DE2948441C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung der Geschwindigkeit der Bewegung eines relativ zu einem festen Gestellbauteil beweglichen Bauteils, wobei der Bewegungs­ antrieb des beweglichen Bauteils durch eine Antriebs­ einrichtung erfolgt, welche eine Druckmittelquelle aufweist, die über eine hydraulische Schaltung ein Druckmittel zu einem Bewegungs-Transmissionselement fördert, und ein direkt vom beweglichen Bauteil betätigter Geschwindigkeitswandler vorgesehen ist, der so ausgebildet ist, daß er ein der Bewegungsgeschwindigkeit des beweg­ lichen Bauteils proportionales elektrisches Signal einer Vergleichs- und Verarbeitungseinrichtung zuführt, welcher außerdem wenigstens ein Referenz-Signal zugeführt wird, welches einem vorgegebenen Geschwindigkeitswert proportional ist, und wobei das der Differenz zwischen dem Signal des Geschwindigkeitswandlers und dem Referenz-Signal pro­ portionale Ausgangssignal der Vergleichs- und Verarbei­ tungseinrichtung dazu dient, die Bewegungsgeschwindigkeit des beweglichen Bauteils im wesentlichen gleich dem vorgegebenen Wert der Geschwindigkeit zu halten. Solche Vorrichtungen können beispielsweise zur Steuerung der Bewegungsgeschwindigkeit eines beweglichen Schlittens einer Kunststoff-Spritzgußmaschine, einer Werkzeug­ maschine oder einer hydraulischen Presse o. dgl. relativ zum feststehenden Maschinengestell dienen. Auf dem Gebiet der Werkzeugmaschinen ganz allgemein und bei Spritzgußmaschinen insbesondere ist es oft erforderlich, sowohl die Stellung oder Lage eines speziellen beweg­ lichen Schlittens in jedem Moment eines Arbeitszyklus zu kennen, als auch die Schlitten-Geschwindigkeit zu steuern.

Wenn der Schlitten von einem hydraulischen System angetrieben wird, sind solche Maschinen mit einer Druckmittelquelle versehen, welche das Druckmittel durch eine Leitung zu einem Schlitten-Antriebselement, beispielsweise einem hydraulischen Kolben fördert. Gegenwärtig wird die Geschwin­ digkeit dieses Schlittens indirekt dadurch gesteuert, daß die Strömungsmenge des zum Antrieb des beweglichen Bau­ teils geförderten Druckmittels mit Strömungsreglern ge­ steuert wird, welche in den Leitungen in Reihe angeordnet sind. Dabei ist eine Art von Regelvorrichtungen mit Quer­ schnittsverengungen bekannt, durch welche das Druckmittel hindurchtritt. Die Durchtrittsöffnung ist bei diesen Konstruktionen so einstellbar, daß eine Fördermenge erhalten wird, welche eine entsprechende erforderliche Bewegungsgeschwindigkeit des Schlittens ergibt. Solche mit Querschnittsverengung, d. h. Drosselung des Druck­ mittels arbeitende Vorrichtungen führen jedoch zu einem Druckverlust in der Leitung, so daß vor dem Regler ein Druck erforderlich ist, der erheblich höher als der am zu treibenden Bauteil bzw. dem Antriebselement erforder­ liche mittlere Druck ist. Bei den bekannten, mit einer Drucksteuerung arbeitenden Steuer-Vorrichtungen (DE-AS 11 21 571; DE-PS 12 74 721) wird die nicht zum anzutreibenden Bauteil geförderte Druckmittelmenge bei diesem erhöhten Druck abgeblasen, was einen erheb­ lichen Leistungsverlust zur Folge hat. Außerdem muß bei den bekannten Systemen von relativ hohem Druck ausgegangen werden, um auch bei größeren Steuereinflüssen noch einen hinreichenden Druck in dem dem Drosselorgan nachge­ schalteten Teil des Systems zu erhalten. Solche hohen Systemdrücke haben aber den Nachteil, daß die Bauteile und Übertragungswege entsprechend stark bemessen werden müssen, und daß die Gefahr von Leckströmen im System steigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Steuerung der Bewegungsgeschwindigkeit eines beweglichen Bauteils durch Mengensteuerung des der Antriebseinheit zuzuführenden Druckmittel über eine Bypaß-Steuerung von Teilmengen des mit konstanter Liefer­ menge zugeführten Druckmittels zu schaffen, wodurch der mit Drosselregelungen verbundene Leistungsverlust und die durch den bei solchen Regelungen erforderlichen hohen Primärdruck gegebenen Beanspruchungen in den Bauteilen der Steuerung und der Übertragungseinleitung vermieden werden.

Ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das dem vorgegebenen Geschwindigkeitswert proportionale Referenz-Signal ein elektrisches Signal ist, daß der Geschwindigkeitswandler einen Stellungswandler aufweist, der ein elektrisches Ausgangssignal mit einer Amplitude proportional der vom beweglichen Bauteil relativ zum festen Gestellbauteil eingenommenen Stellung liefert und an den eine Ableitungsschaltung angeschlossen ist, die aus dem Ausgangssignal des Stellungswandlers das der Bewegungsgeschwindigkeit proportionale elektrische Signal erzeugt, daß ein elektrisches Differenz-Signal als Ausgangssignal der Vergleichs- und Verarbeitungsein­ richtung erhalten wird, daß die Druckmittelquelle das Druckmittel mit konstanter Liefermenge fördert, und daß wenigstens ein Ventil vorgesehen ist, durch welches eine veränderbare Menge des Druckmittels vor Erreichen des Bewegungs-Transmissionselements abzweigbar ist, wobei das Ventil vom Ausgangssignal der Vergleichs- und Verarbei­ tungseinrichtung betätigt wird. Durch diese Bypaß-Steuerung des die Antriebsvorrichtung beaufschlagenden Druckmittels wird eine einerseits sehr einfache direkte und dement­ sprechend exakte Steuerung des Bewegungsablaufs des beweglichen Bauteils erreicht, während andererseits die bei den bekannten Systemen mit Drosselsteuerung des Druck­ mittels auftretenden Nachteile vermieden werden.

Dabei ist die Ausgestaltung zweckmäßig so getroffen, daß der Vergleichs- und Verarbeitungseinrichtung eine Vielzahl von elektrischen Referenz-Signalen zuführbar sind, von denen jedes auf die Vergleichs- und Verarbeitungseinrichtung übertragen wird, wenn das bewegliche Bauteil eine vorbestimmte Stellung relativ zum festen Gestellbauteil einnimmt.

Jedes elektrische Signal der Vielzahl von Referenz-Signalen wird dann zweckmäßig durch das vom Stellungs­ wandler erzeugte elektrische Ausgangs-Signal auf die Vergleichs- und Verarbeitungseinrichtung übertragen.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Ver­ bindung mit der Zeichnung näher erläutert, die ein funktionelles Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt.

In der Zeichnung ist mit 1 eine Druckmittelquelle mit konstanter Liefermenge, beispielsweise eine Pumpe, bezeichnet, die über eine Saugleitung 2 mit einem in einem Druckmittel-Vorratsbehälter 4 enthaltenen Druckmittel 3 verbunden ist. Die Pumpe 1 weist außerdem eine Auslaßleitung 6 auf, die in eine zu einer Kammer 8 eines Verbrauchers 9 führende Speiseleitung 7 und in eine an ein Ablaß­ ventil 11 angeschlossene Leitung 10 unterteilt ist. Über eine Auslaßleitung 12 aus dem Ablaßventil 11 strömt Druckmittel in den Vorratsbehälter 4 zurück. Der Verbraucher 9 weist einen Kolben 14 auf, der axial verschiebbar in einem Zylinder 15 angeordnet ist, dessen Innenflächen den Umfang der Kammer 8 begrenzen. Der Zylinder 15 ist starr an einem festen Gestellteil 16 angeschlossen, und der Kolben 14 ist so ausgebildet, daß er über eine Kolbenstange 18 eine axiale Verschiebung auf einen beweglichen Bauteil 17 überträgt.

