DE102015009006B9

DE102015009006B9 - Steuerung für eine Spritzgießmaschine

Info

Publication number: DE102015009006B9
Application number: DE102015009006.2A
Authority: DE
Inventors: Junpei Maruyama; Tatsuhiro Uchiyama
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2014-07-17
Filing date: 2015-07-10
Publication date: 2021-04-08
Anticipated expiration: 2035-07-11
Also published as: DE102015009006B4; DE102015009006A1; JP2016022621A; JP5850990B1; CN105269777A

Abstract

Steuerung für eine Spritzgießmaschine, umfassend einen beweglichen Teil, einen Servomotor, der dafür ausgelegt ist, den beweglichen Teil anzutreiben, eine Antriebseinheit (22, 24, 26, 28), die dafür ausgelegt ist, den Servomotor zu steuern/anzutreiben, einen Leistungswandler (12), der dafür ausgelegt ist, eine Spannung von einer Leistungsversorgungseinheit (10) auf eine erhöhte Spannung anzuheben und die Antriebseinheit (22, 24, 26, 28) mit Strom zu versorgen, eine Leistungsspeichereinheit (16), die zwischen den Leistungswandler (12) und die Antriebseinheit (22, 24, 26, 28) geschaltet ist, wobei der Servomotor umfasst: eine Leistungswandler-Steuereinheit (14), die dafür ausgelegt ist, elektrische Leistung, die der Leistungsspeichereinheit (16) zugeführt wird, durch Ändern der erhöhten Spannung des Leistungswandlers (12) auf der Grundlage eines Energieindexwertes als ein Index der für eine Betätigung des beweglichen Teils mindestens erforderlichen Energie, zu ändern.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerung für eine Spritzgießmaschine und insbesondere eine solche Spritzgießmaschinensteuerung, die einen Leistungswandler und eine Steuereinheit zum Steuern desselben umfasst und dafür ausgelegt ist, eine Spannung von einer Leistungsversorgungseinheit anzuheben und dadurch die Spritzgießmaschine zu steuern.
Beschreibung des Standes der Technik
Bei einer Spritzgießmaschine, bei der jede Welle von einem Servomotor angetrieben wird, muss dem Motor beim Antreiben der Welle mit hoher Geschwindigkeit eine hohe elektrische Leistung zugeführt werden. Im Fall eines sehr schnellen Einspritzens bei Dünnwand-Formteilen oder eines sehr schnellen Formschließens beim Formpressen besteht insbesondere ein Problem darin, dass der Motor eine starke Leistungsquelle benötigt, da er zeitweilig mit einer hohen Leistung versorgt werden sollte, trotz der kurzen Zeit seines Hochgeschwindigkeitsbetriebs. Zur Lösung dieses Problems gibt es eine bekannte Technik, bei der ein Größer-Dimensionieren von Leistungsversorgungsmitteln vermieden wird, indem eine Gleichspannungseinheit einer Antriebseinheit zum Steuern/Antreiben eines Servomotors mit einer Leistungsspeichereinheit vorgesehen wird und die Spannung der Leistungsspeichereinheit angehoben wird, um die für den Hochgeschwindigkeitsbetrieb erforderliche Leistung zu speichern.
Die japanische Patent-Auslegeschrift JP 2000- 141 440 A offenbart eine Technik, bei der eine Leistungsspeichereinheit zum Speichern elektrischer Leistung bereitgestellt wird, um Regenerativstrom zu speichern, der von einem Motor während der Motorbremszeit erzeugt wird. Außerdem wird bei dieser Technik eine Leistungsspeicherschaltung bereitgestellt, um elektrische Leistung, die während der Beschleunigungszeit des Motors in der Leistungsspeichereinheit gespeichert wurde, als Antriebsleistung abzugeben.
Die japanische Patent-Auslegeschrift JP 2012- 240 199 A offenbart eine Technik, bei der ein Leistungswandler in Vorwärtsrichtung betrieben wird, sodass die Abstandsspannung eines Gleichstromzwischenkreises nur während einer vorher festgelegten Periode des Spritzgießzyklus einer Spritzgießmaschine auf einem vorher festgelegten Sollwert gehalten wird.
Bei der in der japanischen Patent-Auslegeschrift JP 2000- 141 440 A und JP 2012- 240 199 A offenbarten Technik wird die Spannung der Leistungsspeichereinheit von einer Spannungserfassungsschaltung erfasst und die Ausgabe eines Leistungswandlers wird so gesteuert, dass die erfasste Spannung eine Sollspannung ist.
