JP2020524080A - エネルギ節約評価システムを備えたダイカストマシン - Google Patents

Abstract

インバータ（３００）によって作動する電動機（３９）を備えている油圧ダイカストマシン（１）は、インバータを備えていないダイカストマシンに対してエネルギ節約評価システム（４００）を提供する。

Description

本発明は、特に、軽合金のダイカスト用の油圧作動ダイカストマシンに関する。特に、本発明の目的は、エネルギ節約評価システムを備えた、油圧ポンプを作動させる電動機を作動させるインバータを備えたダイカストマシンである。

知られているように、そのようなマシンは、作られる部品に対応するキャビティを形成する２つのダイ−ハーフの結合からなるダイ上で動作し、ダイ閉鎖アセンブリと、ダイに注入された溶融金属を加圧するための射出ピストンを備えた射出アセンブリで構成される。

射出アセンブリと閉鎖アセンブリを作動させるため、さらにプロセス管理活動のために、多数のバルブによって調整され、油圧ポンプによって供給される油圧回路が提供される。

いくつかの解決策は、単に、送電網に接続された電動機によって作動する油圧ポンプを提供し、他の解決策は、インバータによって作動する電動機を提供し、実行される処理のパラメータおよび後述する他の利点に応じて、かなりのエネルギ節約を保証する。

しかし、通常、様々な半製品を製造するために多くのダイカストマシンが設置されている製造会社では、すべてのマシンがインバータによって作動するようになっているわけではない。

そのような状況では、製造会社が利用可能なマシンの使用を最適化する、特に、エネルギ消費を最適化する必要性が非常に感じられる。しかしながら、現時点では、インバータを備えているマシンではなく、インバータを備えていないマシンでいくつかの処理操作を実行するという選択は、技術スタッフの経験に委ねられている。

本発明の目的は、インバータを備えていないマシンの使用と比較して、処理動作を実行する際に達成されるエネルギ節約を評価するためのシステムを備えたインバータを備えたダイカストマシンを提供することである。

このような目的は、請求項１に記載のダイカストマシンにより達成される。従属請求項は、本発明のさらなる実施形態を記載している。

本発明によるダイカストマシンの特徴および利点は、添付の図面に従って、非限定的な例として提供される以下の説明から明らかになるであろう。

本発明の一実施形態に係るダイカストマシンを概略的に示す図である。 図１のダイカストマシンの射出アセンブリの図を示している。 本発明の一実施形態に係るエネルギ節約評価システムの図を示している。 評価システムによって提供される特性データを表示するためのグラフィカルインターフェースを表している。 本発明の変形実施形態に係るダイカストマシンの機能図を示している。

本発明の一実施形態によれば、ダイカストマシン１は、ダイホルダ５０２、５０４によって運ばれるダイハーフを閉じるための閉鎖アセンブリ５００と、ダイハーフの結合によって形成されるダイに注がれた溶融金属を加圧するための射出ピストンを備える射出アセンブリ１０とを備える。

例として、射出アセンブリの好ましい実施形態を以下に説明する（図２）。

射出アセンブリ１０は、ヘッドエンド２２と反対側のテールエンド２４との間の並進軸Ｘに沿って延びる射出ピストン２０を備える。射出ピストン２０は、油圧駆動装置により、並進軸Ｘに沿ったコマンドで並進可能である。

また、射出アセンブリ１０は、射出ピストン２０の外側への並進を意図した流体を収容および加圧するための、射出ピストン２０の上流、すなわち、そのテールエンド２４の上流に主圧力チャンバ２６を有する。

さらに、射出アセンブリ１０は、主流体入口２８と、主入口２８と主チャンバ２６との間に配置され、主チャンバ２６から主入口２８への流体の戻りを防止するのに適した遮断弁１０２とを備える。

例えば、前記遮断弁１０２は、出願人の名義の文献欧州特許出願公開第２９４２１２７号明細書に含まれる教示に従って作られている。

マシン１は、射出ピストン２０の運動回路のための第１のアキュムレータ３０（例えば、加圧された窒素を含む関連するシリンダから装填され得る）をさらに備える。前記第１のアキュムレータ３０は、主入口２８の上流に接続され、比例送出弁１０４は、前記アキュムレータ３０と前記主入口２８との間で作動する。

