DE19603251C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben des hydraulischen Betriebssystems einer Kunststoffverarbeitungsmaschine - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben des hydraulischen Betriebssystems einer Kunststoffverarbeitungsmaschine

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    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/17—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/76—Measuring, controlling or regulating
    • B29C45/82—Hydraulic or pneumatic circuits
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    • B29C45/76—Measuring, controlling or regulating
    • B29C45/78—Measuring, controlling or regulating of temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B21/00—Common features of fluid actuator systems; Fluid-pressure actuator systems or details thereof, not covered by any other group of this subclass
    • F15B21/04—Special measures taken in connection with the properties of the fluid
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben des hydraulischen Betriebssystems einer Kunststoffverarbeitungsmaschine, insbesondere einer Spritzgießmaschine, mit
  • - mindestens einer Hydraulik-Pumpe, die von einem Elektromotor angetrieben wird,
  • - mindestens einem Hydraulikantrieb,
  • - einem hydraulischen Leitungsnetz, das Hydraulik-Pumpe und Hydrau­ likantriebe verbindet, und
  • - einer Maschinensteuerung.
Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Hydraulische Betriebssysteme für Kunststoffverarbeitungsmaschinen weisen neben anderen Komponenten mindestens eine Hydraulik-Pumpe auf, die Hydraulik-Öl aus einem Tank ansaugt und unter Druck setzt, sowie hydraulische Antriebe (z. B. Schneckenantriebe für Extruder oder Schließ- oder Spritzzylinder von Kolben-Zylinder-Systemen), die mit dem unter Druck stehenden Öl versorgt werden.
Solche hydraulischen Betriebssysteme gemäß dem eingangs genannten Oberbegriff sind beispielsweise aus der DE 31 19 095 A1 und der DE 42 26 893 A1 bekannt.
Werden die Hydraulik-Pumpen von einem drehzahlgeregelten Elektro­ motor angetrieben, ergibt sich die Aufgabe, die minimal geforderte Ölmenge pro Zeit (für kleine Stellbewegungen bzw. Geschwindigkeiten) bei hohem Druck möglichst gering zu halten; idealerweise soll dabei ein Volumenstrom Q nahe Null erzielt werden. Die - technisch machbare - Grenze des minimalen Volumenstroms wird durch die inneren Verlustströme der Pumpe in Abhängigkeit des Druckes vorgegeben. Die inneren Leckströme der Pumpe werden dabei bei geringsten Förderströmen und hohen Drücken unverhältnismäßig groß. Dies führt unweigerlich zu einer Temperaturerhöhung in der Pumpe, die bis zu mehreren °C pro Pumpen-Umdrehung betragen kann. Da die zulässige Erwärmung der Pumpe und damit des Öls begrenzt ist, müssen Mindest- Volumenströme im hydraulischen System der Kunststoffverarbeitungs­ maschine vorgesehen werden. Für einige Verbraucher können diese Mindest-Ströme jedoch noch zu hoch sein. In diesen Fällen müssen die - noch zu großen - Volumenströme aufgeteilt und teilweise wieder zum Öltank zurückgeführt werden. Dies bedingt ein unwirtschaftliches, weil bauteil- und energieaufwendiges Verfahren.
Aus der EP 0 300 053 A1 ist ein Verfahren bekannt, mit dem die Überhitzung eines Einspritzmotors verhindert werden soll. Dabei wird der Motorstrom aufgenommen und ausgewertet. Die Auswertung stellt dabei auf die Produktbildung von gemessenen Strömen über gemessene Zeiten und den Vergleich mit vorgegebenen Werten ab. Gegebenenfalls werden Ruhezeiten für den Motor vorgegeben, wenn Überhitzung zu befürchten ist.
Die EP 0273 981 A1 beschäftigt sich ebenfalls mit der Verhinderung der Überhitzung des Motors beim Spritzgießen. Hier wird vorgesehen, daß Integralwerte für den Strom gebildet werden, die mit vorgegebenen Werten verglichen werden, die bei gleichförmigem Stromverlauf auftreten.