Wenn also elektrische Leistung von der Leistungsversorgungseinheit in der Leistungsspeichereinheit gespeichert und dann von der Leistungsspeichereinheit in eine Motorantriebseinheit abgegeben wird, hat das einen höheren Energieverlust, nämlich während der Leistungsspeicherung und -abgabe, zur Folge als bei einer direkten Versorgung der Motorantriebseinheit mit elektrischer Leistung von der Leistungsversorgungseinheit. Deshalb sollte vorzugsweise die in der Leistungsspeichereinheit zu speichernde Energiemenge eine zum Einspritzen erforderliche Mindestmenge sein.
Die zum Einspritzen erforderliche Energiemenge variiert zwar in Abhängigkeit von den Volumina der zu formenden Gegenstände und den Spritzgießbedingungen, jedoch sollte die Leistungsspeichereinheit der Spritzgießmaschine eine große Kapazität aufweisen, um mit verschiedenen Formteilen und Spritzgießbedingungen umgehen zu können. Deshalb wird dann, wenn die zum Einspritzen erforderliche Energiemenge klein ist, überschüssige gespeicherte Energie nach dem Einspritzen von einem Entladekreis allmählich entladen und geht vor dem nächsten Beginn des Einspritzens verloren, was einen erheblichen Energieverlust zur Folge hat. Bei herkömmlichen Techniken und der in den japanischen Patent-Auslegeschriften JP 2000- 141 440 A und JP 2012- 240 199 A offenbarten Technik sind jedoch keine Maßnahmen vorgesehen, um diesen Problemen entgegenzuwirken.
US 6 333 611 B1 offenbart eine Motorantriebsvorrichtung, die eine Leistungsspeichereinheit zum Speichern elektrischer Leistung umfasst, um einen von einem Motor während einer Motorbremszeit erzeugten Regenerativstrom zu speichern. Ferner lehrt dieses Dokument eine Leistungsspeicherschaltung bereitzustellen, um elektrische Leistung, die während der Beschleunigungszeit des Motors in der Leistungsspeichereinheit gespeichert wurde, als Antriebsleistung abzugeben.
Kurzdarstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demzufolge darin, eine Spritzgießmaschinensteuerung mit einer Spannungserhöhungsfunktion zu schaffen, die dazu imstande ist, eine Größenzunahme einer Leistungsversorgungseinheit zu vermeiden und einen Energieverlust in einer Leistungsspeichereinheit niedrig zu halten bzw. zu unterbinden und dadurch die Lebensdauer jedes Bauteils der Leistungsspeichereinheit zu verlängern.
Die Erfindung betrifft eine Steuerung für eine Spritzgießmaschine nach Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Eine Steuerung für eine Spritzgießmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen beweglichen Teil, einen Servomotor, der dafür ausgelegt ist, den beweglichen Teil anzutreiben, eine Antriebseinheit, die dafür ausgelegt ist, den Servomotor zu steuern/anzutreiben, einen Leistungswandler, der dafür ausgelegt ist, eine Spannung von einer Leistungsversorgungseinheit auf eine erhöhte Spannung anzuheben und die Antriebseinheit mit Strom zu versorgen, und eine Leistungsspeichereinheit, die zwischen den Leistungswandler und die Antriebseinheit geschaltet ist. Der Servomotor umfasst eine Leistungswandler-Steuereinheit, die dafür ausgelegt ist, elektrische Leistung, die der Leistungsspeichereinheit zugeführt wird, durch Änderung der erhöhten Spannung des Leistungswandlers auf der Grundlage eines Energieindexwertes als ein Index der für eine Betätigung des beweglichen Teils mindestens erforderlichen Energie, zu ändern.
Der Energieindexwert, wie zum Beispiel der Index der für die Betätigung des beweglichen Teils erforderlichen Energie, wurde vorher erhalten, sodass die erhöhte Spannung der Leistungsspeichereinheit auf der Grundlage des erhaltenen Energieindexwertes geändert wird. Wenn die erhöhte Spannung der Leistungsspeichereinheit nicht immer, ohne Berücksichtigung der Spritzgießbedingungen, auf die Maximalspannung angehoben wird, sondern auf die erforderliche Minimalspannung eingestellt wird, kann die Menge gespeicherter Energie verlustfrei verbraucht werden, der Energieverlust in der Leistungsspeichereinheit kann niedrig gehalten bzw. unterbunden werden und außerdem kann die Lebensdauer jedes Bauteils der Leistungsspeichereinheit verlängert werden.
Der bewegliche Teil kann eine Spritzeinheit sein, und der Energieindexwert kann mindestens ein Wert aus kinetischer Energie der Spritzeinheit, Geschwindigkeit der Spritzeinheit, Arbeitsvermögen der Spritzeinheit an einem Harz, Einspritzdruck, Einspritzweg und Volumen eines Formteils sein.
