DE3612713C1 - Steuer- bzw.Regelvorrichtung fuer elektrisch steuerbare Ventile in hydraulischen Schaltungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuer- bzw. Regelvorrichtung für elektrisch steuerbare Ventile in hydraulischen Schaltungen, insbesondere für Proportionalventile in hydraulischen Schaltungen für Spritzgießmaschinen, wobei dem Stellglied des betreffenden elektrisch steuerbaren Ventils ein Stellsignal zugeführt wird (DE-Z - "Steuerungstechnik" 8, 1975, Nr. 2, Seite 26).

Im allgemeinen sind die Steuer- und Regelvorrichtungen für elektrisch steuerbare Ventile in hydraulischen Schaltungen als Zentrale ausgebildet, die an diese steuerbaren Ventile die Stellsignale abgibt. Die Baugruppen liegen im allgemeinen auf dem gleichen Bezugspotential, d. h. sie sind galvanisch gekoppelt. Falls Störsignale beim Ansteuern der elektrisch steuerbaren Ventile ausgelöst werden, gelangen diese aufgrund der galvanischen Kopplung in die Steuerung bzw. Regelung und können zu Fehlfunktionen führen.

Es sind auch Schaltungsanordnungen zur potentialgetrennten Übertragung von Signalen mittels eines Transformators, der primärseitig mit einem HF-Oszillator und sekundärseitig mit einer Gleichrichterbrücke beschaltet ist, bekannt (DE-PS 28 21 812). Zwischen dem HF-Oszillator und dem Transformator ist die Reihenschaltung eines bistabilen Kippgliedes und eines Buffers geschaltet, wobei der Buffer ausgangsseitig mit der Primärwicklung des Transformators verbunden ist und das zu übertragende analoge oder digitale Signale einem Betriebsspannungseingang des Buffers zugeführt ist.

Mit diesen Schaltungsanordnungen wird die Aufgabe gelöst, eine potentialgetrennte Übertragung digitaler und analoger Signale durchzuführen, wobei hohe Anforderungen an die Schnelligkeit und die Potentialtrennung der Übertragung gestellt werden. Sie werden bei Transistorstellern eingesetzt, um das aus einer Logikschaltung gewonnene Ansteuersignal einem Leistungstransistor zuzuführen, dessen Basis auf schwimmendem Potential liegt.

Entsprechende Probleme treten auch auf anderen Gebieten der Technik auf, beispielsweise in der analogen Nachrichtentechnik. Hier ist es bekannt, zur galvanischen Entkopplung Trennverstärker einzusetzen. Bei der digitalen Signalverarbeitung ist es weiterhin bekannt, Opto-Koppler einzusetzen, beispielsweise bei der digitalen Datenübertragung.

Entsprechend ist es auch bekannt, in digitaler Steuer- bzw. Regelvorrichtungen für die hydraulischen Schaltungen in Spritzgießmaschinen für die Ansteuerung der Wegeventile Opto-Koppler einzusetzen. Derartige digitale Steuer- bzw. Regelvorrichtungen für die hydraulischen Schaltungen von Spritzgießmaschinen müssen von vornherein für diese Opto-Koppler ausgelegt werden.

Es ist zwar prinzipiell möglich, auch die analogen Steuer- bzw. Regelvorrichtungen für die hydraulischen Schaltungen insbesondere für Spritzgießmaschinen für Opto-Koppler auszulegen, der hierzu erforderliche technische Aufwand ist jedoch beachtlich.