Hinweise auf die dargestellte Problematik der Temperaturerhöhung in der Hydraulikpumpe finden sich in beiden Schriften nicht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zu schaffen, die die oben genannten Nachteile vermeidet. Es sollen also auch kleinste Volumenströme der Hydraulik-Pumpe ermöglicht werden, ohne daß es Stromteiler und einer energetisch ungünstigen Betriebsweise bedarf.
Die Lösung der Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
  • - daß die Temperatur (T) der Hydraulikpumpe (1) erfaßt und als Temperatursignal der Maschinensteuerung (7) zugeführt wird und
  • - daß die Maschinensteuerung (7) bei Überschreitung eines maximal zulässigen Temperaturwertes (Tmax) veranlaßt, daß ein Signal an den Elektromotor (2) und/oder an die Hydraulik- Pumpe (1) gegeben wird, der zu einem anderen Betriebszustand von Elektromotor (2) und/oder Hydraulik-Pumpe (1) führt.
Die Temperatur der Hydraulik-Pumpe wird also erfaßt und der Maschinensteuerung rückgemeldet. Statt an die Maschinensteuerung selber kann die Temperatur auch direkt an den Umrichter des drehzahlgeregelten Motors rückgemeldet werden, der mit der Maschinensteuerung verbunden ist. Wird ein zu hoher Temperatur-Wert registriert, übel die Maschinensteuerung bzw. der Umrichter den Antriebsmotor und/oder die Pumpe in einen anderen - nicht mehr gefährdenden - Betriebszustand. Vorteilhafterweise wird mit der Überwachung der Temperatur der Pumpe erreicht, daß ohne Gefahr für die Pumpe minimale Öl-Volumenströme von der Pumpe an die Verbraucher abgegeben werden können, solange die vorgegebene, maximal zulässige Pumpen-Temperatur nicht überschritten wird.
Gemäß einer ersten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Elektromotor (2) mit variabler Drehzahl betrieben wird.
Die anderen Betriebszustände, in die das System bei zu hoher Temperatur überführt wird, können sein:
  • - Der Elektromotor (2) wird zum Stillstand gebracht.
  • - Die Hydraulik-Pumpe (1) baut einen geringeren Druck (p) auf.
  • - Die Hydraulik-Pumpe (1) fördert einen größeren Hydraulik- Volumenstrom (Q).
  • - Die Hydraulik-Pumpe (1) fördert einen geringen Hydraulik- Volumenstrom (Q) bei großen Drücken (p).
Besonders effizient kann das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden, wenn die zulässige maximale Temperatur (Tmax) als solche oder diese in Abhängigkeit
  • - von der Drehzahl (n) und/oder
  • - vom Druck (p) und/oder
  • - vom Hydraulik-Volumenstrom (Q)
der Hydraulik-Pumpe (1) in einem Speichermittel (8) hinterlegt ist, auf das die Maschinensteuerung (7) zugreifen kann, wobei die jeweils benötigten Parameter (n, p, Q) an der Hydraulik-Pumpe (1) und/oder am Elektromotor (2) ermittelt und der Maschinensteuerung (7) zugeführt werden.
Es kann also vorgesehen werden, daß in einem - separaten oder in die Maschinensteuerung integrierten - Speichermittel das Kennfeld des Leckageverhaltens der Pumpe als Funktion der Antriebsdrehzahl, des Pumpendruckes und/oder des Volumenstroms hinterlegt ist, so daß für jeden Betriebszustand die maximal zulässige Temperatur abrufbar ist und für einen Vergleich mit der gemessenen Temperatur zur Verfügung steht.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist
  • - mindestens eine Hydraulik-Pumpe (1), die von einem Elektromotor (2) angetrieben wird, der vorzugsweise mit variabler Drehzahl betrieben werden kann,
  • - mindestens einen Hydraulikantrieb (3, 4, 5),
  • - ein hydraulisches Leitungsnetz (6), das Hydraulik-Pumpe (1) und Hydraulikantriebe (3, 4, 5) verbindet, und
  • - eine Maschinensteuerung (7)
auf. Sie ist gekennzeichnet durch
  • - einen Temperatursensor (9), der die Temperatur (T) der Hydraulik-Pumpe (1) erfaßt und sein Temperatursignal der Maschinensteuerung (7) zuführt, und
  • - Signalmittel (10), die bei Überschreitung eines maximal zulässigen Temperaturwertes (Tmax) veranlassen, daß von der Maschinensteuerung (7) ein Signal an den Elektromotor (2) und/oder an die Hydraulik-Pumpe (1) gegeben wird, das zu einem anderen Betriebszustand von Elektromotor (2) und/oder Hydraulik-Pumpe (1) führt.