Der bewegliche Bauteil 17 und der Gestellbauteil 16 werden beispielsweise von einem beweglichen Schlitten einer Kunststoff-Spritzgußmaschine und dem Gestell der Maschine gebildet.

Ein ferromagnetischer Kern 20 ist über ein Quer­ haupt 21 starr an der Kolbenstange 18 angeschlossen. Der Kern 20 bildet Teil eines in seiner Gesamt­ heit mit 22 bezeichneten Transformators und weist im wesentlichen eine Primär- und eine Sekundär­ wicklung auf, die in Form einer Spule koaxial übereinandergewickelt sind, so daß sie innen einen Kanal zur Aufnahme des Kerns 20 bilden. Die Primärwicklung des Transformators 22 wird von einem Oszillator 23 gespeist, und die Sekundär­ wicklung des Transformators 22 speist ihrerseits in eine Gleichrichter- und Verstärkerschaltung 24 ein elektrisches Signal, welches proportional dem Abschnitt des Kerns 20, der innerhalb des erwähnten Kanals liegt.

Die Gleichrichter- und Verstärkungsschaltung 24 erzeugt daher an ihrem Ausgang ein kontinuierliches elektrisches Signal, dessen Amplitude davon ab­ hängt, wie weit der Kern 20 in den Transformator 22 eingeschoben ist, d. h. von der Position des beweglichen Bauteils 17 relativ zum festen Gestell­ bauteil 16. Das Ausgangssignal der Schaltung 24 wird zum Eingang einer Ableitungsschaltung 27 geführt, deren Ausgang an den ersten Eingang einer Vergleichs- und Verstärkerschaltung 28 ange­ schlossen ist. Da das Eingangssignal der Ableitungs­ schaltung 27 dem jeweiligen Wert der Verschiebung des beweglichen Bauteils 17 relativ zum Gestell­ bauteil 16 ist, ist das zum ersten Eingang der Schaltung 28 geführte Signal proportional dem augenblicklichen Wert der Bewegungsgeschwindigkeit des Bauteils 17 relativ zum Gestellbauteil 16.

Der zweite Eingang der Schaltung 28 ist mit einem Anschluß 29 verbunden, dem nach einem vorgegebenen Zyklus in nicht dargestellter Weise eine Vielzahl von kontinuierlichen elek­ trischen Signalen zuführbar ist. Der Ausgang der Schaltung 28, an dem ein elektrisches Signal entwickelt wird, welches proportional der Differenz zwischen den dem ersten und dem zweiten Eingang zugeführten Signalen ist, ist am Betätigungs- und Steuereingang des Ablaßventils 11 angeschlossen.

Der Transformator 22, der Oszillator 23, die Gleichrichter- und Verstärkungsschaltung 24, die Ableitungs­ schaltung 27, die Vergleichsschaltung 28 und das Ablaßventil 11 bilden in ihrer Gesamtheit eine Vorrichtung 30 zur Steuerung der Bewegungsgeschwindigkeit des Bauteils 17 relativ zum Gestellbauteil 16.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung 30 ist wie folgt.

Zunächst wird angenommen, daß der bewegliche Bau­ teil 17 sich mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit relativ zum Gestellbauteil 16 bewegt. Zu diesem Zweck wird am Anschluß 29 eine geeignete Gleich­ spannung zur Verfügung gestellt, die dann über den zweiten Eingang der Vergleichsschaltung 28 zugeführt wird. Solange die Druckmittelquelle 1 kein Druckmittel in die Leitung 6 fördert, bewegt sich der Kolben 14 nicht. Demzufolge erscheint am Ausgang des Transformators 22 ein Spannungssignal, welches konstant und proportional zur Stellung des Kerns 20 innerhalb des Transformators ist. Dieses konstante Signal erzeugt am Ausgang der Ableitungsschaltung 27 ein Null-Signal, welches dem ersten Eingang der Vergleichsschaltung 28 zugeführt wird. Diese Schaltung 28 entwickelt demzufolge kein elektrisches Signal, welches den Eingang des Ablaßventils 11 betätigen würde. Das Ventil bleibt also geschlossen.