Bisher war es nicht möglich, derartige, analoge Steuer- bzw. Regelvorrichtungen mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand nachträglich auf eine galvanische Entkopplung umzurüsten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuer- bzw. Regelvorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, unabhängig davon, ob sie für analog oder digital arbeitende hydraulische Schaltungen einsetzbar ist, und mit der im Bedarfsfalle eine konventionelle Steuer- bzw. Regelvorrichtung mit galvanischer Kopplung auf solche mit einer galvanischen Entkopplung umrüstbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen der Steuer- bzw. Regelvorrichtung und dem Stellglied ein Trenntransformator angeordnet ist, dem die Filter mit einem vorgeschaltetem ersten Einweggleichrichter vorgeschaltet ist, das Stellsignal und das sinusförmige Ausgangssignal eines Oszillators einem Summierverstärker zugeführt sind, dessen Ausgangssignal dem ersten Einweggleichrichter aufgeschaltet ist, dem Trenntransformator ein zweiter Einweggleichrichter, diesem ein Filter, ein Summierer zur Vornahme einer Nullpunktkorrektur und ein Verstärker nachgeschaltet sind, dessen Ausgangssignal das Stellsignal für das Stellglied des elektrisch steuerbaren Ventils ist.

Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß bei den üblichen analogen bzw. digitalen Steuer- bzw. Regelvorrichtungen ohne galvanische Entkopplung in der Steuerleitung zu den betreffenden elektrisch steuerbaren Ventilen die aus diesen Bauelementen bestehende Baugruppe angeordnet und auf einfache, wirtschaftliche Weise eine galvanische Trennung vorgenommen wird. Es ist somit nicht mehr erforderlich, in extremen Situationen beispielsweise Trennverstärker für Meßeinrichtungen einzusetzen, die für völlig andere Zwecke konzipiert und deren Einsatz für diese Anwendungsfälle wirtschaftlich nicht vertretbar ist.

Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen steht als Ausgangssignal an dem Verstärker zwar ein Signal mit einer Restwelligkeit an, es zeigte sich jedoch überraschenderweise, daß diese Restwelligkeit im praktischen Betrieb die Genauigkeit der hydraulischen Schaltungen insbesondere für Spritzgießmaschinen nicht nachteilig beeinflußt und in den Fällen, in denen Proportionalventile mit einem oszillierenden Ventilkörper zum Einsatz kommen (DE-PS 33 19 268), die Ansprechwahrscheinlichkeit und die Genauigkeit erheblich verbessert wird, während beispielsweise in der Meßtechnik eine derartige Restwelligkeit zu nicht reproduzierbaren Meßergebnissen führt. Da diese Restwelligkeit auf den in Betracht kommenden Anwendungsgebieten überraschenderweise völlig unbeachtlich ist, kann auf den bisher hohen technischen Schaltungsaufwand verzichtet werden.

Falls der Trenntransformator einen Ferritkern aufweist, wird der Oberwellenanteil des Stellsignals reduziert.

Falls mindestens der eine Einweggleichrichter ein aktiver Einweggleichrichter ist, wird eine Linearisierung der Gleichrichterkennlinie erreicht. Dies ist erforderlich, um die Identität zwischen Eingangs- und Ausgangssignal dieser erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung weiter zu verbessern.

Falls das dem Trenntransformator vorgeschaltete Filter ein kritisch bedämpftes Filter ist, d. h. ein Filter, das im Bereich des aporiodischen Grenzfalles bedämpft ist, wird erreicht, daß die Amplitude des Ausgangssignals dieses Filters mit der des Eingangssignals dieses Filters übereinstimmt.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das kritisch bedämpfte Filter ein Filter zweiter Ordnung. Durch diese Maßnahme wird die Realisierung der kritischen Bedämpfung des Filters schaltungstechnisch erheblich einfacher.

In einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das dem Trenntransformator nachgeschaltete Filter ein Bessel-Filter, so daß die Sprungantwort des Trennverstärkers optimiert wird.

Falls das Bessel-Filter ein Filter vierter Ordnung ist stets ein für die Praxis ausreichender Störspannungsabstand zwischen der Restwelligkeit und dem Nutzsignal gewährleistet.

In einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das dem Trenntransformator nachgeschaltete Filter zusätzlich als Summierer ausgebildet, d. h. es nimmt gleichzeitig die Nullpunktkorrektur vor. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die Vorgabe des Spannungsnullpunktes unabhängig von der Einstellung des Verstärkungsfaktors der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist.

