DE19926566A1 - Hydraulischer Antrieb - Google Patents

Abstract

Der Antrieb weist einen Arbeitszylinder (1) auf, der einen Druckraum (4) für einen Arbeitskolben (2) bildet. Der Druckraum ist über einen Kanal (5) an eine Pumpe (P) anschließbar. Ferner ist ein Druckübersetzer (10) vorgesehen, dessen Kolbenelement (11) einen Niederdruckkolben (12) und einen Hochdruckkolben (13) bildet. Der Niederdruckkolben arbeitet in einem Niederdruckzylinder (14), dessen kolbenseitiger Raum (15) an die Pumpe (P) sowie an einen Tank (T) anschließbar ist. Beim Druckaufbau taucht der Hochdruckkolben (13) als abdichtendes Ventilelement in den einen Hochdruckzylinder (17) bildenden Kanal (5) ein. Der Anschluß des kolbenseitigen Raums (15) des Niederdruckzylinders (14) des Druckübersetzers (10) an die Pumpe (P) und an den Tank (T) erfolgt über ein Proportionalwegeventil (20), so daß der Hochdruckkolben (13) des Druckübersetzers (10) vor Eintritt in seinen Hochdruckzylinder (17) als Drosselelement die Hauptstufe eines Proportionalventils bildet.

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Antrieb, insbesondere für eine Formschließvorrichtung einer Spritz­ gießmaschine, mit

• - einem Arbeitszylinder, der einen Druckraum für einen Arbeitskolben bildet,
• - einem zum Druckraum führenden Kanal, der an eine Pumpe anschließbar ist, und
• - einem Druckübersetzer, dessen Kolbenelement einen Niederdruck- und einen Hochdruckkolben bildet, wobei der Niederdruckkolben in einem Niederdruckzylinder arbeitet, dessen kolbenseitiger Raum an die Pumpe und an einen Tank anschließbar ist, und wobei der Hochdruckkolben beim Druck­ aufbau als abdichtendes Ventilelement in den einen Hoch­ druckzylinder bildenden Kanal eintaucht.

Ein derartiger hydraulischer Antrieb ist aus der DE 195 23 420 C1 bekannt und hat sich in der Praxis bewährt. Allerdings besteht bei derartigen Antrieben das Bedürfnis, die Fahrgeschwindigkeit des Arbeitskolbens zu steuern. Dies ist insbesondere bei Formschließvorrichtungen von Spritz­ gießmaschinen der Fall. Die Öffnungs- und Schließvorgänge sollen möglichst rasch durchgeführt werden, am Ende des Be­ wegungsweges allerdings sehr sanft auslaufen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kons­ truktiv besonders günstige Möglichkeit für eine Steuerung der Fahrgeschwindigkeit des Arbeitskolbens zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der eingangs genannte hy­ draulische Antrieb erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das Kolbenelement des Druckübersetzers die Hauptstufe eines Proportionalventils bildet, wobei mindestens der kol­ benseitige Raum des Niederdruckzylinders an ein Proportio­ nalwegeventil angeschlossen ist.

Proportionalventile zur Geschwindigkeitssteuerung von hydraulischen Antrieben sind bekannt. Sie stellen allerdings zusätzliche Baugruppen dar und belasten somit die Gesamt­ konstruktion.

Erfindungsgemäß hingegen übernimmt der Druckübersetzer die Funktion der Hauptstufe des Proportionalventils. Er er­ füllt somit drei Funktionen, worin ein wesentlicher Vorteil zu sehen ist. Seine ursprüngliche Funktion besteht darin, den Systemdruck in den Einspanndruck für den Arbeitskolben zu übersetzen. Außerdem arbeitet er als Schaltventil, indem er den zum Druckraum des Arbeitskolbens führenden Kanal sperrt und öffnet. Hinzu tritt nun die Funktion eines Dros­ selorgans.

Die Konzentration von drei Funktionen auf ein und die­ selbe Baugruppe stellt eine beträchtliche konstruktive Ver­ einfachung dar. Hinzu kommt, daß das Proportionalwegeventil in gleicher Nenngröße unterschiedlichen Maschinengrößen zu­ geordnet werden kann, da es relativ größenunabhängig ist. Dies reduziert die Teilevielfalt beim Bau einer Spritzgieß­ maschine oder dergleichen.

