DE19848681A1 - Auswerfer für eine Spritzgießmaschine - Google Patents

Abstract

Der Auswerfer arbeitet mit einem preisgünstigen Asynchronmotor (2) kleiner Baugröße, in dessen Hohlwelle ein Getriebe integriert ist. Letzteres besteht aus einer in der Hohlwelle axial festgelegten Spindelmutter und einer zugehörigen Spindel, die einen linear hin und her bewegbaren Stößel (5) antreibt. Letzterer steuert einen Wegpunktsensor (6) an, der mit einem digitalen Steuerrechner (7) verbunden ist. Der Steuerrechner (7) liefert Steuerparameter an einen Frequenzumrichter (9), der die Versorgungsfrequenz des Asynchronmotors (2) bestimmt. Bei Ansteuerung des Wegpunktsensors (6) wird die Versorgungsfrequenz des Asynchronmotors entlag eines vorgewählten Frequenz-Zeit-Verlaufs heruntergefahren. Der Stößel (5) gelangt dabei in eine vorgegebene Endposition.

Description

Die Erfindung betrifft einen Auswerfer für eine Spritz­ gießmaschine mit

• - einem Elektromotor,
• - einer Steuereinrichtung für den Elektromotor,
• - einem an den Elektromotor angeschlossenen Getriebe und
• - einem an das Getriebe angeschlossenen, linear hin und her bewegbaren Stößel.

Kunststoff-Spritzgießmaschinen müssen eine Vielzahl von Bewegungsfunktionen erfüllen. Die Form muß geschlossen wer­ den, woraufhin der Schließdruck aufgebaut wird; die Schnecke muß gedreht werden, um den Kunststoff zu plastifizieren; die Schnecke muß vorgeschoben werden, um den Kunststoff einzu­ spritzen; nach erfolgter Abkühlung muß die Form wieder ge­ öffnet werden, woraufhin das fertige Formstück ausgestoßen wird. Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, sämtliche Bewe­ gungsabläufe hydraulisch anzutreiben. Allerdings ergeben sich dann Schwierigkeiten, mehrere voneinander unabhängige Bewegungsabläufe gleichzeitig durchzuführen, wie es zur Ver­ kürzung der Taktzeiten angestrebt wird. Aus diesen Gründen ist man dazu übergegangen, den Antrieb des Auswerfers vom hydraulischen System abzukoppeln und elektrisch zu betäti­ gen.

Da die Bewegung des Auswerfers relativ präzise gesteuert werden muß, hat man als Antrieb bisher Servomotoren (Schrittmotoren) eingesetzt. Diese sind an Präzision nicht zu überbieten. Allerdings sind die bisher üblicherweise ver­ wendeten Kombinationen aus Servomotor und aufgesetztem Ge­ triebe sehr teuer und vor allen Dingen sehr platzaufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Auswerfer der eingangs genannten Art wirtschaftlicher und platzgünsti­ ger zu gestalten.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der eingangs genannte Aus­ werfer erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Elektromotor als Asynchronmotor ausgebildet ist und eine Hohlwelle aufweist,
• - daß das Getriebe eine im Inneren der Hohlwelle ange­ ordnete, axial festgelegte Spindelmutter und eine von der Spindelmutter antreibbare Spindel aufweist, welche mit dem Stößel verbunden ist, und
• - daß im Wege eines der linear bewegbaren Elemente min­ destens ein mit der Steuereinrichtung für den Asynchronmotor verbundener Wegpunktsensor angeordnet ist, der bei seinem Ansprechen ein Herunterfahren der Versorgungsfrequenz des Asynchronmotors entlang eines vorgewählten Frequenz-Zeit- Verlaufs auslöst, wodurch eine exakte Positionierung er­ reicht wird.

Ein Asynchronmotor ist wesentlich preisgünstiger als ein Servomotor. Hinzu kommt, daß erfindungsgemäß das Getriebe in den Asynchronmotor integriert ist. Dadurch ist die gesamte Konstruktion weniger platzaufwendig. Die Hohlwelle des Asyn­ chronmotors treibt die Spindelmutter an, die axial ortsfest gehalten wird und ihrerseits über die Spindel den Stößel des Auswerfers exakt linear hin und her bewegt. Insgesamt ergibt sich ein vergleichsweise sehr geringer Platzbedarf, der durchaus eine Rück-Annäherung an ursprünglich eingesetzte hydraulische Auswerfer bedeutet.

