DE19843431A1 - Regeleinrichtung einer Spritzgießmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung einer Spritzgießmaschine, wobei zur digi­ talen Datenübertragung zwischen der Maschinensteuerung der Spritzgießmaschine und zumindest einem Servomotorregler für einen Servomotor ein Feldbussystem vorgesehen ist.

Solche Regeleinrichtungen von Spritzgießmaschinen sind bekannt und werden bei­ spielsweise zur Regelung von Spritzmotor und Dosiermotor einer elektrischen Spritz­ gießmaschine eingesetzt. Nachteilig an den Feldbussystemen, welche asynchrone, serielle Bussysteme darstellen, sind die variablen Durchlautzeiten der Daten, wobei die Durchlaufzeiten beispielsweise im Bereich von 300 µs schwanken können. Diese Schwankungsbreiten begrenzen aber die maximal erreichbaren Regelgenauigkeiten. Vor allem bei der Regelung des Einspritzvorganges kann eine höhere Regelgenauig­ keit erwünscht sein.

Prinzipiell wäre eine verbesserte Regelgenauigkeit erreichbar, indem die Datenüber­ tragung über einen Synchronbus durchgeführt wird. Auf diese Weise können zwar die variablen Laufzeiten ausgeschaltet werden, allerdings führt dies zu einer sehr auf­ wendigen und teuren Regeleinrichtung.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine kostengünstige Regeleinrichtung der eingangs genannten Art mit verbesserter Regelgenauigkeit bereitzustellen.

Erfindungsgemäß gelingt dies bei einer Regeleinrichtung der eingangs genannten Art dadurch, daß zwischen der Maschinensteuerung und zumindest einem Servomotor­ regler parallel zum Feldbus eine vom Feldbus getrennte Steuerleitung zur Übertragung von Sollwerten der Regelgröße an den Servomotorregler vorgesehen ist.

Über diese separate Steuerleitung kann der Sollwert der Regelgröße vorteilhafterweise in digitaler Form als impulsfrequenzmoduliertes oder impulsweitenmoduliertes Impuls­ signal übertragen werden. Da der Sollwert der Regelgröße die eigentliche zeitkritische Datengröße darstellt und da über die separate Steuerleitung keine Schwankungen der Durchlaufzeit auftreten, kann auf diese Weise eine Regelung mit einer sehr hohen Genauigkeit des Zeitverhaltens der Regelgröße erreicht werden. Die weniger zeitkriti­ schen Daten, wie Statusmeldungen, Istwertübergabe, Fehlermeldungen, Parametrie­ rungsdaten usw., werden dagegen wie bei den herkömmlichen Regeleinrichtungen über den Feldbus übertragen.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand der bei­ liegenden Zeichnung erläutert.

In dieser ist

Fig. 1 ein Schnitt durch die vertikale Längsmittelebene des Einspritzaggregates einer Spritzgießmaschine,

Fig. 2 die Draufsicht auf einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Darstellung der Kraftableitung des Antriebsmotors 1,

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Regeleinrichtung der Spritzgießmaschine
und

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Regelstrecke.

Das in Fig. 1 dargestellte Spritzaggregat ist mittels eines Kettentriebes 11 gegenüber einem Grundgerüst 12 in im Detail nicht dargestellter Weise verfahrbar, um an eine Spritzgießform herangeführt bzw. von dieser entfernt werden zu können. Granulierter Kunststoff ist über einen Aufgabetrichter 13 einer Plastifizierschnecke 2 zuführbar, welche in einem Plastifizierzylinder 14 drehbar und längsverschiebbar gelagert ist.

Zur Drehung der Plastifizierschnecke 2 dient der Antriebsmotor 1, welcher über eine Freilaufkupplung 6 (vgl. Fig. 4) mit der die Plastifizierschnecke 2 fortsetzenden Mehr­ nutwelle 7 verbunden ist. Während die Plastifizierschnecke 2 gedreht wird, kann sie sich also gegenüber dem Motor 1 nach rechts in Fig. 1 verschieben, da das vom An­ triebsmotor 1 angetriebene Zahnrad 5 drehfest, aber axial verschiebbar auf der Mehr­ nutwelle 7 sitzt. Während dieser Verschiebung wird durch den Motor 8 über die zuge­ hörige Kurbel 10 der Staudruck (in der Größenordnung von 5-10 bar) auf die Plastifi­ zierschnecke 2 aufgebracht.

