DE3919823A1 - Spritzgiessmaschine mit hydraulischen verbrauchern - Google Patents
Spritzgiessmaschine mit hydraulischen verbrauchernInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Spritzgießmaschine gemäß den Merkmalen des
Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Regelung der
hydraulischen Antriebe gemäß Oberbegriff des Anspruchs 12.
Aus EP-02 01 610 A1 ist eine Spritzgießmaschine bekannt, bei der ein
Servomotor eine Kniehebelschließeinheit antreibt. Der Motor wirkt
hierbei über eine Kette auf die Mutter einer Kugelspindel.
Bei dieser Bauart wird mechanisch durch Rotation eine Linearbewegung
erzeugt, mit dem Nachteil nicht vermeidbaren Verschleißes der
mechanischen Elemente. Darüber hinaus ist die Drehzahl der
Antriebseinheit zur Vermeidung der Zerstörung des Kugelspindelsystems
und zur Verhinderung hoher Laufgeräusche begrenzt.
Aus DE-OS 37 31 021 ist eine Spritzgießmaschine mit hydraulischen
Verbrauchern einzelner Baugruppen bekannt. Die Hydraulikanlagen solcher
Maschinen weisen üblicherweise eine zentrale Druckerzeugungsstation auf,
bei der ein Elektromotor eine Konstantpumpe antreibt und die Druck- und
Volumensteuerung des Hydrauliksystems über Ventile bewirkt wird.
Neben der Geräuschbelastung durch den Dauerbetrieb von Motor und Pumpe
weisen derartige Antriebe von Spritzgießmaschinen den Nachteil hohen
Energieverbrauchs auf. Darüber hinaus ist das Regelverhalten dieser
hydraulisch getriebenen Spritzgießmaschinen auch beim Einsatz von
Servoventilen und Regelpumpen relativ träge.
Aufgabe der Erfindung ist es, hydraulische Antriebe und ein Verfahren
zur Regelung dieser Antriebe bei Spritzgießmaschinen zu schaffen, die
bei kompakter Bauweise leistungsstark, schnell und dabei
geräuschgemindert sowie energiearm die einzelnen Baugruppen bewegt.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale der
Ansprüche 1 und 12.
Die einzelnen Verbraucher sind unmittelbar mit einer durch einen
Servomotor getriebene Pumpe verbunden. Es wird ein einheitliches
Antriebskonzept verwirklicht, da die Antriebe aller Baugruppen,
unabhängig ob sie eine Haupt- oder Nebenfunktion erfüllen, hydraulisch
getrieben werden.
Die zum Antreiben der hydraulischen Verbraucher erforderliche Energie
wird nur bei Bedarf erzeugt, da der Servomotor im sogenannten
Stop-and-Go-Betieb arbeiten kann. Die durch die Pumpen erzeugte
Arbeitsenergie wird in einfacher Weise durch Rohrleitungen ohne
Zwischenschaltung von hydraulischen Steuerungselementen wie Wege- oder
Überstromventile unmittelbar den Verbrauchern zugeführt und in lineare
Bewegung umgesetzt.
Ein Einbau dieser Antriebe ist ohne besonderen Aufwand in bestehende
Antriebssysteme möglich.
Der im geschlossenen Hydrauliksystem erforderliche Vorspanndruck kann in
baulich einfacher Weise durch Druckhaltepumpen oder durch
standardisierte Speicher aufrechterhalten werden. Die Kraftübertragung
vom Erzeuger zum Verbraucher erfolgt mit extrem hoher Geschwindigkeit
und ist nicht durch mechanische Elemente begrenzt. Die Folge ist ein im
Vergleich zur elektrisch-mechanischen Spritzgießmaschinen deutlich
kürzere Zykluszeit.