Der bewegliche Teil kann eine Formschließeinheit sein, und der Energieindexwert kann mindestens ein Wert aus kinetischer Energie der Formschließeinheit, Geschwindigkeit der Formschließeinheit, Arbeitsvermögen der Formschließeinheit und Schließkraft sein.
Der bewegliche Teil kann eine Ausdrückereinheit sein, und der Energieindexwert kann mindestens ein Wert aus kinetischer Energie der Ausdrückereinheit, Geschwindigkeit der Ausdrückereinheit, Arbeitsvermögen der Ausdrückereinheit und Ausdrückkraft sein.
Die Leistungswandler-Steuereinheit kann dafür ausgelegt sein, die erhöhte Spannung auf der Grundlage des Energieindexwertes und einer Kapazität der Leistungsspeichereinheit zu ändern.
Eine für die Betätigung des beweglichen Teils erforderliche Minimalspannung kann auf der Grundlage der Kapazität der Leistungsspeichereinheit, neben dem Energieindexwert, erhalten werden, da der Leistungswandler die erhöhte Spannung ändert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie vorstehend beschrieben ausgestaltet, kann eine Spritzgießmaschinensteuerung mit einer Spannungserhöhungsfunktion geschaffen werden, die imstande ist, eine Größenzunahme einer Leistungsversorgungseinheit zu vermeiden und einen Energieverlust in einer Leistungsspeichereinheit niedrig zu halten bzw. zu unterbinden und dadurch die Lebensdauer jedes Bauteils der Leistungsspeichereinheit zu verlängern.
Figurenliste
Die vorstehend genannten und weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung offenbar werden.

1 ist eine graphische Darstellung, die eine Servomotor-Antriebsschaltung einer Spritzgießmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2A und 2B sind Diagramme, die die Spannung einer Leistungsspeichereinheit und dergleichen während eines Einspritzens gemäß einer ersten Ausführungsform zeigen;
3 ist ein Ablaufplan, der einen Ablauf des Betriebs gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
4 ist ein Ablaufplan, der einen Ablauf des Betriebs gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
5 ist ein Ablaufplan, der einen Ablauf des Betriebs gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt; und
6 ist ein Ablaufplan, der einen Ablauf des Betriebs gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
1 ist eine graphische Darstellung, die eine Servomotor-Antriebsschaltung einer Spritzgießmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein Leistungswandler 12 ist an eine Leistungsversorgungseinheit 10 angeschlossen. Der Leistungswandler 12 ist eine Vorrichtung zum Wandeln von Drehstrom von der Leistungsversorgungseinheit 10 in eine Gleichstromleistung und kann ein herkömmlicher pulsweitenmodulierter (PWM-) Wandler o. Ä. sein. Ferner kann die Wechselstrom-in-Gleichstrom-Wandlung ausgeführt werden, bevor sie vom Leistungswandler 12 erzielt wird, nachdem eine Spannung von der Leistungsversorgungseinheit 10 von einem Aufwärtstransformator angehoben worden ist. Das Bezugszeichen 14 bezeichnet eine Leistungswandler-Steuereinheit, die einen Betriebsbefehl, wie etwa einen Befehl für erhöhte Spannung, an den Leistungswandler 12 ausgibt. An den Leistungswandler 12 ist eine Leistungsspeichereinheit 16 angeschlossen.
In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Leistungsspeichereinheit 16 ein oder mehrere Modulkondensatoren. Die Leistungsspeichereinheit 16 ist an Antriebseinheiten 22, 24, 26 und 28 zum Steuern/Antreiben von Servomotoren angeschlossen. Die Antriebseinheiten 22, 24, 26 und 28 sind Wechselrichter, die eine Gleichstromleistung durch Pulsweitenmodulation (PWM) wandeln und eine Drehstrom-Motorantriebsleistung ausgeben. Die Leistungsspeichereinheit 16 kann aus Kondensatoren gebildet sein, die in die Antriebseinheiten 22, 24, 26 und 28 integriert sind, oder aus Kondensatoren, die in den Leistungswandler 12 integriert sind. Alternativ kann die Leistungsspeichereinheit 16 separate Kondensatormodule oder Batteriemodule, neben den integrierten Kondensatoren, umfassen. Die Leistungsspeichereinheit 16 kann direkt an die Antriebseinheiten 22, 24, 26 und 28 angeschlossen sein oder es kann ein Lade- und Entladekreis zwischen der Leistungsspeichereinheit 16 und den Antriebseinheiten 22, 24, 26 und 28 vorgesehen sein.