Die Erfindung wird in der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 schematisch die Plastifizier- und Spritzeinheit einer Spritzgießmaschine mit einem Ausschnitt der hydraulischen Steuerung (im Schnitt) sowie dem elektrischen Steuer- bzw. Regelteil,

Fig. 2 das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung als Blockschaltbild und

Fig. 3 Blockschaltbild der Fig. 2 mit den in den Funktionsblöcken eingezeichneten elektronischen Schaltungselementen.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung in Seitenansicht ein Plastifizier- und Spritzaggregat einer Spritzgießmaschine, schematisch die zugehörige hydraulische Schaltung sowie die elektrische Steuerung bzw. Regelung für die hydraulische Schaltung.

Mit 1 ist das Plastifizier- und Einspritzaggregat bezeichnet, das in an sich bekannter Weise den Plastifizier- und Einspritzzylinder 2 sowie eine Plastifizier- und Einspritzschnecke 3 aufweist. Diese Plastifizier- und Einspritzschnecke wird einerseits während des Plastifizierens des über den Trichter 4 zugeführten Granulats eines thermoplastischen Kunststoffes von dem Hydromotor 5 in Rotation versetzt, wobei sie gleichzeitig eine axiale Verschiebung in Richtung zum rechten Rand der Zeichnung ausführt. Die Schnecke steht zu diesem Zwecke über eine allgemein bekannte Keilnutwellenverbindung mit dem Abtriebsritzel 6 des Hydromotors in Eingriff. Die Plastifizier- und Einspritzschnecke ist weiterhin über eine Kolbenstange 7 mit dem Zylinder 9 geführten Kolben 8 des hydraulischen Arbeitszylinders 10 verbunden, der über die beiden hydraulischen Leitungen 11 und 12 beidseitig beaufschlagbar ist. Nach dem Plastifizieren wird durch das entsprechende Beaufschlagen des hydraulischen Kolbens 8 die Schnecke axial in entgegengesetzter Richtung zum Injizieren des plastifizierten Materials in ein nicht dargestelltes Formnest verschoben. Die beiden hydraulischen Leitungen 11 und 12 sind über ein 4/3 Wegeventil 13 mit der Tankleitung 14 zum Tank bzw. der Druckleitung 15 zur Pumpe verbunden. Dieses 4/3 Wegeventil ist elektrisch vorgesteuert und weist zu diesem Zwecke das Vorsteuerventil 16 auf, das über die Steuerleitung 17′ und die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 18 zur galvanischen Trennung von der elektrischen Steuerung bzw. Regelung 19 die Stellsignale erhält. Falls die galvansiche Trennung aufgehoben werden soll, wird die Steuerleitung 17 unter Umgehung der Schaltungsanordnung 18 unmittelbar mit der elektrischen Steuerung bzw. Regelung 19 verbunden.

Die Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.

Mit 20 ist schematisch der Trenntransformator bezeichnet. Die strichlierte Linie zeigt symbolisch die galvanische Trennung an.

Mit 21 ist ein Oszillator bezeichnet, der ein sinusförmiges Ausgangssignal abgibt. Dieses wird zusammen mit dem von der Steuer- bzw. Regelvorrichtung 19 abgegebenen Stellsignal für das Vorsteuerventil 16 den Eingängen des Summierverstärkers 22 zugeführt, dem der aktive Einweggleichrichter 23 nachgeschaltet ist. Das Ausgangssignal dieses aktiven Einweggleichrichters wird dem Filter 24 zugeführt, das im vorliegenden Falle ein kritisch bedämpfter Bandpaß zweiter Ordnung ist, dessen Ausgangssignal den Trenntransformator 20 speist.

Der Trenntransformator ist der aktive bzw. passive Einweggleichrichter 25 nachgeschaltet, dem seinerseits als Filter 26 ein Besselfilter vierter Ordnung nachgeschaltet ist. Dieses Filter 26 verfügt über einen Summiereingang 27 zum Anschließen einer Referenzspannungsquelle 28. Diesem Filter 26 ist der Ausgangsverstärker 29 nachgeschaltet, der über die Steuerleitung 17 sein Ausgangssignal als Stellsignal dem Vorsteuerventil 16 zuführt.