Gegen den Einsatz eines kostengünstigen Asynchronmotors sprach bisher die konzeptionsgemäß geringere Exaktheit sei­ ner Bewegungssteuerung. Asynchronmotoren funktionieren nur mit einem Schlupf zwischen der Versorgungsfrequenz und der gelieferten Drehzahl. Außerdem ist ein Nachlauf aufgrund der gespeicherten Bewegungsenergie unvermeidbar. Mit der erfin­ dungsgemäßen Steuerung läßt sich jeglicher Nachlauf soweit reduzieren, daß der Asynchronmotor die exakte Arbeitsweise eines Servomotors weitestgehend annähert.

Der Wegpunktsensor fixiert einen Punkt auf dem Bewe­ gungsweg des Auswerfers in Auswerfrichtung. Von diesem Punkt an wird die Versorgungsfrequenz des Asynchronmotors herun­ tergefahren, mit der Folge, daß sich die Drehzahl des Asyn­ chronmotors fortschreitend vermindert. Der Punkt des Still­ stands des Asynchronmotors läßt sich auf diese Weise sehr exakt fixieren, und zwar derart, daß das Formteil mit Si­ cherheit ausgestoßen wird, ohne daß der Auswerfer anschlie­ ßend hieran unnötige Wege zurücklegt. Dabei läßt sich der Frequenz-Zeit-Verlauf vorwählen und an die jeweiligen Gege­ benheiten anpassen.

So kann der Frequenz-Zeit-Verlauf einer linearen Rampe folgen. Abweichende Kurvenverläufe sind gleichermaßen mög­ lich. Zusätzlich läßt sich auch diejenige Versorgungsfre­ quenz des Asynchronmotors, d. h., diejenige Geschwindigkeit des Aufwerfers vorwählen, mit der der Stößel auf das Werk­ stück auftreffen soll. Dabei kann die Vorlauf-Linearge­ schwindigkeit des Stößels geändert werden, ohne den einge­ stellten Wegpunkt für den Beginn des Herunterfahrens der Frequenz verstellen zu müssen. Die Steuereinrichtung ändert dann den Frequenz-Zeit-Verlauf derart, daß dennoch (trotz der geänderten Vorlaufgeschwindigkeit) der ursprüngliche Stillstandspunkt des Auswerfers erreicht wird.

Je nach Wahl des Frequenz-Zeit-Verlaufs kann mit einer Mehrzahl von Wegpunktsensoren gearbeitet werden. Besonders vorteilhaft ist es, die Steuereinrichtung für den Asynchron­ motor mit mindestens einem Endpunktsensor zu koppeln. Man legt dann die Kurve des Frequenz-Zeit-Verlaufs derart, daß der Endpunktsensor angesteuert wird, bevor die Kurve die Nullinie durchläuft. Nach Ansteuern des Endpunktsensors ist praktisch kein Nachlauf des Asynchronmotors feststellbar.

Der Endpunktsensor bewirkt, daß der Asynchronmotor nach Beendigung des Auswerfens seine Drehrichtung umkehrt und den Stößel in die entgegengesetzte Endlage zurückfährt. Auch hier wird man einen Endpunktsensor vorsehen. Ferner besteht die Möglichkeit, auch hier mit mindestens einem zusätzlichen Wegpunktsensor zu arbeiten, der den Asynchronmotor mit er­ höhter Genauigkeit in der gewünschten Endstellung des Stößels zum Stillstand bringt.

In wesentlicher Weiterbildung der Erfindung wird vorge­ schlagen, daß die maximale Stromaufnahme des Asynchronmotors begrenzbar ist. Wenn sich der Widerstand, gegen den der Asynchronmotor arbeitet, erhöht, nimmt der Schlupf zu, und zwar mit der Folge, daß auch die Stromaufnahme des Asyn­ chronmotors und damit dessen Drehmoment ansteigt. Durch Be­ grenzung der maximalen Stromaufnahme läßt sich also das ma­ ximale Drehmoment des Asynchronmotors begrenzen. Läuft der Auswerfer auf ein Hindernis auf, so steigt das Drehmoment bis auf den Maximalwert an, woraufhin der Asynchronmotor zum Stillstand kommt. Dadurch vermindert sich sein Drehmoment auf einen Minimalwert. Über die Begrenzung der Stromaufnahme ist also die Ausstoßkraft des Stößels regulierbar und an die Belastbarkeit des Formstücks anpaßbar. In Verbindung mit der Steuerung der Versorgungsfrequenz des Asynchronmotors läßt sich der Ausstoßvorgang je nach den Gegebenheiten optimie­ ren.

Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal weist die Steuereinrichtung einen Frequenzumrichter und einen zugeord­ neten Steuerrechner auf, wobei der Steuerrechner an den Weg­ punktsensor und gegebenenfalls an den Endpunktsensor ange­ koppelt ist und Steuerparameter an den Frequenzumrichter liefert. Der Steuerrechner wird auf die gewünschte Arbeits­ weise des Auswerfers eingestellt und steuert den Frequenzum­ richter in Abhängigkeit von den Signalen, die er von dem oder den Wegpunktsensoren bzw. Endpunktsensoren erhält.

In wesentlicher Weiterbildung der Erfindung wird vorge­ schlagen, daß der Frequenzumrichter die Stromaufnahme des Asynchronmotors erfaßt und entsprechende Informationen an den Steuerrechner liefert und daß der Steuerrechner diese Informationen bei der Bestimmung des Frequenz-Zeit-Verlaufs berücksichtigt. Die momentane Stromaufnahme des Asynchronmo­ tors ist ein Maß für das Drehmoment, welches dem Asynchron­ motor abverlangt wird. Das Drehmoment wiederum hängt ab von dem Widerstand, gegen den der Asynchronmotor arbeitet und der dessen Schlupf bestimmt. Der Widerstand seinerseits be­ einflußt das Herunterfahren des Asynchronmotors. Beispiels­ weise können die mechanischen Widerstände des Systems im Laufe der Zeit zunehmen. Dies würde die Steilheit des Kur­ venverlaufs beim Herunterfahren des Asynchronmotors erhöhen, und zwar mit der Folge, daß der Asynchronmotor früher als beabsichtigt zum Stillstand kommt. Der umgekehrte Effekt ist gleichermaßen denkbar. Durch Erfassung des Widerstandes hin­ gegen wird der Steuerrechner in die Lage versetzt, die Steilheit des Abfalls des Frequenz-Zeit-Verlaufs derart zu korrigieren, daß der vorgegebene Stillstandspunkt auch bei Widerstandsänderungen erreicht wird. Die Erfassung der Stromaufnahme ist nicht nur bei konstanter Versorgungsfre­ quenz möglich, sondern auch während des Herunterfahrens des Asynchronmotors. Sollte sich also der Widerstand während dieser Phase des Betriebes ändern, so kann der Frequenz- Zeit-Verlauf entsprechend nachkorrigiert werden.

Insgesamt wird eine Arbeitsweise erzielt, die mit der eines hydraulischen Auswerfers vergleichbar ist, ohne die Nachteile eines Servomotors zu bedingen. Der Auswerfer er­ reicht exakt seine Endposition ohne zeitaufwendigen Nach­ lauf, und zwar bei vorwählbarer Arbeitsgeschwindigkeit und vorwählbarer Auswerferkraft.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, den Steuerrechner als digitalen Steuerrechner auszubilden und über einen Bus an den Frequenzumrichter anzukoppeln, wobei letzterer vor­ zugsweise eine Strombegrenzungs- und -erfassungsschaltung sowie entsprechende Schnittstellen enthält.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 einen zum Teil geschnitten Grundriß des Aus­ werfers;

Fig. 2 ein zugehöriges Funktionsschema.

Fig. 1 zeigt eine Trägerplatte 1 für eine Formhälfte einer Kunststoff-Spritzgießmaschine, im vorliegenden Fall die Trägerplatte für die bewegbare Formhälfte. An der Trä­ gerplatte 1 ist ein Asynchronmotor 2 befestigt. Dieser weist eine Hohlwelle 3 auf, die innen mit einer Spindelmutter 3' versehen ist. Die Spindelmutter ist axial festgelegt und arbeitet mit einer Spindel 4 zusammen, derart, daß die Spin­ del 4 je nach Drehrichtung des Asynchronmotors 2 hin und her gehende Linearbewegungen durchführt und dabei in die Hohl­ welle eintaucht. Die Spindel 4 ist ihrerseits mit einem Stößel 5 verbunden, der von der Spindel zu hin und her ge­ henden Linearbewegungen angetrieben wird und bei seiner nach rechts gerichteten Bewegung das Ausstoßen des fertigen Werk­ stücks besorgt.