Das Bezugszeichen 32 bezeichnet einen Einspritzen-Motor, der von der Antriebseinheit 22 gesteuert/angetrieben wird und dazu dient, eine Schnecke in Achsrichtung anzutreiben. Das Bezugszeichen 34 bezeichnet einen Rotieren-Motor, der von der Antriebseinheit 24 so gesteuert/angetrieben wird, dass die Schnecke rotiert. Das Bezugszeichen 36 bezeichnet einen Form-Öffnen/Schließen-Motor, der von der Antriebseinheit 26 gesteuert/angetrieben wird, um eine bewegliche Platte o. Ä. vorwärts zu bewegen oder zurückzuziehen, um eine Form zu öffnen oder zu schließen. Das Bezugszeichen 38 bezeichnet einen Ausdrücker-Motor, der von der Antriebseinheit 28 gesteuert/angetrieben wird, um ein Formteil auszustoßen. Ferner sind an diese Motoren jeweils Lage/Drehzahl-Erfassungseinheiten 42, 44, 46 und 48 angeschlossen.
Das Bezugszeichen 18 bezeichnet eine Spannungserfassungseinheit, die dazu dient, eine Spannung zwischen zwei Leitungen zu erfassen, die den Leistungswandler 12 und die Leistungsspeichereinheit 16 miteinander verbinden, wie zum Beispiel die Spannung der Leistungsspeichereinheit 16. Die Spannungserfassungseinheit 18 kann an der Leistungsspeichereinheit 16 vorgesehen werden. Wenn die Leistungsspeichereinheit 16 und der Leistungswandler 12 direkt verbunden sind, wie in der vorliegenden Ausführungsform, sind ihre entsprechenden Spannungswerte im Wesentlichen gleich, sodass die Spannungserfassungseinheit 18 am Leistungswandler 12 vorgesehen werden kann. Wenn die Leistungsspeichereinheit 16 direkt mit den Antriebseinheiten 22, 24, 26 und 28 verbunden ist, sind zudem die Spannungswerte der Leistungsspeichereinheit 16 und einer Motorantriebseinheit im Wesentlichen gleich, sodass die Spannungserfassungseinheit 18 an den Antriebseinheiten 22, 24, 26 und 28 vorgesehen werden kann. Demnach kann der Verbauort der Spannungserfassungseinheit 18 in geeigneter Weise geändert werden, er muss nur eine direkte oder indirekte Erfassung des Spannungswerts der Leistungsspeichereinheit 16 ermöglichen.
Ferner bezeichnet das Bezugszeichen 20 eine Energieindexwert-Berechnungseinheit 20, die mit einer Ausdrückkraft-Erfassungseinheit 52, einer Schließkraft-Erfassungseinheit 54, einer Einspritzdruck-Erfassungseinheit 56 und den Lage/Drehzahl-Erfassungseinheiten 42, 44, 46 und 48 für die Motoren verbunden ist. Die Energieindexwert-Berechnungseinheit 20 berechnet einen Energieindexwert und gibt ihn in die Leistungswandler-Steuereinheit 14 ein.
Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Energieindexwert, wie zum Beispiel ein Index der für die Betätigung des beweglichen Teils erforderlichen Energie, vorher von der Energieindexwert-Berechnungseinheit 20 erhalten wird und die erhöhte Spannung der Leistungsspeichereinheit auf der Grundlage des erhaltenen Energieindexwerts geändert wird.
(Erste Ausführungsform)
Wenn der bewegliche Teil eine Spritzeinheit ist, wird die zum Spritzen erforderliche Energie Ei folgendermaßen erhalten: $Ei = A + B,$
Dabei ist A die kinetische Energie der Spritzeinheit (Motor und Spritzvorrichtungsabschnitt) = 0,5 × I × ω²; I die Trägheit der Spritzeinheit (Motor und Spritzvorrichtungsabschnitt; ω die Winkelgeschwindigkeit (einer Spritzgeschwindigkeit entsprechend) des Motors; B das Arbeitsvermögen am Harz = ∫(P × S × V)dt; P der Einspritzdruck; S die Querschnittsfläche der Schnecke und V die Vorschubgeschwindigkeit der Schnecke.