Die Position des Kolbenelements des Druckübersetzers wird bestimmt durch das Verhältnis der Drücke im kolbensei­ tigen und kolbenstangenseitigen Raum des Niederdruckzylin­ ders. Soll die Fahrgeschwindigkeit des Arbeitskolbens ver­ mindert werden, so wird dieses Druckverhältnis nach Vorgabe des Proportionalwegeventils dahingehend verändert, daß sich das Kolbenelement in Richtung auf den Hochdruckzylinder des Hochdruckkolbens verschiebt. Gegen Ende der Fahrbewegung des Arbeitskolbens befindet sich der Hochdruckkolben des Druck­ übersetzers unmittelbar vor dem Eintritt in seinen Hoch­ druckzylinder. Sobald der Arbeitskolben seine Endposition erreicht hat, beendet der Druckübersetzer seine Funktion als Drosselorgan und führt die Funktion des Schaltventils aus, indem der Hochdruckkolben in den Hochdruckzylinder eintritt. Unmittelbar danach beginnt die dritte Funktion, nämlich die Druckübersetzung.

Insgesamt vermindert sich die für den Druckaufbau er­ forderliche Zeitspanne, da das Kolbenelement des Drucküber­ setzers keine Leerwege zurückzulegen hat, bevor der Hoch­ druckkolben in den Hochdruckzylinder eintritt. Vielmehr be­ findet sich der Hochdruckkolben unmittelbar vor dem Hoch­ druckzylinder, wenn der Arbeitskolben zum Stillstand kommt. Um den Druck im Druckraum des Arbeitszylinders einzu­ spannen, wird vorteilhafterweise ein schaltbares Rückschlag­ ventil zwischen dem kolbenseitigen Raum des Niederdruckzy­ linders des Druckübersetzers und dem Proportionalwegeventil vorgesehen.

Wie erwähnt, hängt die Position des Kolbenelements des Druckübersetzers von den Vorgaben des Proportionalwegeven­ tils ab. Um eine besonders gute Reproduzierbarkeit der Ge­ schwindigkeitssteuerung des Arbeitskolbens zu erzielen, wird in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, daß das Kol­ benelement des Druckübersetzers mit einem Wegsensor versehen ist, der an einen mit dem Proportionalwegeventil verbundenen Regler angeschlossen ist. Der Wegsensor erfaßt also den Ist­ wert der Drosselposition und leitet ein entsprechendes Sig­ nal an den Regler weiter. Dieser vergleicht den Istwert mit einem vorgegebenen Sollwert und bildet daraus eine Regel­ größe für das Proportionalwegeventil. Die Positionsregelung des Kolbenelements des Druckübersetzers kann dadurch sehr exakt bewerkstelligt werden, woraus eine sehr gute Geschwin­ digkeitsregelung des Arbeitskolbens resultiert.

In wesentlicher Weiterbildung der Erfindung wird vorge­ schlagen, dem Druckraum des Arbeitszylinders einen an den Regler angeschlossenen Drucksensor zuzuordnen. Auf diese Weise läßt sich der Druck im Druckraum des Arbeitszylinders vorwählen und über die Position des Kolbenelements des Druckübersetzers sehr exakt einstellen.

Ferner besteht die vorteilhafte Möglichkeit, den Ar­ beitskolben mit einem an den Regler angeschlossenen Wegsen­ sor zu versehen. Dadurch lassen sich Prägehübe, die bei der Gummiverarbeitung üblich sind und in einem Bereich von weni­ ger als 1 mm erfolgen, unter Einsatz des Druckübersetzers, nämlich durch entsprechende Drosselung der Hydraulikflüssig­ keit, sehr präzise ausführen. Gleiches gilt für die Funktion "Entlüften" bei der Gummiverarbeitung. Dabei wird die Form in äußerst exakter Weise kurzfristig geöffnet.

Es besteht durchaus die Möglichkeit, nicht nur den kol­ benseitigen Raum, sondern auch den kolbenstangenseitigen Raum des Niederdruckzylinders des Druckübersetzers an das Proportionalwegeventil anzuschließen. Je nach Verstellung des Kolbenelements des Druckübersetzers werden dann die Räume jeweils an die Pumpe oder an den Tank angeschlossen.