Auch hier ist wieder zu erwähnen, daß die Funktion, die hierbei die Maschinensteuerung ausübt, auch direkt vom Umrichter des Antriebsmotors ausgeführt werden kann.
Gemäß einer Weiterbildung ist die Vorrichtung ausgestattet mit Speichermitteln (8), in denen mindestens eine maximal zulässige Temperatur (Tmax), vorzugsweise in Abhängigkeit
  • - von der Drehzahl (n) und/oder
  • - vom Druck (p) und/oder
  • - vom Hydraulik-Volumenstrom (Q)
der Hydraulik-Pumpe (1) hinterlegt ist, wobei das Speichermittel (8) in Verbindung mit der Maschinensteuerung (7) steht.
Weiterhin können Sensormittel (11) vorgesehen sein, die die Betriebsparameter (n, p, Q) an der Hydraulik-Pumpe (1) und/oder am Elektromotor (2) ermitteln und die Signale der Maschinensteuerung (7) zuführen.
Die Hydraulik-Pumpe (1) kann dabei als Innenzahnradpumpe oder als Stetig- bzw. Konstantförderpumpe ausgeführt sein. Der Elektromotor (2) kann ein vektorgeregelter Drehstromkurzschlußläufermotor, ein frequenzgeregelter Drehstromkurzschlußläufermotor oder ein Drehstrom­ servomotor sein.
In der Zeichnung ist ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel dargestellt. Die - einzige - Figur zeigt schematisch das hydraulische Betriebssystem einer Spritzgießmaschine.
Das hydraulische Betriebssystem der Spritzgießmaschine weist eine Hydraulik-Pumpe 1 auf, die von einem Elektromotor 2 angetrieben wird. Pumpe 1 und Motor 2 sind über eine Kupplung miteinander verbunden. Bei der Pumpe 1 kann es sich sich um eine Konstantpumpe handeln, um eine Pumpe also, in die selber nicht eingegriffen wird, um Fördermenge und Druck zu variieren. Alternativ dazu ist es aber auch möglich, daß die Pumpe hinsichtlich ihrer Leistungsdaten regelbar ist, z. B. was den Druckaufbau p und die Fördermenge Q anbelangt. Der Elektromotor 2 ist in seiner Drehzahl regelbar. Die Drehzahlregelung des Motors wird durch einen - nicht dargestellten - Umrichter bewerkstelligt.
Das unter dem Druck p stehende Hydrauliköl gelangt mit dem Fördervolumenstrom Q von der Pumpe 1 zu den Hydraulikantrieben 3, 4 und 5. Bei diesen handelt es sich um eine hydraulische Schließeinheit der Spritzgießmaschine, um einen Drehantrieb der Extruderschnecke und um ein hydraulisches Spritzaggregat. Das hydraulische Leitungsnetz 6 verbindet Pumpe 1 und Verbraucher 3, 4 und 5. Die jeweilige Betriebsart der einzelnen Verbraucher 3, 4 und 5 wird durch Wegeventile 12, 13 und 14 bestimmt, die von der Maschinensteuerung 7 betätigt werden, was nicht näher skizziert ist.
Wenn die Pumpe mehr Hydrauliköl fördert, als von den Verbrauchern 3, 4 und 5 benötigt wird, fließt das überschüssige Öl in den Öltank zurück. Hierfür ist ein Druckregelventil 15 vorgesehen, das den Ölrücktritt in den Tank regelt.
Hydraulik-Pumpe 1 und Elektromotor 2 stehen mit der Maschinen­ steuerung 7 in Verbindung. Der Pumpe 1 können dabei seitens der Steuerung 7 Stellwerte vorgegeben werden, die den Druck p oder die Fördermenge Q beeinflussen. Andererseits wird durch die Steuerung 7 dem Motor 2 vorgegeben, mit welcher Drehzahl n er die Pumpe 1 antreiben soll. Sensormittel 11 - angebracht sowohl an Motor 2 und Pumpe 1 - melden die Ist-Werte der Steuerung 7 zurück, so daß eine Beeinflussung (Regelung) dieser Parameter möglich ist.