Das Symbol A bezeichnet die kinetische Energie der Spritzeinheit (Motor und Spritzvorrichtungsabschnitt). Die kinetische Energie A der Spritzeinheit dient als Energieindexwert der Spritzeinheit. Die Trägheit I der Spritzeinheit ist ein Wert, welcher der Spritzgießmaschine eigen ist und vorher in einer Steuereinheit gespeichert worden ist. Die Winkelgeschwindigkeit ω des Motors ist ein Wert, der in Abhängigkeit vom festgesetzten Wert der Spritzgeschwindigkeit als eine der Spritzgießbedingungen variiert und den Betrag der Spritzenergie stark beeinflusst. Vorzugsweise sollte deshalb der Energieindexwert der Spritzeinheit aus mindestens der Spritzgeschwindigkeit berechnet werden, die als Energieindexwert der Spritzeinheit dient. Anstelle der Spritzgeschwindigkeit (mm/s) kann ein Durchsatz (cm³/s) verwendet werden.
Das Symbol B bezeichnet das Arbeitsvermögen am Harz während des Einspritzens. Das Arbeitsvermögen B dient als Energieindexwert der Spritzeinheit. Das Symbol P bezeichnet den Einspritzdruck, der in Abhängigkeit vom festgesetzten Wert des Drucks zum Einspritzen als eine der Spritzgießbedingungen variiert. Der Einspritzdruck P dient als Energieindexwert der Spritzeinheit. Das Symbol S bezeichnet die Querschnittsfläche der Schnecke, die vorher in der Steuereinheit gespeichert worden ist. J(V)dt ist ein Wert, der durch Zeitintegration der Vorschubgeschwindigkeit der Schnecke während des Einspritzens erhalten wird und dem Einspritzweg entspricht. Der Einspritzweg ist eine der Spritzgießbedingungen und variiert in Abhängigkeit von den festgesetzten Werten für eine Einspritzen-Ausgangsstellung und eine Einspritzen/Nachdruck-Schaltstellung.
Das Arbeitsvermögen B kann auf der Grundlage des Volumens des Formteils anstelle des Einspritzwegs erhalten werden. Der Einspritzweg und das Volumen des Formteils dienen als Energieindexwerte der Spritzeinheit.
Ferner ist das Arbeitsvermögen B am Harz während eines Einspritzens kleiner als die kinetische Energie A des Einspritzen-Motors und des Spritzvorrichtungsabschnitts während des Einspritzens, sodass es mitunter keinen großen Einfluss auf den Betrag der Spritzenergie hat. Deshalb kann das Arbeitsvermögen B am Harz während eines Einspritzens ein voreingestellter fester Wert sein.
Andererseits wird die Energie Ec, die während eines Einspritzens von der Leistungsspeichereinheit zugeführt werden kann, wie folgt erhalten: $Ec = (1 / 2) \cdot C \cdot ({Vmax}^{2} - {Vmin}^{2}),$
Dabei ist C die Kapazität der Leistungsspeichereinheit; Vmax die erhöhte Spannung und Vmin die zum Antreiben des Motors erforderliche Minimalspannung.
Das Symbol C bezeichnet die Kapazität der Leistungsspeichereinheit und Vmin ist die zum Antreiben des Motors erforderliche Minimalspannung. Diese Werte werden vorher in der Steuereinheit gespeichert. Vmax ist die erhöhte Spannung bei Beginn eines Einspritzens. Ein Energieverlust durch übermäßige Stromspeicherung kann niedrig gehalten bzw. unterbunden werden, indem die erhöhte Spannung so gesteuert wird, das Ei gleich Ec ist. Auf der Grundlage der vorstehenden Gleichung wird die erhöhte Spannung, die zum Liefern des Betrags der Spritzenergie erforderlich ist, wie folgt erhalten: $V max = \sqrt{\frac{2 E i}{C} + V {min}^{2}}$
Vor Beginn eines Einspritzens wird die Spannung der Leistungsspeichereinheit auf den Wert Vmax angehoben, der nach Gleichung (3) erhalten wird, und während des Einspritzens wird die Motorantriebseinheit mit Strom aus der Leistungsspeichereinheit versorgt. Auf diese Weise kann die Menge gespeicherter Energie während des Einspritzens verlustfrei verbraucht werden, und der Energieverlust in der Leistungsspeichereinheit kann niedrig gehalten bzw. unterbunden werden. Ferner wird die erhöhte Spannung der Leistungsspeichereinheit nicht immer auf eine Maximalspannung angehoben, ohne die Spritzgießbedingungen zu berücksichtigen, sondern wird auf die erforderliche Minimalspannung festgesetzt, sodass die Lebensdauer jedes Bauteils der Leistungsspeichereinheit verlängert werden kann. Die erhöhte Spannung kann unter Berücksichtigung eines Schätzfehlers bei dem Betrag der Spritzenergie erhalten werden, sodass er einen Wert aufweist, der gleich dem Spannungswert Vmax, der nach Gleichung (3) erhalten wird, plus ein Spielraum ist.