Vorteilhafter hingegen ist es, den kolbenstangenseiti­ gen Raum des Niederdruckzylinders des Druckübersetzers stromauf des letzteren an den zum Druckraum des Arbeitszy­ linders führenden Kanal anzuschließen. Der Anschluß kann ge­ häuseintern erfolgen, so daß also eine zum Proportionalwege­ ventil führende Leitung eingespart wird. Vor allen Dingen kann das Proportionalwegeventil sehr viel einfacher ausge­ bildet werden, da seine Funktion lediglich darin besteht, den kolbenseitigen Raum des Niederdruckzylinders des Druck­ übersetzers bedarfsweise an den Tank oder an die Pumpe anzu­ schließen.

Eine wesentliche Weiterbildung der Erfindung kennzeich­ net sich dadurch, daß der Kanal den Druckraum des Arbeitszy­ linders mit dem zur anderen Seite des Arbeitskolbens liegen­ den Zylinderraum verbindet. Die Anordnung kann so getroffen werden, daß dieser Kanal während des Betriebs der Vorrich­ tung ständig unter dem Systemdruck steht. Ist der kolben­ stangenseitige Raum des Niederdruckzylinders des Drucküber­ setzers an diesen Kanal angeschlossen, so erfolgt also die Verstellung des Kolbenelements des Druckübersetzers gegen einen konstanten Gegendruck, d. h. in Abhängigkeit vom Flä­ chenverhältnis zwischen dem kolbenseitigen und dem kolben­ stangenseitigen Raum des Niederdruckzylinders.

Die Funktionen des Antriebs werden vorzugsweise elektronisch gesteuert.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 ein Funktionsschema einer ersten Ausführungs­ form;

Fig. 2 ein Funktionsschema einer abgewandelten Ausfüh­ rungsform.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Formschließvorrichtung für eine Spritzgießmaschine mit einem Arbeitszylinder 1 für einen Arbeitskolben 2, dessen Kolbenstange 3 mit einer nicht dargestellten, bewegbaren Formhälfte verbunden ist und diese beim Schließvorgang nach rechts zieht. Dementsprechend bil­ det der kolbenstangenseitige Raum des Arbeitszylinders 1 ei­ nen Druckraum 4.

Letzterer ist über einen Kanal 5 mit einem Zylinderraum 6 verbunden.

Im übrigen weist der Arbeitskolben 2 eine Verlängerung 7 auf, die in eine Kammer 8 eintaucht und deren Querschnitt größer als der der Kolbenstange 3 ist.

Der Zylinderraum 6 und die Kammer 8 sind an ein Wege­ ventil 9 angeschlossen, welches die Bewegungsrichtung des Arbeitskolbens 2 steuert. Steht der Zylinderraum 6 und somit über den Kanal 5 auch der Duckraum 4 mit einer durch den Buchstaben P angedeuteten Pumpe in Verbindung und ist gleichzeitig die Kammer 8 an einen durch den Buchstaben T angedeuteten Tank angeschlossen, so wandert der Arbeits­ kolben 2 aufgrund der Flächendifferenz zwischen der Kolben­ stange 3 und der Verlängerung 7 in Schließrichtung, nämlich nach rechts. Stehen hingegen sowohl der Zylinderraum 6 als auch die Kammer 8 mit der Pumpe P in Verbindung, so öffnet sich die Form.

Fig. 1 zeigt ferner einen Druckübersetzer 10 mit einem Kolbenelement 11, welches einen Niederdruckkolben 12 und ei­ nen Hochdruckkolben 13 bildet. Der Niederdruckkolben 12 ar­ beitet in einem Niederdruckzylinder 14 und unterteilt diesen in einen kolbenseitigen Raum 15 und einen kolbenstangensei­ tigen Raum 16.

Hat der Arbeitskolben 2 der Formschließvorrichtung seine Schließstellung erreicht, so tritt der Hochdruckkolben 13 des Druckübersetzers 10 als abdichtendes Ventilelement in einen von dem Kanal 5 gebildeten Hochdruckzylinder 17 ein. Er verschließt also als Schaltventil den Kanal 5 und baut außerdem den Schließdruck im Druckraum 4 des Arbeitszylin­ ders 1 auf.