Um nach Beendigung des Plastifiziervorganges mittels beider Motoren 1 und 8 bzw. über beide Schubstangen 4 und 9 (vgl. Fig. 2) die Plastifizierschnecke in die in Fig. 2 dargestellte vorderste Lage drücken zu können, ist der Abtrieb des Antriebsmotors 1, wie in Fig. 3 dargestellt, ausgebildet: die Verbindung zur Mehrnutwelle 7 erfolgt über eine Freilaufkupplung 6. Der Antriebsmotor 1 ist also in einer Drehrichtung dreh­ schlüssig mit der Mehrnutwelle 7 verbunden, in der anderen Drehrichtung von dieser gelöst. Die Verbindung des Antriebsmotors 1 mit dem Winkelgetriebe 3 erfolgt hin­ gegen über eine elektromagnetische Kupplung 15, welche aus- und eingeschaltet wer­ den kann, und über eine dauernd wirksame Metallbelagkupplung 16. Während des Plastifiziervorganges, wenn also der Antriebsmotor 1 mit der Mehrnutwelle 7 über mit­ einander kämmende Zahnräder in Angriff steht, ist die Kupplung 15 ausgeschaltet. Während des Einspritzvorganges wird die Drehrichtung des Antriebsmotors 1 umge­ kehrt. Dadurch wird der Freilauf 6 wirksam, so daß es zu keiner Drehung der Plastifi­ zierschnecke mehr kommt. Der Antriebsmotor 1 wird über die Kupplung 15 mit dem Winkelgetriebe 3 verbunden und bewegt die Schubstange 4 spiegelbildlich zur Schub­ stange 9 nach vorne.

Um während des Einspritzvorganges ein Verkanten der Plastifizierschnecke zu ver­ meiden, ist eine exakte winkelsynchrone Regelung der beiden Motoren 1, 8 erforder­ lich. Eine digitale Regeleinrichtung, über die dies ermöglicht wird, ist schematisch in Fig. 4 dargestellt.

Die digitale Maschinensteuerung 20 ist mit den digitalen Servomotorreglern 21, 22 über ein Feldbussystem verbunden, welches den Feldbus 23 und jeweils ein Interface 24, 25, 26 umfaßt. Als ein solcher Feldbus kommt beispielsweise der CAN-Bus in Frage, der in der ISO 11 898 international genormt ist. Da die Feldbusse asynchrone, serielle Busse sind, kommt es bei ihnen zu variablen Übertragungszeiten der Daten. Beispielsweise bei einem CAN-Bus liegen diese Variationen im Bereich von 300 µs.

Es sind daher zur Übertragung der Sollwerte der Regelgrößen an die Servomotorregler 21, 22 die digitalen Steuerleitungen 27, 28 vorgesehen. Die Regelgrößen können da­ bei die axiale Position der Schnecke 2 oder das Drehmoment der Antriebsmotoren sein. Die Regelgrößen werden von Einrichtungen 29, 30 der Maschinensteuerung in impulsfrequenzmodulierte Impulssignale umgesetzt und den als Inkrementalgeber­ eingängen ausgebildeten Eingängen 31, 32 den Servomotorreglern zugeführt. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, sind diesen Eingängen Zähler 33 zugeordnet, welche die in einer bestimmten Zeit eingehende Anzahl der Impulse zählen. Diese Anzahl der Impulse ist ein direktes Maß für den Sollwert der Regelgröße. Es ist auch möglich, anstelle von Zählern 33 eine andere Fequenzmeßeinrichtung vorzusehen, welche die Frequenz aus der Dauer einer Periode des frequenzmodulierten Signals bestimmt.

Diese Regelgröße wird über ein Regelglied 34, in dem die Sprungantwort des Systems berücksichtigt wird, einem Regelknoten 35 zugeführt, dem weiters der Istwert 36 der Regelgröße zugeführt wird. Aus der Regeldifferenz wird im Regelglied 37 ein Sollwert für die Drehzahl gebildet. Über einen Vergleich mit dem Istwert 38 der Drehzahl wird im Regelknoten 45 die Regelgröße 39 für die Drehzahl gebildet.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, werden die Istwerte der Lage und der Drehzahl über die Istwert-Geber 40, 41 bestimmt, die den Veränderungen der Winkelpositionen der Motoren 1, 8 entsprechende Anzahlen von Impulsen ausgeben, welchen Zählern 42, 43 der Motorregler 21, 22 zugeführt werden.

Anstelle von impulsfrequenzmodulierten Impulssignalen können von den Einrichtungen 29, 30 der Maschinensteuerung auch impulsweitenmodulierte Impulssignale ausge­ geben werden, bei denen die Regelgröße über das Verhältnis zwischen On- und Off­ zeiten des Impulssignals bestimmt ist. Den Eingängen 31, 32 der Servomotorregler 21, 22 sind in diesem Fall anstelle der Zähler Zeitmeßeinrichtungen zugeordnet, welche beispielsweise die Dauer der jeweiligen On-Zeit des Impulses messen.