2A und 2B sind Diagramme, die die Spannung der Leistungsspeichereinheit und dergleichen während eines Einspritzvorgangs gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigen. 2A zeigt einen Fall, in dem die Einspritzgeschwindigkeit hoch ist, und 2B zeigt einen Fall, in dem die Einspritzgeschwindigkeit niedrig ist. Wenn die Einspritzgeschwindigkeit der Spritzeinheit hoch ist, wie in 2A gezeigt, ist die für die Betätigung des beweglichen Teils erforderliche Energiemenge groß. Wenn die Einspritzgeschwindigkeit der Spritzeinheit niedrig ist, wie in 2B gezeigt, ist die für die Betätigung des beweglichen Teils erforderliche Energiemenge gering. Wie in 2A und 2B gezeigt, kann deshalb der Energieverlust in der Leistungsspeichereinheit niedrig gehalten bzw. unterbunden werden, indem die erhöhte Spannung in Abhängigkeit von den erforderlichen Energiemengen hoch festgesetzt wird, wenn die Einspritzgeschwindigkeit hoch ist, und niedrig festgesetzt wird, wenn die Einspritzgeschwindigkeit niedrig ist.
3 ist ein Ablaufplan, der einen Ablauf des Betriebs gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Es folgt eine Beschreibung von Ablaufschritten.
(Schritt SA1) Die kinetische Energie A der Spritzeinheit wird aus der Einspritzgeschwindigkeit berechnet.
(Schritt SA2) Das Arbeitsvermögen B der Spritzeinheit am Harz wird aus dem Einspritzdruck berechnet.
(Schritt SA3) Der Energieindexwert wird aus der kinetischen Energie A und dem Arbeitsvermögen B berechnet.
(Schritt SA4) Die erhöhte Spannung der Leistungsspeichereinheit wird aus dem Energieindexwert berechnet.
(Schritt SA5) Es wird bestimmt, ob ein Spannungserhöhungsintervall erreicht ist. Wenn das Spannungserhöhungsintervall erreicht ist (JA), geht die Verarbeitung zum
Schritt SA6 weiter. Wenn nicht (NEIN), wird der Schritt SA5 wiederholt, bis das Spannungserhöhungsintervall erreicht ist.
(Schritt SA6) Die Spannung von der Leistungsversorgungseinheit wird auf die erhöhte Spannung angehoben.
(Schritt SA7) Das Einspritzen wird durchgeführt.
(Schritt SA8) Es wird bestimmt, ob der Zyklus beendet ist. Wenn der Zyklus beendet ist (JA), endet die Verarbeitung. Wenn nicht (NEIN), springt die Verarbeitung zum Schritt SA1 zurück.
Der Energieindexwert kann auch nur aus der Einspritzgeschwindigkeit berechnet werden, wie im Ablaufplan von 4 anstelle des Ablaufplans von 3 gezeigt ist.
(Zweite Ausführungsform)
Die vorliegende Ausführungsform ist ein Anwendungsbeispiel, bei dem die zum Formschließen erforderliche Energie von einer Leistungsspeichereinheit geliefert wird.
Ein Energieindexwert einer Formschließeinheit wird nach Gleichung (4) erhalten. Das Symbol C bezeichnet die kinetische Energie der Formschließeinheit (Motor und Vorrichtungsabschnitt). Das Symbol D bezeichnet das Arbeitsvermögen (zur Erzeugung einer Schließkraft erforderliche Energie) der Formschließeinheit. Die kinetische Energie C und das Arbeitsvermögen D der Formschließeinheit dienen als Energieindexwerte der Formschließeinheit.
Gleichung (4) lässt sich wie folgt angeben: $Ef = M + N,$
Dabei ist M die kinetische Energie der Formschließeinheit (Motor und Formschließvorrichtungsabschnitt) = 0,5 × I × ω²; I die Trägheit der Formschließeinheit ((Motor und Formschließvorrichtungsabschnitt); ω die Winkelgeschwindigkeit (einer Formschließgeschwindigkeit entsprechend) des Motors; N das Arbeitsvermögen der Formschließeinheit (zur Erzeugung einer Schließkraft erforderliche Energie) = K·X²/2 = F²/(2K); F die Schließkraft; K der Elastizitätsmodul des Formschließvorrichtungsabschnitts und X die Dehnung einer Säule während der Erzeugung der Schließkraft F.