Weiterhin befindet sich ein Temperatursensor 9 an der Hydraulik-Pumpe 1. Dieser meldet der Steuerung 7 die aktuelle Temperatur T der Pumpe bzw. des in ihr befindlichen Öls. Mit der Maschinensteuerung 7 verbunden ist ein Speichermittel 8; es kann natürlich auch in die Steuerung 7 integriert sein. Im Speichermittel 8 ist das Kennlinienfeld für die maximal zulässige Pumpentemperatur Tmax abgelegt. D. h. der funktionelle Zusammenhang zwischen Maximaltemperatur und Pumpen- bzw. Motordrehzahl n, Pumpendruck p und/oder Pumpenvolumenstrom Q ist im Speicher 8 in geeigneter Form abgelegt.
Im Betrieb der Spritzgießmaschine wird nun die Temperatur T der Pumpe 1 mittels des Temperatursensors 9 erfaßt und der Maschinensteuerung 7 übermittelt. Die Steuerung, die Zugriff auf die im Speichermittel 8 hinterlegten zulässigen Maximaltemperaturen hat, vergleicht den aktuellen Temperaturwert mit dem zulässigen Wert unter Berücksichtigung der vorliegenden Betriebsparameter n, p und Q. Wird eine zu hohe Temperatur festgestellt (T < Tmax), veranlaßt die Maschinensteuerung 7 das Verlassen des vorliegenden Betriebszustandes und das Überführen auf einen anderen Betriebszustand, bei dem die kritischen Temperaturwerte noch nicht überschritten sind. Diese anderen Betriebszustände können dadurch gekennzeichnet sein,
  • - daß der Elektromotor 1 zum Stillstand gebracht wird,
  • - daß die Pumpe einen geringeren Druck aufbaut und/oder
  • - daß die Pumpe einen größeren Volumenstrom fördert.
Dieses erfindungsgemäße Vorgehen ist namentlich dann notwendig bzw. sinnvoll und vorteilhaft, wenn sehr kleine Volumenströme Q bei großen Drücken p gefördert werden sollen.
Die regelungstechnische Verarbeitung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt vorteilhafterweise so, daß ein Signalmittel 10 vorgesehen ist, das die aktuelle Temperatur T der Pumpe 1 überwacht und mit den - aus dem Speichermittel 8 stammenden - zulässigen Werten vergleicht. Beim Überschreiten des maximal zulässigen Temperatur­ wertes Tmax veranlaßt das Signalmittel 10 die Maschinensteuerung 7, daß dem Elektromotor 2 und/oder der Pumpe 1 entsprechend modifizierte Betriebsdaten als Soll-Werte vorgegeben werden.
Wie bereits erwähnt, kann es sinnvoll sein, die regelungstechnische Verarbeitung direkt in den - nicht dargestellten - Umrichter des Elektromotors 2 zu integrieren, so daß das erfindungsgemäße Verfahren direkt vom Umrichter - ohne Beaufschlagung der Maschinensteuerung 7 - durchgeführt wird; der Umrichter übernimmt dann also die Überwachung der Pumpentemperatur T und veranlaßt ggf. einen anderen Betriebszustand.
