KR19980081408A - 사판식 가변용량펌프의 제어장치 - Google Patents

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Abstract

제어장치는 가변용량펌프(11)의 사판(斜板)의 위치를 변위시키기 위한 구동피스톤(12p)과, 구동피스톤을 구동하기 위한 전자비례밸브(13)와, 사판의 위치를 검출하기 위한 위치검출기(14)를 포함한다. 제어장치는 작동유의 유량지령치(Fr)와 위치검출기로부터 얻은 위치검출치와의 차에 따라 전자비례밸브를 제어하여 사판의 위치를 변위시킴으로써 작동유의 유량을 제어한다. 제어장치는 또한, 사출실린더(10)에 공급되는 작동유의 압력을 검출하는 압력검출기(18)와, 압력검출기로부터 얻은 압력검출치에 따라 유량지령치를 보정하여, 보정유량지령치를 출력하는 보정수단을 포함한다.

Description

사판식 가변용량펌프의 제어장치
본 발명은 사판식 가변용량펌프의 제어장치에 관한 것으로서, 특히 유압식 사출성형기의 사출실린더에 가압한 작동유를 공급하기 위한 사판식가변용량펌프에 적합한 제어장치에 관한 것이다.
유압식 사출성형기는 유압에 의해 구동되는 사출장치를 구비하고 있다. 사출장치는 유압에 의해 사출축을 구동하여 가열실린더내의 스크루를 전진 또는 후퇴시키는 사출실린더와, 사출실린더에 가압한 작동유를 공급하는 유압펌프를 포함한다. 유압펌프에는 통상, 사판식 가변용량펌프가 사용된다. 이와 같은 사출성형기의 사출장치에 있어서는, 용융수지를 금형에 충전할 때, 사출속도를 제한하거나 사출압력을 제어하는 작업이 이루어진다. 예를 들면, 사출속도를 제어할 때는, 가열실린더내의 용융수지나 금형내의 용융수지에 의한 저항이 작용한다. 이 저항이 커지면 사출속도가 저하한다. 특히, 스크루가 저속으로 동작하고 있는 경우에는, 스크루가 정지해 버리는 경우도 있는데, 그 원인은 다음과 같은 이유에 근거한다.
유압식 사출장치는 작동유를 통과시키기 위한 다수의 배관을 가진다. 이와 같은 배관으로는, 작동유의 미소한 누출을 피할 수 없다. 한편, 상기 저항이 커지면, 사출실린더에 작용하는 작동유의 압력은 상승한다. 작동유의 압력이 상승하면, 작동유의 누출량도 증가한다. 그 결과, 사출실린더에 공급되는 작동유의 유량이 감소한다. 이와 같이, 사출압력이 높아질수록 사출속도, 즉 스크루속도가 저하되는 한편, 작동유의 누출량은 사출압력이 높아질수록 증가하기 때문에, 작동유의 누출량의 영향은 사출속도가 느린 경우에 커진다.
한편, 작동유의 압력이 상승하면, 작동유는 압축된다. 작동유의 압축량은 기체의 압축량에 비해 대단히 적지만, 작동유의 압축율β은 하기의 식으로 나타낸다.
β= -(1/V0)·(d V/dP)
단, V0은 압축앞의 작동유의 부피, dV는 작동유의 부피변화, dP는 작동유의 압력변화이다.
작동유의 압축량은 사출압력이 높아질수록 증가하기 때문에, 작동유의 압축량의 영향은 사출속도가 느릴 경우에 커진다.
따라서, 본 발명의 목적은 배관으로부터 작동유의 누출이나 압축의 영향을 받지 않고 양호한 속도제한 특성을 얻을 수 있는 사판식 가변용량펌프의 제어장치를 제공하는 데에 있다.
도 1은 종래의 사출성형기에 있어서 사출장치의 제어장치 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 사출성형기에 있어서 사출장치의 유압배관부터 작동유가 누출된 양과 압력과의 관계를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제어장치를 유압식 사출성형기의 사출장치에 적용한 경우의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3에 도시한 제어장치의 유량제어를 종래예와 비교하여 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 제어장치를 유압식 사출성형기의 사출장치에 적용한 경우의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 있어서 사판의 위치 보정량을 산출하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명에 있어서 사판의 위치 보정량을 산출하는 순서를 도시한 순서도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 사출 실린더 11 : 가변용량펌프
12 : 구동 실린더 12p : 구동 피스톤
16 : 전환 밸브 18 ; 압력 검출기
30 : 제어부 30-1 : 보정량연산부
본 발명은 유압실린더에 가압한 작동유를 공급하기 위한 사판식 가변용량펌프에 적용된다. 가변용량펌프로부터 토출되는 작동유는 사판의 위치변위에 비례하여 변화한다. 본 발명에 의한 제어장치는 가변용량펌프의 사판의 위치를 변위시키기 위한 구동피스톤과, 구동피스톤을 구동하기 위한 전자비례밸브와, 사판의 위치를 검출하기 위한 위치검출기를 포함한다. 제어장치는 작동유의 유량지령치와 위치검출기로부터 얻은 위치검출치와의 차에 따라 전자비례밸브를 제어하고 사판의 위치를 변위시킴으로써 작동유의 유량을 제어한다.