Wenn die Druckmittelquelle 1 eingeschaltet wird, wird Druckmittel 3 aus dem Vorratsbehälter 4 ange­ saugt und über die Auslaßleitung 6 und die Speise­ leitung 7 unter Druck in die Kammer 8 gefördert. Das Druckmittel erzeugt eine axiale Verschiebungs­ kraft auf der Grundfläche des Kolbens 14, der sich infolgedessen verschiebt und seine Bewegung auf den beweglichen Bauteil 17 und den Kern 20 über­ trägt. Im Transformator 22 wird demzufolge eine Veränderung des Kopplungseffekts zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung hervorgerufen, woraus eine Änderung seines Ausgangssignals resultiert. Dieses letztere Signal wird durch die Gleichrichter- und Verstärkerschaltung 24 ver­ stärkt, wodurch an deren Ausgang ein Gleich­ spannungssignal erscheint, welches proportional zur Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens 14 oder des beweglichen Bauteils 17 relativ zum Gestell­ bauteil 16 größer wird.

Solange bis das am ersten Eingang des Schaltung 28 vorhandene Signal den Wert des der Schaltung am zweiten Eingang zugeführten Signals erreicht, hält der Ausgang der Schaltung das Ablaßventil 11 unbetätigt, und die Druckmittelquelle 1 fördert demzufolge dauernd Druckmittel 3 mit der vollen Fördermenge in die Kammer 8. Der Kolben 14 erhält daher solange eine beschleunigte Bewegung, bis er die vorbestimmte Geschwindigkeit erreicht.

Der bewegliche Bauteil 17 erreicht die vorbestimmte Geschwindigkeit im wesentlichen dann, wenn das Aus­ gangssignal der Ableitungsschaltung 27 eine Spannung erreicht, die gleich der am Anschluß 29 anliegeden Spannung ist. Unter diesen Bedingungen aktiviert die Schaltung 28 das Ablaßventil 11, welches die Menge des von der Druckmittelquelle 1 in die Auslaßleitung 6 geförderte Druckmittel durch Ablassen eines Teils des Druckmittels in den Behälter 4 über die Leitungen 10 und 12 verringert.

Es ist also eine Rückkopplungssteuerung gegeben, welche eine Bewegung des Bauteils 17 mit vor­ gegebener Geschwindigkeit relativ zum festen Gestell­ bauteil 16 ermöglicht. Eine Überprüfung der Eigen­ schaften der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt, daß die Vorrichtung 30 die gestellten Ziele erfüllt.

So bestimmt die Steuervorrichtung 30 die Geschwindig­ keit des beweglichen Bauteils 17 direkt und steuert deren Größe durch Einwirkung auf die Fördermenge des in die Speiseleitung 7 geförderten Druckmittels 3. Daher werden sämtliche Nachteile der mit indirekter Steuerung arbeitenden Vorrichtung vermieden, die zwischen der Förderquelle und dem Verbraucher angeordnet sind und die mit Drosselung in der Speiseleitung arbeiten, was Druckabfälle zur Folge hat und Verwendung einer Druckmittelquelle mit sehr hohem Druckniveau erfordert.

Da der einzige bewegliche Teil der Vorrichtung 30 der ferromagnetische Kern 20 ist, hat die Vor­ richtung 30 eine geringe Ansprechzeit, da keine Verzögerungen infolge mechanischer Trägheits­ phänomene auftreten.

Die Kosten der Vorrichtung 30 können schließlich in ihrer Gesamthöhe gering gehalten werden, da Komponenten verwendet werden, die auch für andere Zwecke verwendbar sind, beispielsweise zur Be­ stimmung der jeweiligen Position des beweglichen Bauteils 17 (Transformator 22, Oszillator 23, Gleichrichter- und Verstärkerschaltung 24). Da kein Bauteil dem Verschleiß unterliegt, kann darüber hinaus auch die Häufigkeit der Wartung erheblich verringert werden.