Fig. 2 zeigt schematisch den Asynchronmotor 2 sowie den Stößel 5. Dem Stößel 5 ist ein Wegpunktsensor 6 zugeordnet, der seinerseits an einen digitalen Steuerrechner 7 ange­ schlossen ist. Der Steuerrechner 7 ist über einen Bus 8 an einen Frequenzumrichter 9 angekoppelt. Dieser erzeugt die Versorgungsfrequenz des Asynchronmotors 2. Bei letzterem handelt es sich vorzugsweise um einen Drehstrommotor in Dreieckschaltung.

Oberhalb des Stößels 5 ist in Fig. 2 der Verlauf der Versorgungsfrequenz des Asynchronmotors über der Zeit darge­ stellt. Aus der Ruhestellung heraus beschleunigt der Asyn­ chronmotor relativ schnell auf diejenige Frequenz, die der gewünschten Geschwindigkeit des Stößels 5 entspricht. Sobald der Wegpunktsensor 6 erreicht wird, steuert der Steuerrech­ ner 7 den Frequenzumrichter 9 derart, daß sich die Frequenz entlang der in Fig. 2 gezeigten Rampe vermindert. Diese Rampe endet dort, wo ein ferner vorgesehener und an den Steuerrechner 7 angeschlossener Endpunktsensor 10 die Ab­ schaltung des Asynchronmotors 2 veranlaßt. Die Restdrehzahl kann praktisch ohne Nachlauf abgebremst werden.

Die unterhalb der Rampe angedeutete gestrichelte Linie gibt denjenigen Verlauf der Versorgungsfrequenz über der Zeit wieder, bei dem die Nullinie am Ort des Endpunktsensors 10 passiert wird. Da der Endpunktsensor die Drehrichtungsum­ kehr des Asynchronmotors bewirkt, muß dieser Ort mit Sicher­ heit erreicht werden. Dementsprechend wird die Steilheit der Rampe geringfügig vermindert.

Anstelle der rampenförmigen Frequenzminderung kann auch mit mehreren Rampenstufen gearbeitet werden. Dies erhöht allerdings die Zahl der Wegpunktsensoren bzw. der in einer entsprechenden Wegmeßschaltung definierten kritischen Weg­ punkte. Im übrigen ist die Frequenzsteuerung auch nicht auf einen linearen Verlauf eingeschränkt. Beliebige Kurvenver­ läufe - auch abschnittsweise - sind gleichermaßen möglich.

Schließlich besteht auch die Möglichkeit, den Rücklauf des Auswerfers in vergleichbarer Weise zu bremsen.

Durch entsprechende Programmierung des Steuerrechners 7 besteht ferner die Möglichkeit, den in Fig. 2 horizontal dargestellten Abschnitt des Frequenzverlaufs höher oder tie­ fer zu legen. Eine Verstellung des Wegpunktsensors ist dabei nicht erforderlich. Vielmehr bestimmt der Steuerrechner 7 diejenige Frequenzrampe, die von dem höher oder tiefer gele­ genen Startpunkt zu dem gewünschten Endpunkt führt.

Der Frequenzumrichter 9 enthält ferner eine Strombegren­ zungsschaltung. Diese kann vom Steuerrechner für jeden Ab­ schnitt des Frequenzverlaufs auf einen vorgewählten Maximal­ wert der Stromaufnahme des Asynchronmotors 2 eingestellt werden. Damit wird das jeweilige maximale Drehmoment des Asynchronmotors begrenzt, was wiederum eine Begrenzung der­ jenigen Kraft ermöglicht, die der Stößel 5 auf das Werkstück ausüben kann. Der Auswerfvorgang läßt sich also sehr sensi­ bel an die jeweiligen Gegebenheiten anpassen.