前記送出弁１０４は、電子的に制御され、弁の開度の関数として信号を検出するのに適した位置トランスデューサ２０４によりフィードバック駆動される。

主圧力チャンバ２６はさらに、ドレンに接続された注入ドレン２９に接続され、それに沿って注入戻りドレン弁１０５が作動する。

射出アセンブリ１０は、射出ピストン２０の戻り並進のための加圧流体を供給するための戻り入口３４に接続された、注入ピストン２０のテールエンド２４の下流に主背圧チャンバ３２をさらに備える。

戻り入口３４は、典型的には電動機３９により作動される油圧ポンプ３８が配置されるポンプ送出部３６に上流で接続される。

好ましくは、射出アセンブリ１０のポンプ３８は、閉鎖アセンブリ５００の油圧回路にも供給する。

射出戻し弁１０６が、送出ポンプ３６と戻し入口３４との間に配置されている。

さらに、ポンプ送出部３６上に並列に配置され、ドレンに接続されており、ポンプ出口３８の圧力を調整するために比例ポンプ最大圧力弁１０８が配置されている。

さらに、主背圧チャンバ３２は、ドレンに接続された戻りドレン４０に接続され、それに沿って電子的に制御され、前記バルブの開度の関数として信号を発するのに適した位置変換器２１２を備えた比例噴射ドレン弁１１２が配置される。

さらに、射出アセンブリ１０は、主チャンバ２６に含まれる流体の圧力をアキュムレータ３０によって供給される圧力よりも高くするのに適した圧力増倍手段を備える。

前記増倍手段は、増倍軸Ｙに沿って延び、例えば、射出ピストン２０の並進軸Ｘと一致し、主チャンバ３０内の圧縮で動作するのに適したヘッドエンド４４と反対側のテールエンド４６との間で、増倍ピストン４２を備える。

増倍ピストン４２は、増倍軸Ｙに沿ったコマンドで並進可能である。

圧力増倍手段は、増倍ピストン４２の上流の二次圧力チャンバ４８と、加圧流体の入口のための、二次チャンバ１００の上流の二次流体入口５０とをさらに備える。

マシン１は、二次入口５０に接続可能な第２のアキュムレータ５２（相対補充シリンダを備える）をさらに備え、増倍解放弁１１４は、第２のアキュムレータ５２と二次入口５０との間に配置される。

二次圧力チャンバ４８はまた、ドレンに接続された増倍戻りドレン５４に接続され、それに沿って増倍戻りドレン弁１１６が配置される。

さらに、増倍手段は、増倍ピストン４２のテールエンド４６の下流に、二次戻り入口５８を介して第２のアキュムレータ５２に接続可能な二次背圧チャンバ５６を備える。

第２のアキュムレータ５２と二次背圧チャンバ５６との間の前記二次戻り入口５８に沿って、主増倍バルブ１１８が作動し、これは、比例し、電子的に制御可能であり、弁の開度に従って信号を発するのに適した位置変換器２１８を備える。

最後に、第１の補助部分６０が増倍戻りドレン弁１１６を主増倍弁１１８に接続してドレンに配置され、第２の部分６２が増倍戻りドレン弁１１６を射出戻りドレン弁１０５に接続する。

さらに、射出アセンブリ１０は、

−例えば、射出ピストン２０の位置を検出するためのエンコーダである、射出ピストン位置センサ２２０と、

−主背圧チャンバ３２内の圧力を検出するための主背圧チャンバ圧力変換器２３２と、

−主圧力チャンバ２６内の圧力を検出するための主圧力チャンバ圧力変換器２２６と、

−二次背圧チャンバ５６内の圧力を検出するための二次背圧チャンバ圧力変換器２５６と、を備える。

処理サイクルは、閉鎖アセンブリ５００によってダイを閉じるステップと、注入装置（例えば、ロボットを備える）によって溶融金属をダイに注入するステップと、射出アセンブリ１０によって射出するステップ、閉鎖アセンブリ５００によってダイを開放するステップ、および射出アセンブリ１０の油圧回路によってアキュムレータ内のオイルを再充填するステップと、を提供する。

射出するステップは、第１のサブステップを提供し、ここで、射出ピストン２０は、溶融金属がダイに設けられたアクセサリチャネルを満たすことを可能にするために減速された速度で前進する。

第１のサブステップでは、送出バルブ１０４の制御された部分的開口のために、加圧流体は、例えば、１５０バールの公称圧力で主入口２８に供給され、そこから主遮断弁１０２の開口に続く主チャンバ３０に供給される。

射出ドレン弁１１２の制御された開放により、主背圧チャンバ３２が放出され、主圧チャンバ３０内の流体の作用と主背圧チャンバ３２内の流体の反対の作用により、所望の速度で、射出ピストン２０に外向きの推力が生成される。