Das Hydrauliksystem ist quasi verschleißfrei. Die zum Einsatz kommenden
mechanischen Elemente weisen durch das Medium Öl eine Eigenschmierung
auf. Darüber hinaus sind Hydrauliksysteme im Vergleich zum mechanischen
System nicht so stark, so daß extreme Belastungsspitzen vermieden
werden. Trotzdem weisen diese Hydrauliksysteme eine hohe Steifigkeit
auf, die reproduzierbare Werte bezüglich des Weges oder der Kraft
ermöglichen. Verstärkt wird dieser Vorteil noch durch die unmittelbare
Leistungsübertragung in dem geschlossenen Hydraulikkreis, also ohne
störende Zwischenschaltung von Ventilen und ähnlichem.
Die Anzahl der für die Verbraucher der Spritzgießmaschine erforderlichen
Bauelemente kann in vorteilhafter Weise verringert oder bei gleicher
Anzahl durch einfachere Elemente ersetzt werden. So kann ein Servomotor
inklusive Subregelkreis ersetzt werden durch einfach schaltbare
Kupplungen, die zwischen Motor und Pumpe angeordnet sind. Der Vorteil
der an die Baugruppe angepaßte Pumpengröße bleibt dabei erhalten.
Statt der schaltbaren Kupplungen können in einer weiteren vorteilhaften
Anordnung an einem Servomotor mehr als eine Pumpe angeschlossen werden.
Durch den Einsatz von Verstellpumpen können die Volumenströme der
Verbraucher der einzelnen Baugruppen sowohl Volumen- wie richtungsmäßig
frei eingestellt werden. Das Steuerungssystem dieser standardisierten
Verstellpumpen ist einfach ausgeführt und ordnet sich dem Regelsystem
der Servomotoren unter.
Die hohe Dynamik, die die Hydraulik systembedingt aufweist, wird noch
durch das Verfahren bei der Regelung der erfindungsgemäßen
Spritzgießmaschine unterstützt. In einem Subsystem, nämlich einem
Positions- oder einem Kraftregelkreis, werden die an der jeweiligen
Baugruppe ermittelten Meßwerte geregelt und in einen
Geschwindigkeitswert umgewandelt. Im Regelkreis des Antriebsmotors wird
dieser Geschwindigkeitswert als Sollwert benutzt und unmittelbar mit der
Ist-Drehgeschwindigkeit der Pumpenwelle verglichen und bei Abweichungen
durch ein Servoventilmodul geregelt.
Dieses Regelverfahren ermöglicht ein schnelles analoges Reagieren auf
Änderungen des Istverhaltens der Baugruppen.
Beispiele der Erfindung sind in den Fig. 1 bis 4 aufgezeigt.
Die Fig. 1 bis 3 zeigen eine Spritzeinheit 12 sowie eine Schließ
einheit 19 mit den zugehörigen hydraulischen Verbrauchern, den Kolben/
Zylindereinheiten 21, 22. An das geschlossene Hydrauliksystem ist ein
Druckspeicher 90 angeschlossen.
In den Fig. 1 und 2 sind die hydraulischen Verbraucher 21, 22
kraftmäßig mit den Konstantpumpen 311 und 321 verbunden.
In der Fig. 1 sind die Konstantpumpen 311 und 321 unabhängig
voneinander mit Motoren 41 und 42 verbunden.
In der Fig. 2 sind die Konstantpumpen 311 und 321 über die Kupplungen
61 und 62 und ein Verteilergetriebe 70 mit dem Motor 48 verbunden. Die
Kupplungen 61, 62 sind durch die Kupplungssteuerung 69 von außen
schaltbar.
In der Fig. 3 ist ein Motor 48 vorgesehen, der über das
Verteilergetriebe 70 mit Verstellpumpen 312 und 322 verbunden ist.
Die Fig. 4 zeigt die Konstantpumpe 311, die mit einem hydraulischen
Verbraucher 20, nämlich der Kolben/Zylindereinheit 21 verbunden ist, die
die als Kniehebel 11 ausgebildete Schließeinheit bewegt. Die Disposition
der Schließeinheit 11 wird durch Meßelemente 50, nämlich dem
Positionsaufnehmer 51 erfaßt.