Gleichung (2) ist also auch auf den Fall der Schließkraft anwendbar, und auf der Grundlage der Gleichungen (2) und (4) wird die erhöhte Spannung, die zum Liefern des Betrags der Schließenergie erforderlich ist, wie folgt erhalten: $V max = \sqrt{\frac{2 E_{f}}{C} + V {min}^{2}}$
Vor Beginn eines Formschließens wird die Spannung der Leistungsspeichereinheit auf den erhöhten Spannungswert angehoben, der nach Gleichung (5) erhalten wird, und während eines Formschließens wird die Motorantriebseinheit mit Strom aus der Leistungsspeichereinheit versorgt. Auf diese Weise kann die Menge gespeicherter Energie während des Formschließens verlustfrei verbraucht werden, und der Energieverlust in der Leistungsspeichereinheit kann niedrig gehalten bzw. unterbunden werden.
Die Schließkraft kann mittels einer an der Formschließeinheit angebrachten Schließkraft-Erfassungseinheit oder anhand eines erzeugten Moments oder Stromwerts des Formschließmotors erhalten werden.
Überdies sollte der Energieindexwert der Formschließeinheit vorzugsweise aus mindestens der Formschließgeschwindigkeit berechnet werden, die als Energieindexwert der Formschließeinheit dient. Außerdem dient die Schließkraft als Energieindexwert der Formschließeinheit. Ferner kann die für die Erzeugung der Schließkraft erforderliche Energie N auf einen festen Wert voreingestellt werden.
5 ist ein Ablaufplan, der einen Ablauf des Betriebs gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Es folgt eine Beschreibung von Ablaufschritten.
(Schritt SC1) Der Energieindexwert wird aus der Schließkraft berechnet.
(Schritt SC2) Die erhöhte Spannung wird aus dem Energieindexwert berechnet.
(Schritt SC3) Es wird bestimmt, ob ein Spannungserhöhungsintervall erreicht ist. Wenn das Spannungserhöhungsintervall erreicht ist (JA), geht die Verarbeitung zum Schritt SC4 weiter. Wenn nicht (NEIN), wird der Schritt SC3 wiederholt, bis das Spannungserhöhungsintervall erreicht ist.
(Schritt SC4) Die Spannung von der Leistungsversorgungseinheit wird auf die erhöhte Spannung angehoben.
(Schritt SC5) Das Formschließen wird durchgeführt.
(Schritt SC6) Es wird bestimmt, ob ein Zyklus beendet ist. Wenn der Zyklus beendet ist (JA), endet die Verarbeitung. Wenn nicht (NEIN), springt die Verarbeitung zum Schritt SC1 zurück.
(Dritte Ausführungsform)
Die vorliegende Ausführungsform ist ein Anwendungsbeispiel, bei dem die für ein Ausdrücken erforderliche Energie, damit ein Harz in einer Form durch einen Ausdrücker zusammengepresst wird, von einer Leistungsspeichereinheit zugeführt wird.
In diesem Fall sollte Gleichung (4) nur so umgeschrieben werden, dass anstelle der Formschließgeschwindigkeit eine Ausdrückergeschwindigkeit (Ausdrückgeschwindigkeit) eingesetzt wird, anstelle der Schließkraft F eine Ausdrückkraft eingesetzt wird und K der Elastizitätsmodul des Harzes ist. Das Symbol G bezeichnet die kinetische Energie einer Ausdrückereinheit (Motor und Vorrichtungsabschnitt). Das Symbol H bezeichnet das Arbeitsvermögen (zur Erzeugung einer Druckkraft erforderliche Energie) der Ausdrückereinheit. Die kinetische Energie G und das Arbeitsvermögen H der Ausdrückereinheit dienen als Energieindexwerte der Ausdrückereinheit.
Gleichung (6) lässt sich wie folgt angeben: $Ec = G + H,$
Dabei ist G die kinetische Energie der Ausdrückereinheit (Motor und Ausdrückervorrichtungsabschnitt) = 0,5 × I × ω²; I die Trägheit der Ausdrückereinheit (Motor und Ausdrückervorrichtungsabschnitt); ω die Winkelgeschwindigkeit (der Ausdrückgeschwindigkeit entsprechend) des Motors; H das Arbeitsvermögen der Ausdrückereinheit (zur Erzeugung der Druckkraft erforderliche Energie) = K·X²/2 = F²/(2K); F die Druckkraft; K der Elastizitätsmodul des Harzes und X der Grad der elastischen Verformung des Harzes während der Erzeugung der Druckkraft F.
Gleichung (2) ist auch auf den Fall der Ausdrückkraft anwendbar, und die erforderliche erhöhte Spannung kann auf der Grundlage der Gleichungen (2) und (6) auf die gleiche Weise wie im Fall der Schließkraft erhalten werden.
Die Ausdrückkraft kann mittels einer an der Ausdrückereinheit angebrachten Ausdrückkraft-Erfassungseinheit oder anhand eines erzeugten Moments oder Stromwerts des Ausdrücker-Motors erhalten werden.