Eine weitere wesentliche Funktion des Druckübersetzers 10 besteht darin, die Bewegungsgeschwindigkeit des Arbeits­ kolbens 2 zu steuern. Hierzu weist der Hochdruckkolben 13 eine Steuerkante 18 auf, die mit einer Steuerkante 19 am Eintritt des Hopchdruckzylinders 17 zusammenarbeitet und das Überströmen der Hydraulikflüssigkeit zwischen dem Druckraum 4 und dem Zylinderraum 6 bedarfsgemäß drosselt.

Der Arbeitskolben 2 kann sich also mit hoher Geschwin­ digkeit in Richtung auf seine Schließstellung bewegen, wobei die letzte Strecke seiner Bewegung verlangsamt wird, nämlich durch Drosselung der in den Druckraum 4 einströmenden Hy­ draulikflüssigkeit. Wenn der Arbeitskolben 2 zum Stillstand kommt, befindet sich der Hochdruckkolben 13 des Drucküber­ setzers 10 unmittelbar vor dem Eintritt in seinen Hochdruck­ zylinder 17. Er kann also ohne Verzögerung mit dem Druckauf­ bau beginnen.

Hierin liegt ein wesentlicher Vorteil, ganz abgesehen davon, daß die Vereinigung der drei Funktionen Drucküberset­ zer, Schaltventil und Drosselorgan auf ein und dieselbe Bau­ gruppe eine vorzügliche konstruktive Lösung darstellt.

Zur Steuerung des Druckübersetzers 10 ist dessen Nie­ derdruckzylinder 14 an ein Proportionalwegeventil 20 ange­ schlossen, und zwar im vorliegenden Fall sowohl mit dem kol­ benseitigen Raum 15 als auch mit dem kolbenstangenseitigen Raum 16. Das Proportionalwegeventil 20 schließt die Räume 15 und 16 bedarfsweise an die Pumpe P bzw. den Tank T an. Ein zwischen dem kolbenseitigen Raum 15 und dem Proportionalwe­ geventil 20 angeordnetes schaltbares Rückschlagventil 21 dient dazu, den Druck im Druckraum 4 während des Einspritz­ vorganges einzuspannen.

Dem Kolbenelement 11 des Druckübersetzers 10 ist ein Wegsensor 22 zugeordnet, der die Istposition des Kolbenele­ ments erfaßt und ein entsprechendes Signal an einen Regler 23 liefert. Dieser vergleicht die Istposition mit einer vor­ gegebenen Sollposition und bildet hieraus eine Regelgröße für das Proportionalwegeventil 20. Dies ermöglicht eine sehr genaue und reproduzierbare Steuerung des Druckübersetzers 10 und damit des Arbeitskolbens 2.

Ferner ist ein Drucksensor 24 vorgesehen, der den Druck im Druckraum 4 erfaßt und ein entsprechendes Ist-Signal an den Regler 23 liefert. Auf diese Weise läßt sich der Druck im Druckraum 4 vorwählen und sehr genau einstellen.

Die Ausführungsform nach Fig. 2 unterscheidet sich von der nach Fig. 1 dadurch, daß der kolbenstangenseitige Raum 16 des Niederdruckzylinders 14 des Druckübersetzers 10 nicht an das Proportionalwegeventil 20 angeschlossen ist, sondern vielmehr an den Kanal 5. Während des Betriebes steht der Ka­ nal 5 ständig unter dem Systemdruck. Die Bewegung des Kol­ benelements 11 des Druckübersetzers 10 wird also allein durch Druckänderung im kolbenseitigen Raum 15 des Nieder­ druckzylinders 14 gesteuert.

Der Anschluß des kolbenstangenseitigen Raums 16 an den Kanal 5 kann gehäuseintern erfolgen. Es entfällt also eine zugehörige, vom Druckübersetzer 10 zum Proportionalwegeven­ til 20 führende Leitung.

Als wesentlicher weiterer Vorteil kommt hinzu, daß, wie ein Vergleich zwischen Fig. 1 und Fig. 2 zeigt, das Pro­ portionalwegeventil wesentlich einfacher aufgebaut sein kann.