続いて、好ましくは、前のステップから中断することなく、この方法は、第２のサブステップを提供し、射出ピストン２０は、第１のステップの前進速度よりも高速で前進する。

第２のサブステップでは、送出弁１０４のさらなる制御された開口、例えば、全開のために、加圧流体は、より大きな流量で主入口２８に供給され、そこから主遮断弁１０２の開口に続いて主圧力チャンバ３０に供給される。

さらに、好ましくは、射出ドレン弁１１２のさらなる制御された開放のために、主背圧チャンバ３２は、主チャンバ３０内の流体の作用と主背圧チャンバ３２内の流体の反対の作用により、所望の高速で、射出ピストン２０に外向きの推力が生成されるように、放出される。

さらにその後、好ましくは、前のサブステップから中断することなく、射出ステップは、第３のサブステップを提供する。ここで、射出ピストンは、ほぼゼロの速度で動作するが、溶融金属に高い推力を加えて、現在凝固している溶融金属を強制的に冷却し、冷却により生じる収縮を相殺する。

第３のサブステップでは、圧力増倍手段が作動する。

特に、加圧流体は、二次入口５０に供給され、そこから、増倍放出弁１１４の制御された開放に続いて二次圧力チャンバ４８に供給される。二次背圧チャンバ５６には、主増倍圧弁１１８を介して制御された方法で加圧流体が供給され、増倍圧ピストン４２が主圧チャンバ３０に存在する流体に推力作用を及ぼし、その圧力を、例えば、５００バールまで上昇させる。

その結果、主入口４０と主圧力チャンバ３０との間の圧力差に敏感な遮断弁１０２は、閉じた構成になり、主入口４０と主圧力チャンバ３０とを流体的に分離する。

したがって、より高い圧力にされた主圧力チャンバ３０内の流体は、射出ピストン２０上で作動し、その結果、前記ピストンはダイ内の金属に所望の作用を及ぼして収縮を相殺する。

３番目のサブステップの完了後、増倍手段は無効になる。特に、増倍ピストン４２は、二次背圧チャンバ５６に供給された加圧流体と、増倍戻りドレン弁１１６の開放による二次圧力チャンバ４８のドレンへの接続により、戻り行程を行う。

さらに、射出ピストン２０は、射出戻し弁１０６を開き、射出戻りドレン弁１０５を開くことにより主圧力チャンバ３０のドレンに接続することによって、戻り入口３４および送出ポンプ３６を介して主背圧チャンバ３２に供給される加圧流体により戻りストロークを実行する。

マシン１は、例えば、それらを命令するために射出アセンブリおよび閉鎖アセンブリに動作可能に接続された、例えば、電子制御ユニットまたはプログラム可能なＰＬＣまたはマイクロプロセッサを備える管理手段をさらに備える。

さらに、マシン１には、電動機の動作パラメータを変更するため、入力電流に対する交流出力の電圧および周波数を変化させるのに適した、交流電流が供給される電動機３９、すなわち、電子整流器−インバータアセンブリを制御するインバータ３００が設けられている。

インバータ３００は、好ましくは、主スイッチ３０４によって、送電網３０２に明らかに接続されている。

本発明に係るマシンは、エネルギを節約するための評価システム４００も備えている。

前記評価システム４００は、ポンプ３８の送出時の流体の圧力を検出するように接続された送出圧力センサ４０２、すなわち、圧力変換器を備える。

さらに、評価システム４００は、入力信号を処理するための、例えば、プログラム可能なＰＬＣまたはマイクロプロセッサまたは電子制御ユニットを備える電子処理手段４０４を備える。

送出圧力センサ４０２は、処理手段４０４に動作可能に接続され、ポンプ３８の送出時の圧力Ｐｍの関数として送出圧力信号Ｓｐｍを処理手段４０４に供給する。

評価システム４００は、電動機３９の瞬間的なエネルギ消費を検出するように適合された電子消費検出手段４０６をさらに備える。

前記消費検出手段４０６は、例えば、電動機によって消費される瞬間エネルギを検出するのに適したマルチメータを備える。

前記消費検出手段４０６は、処理手段４０４に動作可能に接続され、インバータを備えている電動機によって消費されるエネルギに応じて消費信号Ｓｃを送信し、例えば、インバータを備えているマシンのエネルギ消費を検出するために、インバータ３００（主スイッチ３０４の下流であることが好ましい）の上流で電力網３０２に動作可能に接続される。

