 angeordnet sein.
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Die Spritzgießmaschine 1 weist ferner eine Kupplung 6 auf, welche einerseits mit der Schwungmasse 11 bzw. deren Welle 13 und andererseits mit der Welle 4 des Motors 2 verbunden ist. Die Kupplung 6 ist z. B. als eine mechanische Kupplung oder als eine Magnetkraftkopplung ausgebildet. Die Kupplung 6 ist derart ausgebildet, dass sie in einem ersten Betriebszustand den Motor 2 mit der Schwungmasse 11 bzw. die Welle 4 des Motors 10 mit der Welle 13 der Schwungmasse 11 koppelt, sodass während des ersten Betriebszustands der Motor 2 die Schwungmasse 11 beschleunigt oder die Schwungmasse 11 den Motor 2 beschleunigt. In einem vom ersten Betriebszustand verschiedenen zweiten Betriebszustand entkoppelt die Kupplung 6 den Motor 2 von der Schwungmasse 11 bzw. die Weile 4 des Motors 2 von der Welle 13 der Schwungmasse 11.
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Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist die Kupplung 6 mit der Steuervorrichtung 10 verbunden, welche die Betriebszustände der Kupplung 6 steuert. Insbesondere ist die Steuervorrichtung 10 derart eingerichtet, die Betriebszustände der Kupplung 6 folgendermaßen zu steuern:
Zunächst wird die Kupplung 6 in ihrem zweiten Betriebszustand betrieben, d. h. die Schwungmasse 11 ist vom Motor 2 entkoppelt. Der Motor 2 dreht z. B. seine Welle 4 und somit die Spindel 9, wodurch das Spritzwerkzeug eine Linearbewegung durchführt.
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Nun soll der Motor 2 die Bewegung des Spritzwerkzeugs bremsen, weshalb die Steuervorrichtung 10 ein entsprechendes Signal an den Motor 2 bzw. an die Leistungselektronik sendet. Daraufhin wird der Motor 2 im Generatorbetrieb betrieben und bremst ab. Während des Bremsens, zumindest während eines Teils des Bremsens schaltete die Steuervorrichtung 10 die Kupplung 6 von ihrem zweitens Betriebszustand in ihren ersten Betriebszustand, sodass die Schwungmasse 11 mit dem Motor 2 gekoppelt ist. Dadurch wird die Schwungmasse 11 beschleunigt, nimmt Rotationsenergie auf und unterstützt somit zumindest teilweise das Bremsen des Motors 2 bzw. die Bewegung des Spritzwerkzeugs.
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Nach einer Weile, z. B. nach dem Ende des Bremsens oder auch vorher schaltet die Steuervorrichtung 10 die Kupplung 6 wieder in ihren zweiten Betriebszustand, um die Schwungmasse 11 wieder vom Motor 2 zu entkoppeln. Die Schwungmasse 11 dreht sich weiter und speichert somit die aufgenommene Rotationsenergie.
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Soll der Motor 2 wieder die Spindel 9 bzw. das Spritzwerkzeug beschleunigen, dann sendet die Steuervorrichtung 10 ein entsprechendes Signal an den Motor 2 bzw. an die Leistungselektronik. Daraufhin wird der Motor 2 wieder im Motorbetrieb betrieben und beschleunigt seine Welle 4. Während des Beschleunigens, zumindest während eines Teils des Beschleunigens schaltete die Steuervorrichtung 10 die Kupplung 6 von ihrem zweiten Betriebszustand in ihren ersten Betriebszustand, sodass die Schwungmasse 11 mit dem Motor 2 gekoppelt ist. Dadurch beschleunigt die Schwungmasse 11 die Welle 4 des Motors 2, baut also ihre Rotationsenergie ab und unterstützt somit zumindest teilweise das Beschleunigen des Motors 2.
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Nach einer Weile, z. B. nach dem Ende des Beschleunigens oder auch vorher schaltet die Steuervorrichtung 10 die Kupplung 6 wieder in ihren zweiten Betriebszustand, um die Schwungmasse 11 wieder vom Motor 2 zu entkoppeln. Die Schwungmasse 11 dreht sich gegebenenfalls weiter, jedoch mit einer geringeren Geschwindigkeit als vor dem Beschleunigen und kann demnach bei einem weiteren Bremsen des Motors 2 wieder Energie aufnehmen, um das Bremsen des Motors 2 zumindest teilweise zu unterstützen.
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Im beschriebenen Ausführungsbeispiel kann die Schwungmasse 11 direkt mit der Welle 4 des Motors 2 mittels der Kupplung 6 gekoppelt werden. Es ist aber z. B. auch möglich, dass die Schwungmasse 11 mittels der Kupplung 6 direkt mit der Spindel 9 koppelbar ist.
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Im beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Spindel 9 über die Antriebsscheibe 5, den Riemen 9 und die Abtriebsscheibe 7 verbunden. Es ist auch möglich, dass der Motor 2 die Spindel 9 direkt antreibt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spritzgießmaschine
- 2
- Motor
- 3
- Stator
- 4
- Welle
- 5
- Antriebsscheibe
- 6
- Kupplung
- 7
- Abtriebsscheibe
- 8
- Riemen
- 9
- Spindel
- 10
- Steuervorrichtung
- 11
- Schwungmasse
- 12
- Gehäuse
- 13
- Welle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2005/110711 A1 [0003]
- DE 19621904 C2 [0004]
- DE 20019119 U1 [0005]
- DE 19541933 A1 [0006]