Für beide Ausführungsformen gilt, daß auch der Arbeits­ kolben mit einem Wegsensor versehen sein kann, der eine sehr exakte Steuerung kleiner Wegstrecken zuläßt.

Im Rahmen der Erfindung sind durchaus Abwandlungsmög­ lichkeiten gegeben. So kann auf Weg- und Drucksensoren ver­ zichtet werden, wobei dann das Proportionalwegeventil in Ab­ hängigkeit von einer einfachen Steuerung arbeitet. Ferner besteht die Möglichkeit, die Erfindung auf Formschließvor­ richtungen anzuwenden, bei denen die Zylinderräume des Ar­ beitszylinders nicht miteinander in Verbindung stehen. Die Verlängerung des Arbeitskolbens kann dann unter Umständen ebenfalls entfallen. Bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfin­ dung sind Spritzgießmaschinen zur Verarbeitung von ther­ moplastischen Kunststoffen, ferner Vorrichtungen für die Gummiverarbeitung. Im übrigen ist die Erfindung anwendbar auf sämtliche hydraulischen Antriebe, die mit einem Druck­ übersetzer und mit einer geschwindigkeitsabhängigen Kolben­ steuerung arbeiten.

Ferner kann das schaltbare Rückschlagventil 21 entfal­ len, sofern die Druckhaltung während der Einspritzphase von einer zweiten Pumpe oder einem Hydrospeicher gewährleistet wird. Ein Verzicht auf das schaltbare Rückschlagventil ist auch dann möglich, wenn das Proportionalwegeventil aufgrund seiner hermetischen Dichtheit die Funktion des Rückschlag­ ventils übernehmen kann.

Claims (8)

1. Hydraulischer Antrieb, insbesondere für eine Form­ schließvorrichtung einer Spritzgießmaschine, mit

• - einem Arbeitszylinder (1), der einen Druckraum (4) für einen Arbeitskolben (2) bildet,
• - einem zum Druckraum (4) führenden Kanal (5), der an eine Pumpe (P) anschließbar ist, und
• - einem Druckübersetzer (10), dessen Kolbenelement (11) einen Niederdruck- und einen Hochdruckkolben (12, 13) bildet, wobei der Niederdruckkolben (12) in einem Nieder­ druckzylinder (14) arbeitet, dessen kolbenseitiger Raum (15) an die Pumpe (P) und an einen Tank (T) anschließbar ist, und wobei der Hochdruckkolben (13) beim Druckaufbau als abdich­ tendes Ventilelement in den einen Hochdruckzylinder (17) bildenden Kanal (5) eintaucht, dadurch gekennzeichnet,
  daß das Kolbenelement (11) des Druckübersetzers (10) die Hauptstufe eines Proportionalventils bildet, wobei min­ destens der kolbenseitige Raum (15) des Niederdruckzylinders (14) an ein Proportionalwegeventil (20) angeschlossen ist.

2. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen dem kolbenseitigen Raum (15) des Niederdruckzylinders (14) des Druckübersetzers (10) und dem Proportionalwegeventil (20) ein schaltbares Rückschlagventil (21) vorgesehen ist.

3. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß das Kolbenelement (11) des Druck­ übersetzers (10) mit einem Wegsensor (22) versehen ist, der an einen mit dem Proportionalwegeventil (20) verbundenen Regler (23) angeschlossen ist.

4. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß dem Druckraum (4) des Arbeitszylinders (1) ein an den Regler (23) angeschlossener Drucksensor (24) zu­ geordnet ist.

5. Hydraulischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskolben (2) mit einem an den Regler (23) angeschlossenen Wegsensor versehen ist.

6. Hydraulischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der kolbenstangenseitige Raum (16) des Niederdruckzylinders (14) des Druckübersetzers (10) stromauf des letzteren an den zum Druckraum (4) des Ar­ beitszylinders (1) führenden Kanal (5) angeschlossen ist.

7. Hydraulischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (5) den Druck­ raum (4) des Arbeitszylinders (1) mit dem zur anderen Seite des Arbeitskolbens (2) liegenden Zylinderraum (6) verbindet.

8. Hydraulischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine elektronische Steuerung zum Betätigen der Ventile.