Vorzugsweise sollte der Energieindexwert der Ausdrückereinheit aus mindestens der Ausdrückergeschwindigkeit berechnet werden, die als Energieindexwert der Ausdrückereinheit dient. Die Ausdrückkraft dient ebenfalls als Energieindexwert der Ausdrückereinheit. Ferner kann die für die Erzeugung der Ausdrückkraft erforderliche Energie auf einen festen Wert voreingestellt werden.
6 ist ein Ablaufplan, der einen Ablauf des Betriebs gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Es folgt eine Beschreibung von Ablaufschritten.
(Schritt SD1) Der Energieindexwert wird aus der Ausdrückkraft berechnet.
(Schritt SD2) Die erhöhte Spannung wird aus dem Energieindexwert berechnet.
(Schritt SD3) Es wird bestimmt, ob ein Spannungserhöhungsintervall erreicht ist. Wenn das Spannungserhöhungsintervall erreicht ist (JA), geht die Verarbeitung zum Schritt SD4 weiter. Wenn nicht (NEIN), wird der Schritt SD3 wiederholt, bis das Spannungserhöhungsintervall erreicht ist.
(Schritt SD4) Die Spannung von der Leistungsversorgungseinheit wird auf die erhöhte Spannung angehoben.
(Schritt SD5) Das Ausdrücken wird durchgeführt.
(Schritt SD6) Es wird bestimmt, ob ein Zyklus beendet ist. Wenn der Zyklus beendet ist (JA), endet die Verarbeitung. Wenn nicht (NEIN), springt die Verarbeitung zum Schritt SD1 zurück.
In jeder der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die erhöhte Spannung aus den einzeln erhaltenen Energieindexwerten der Spritzeinheit, Formschließeinheit und Ausdrückereinheit berechnet. Alternativ können die Energieindexwerte jedoch bei Verwendung mehrerer Spritzeinheit-, Formschließeinheit- und Ausdrückereinheit-Anteile erhalten werden.

Claims

Steuerung für eine Spritzgießmaschine, umfassend einen beweglichen Teil, einen Servomotor, der dafür ausgelegt ist, den beweglichen Teil anzutreiben, eine Antriebseinheit (22, 24, 26, 28), die dafür ausgelegt ist, den Servomotor zu steuern/anzutreiben, einen Leistungswandler (12), der dafür ausgelegt ist, eine Spannung von einer Leistungsversorgungseinheit (10) auf eine erhöhte Spannung anzuheben und die Antriebseinheit (22, 24, 26, 28) mit Strom zu versorgen, eine Leistungsspeichereinheit (16), die zwischen den Leistungswandler (12) und die Antriebseinheit (22, 24, 26, 28) geschaltet ist, wobei der Servomotor umfasst: eine Leistungswandler-Steuereinheit (14), die dafür ausgelegt ist, elektrische Leistung, die der Leistungsspeichereinheit (16) zugeführt wird, durch Ändern der erhöhten Spannung des Leistungswandlers (12) auf der Grundlage eines Energieindexwertes als ein Index der für eine Betätigung des beweglichen Teils mindestens erforderlichen Energie, zu ändern.
Steuerung für eine Spritzgießmaschine nach Anspruch 1, wobei der bewegliche Teil eine Spritzeinheit ist und der Energieindexwert mindestens ein Wert aus kinetischer Energie der Spritzeinheit, Geschwindigkeit der Spritzeinheit, Arbeitsvermögen der Spritzeinheit an einem Harz, Einspritzdruck, Einspritzweg und Volumen eines Formteils ist.
Steuerung für eine Spritzgießmaschine nach Anspruch 1, wobei der bewegliche Teil eine Formschließeinheit ist und der Energieindexwert mindestens ein Wert aus kinetischer Energie der Formschließeinheit, Geschwindigkeit der Formschließeinheit, Arbeitsvermögen der Formschließeinheit und Schließkraft ist.
Steuerung für eine Spritzgießmaschine nach Anspruch 1, wobei der bewegliche Teil eine Ausdrückereinheit ist und der Energieindexwert mindestens ein Wert aus kinetischer Energie der Ausdrückereinheit, Geschwindigkeit der Ausdrückereinheit, Arbeitsvermögen der Ausdrückereinheit und Ausdrückkraft ist.
Steuerung für eine Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Leistungswandler-Steuereinheit (14) dafür ausgelegt ist, die erhöhte Spannung auf der Grundlage eines Energieindexwertes und einer Kapazität der Leistungsspeichereinheit (16) zu ändern.