Prinzipiell wäre es auch möglich, die Sollwerte der Regelgrößen in analoger Form über die separaten Steuerleitungen 27, 28 zu übertragen, wobei dann an den Eingängen 31, 32 der Servomotorregler 21, 22 Analog-Digitalwandler vorgesehen sein können.

Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung kann auch bei anderen als der gezeigten Spritzgießmaschine eingesetzt werden, wenn beispielsweise nur ein einzelner Ein­ spritzmotor vorgesehen ist.

Claims (16)

1. Regeleinrichtung einer Spritzgießmaschine, wobei zur digitalen Datenübertragung zwischen der Maschinensteuerung der Spritzgießmaschine und zumindest einem Servomotorregler für einen Servomotor ein Feldbussystem vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Maschinensteuerung (20) und zumin­ dest einem Servomotorregler (21, 22) parallel zum Feldbus (23) eine vom Feldbus (23) getrennte Steuerleitung zur Übertragung von Sollwerten der Regelgröße an den Servomotorregler (21, 22) vorgesehen ist.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer­ leitung (27, 28) zur Übertragung der Sollwerte der Regelgröße mit einem digitalen Signal beaufschlagt ist.

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschinen­ steuerung (20) eine Einrichtung (29, 30) zur Ausgabe eines den Sollwert der Regelgröße kennzeichnenden impulsfrequenzmodulierten Digitalsignals an die Steuerleitung (27, 28) aufweist.

4. Regeleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer­ leitung (27, 28) mit einem Inkrementalgebereingang (31, 32) des Servomotorreg­ lers (21, 22) verbunden ist.

5. Regeleinrichtung nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Servomotorregler (21, 22) einen Zähler (33) zur Bestimmung der über die Steuerleitung (27, 28) übertragenen Impulse pro Zeiteinheit aufweist.

6. Regeleinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ser­ vomotorregler (21, 22) eine Frequenzmeßeinrichtung aufweist, welche die Frequenz des frequenzmodulierten Signals aus der Messung der Periodendauer bestimmt.

7. Regeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschinen­ steuerung (20) eine Einrichtung zur Ausgabe eines den Sollwert der Regelgröße kennzeichnenden impulsweitenmodulierten Impulssignals an die Steuerleitung (27, 28) aufweist.

8. Regeleinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Servomotor­ regler (21, 22) eine mit der Steuerleitung (27, 28) verbundene Zeitmeßeinrichtung zur Bestimmung der Impulsweiten der über die Steuerleitung (27, 28) übertrage­ nen Impulse aufweist.

9. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzgießmaschine zwei auf die gleiche Achse wirkende Servomotoren (1, 8) zur Einspritzung des plastifizierten Kunststoffes aufweist, die beide über den Feld­ bus (23) mit der Maschinensteuerung (20) verbunden sind, wobei zur winkel­ synchronen Gleichlaufregelung der beiden Servomotoren (1, 8) für beide Servo­ motoren (1, 8) jeweils eine vom Feldbus (23) getrennte Steuerleitung (27, 28) zur Übertragung der Sollwerte der Regelgröße an die Servomotorregler (21, 22) vor­ gesehen ist.

10. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelgröße die axiale Position der Schnecke (2) ist.

11. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelgröße das Drehmoment des jeweiligen Servomotors (1, 8) ist.

12. Verfahren zur Regelung einer Spritzgießmaschine, wobei zwischen der Maschi­ nensteuerung der Spritzgießmaschine und zumindest einem Servomotorregler digitale Daten über ein Feldbussystem übertragen werden, dadurch gekennzeich­ net, daß Sollwerte der Regelgröße über eine vom Feldbus (23) getrennte Steuer­ leitung (27, 28) von der Maschinensteuerung (20) an diesen Servomotorregler (21, 22), vorzugsweise in digitaler Form, übertragen werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwerte der Regelgröße als digitales impulsfrequenzmoduliertes Impulssignal über die Steuer­ leitung (27, 28) an den Servomotorregler (21, 22) übertragen werden.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwerte der Regelgröße als digitales impulsweitenmoduliertes Impulssignal über die Steuer­ leitung (27, 28) an den Servomotorregler (21, 22) übertragen werden.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur winkelsynchronen Gleichlaufregelung von zwei auf die gleiche Achse wirkenden Servomotoren (1, 8), die beide über den Feldbus (23) mit der Maschinensteuerung (20) verbunden sind, an beide Servomotorregler (21, 22) die Sollwerte der Regel­ größe über jeweils eine vom Feldbus (23) getrennte digitale Steuerleitung (27, 28) übertragen werden.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß an beide Servomotor­ regler (21, 22) die gleichen Regelgrößen übertragen werden.