評価システム４００は、ポンプ送出時の圧力値の関数としてインバータを備えていない電動機によって吸収された電力Ｐａに関する消費データが記憶される記憶手段４０８をさらに備える。

前記記憶手段は、例えば、ハードディスクまたはＲＡＭメモリまたはＲＯＭメモリを備える。

前記記憶手段４０８は、処理手段４０４に動作可能に接続され、前記処理手段４０４に、ポンプの供給時の所定の圧力値に従ってインバータを備えていない所定の電動機によって吸収される電力に対する瞬間吸収電力Ｐａ^＊の値を利用可能にする。

前記評価システム４００は、例えば、グラフィカルインターフェースを介してエネルギ節約を表示するためのモニタまたはディスプレイを備える表示手段４１０をさらに備える。

好ましくは、インバータを備えているダイカストマシンのユーザは、最初に、例えば、会社で利用可能な別のダイカストマシンのインバータを備えていない電動機に対応する、インバータを備えていない所定の電動機を直接または間接的に選択する。その結果、記憶手段４０８については、インバータを備えていない所定の電動機が選択されたままである。

例えば、このような最初の選択は、インバータを備えていない特定の電動機に対応するダイカストマシンモデルを選択することによって間接的に行われる。

所望の処理操作が設定されると、インバータを備えているダイカストマシンは、前述のステップ：ダイを閉じるステップと、溶融金属を閉じたダイに注入するステップと、金属をダイに射出するステップと、ダイを開放するステップと、オイルを再充填するステップに従って処理サイクルを実行する。

処理サイクルの間、処理手段４０４は、好ましくは、連続的に、送出圧力センサ４０２から送出圧力Ｐｍに対応する送出圧力信号Ｓｐｍと、消費エネルギΔＥｃに対応する消費信号Ｓｃを、所定の時間間隔Δｔを参照する消費検出手段４０６から取得する。

さらに、前記処理手段４０４は、記憶手段４０８から、前記時間間隔Δｔにおいて、送出圧力Ｐｍで、前もって選択されたインバータを備えていない電動機によって吸収された電力に対する瞬間吸収電力Ｐａ^＊に関するデータを取得する。

処理手段４０４は、瞬間吸収電力Ｐａ^＊に従って、間隔Δｔにおいて、インバータを備えていないマシンの推定エネルギ消費量ΔＥ^＊を、次式で計算する。

ΔＥ^＊＝Ｐａ^＊×Δｔ

サイクル全体、またはサイクルの前述の各ステップ、または前記ステップのサブステップの場合、合計推定消費量Ｅ^＊は、サイクル全体または各ステップまたは各サブステップの時間間隔Δｔにおいて、現在の推定消費量ΔＥ^＊の合計によって与えられる。

処理手段４０４は、表示手段４１０に、サイクル全体および／または個々のステップおよび／またはサブステップに対する、インバータを備えているマシンの実際のエネルギ消費量に関するデータ、ならびにサイクル全体および／または個々のステップおよび／またはサブステップに対する、インバータを備えていないマシンの推定消費量に関するデータを提供する。

例えば、好ましくは、グラフィカルインターフェースは、Ｎ番目のサイクルについて、インバータを備えたマシンの実際の消費量およびインバータを備えていないマシンの推定消費量を、サイクル全体および／または各ステップについて（例えば、インターフェースの上部に）表示する。

有利なことに、そのような表示により、オペレータは、インバータを使用せずにマシンで同じ処理を実行できるかどうかを評価し、場合によっては限られた高いエネルギ消費を受け入れることができる。

有利なことに、さらに、このような表示により、処理サイクルのすべてのステップが適切に較正されているかどうか、またはパラメータを改善できるステップがあるかどうかを理解できるため、インバータを備えていないマシンに比べて大幅なエネルギ節約を実現できる。

さらに、好ましくは、グラフィカルインターフェースは、マシンによって実行されるＮサイクルについて、サイクル時間およびインバータを備えているマシンの実際のエネルギ消費を表示する（例えば、インターフェースの下部に）。

有利なことに、そのような表示は、サイクル時間の変動がエネルギ節約の観点から利益をもたらすかどうかをオペレータが理解できるようにする。

変形実施形態（図５）によれば、マシン１は、いくつかの油圧ポンプ、例えば、それぞれがそれぞれのインバータによって制御されるそれぞれの電気モータ３９ａ、３９ｂによって作動する２つの油圧ポンプ３８ａ、３８ｂを備える。