Wenn andererseits der bewegliche Bauteil 17 eine Anzahl verschiedener Bewegungsgeschwindigkeiten in Abhängigkeit von der Position des Bauteils 17 relativ zum festen Gestellbauteil 16 während eines einzigen Arbeitszyklus annehmen soll, dann kann eine Vielzahl von Eingängen anstelle des einzigen zweiten Eingangs an der Schaltung 28 vorgesehen werden, wobei jedem Eingang ein Signal mit einer vorbestimmten, einer vorbestimmten Geschwindigkeit entsprechenden Spannung zugeführt wird. Durch ein vom Ausgang der Verstärkerschaltung 24 abgeleitetes Steuersignal kann dann die Über­ tragung des jeweiligen Referenzsignals auf die Schaltung 28 gesteuert werden, wobei das Steuer­ signal der Schaltung 24 direkt von der augen­ blicklichen Position des beweglichen Bauteils 17 relativ zum festen Bauteil 16 abhängt.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Steuerung der Geschwindigkeit der Bewegung eines relativ zu einem festen Gestellbauteil beweglichen Bauteils, wobei der Bewegungsantrieb des beweglichen Bauteils durch eine Antriebseinrichtung erfolgt, welche eine Druckmittelquelle aufweist, die über eine hydrau­ lische Schaltung ein Druckmittel zu einem Bewegungs- Transmissionselement fördert, und ein direkt vom beweg­ lichen Bauteil betätigter Geschwindigkeitswandler vor­ gesehen ist, der so ausgebildet ist, daß er ein der Bewegungsgeschwindigkeit des beweglichen Bauteils proportionales elektrisches Signal einer Vergleichs- und Verarbeitungseinrichtung zuführt, welcher außerdem wenigstens ein Referenz-Signal zugeführt wird, welches einem vorgegebenen Geschwindigkeitswert proportional ist, und wobei das der Differenz zwischen dem Signal des Geschwindigkeitswandlers und dem Referenz-Signal proportionale Ausgangssignal der Vergleichs- und Ver­ arbeitungseinrichtung dazu dient, die Bewegungs­ geschwindigkeit des beweglichen Bauteils im wesent­ lichen gleich dem vorgegebenen Wert der Geschwindig­ keit zu halten, dadurch gekennzeichnet,
daß das dem vorgegebenen Geschwindigkeitswert proportionale Referenz-Signal ein elektrisches Signal ist,
daß der Geschwindigkeitswandler einen Stellungswandler (22, 23, 24) aufweist, der ein elektrisches Ausgangs­ signal mit einer Amplitude proportional der vom beweg­ lichen Bauteil (17) relativ zum festen Gestellbauteil (16) eingenommenen Stellung liefert und an den eine Ableitungs­ schaltung (27) angeschlossen ist, die aus dem Ausgangs­ signal des Stellungswandlers (22, 23, 24) das der Bewegungsgeschwindigkeit proportionale elektrische Signal erzeugt,
daß ein elektrisches Differenz-Signal als Ausgangssignal der Vergleichs- und Verarbeitungs­ einrichtung (28) erhalten wird,
daß die Druckmittel­ quelle (1) das Druckmittel (3) mit konstanter Liefer­ menge fördert, und
daß wenigstens ein Ventil (11) vorge­ sehen ist, durch welches eine veränderbare Menge des Druckmittels (3) vor Erreichen des Bewegungs-Trans­ missionselements (14; 15) abzweigbar ist, wobei das Ventil (11) vom Ausgangssignal der Vergleichs- und Verarbeitungseinrichtung (28) betätigt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich- und Verarbeitungseinrichtung (28) eine Vielzahl von elektrischen Referenz-Signalen zuführbar sind, von denen jeweils dann auf die Vergleichs- und Verarbei­ tungseinrichtung (28) übertragen wird, wenn das beweg­ liche Bauteil (17) eine vorbestimmte Stellung relativ zum festen Gestellbauteil (16) einnimmt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes elektrische Signal der Vielzahl von Referenz-Signalen durch das vom Stellungswandler (22, 23, 24) erzeugte elektrische Ausgangssignal auf die Vergleichs- und Verarbeitungseinrichtung (28) übertragen wird.