Der Frequenzumrichter 9 ist außerdem in der Lage, die momentane Stromaufnahme des Asynchronmotors 2 zu erfassen und diese Information an den Steuerrechner 7 zu liefern. Letzterer erhält somit eine Information über den Widerstand, gegen den der Asynchronmotor arbeitet. Hat sich der Wider­ stand erhöht, so paßt der Steuerrechner den Frequenz-Zeit- Verlauf beim Herunterfahren des Asynchronmotors entsprechend an, um einer Erhöhung der Steilheit der Rampe entgegenzuwir­ ken.

Im Rahmen der Erfindung sind durchaus Abwandlungsmög­ lichkeiten gegeben. So kann anstelle eines digitalen Steuer­ rechners mit einem analogen Steuerrechner gearbeitet werden, obwohl der digitalen Betriebsweise der Vorzug zu geben ist. Auch besteht die Möglichkeit, anstelle eines Drehstrom-Asyn­ chronmotors einen Zwei-Phasen-Asynchronmotor einzusetzen. Auch hier gilt, daß sich das dargestellte Ausführungsbei­ spiel besonders bewährt hat. Die Positionssensoren und die Endschalter sind im vorliegenden Fall als gesonderte Bauele­ mente ausgebildet. Anstelle dessen besteht die Möglichkeit, den gesamten Bewegungsweg eines der linear bewegbaren Ele­ mente kontinuierlich zu erfassen und die jeweiligen Weg- bzw. Endpunkte entsprechend zu definieren. Die Erfassung der momentanen Stromaufnahme des Asynchronmotors muß nicht unbe­ dingt innerhalb des Frequenzumrichters erfolgen. Allerdings stellt dies eine bevorzugte Möglichkeit dar. Gleiches gilt für die Ausbildung des in den Asynchronmotor integrierten Getriebes. Andere Getriebeausbildungen sind möglich.

Claims (7)

1. Auswerfer für eine Spritzgießmaschine mit

• - einem Elektromotor,
• - einer Steuereinrichtung für den Elektromotor,
• - einem an den Elektromotor angeschlossenen Getriebe und
• - einem an das Getriebe angeschlossenen, linear hin und her bewegbaren Stößel (5), dadurch gekennzeichnet,
• - daß der Elektromotor als Asynchronmotor (2) ausgebil­ det ist und
• - daß im Wege eines der linear bewegbaren Elemente min­ dest ein mit der Steuereinrichtung für den Asynchronmotor (2) gekoppelter Wegpunktsensor (6) angeordnet ist, der bei seinem Ansprechen ein Herunterfahren der Versorgungsfrequenz des Asynchronmotors (2) entlang eines vorgewählten Frequenz- Zeit-Verlaufs auslöst.

2. Auswerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Asynchronmotor (2) eine Hohlwelle (3) aufweist und daß das Getriebe eine im Inneren der Hohlwelle (3) angeord­ nete, axial festgelegte Spindelmutter (3') und eine von der Spindelmutter antreibbare Spindel (4) aufweist, welche mit dem Stößel (5) verbunden ist.

3. Auswerfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuereinrichtung einen Frequenzumrichter (9) und einen zugeordneten Steuerrechner (7) aufweist, wobei der Steuerrechner an den Wegpunktsensor (6) angekoppelt ist und an den Frequenzumrichter (9) Steuerparameter liefert, welche die Versorgungsfrequenz des Asynchronmotors (2) be­ schreiben.

4. Auswerfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzumrichter (9) eine Strombegrenzungsschaltung aufweist und daß die vom Steuerrechner (7) gelieferten Steu­ erparameter die maximale Stromaufnahme des Asynchronmotors (2) beschreiben.

5. Auswerfer nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Frequenzumrichter (9) die Stromaufnahme des Asynchronmotors (2) erfaßt und entsprechende Informatio­ nen an den Steuerrechner (7) liefert und daß der Steuerrech­ ner diese Informationen bei der Bestimmung des Frequenz- Zeit-Verlaufs berücksichtigt.

6. Auswerfer nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerrechner (7) als digitaler Steuerrechner ausgebildet und über einen Bus (8) an den Fre­ quenzumrichter (9) angekoppelt ist.

7. Auswerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung für den Asynchron­ motor (2) mit mindestens einem Endpunktsensor (10) gekoppelt ist.