あるいは、油圧ポンプは、インバータによって制御される単一の電動機によって作動する。

さらなる実施形態によれば、油圧ポンプ３８ａ、３８ｂは、閉鎖アセンブリおよび射出アセンブリの油圧回路に供給し、単一の圧力変換器は、ポンプ３８ａ、３８ｂの送出時に流体の圧力を検出する。

あるいは、第１の油圧ポンプ３８ａは閉鎖アセンブリ用の油圧回路を供給し、第２の油圧ポンプ３８ｂは射出アセンブリ用の別個の油圧回路を供給する。

そのような変形例および代替例も本発明の範囲内に含まれる。

革新的に、本発明に係るダイカストマシンは、従来技術を参照して引用される要件が満たされることを可能にする。

特に、上記のエネルギ節約評価システムは、インバータを備えているマシンではなく、インバータを備えていないマシンでいくつかの処理操作を実行する可能性を客観的に評価することを可能にする。

Claims (5)

1. インバータを備えたダイカストマシン（１）であって、
   −ダイに注入された鋳造金属を加圧するための射出ピストン（２０）と、射出ピストン（２０）を作動させるための油圧回路とを備えた射出アセンブリ（１０）と、
   −供給ラインを通して油圧回路に供給するための油圧ポンプ（３８）と、
   −油圧ポンプを作動させるための電動機（３９）と、電動機を作動させるためのインバータ（３００）と、
   −インバータを備えていないダイカストマシンに関するエネルギ節約の評価システム（４００）と、を備え、
   前記評価システム（４００）は、
   ａ）時間間隔（Δｔ）に亘ってポンプ送出圧力（Ｐｍ）を検出するのに適した送出圧力センサ（４０２）と、
   ｂ）前記時間間隔（Δｔ）についてインバータ（３００）の実際のエネルギ消費（ΔＥｃ）を検出するのに適した消費検出手段（４０６）と、
   ｃ）記憶手段（４０８）であって、送出圧力に対するインバータを備えていない電動機によって吸収された電力に関するデータが記憶される、記憶手段（４０８）と、
   ｄ）送出圧力センサ（４０２）から送出圧力（Ｐｍ）と、記憶手段（４０８）から所定の送出圧力（Ｐｍ）に対するインバータを備えていない所定の電動機の吸収電力（Ｐａ^＊）とを取得し、時間間隔に亘って推定エネルギ消費量（ΔＥ^＊＝Ｐａ^＊Δｔ）を計算するのに適した処理手段（４０４）と、
   ｅ）処理手段（４０４）によって取得されたデータの表示のための表示手段（４１０）と、を備える、ダイカストマシン。
2. 前記処理手段（４０４）は、処理サイクル全体および／または前記サイクルの少なくとも１つのステップおよび／または前記少なくとも１つのステップの少なくとも１つのサブステップについて、インバータを備えているマシンの実際のエネルギ消費（Ｅｃ＝ΣΔＥｃ）と、インバータを備えていないマシンの推定電力消費（Ｅ^＊＝ΣΔＥ^＊）とを計算する、請求項１に記載のダイカストマシン。
3. 前記ダイカストマシンは、ダイを形成するダイハーフを開閉するための閉鎖アセンブリ（５００）を備え、前記閉鎖アセンブリ（５００）は、前記ポンプ（３８）によって油圧で作動される、請求項１または２に記載のダイカストマシン。
4. 前記ダイカストマシンは、ダイを形成するダイハーフを開閉するための閉鎖アセンブリ（５００）を備え、前記電動機（３９）によって作動される追加の油圧ポンプ（３８ｂ）によって油圧で作動される、請求項１または２に記載のダイカストマシン。
5. 前記ダイカストマシンは、
   −ダイを構成するダイハーフを開閉するための閉鎖アセンブリ（５００）であって、追加のインバータによって作動される追加の電動機（３９ｂ）によって作動される追加の油圧ポンプ（３８ｂ）によって油圧で作動される、閉鎖アセンブリ（５００）を備え、
   −追加の送出圧力センサは、追加のポンプの送出時の圧力を検出し、
   −追加の消費検出手段は、追加のインバータの実際のエネルギ消費を検出し、
   −前記処理手段（４０４）は、追加の送出圧力センサから送出圧力と、記憶手段から所定の送出圧力に対するインバータを備えていない所定の追加の電動機の吸収電力とを取得し、時間間隔に亘って追加の推定エネルギ消費を計算する、請求項１または２に記載のダイカストマシン。

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