Der Positionswert x wird nach der Erfassung dem Positionsregelkreis 81
zugeführt, mit einem Sollwert w verglichen und als Geschwindigkeitswert
v ausgegeben. Dieser Wert v wird als Geschwindigkeitssollwert einem
Geschwindigkeitsregelkreis 82 zugeführt und mit der aktuellen
Drehgeschwindigkeit des Motors 41 verglichen und bei Abweichung mittels
eines Servoantriebmoduls 49 geregelt.
Claims (12)
1. Spritzgießmaschine zur Herstellung von Formteilen aus Kunststoff
mit hydraulischen Verbrauchern für einzelne Baugruppen,
insbesondere Schließeinheit, Spritzeinheit, Auswerfer und Kerne,
dadurch gekennzeichnet,
daß die hydraulischen Verbraucher (20, 21, 22) mit Pumpen (31, 32)
verbunden sind, die von Wechselstrom-Servomotoren (41, 42, 48)
angetrieben werden.
2. Spritzgießmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wechselstrom-Servomotore (41, 42, 48) frequenzmoduliert
sind.
3. Spritzgießmaschine nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Servomotore (41, 42, 48) regeltechnisch mit den einzelnen
Baugruppen (11, 12) in Verbindung stehen.
4. Spritzgießmaschine nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß an den Baugruppen (11, 12) Elemente (50, 51) zum Messen der
Regelgrößen, nämlich der Position (x) oder der Geschwindigkeit (v)
oder der Kraft (P) vorgesehen sind.
5. Spritzgießmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Pumpen (31, 32) eine Bauart (311, 321) besitzen, die in
beiden Drehrichtungen einen von der Drehzahl abhängigen
Volumenstrom aufweisen.
6. Spritzgießmaschine nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß an einem der Wechselstrom-Servomotore (41, 42, 48) mindestens
zwei Kupplungen (61, 62) angeordnet sind, an denen jeweils eine
Pumpe (311, 321) ankuppelbar ist.
7. Spritzgießmaschine nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kupplungen (61, 62) fremdgesteuert (69) schaltbar sind.
8. Spritzgießmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Pumpen (31, 32) eine Bauart (312, 322) aufweisen, die eine
fremdgesteuerte Volumenänderung ermöglicht.
9. Spritzgießmaschine nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens zwei Pumpen (312, 322) mit einem
Wechselstrom-Servomotor (48) verbunden sind.
10. Spritzgießmaschine nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß am Wechselstrom-Servomotor (40) ein Verteilergetriebe (70)
angeordnet ist, das mit mindestens zwei Pumpen (312, 322) verbunden
ist.
11. Spritzgießmaschine nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen der Pumpe (31, 32) und dem Verbraucher (21, 22) ein
Druckspeicher (90) vorgesehen ist.
12. Verfahren zur Regelung hydraulischer Antriebe einer
Spritzgießmaschine nach Anspruch 1 und Meßelementen zur Erfassung
der Meßwerte Position (x) oder Kraft (P),
dadurch gekennzeichnet,
daß an der jeweiljgen Baugruppe (11, 12) der Meßwert (Position x
oder Kraft P) erfaßt wird, dieser Meßwert in einem Positions- bzw.
Kraftregelkreis (81) mit einem Sollwert (w) verglichen wird, wobei
eine dabei ermittelte Abweichung in einen Geschwindigkeitswert (v)
umgewandelt und als Geschwindigkeits-Soll-Wert einem
Geschwindigkeitsregelkreis (82) zugeführt wird und nach Vergleich
der Ist-Geschwindigkeit des Motors (41) mit dem
Geschwindigkeits-Soll-Wert (v) über ein Servoantriebsmodul (49) die
Drehgeschwindigkeit des Motors (41) einstellt.
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