Bezugszeichenliste
1 Hydraulik-Pumpe
2 Elektromotor
3, 4, 5 Hydraulikantriebe
6 hydraulisches Leitungsnetz
7 Maschinensteuerung
8 Speichermittel
9 Temperatursensor
10 Signalmittel
11 Sensormittel
12, 13, 14 Wegeventile
15 Druckregelventil
T Temperatur der Hydraulik-Pumpe 1
Tmax maximal zulässiger Temperaturwert
p Druck der Hydraulik-Pumpe 1
Q Hydraulik-Volumenstrom der Hydraulik-Pumpe 1
n Drehzahl der Hydraulik-Pumpe 1

Claims (20)

1. Verfahren zum Betreiben des hydraulischen Betriebssystems einer Kunststoffverarbeitungsmaschine, insbesondere einer Spritzgießmaschi­ ne, mit
  • - mindestens einer Hydraulik-Pumpe (1), die von einem Elektromotor (2) angetrieben wird,
  • - mindestens einem Hydraulikantrieb (3, 4, 5),
  • - einem hydraulischen Leitungsnetz (6), das Hydraulik-Pumpe (1) und Hydraulikantriebe (3, 4, 5) verbindet, und
  • - einer Maschinensteuerung (7),
dadurch gekennzeichnet,
daß die Temperatur (T) der Hydraulikpumpe (1) erfaßt und als Temperatursignal der Maschinensteuerung (7) zugeführt wird und
daß die Maschinensteuerung (7) bei Überschreitung eines maximal zulässigen Temperaturwertes (Tmax) veranlaßt, daß ein Signal an den Elektromotor (2) und/oder an die Hydraulik-Pumpe (1) gegeben wird, der zu einem anderen Betriebszustand von Elektromotor (2) und/oder Hydraulik-Pumpe (1) führt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (2) mit variabler Drehzahl betrieben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal veranlaßt, daß der Elektromotor (2) zum Stillstand gebracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal veranlaßt, daß die Hydraulik-Pumpe (1) einen geringeren Druck (p) aufbaut.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal veranlaßt, daß die Hydraulik-Pumpe (1) einen größeren Hydraulik-Volumenstrom (Q) fördert.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal veranlaßt, daß die Hydraulik-Pumpe (1) einen geringen Hydraulik- Volumenstrom (Q) bei großen Drücken (p) fördert.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zulässige maximale Temperatur (Tmax) als solche oder diese in Abhängigkeit
  • - von der Drehzahl (n) und/oder
  • - vom Druck (p) und/oder
  • - vom Hydraulik-Volumenstrom (Q)
der Hydraulik-Pumpe (1) in einem Speichermittel (8) hinterlegt ist, auf das die Maschinensteuerung (7) zugreifen kann,
wobei die jeweils benötigten Parameter (n, p, Q) an der Hydraulik- Pumpe (1) und/oder am Elektromotor (2) ermittelt und der Maschinensteuerung (7) zugeführt werden.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, die aufweist:
  • - mindestens eine Hydraulik-Pumpe (1), die von einem Elektromotor (2) angetrieben wird, der vorzugsweise mit variabler Drehzahl betrieben werden kann,
  • - mindestens einen Hydraulikantrieb (3, 4, 5),
  • - ein hydraulisches Leitungsnetz (6), das Hydraulik-Pumpe (1) und Hydraulikantriebe (3, 4, 5) verbindet, und
  • - eine Maschinensteuerung (7),
gekennzeichnet durch
einen Temperatursensor (9), der die Temperatur (T) der Hydraulik- Pumpe (1) erfaßt und sein Temperatursignal der Maschinensteuerung (7) zuführt, und
Signalmittel (10), die bei Überschreitung eines maximal zulässigen Temperaturwertes (Tmax) veranlassen, daß von der Maschinensteuerung (7) ein Signal an den Elektromotor (2) und/oder an die Hydraulik-Pumpe (1) gegeben wird, das zu einem anderen Betriebszustand von Elektromotor (2) und/oder Hydraulik-Pumpe (1) führt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Speichermittel (8), in denen mindestens eine maximal zulässige Temperatur (Tmax) der Hydraulik-Pumpe (1) hinterlegt ist, wobei das Speichermittel (8) in Verbindung mit der Maschinensteuerung (7) steht.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine maximal zulässige Temperatur (Tmax) in Abhängigkeit
  • - von der Drehzahl (n) und/oder
  • - vom Druck (p) und/oder
  • - vom Hydraulik-Volumenstrom (Q)
der Hydraulik-Pumpe (1) hinterlegt ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet durch Sensormittel (11), die die Betriebsparameter (n, p, Q) an der Hydraulik-Pumpe (1) und/oder am Elektromotor (2) ermitteln und die Signale der Maschinensteuerung (7) zuführen.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulik-Pumpe (1) eine Innenzahnradpumpe ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulik-Pumpe (1) eine Konststant­ förderpumpe ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (2) ein vektorgeregelter Drehstromkurzschlußläufermotor ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (2) ein frequenzgeregelter Drehstromkurzschlußläufermotor ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (2) ein Drehstromservomotor ist.
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