Über den Summiereingang 27 des Filters 26 wird mittels der Spannungsquelle 28, falls erforderlich, eine Nullpunktkorrektur durchgeführt. Da diese unabhängig von der Einstellung der Verstärkung mittels des Verstärkers 29 durchgeführt wird, ist es möglich, abgesehen von der Restwelligkeit des Ausgangssignals des Filters 26 ein Ausgangssignal zu erzeugen, das identisch mit dem über die Leitung 17 zugeführten Eingangssignal, d. h., daß gewissermaßen das Steuersignal der elektrischen Steuerung bzw. Regelung 19 galvanisch getrennt dem Vorsteuerventil 16 zugeführt wird.

Entsprechend kann das Stellsignal für das 4/3 Wegeventil für den Hydromotor 5 galvanisch entkoppelt werden. Dieses 4/3 Wegeventil ist mit 30 bezeichnet, sein elektrisches Vorsteuerventil 31 ist über die Steuerleitung 32 und eine mit der Schaltungsanordnung 18 identische Schaltanordnung 33 zur galvanischen Entkopplung und die Leitung 32′ mit der elektrischen Steuerung bzw. Regelung 19 verbunden.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung hat den weiteren wesentlichen Vorteil, daß sie auch für digitale Steuer- und Regelvorrichtungen für elektrisch gesteuerte Vorteile der hydraulischen Schaltungen einsetzbar ist.

Die erfindungsgemäße analoge bzw. digitale Steuer- bzw. Regelvorrichtung für elektrisch steuerbare Ventile kann in allen hydraulischen Schaltungen eingesetzt werden, bei denen die Restwelligkeit des galvanisch getrennten Stellsignals vernachlässigbar ist, d. h. die erfindungsgemäße Vorrichtung ist prinzipiell in allen Bereichen des Maschinenbaus einsetzbar.

Claims (4)

1. Steuer- bzw. Regelvorrichtung für elektrisch steuerbare Ventile in hydraulischen Schaltungen, insbesondere für Proportionalventile in hydraulischen Schaltungen für Spritzgießmaschinen, wobei dem Stellglied des betreffenden elektrisch steuerbaren Ventils ein Stellsignal zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Steuer- bzw. Regelvorrichtung (19) und dem Stellglied ein Trenntransformator (20) angeordnet ist, dem ein Filter (24) mit einem vorgeschalteten ersten Einweggleichrichter (23) vorgeschaltet ist, das Stellsignal (17) und das sinusförmige Ausgangssignal eines Oszillators (21) einem Summierverstärker (22) zugeführt sind, dessen Ausgangssignal dem ersten Einweggleichrichter (23) aufgeschaltet ist, dem Trenntransformator (20) ein zweiter Einweggleichrichter (25), diesem ein Filter (26), ein Summierer (26) zur Vornahme einer Nullpunktkorrektur (27) und ein Verstärker (29) nachgeschaltet sind, dessen Ausgangssignal das Stellsignal (17) für das Stellglied des elektrisch steuerbaren Ventils (13) ist.

2. Steuer- bzw. Regelvorrichtung für elektrisch steuerbare Ventile in hydraulischen Schaltungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Trenntransformator (20) vorgeschaltete Filter (24) ein kritisch bedämpftes Filter zweiter Ordnung ist.

3. Steuer- bzw. Regelvorrichtung für elektrisch steuerbare Ventile in hydraulischen Schaltungen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Trenntransformator (20) nachgeschaltete Filter (26) ein Besselfilter ist.

4. Steuer- bzw. Regelvorrichtung für elektrisch steuerbare Ventile in hydraulischen Schaltungen nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Trenntransformator (20) nachgeschaltete Filter (26) zusätzlich als Summierer ausgebildet ist.