본 발명의 양태에 의하면, 제어장치는 더욱이, 유압실린더에 공급되는 작동유의 압력을 검출하는 압력검출기와, 압력검출기로부터 얻은 압력검출치에 따라 유량지령치를 보정하여 보정 유량 지령치를 출력하는 보정수단을 포함한다.
도 1을 참조하여, 본 발명의 이해를 돕기 위해 종래의 사판식 가변용량펌프의 제어장치를 유압식 사출성형기의 사출장치에 적용한 예에 관하여 설명한다. 이 제어장치는 주지의 사출속도 제어 및 사출압력 제어를 실행한다.
도 1에 있어서, 제어장치는 사출실린더(10)에 가압한 작동유를 공급하기 위한 사판식 가변용량펌프(이하, 가변용량펌프라 약칭한다;11)와, 가변용량펌프(11)의 사판의 위치를 변위시키기 위해 구동실린더(12)내에 배치된 구동피스톤(12p)과, 구동피스톤(12p)을 구동하기 위한 전자비례밸브(13)와, 가변용량펌프(11)의 사판의 위치를 검출하기 위한 위치검출기(14)와, 제어부(15)를 포함한다. 제어부(15)는 사출속도제어와 사출압력제어를 전환하기 위한 전환부(15-1)를 포함한다. 가변용량펌프(11)의 사판의 위치 변위는 가변용량펌프(11)로부터 토출되는 작동유의 유량에 비례하는 것으로 한다.
사출속도제어를 실행할 때, 전환부(15-1)는 증폭기(15-3)측에 접속되어 있다. 이 경우, 위치검출기(14)에서 검출된 위치검출치가 제어부(15)에 피드백된다. 제어부(15)에서는, 감산기(15-2)에 의해 유량지령치(Fr)와 위치검출치와의 차가 검출된다. 검출된 차는 증폭기(15-3), 전환부(15-1)를 경유하여 전자비례밸브(13)에 주어진다. 이로써, 전자비례밸브(13)에서 가변용량펌프(11)의 사판의 위치를 변위시켜 작동유의 유량을 제어한다.
가변용량펌프(11)의 작동유는 전환밸브(16)를 경유하여 사출실린더(10)로 공급된다. 작동유를 공급하기 위한 배관(17)에는 압력검출기(18)가 설치된다.
사출압력제어를 실행할 때, 전환부(15-1)는 증폭기(15-5)측에 접속되어 있다. 이 경우, 압력검출기(18)로부터 얻은 압력검출치가 제어부(15)에 피드백된다. 제어부(15)에서는, 감산기(15-4)에 의해 압력지령치(Pr)와 압력검출치와의 차가 검출된다. 검출된 차는 증폭기(15-5)를 경유하여 전자비례밸브(13)에 주어진다. 이로써, 전자비례밸브(13)에서 가변용량펌프(11)의 사판의 위치를 변위시켜 작동유의 유량을 제어한다. 또, 유량지령치(Fr)와 압력지령치(Pr)는 도시하지 않은 메인 제어장치에서 주어진다.
구동피스톤(12p) 및 전자비례밸브(13)는 정압유압원(定壓油壓原;19)으로부터 얻은 작동유에 의해 구동된다. 구동피스톤(12p), 전자비례밸브(13)로부터 돌아온 작동유는 탱크(20a)로 회귀된다. 가변용량펌프(11)는 모터(21)에 의해 구동되고, 상기 작동유도 탱크(20b)에 복귀된다.
이와 같은 유압구동시스템으로는, 배관(17)의 여러 부위로부터 작동유가 누출되는 것을 막을 수 없다. 도 1에는, 이와 같은 작동유의 누출을 상징적으로 나타내기 위하여 스로틀밸브(22)로부터 누출되는 것을 보여주고 있다.
사출성형을 하는 경우, 사출속도의 제어시에는 가열실린더 또는 금형내의 용융수지에 의한 저항이 작용한다. 이 저항이 커지면 사출속도가 저하한다. 특히, 저속의 사출속도로 동작하고 있는 경우에는, 스크루가 정지해 버리는 경우도 있다. 그 원인은 이하의 이유에 근거한다.
상기 유압식 사출장치에서는, 저항이 커지면 사출실린더에 작용하는 작동유의 압력은 상승한다. 작동유의 압력이 상승하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 작동유의 누출량도 증가한다. 그 결과, 사출실린더에 공급되는 작동유의 유량이 감소한다. 이와 같이, 사출압력이 높아질수록 사출속도, 즉 스크루속도가 저하되는 한편, 작동유의 누출량은 사출압력이 높아질수록 증가하기 때문에, 작동유의 누출량이 끼치는 영향은 사출속도가 느릴 경우에 커진다.
또한, 작동유의 압력이 상승하면, 작동유는 압축된다. 작동유의 압축량은 기체의 압축량에 비해 대단히 적지만, 작동유의 압축량은 사출압력이 높아질수록 증가하기 때문에, 작동유의 압축량의 영향은 사출속도가 느릴 경우에 커진다.
이에 대한 대책으로는, 사출실린더(10)에 있어서 피스톤(23)의 속도를 검출하여 피드백을 제어하는 방법이 있지만, 응답성이 저하하는 결점이 있다.
도 3을 참조하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 사판식 가변용량 펌프의 제어장치에 관하여 설명한다. 도 1에 표시된 구성요소와 동일한 부분에는 동일번호를 부여한다. 상기 제어장치는 도 1에 도시한 제어부(15)와는 다른 구성의 제어부(25)를 구비하고 있다. 바꿔 말하면, 제어부(25)는 도 1에서 설명한 사출속도의 제어에 필요한 구성만을 구비하고 있다. 이로 인해, 제어부(25)는 도 1에서 설명한 감산기(15-2) 및 증폭기(15-3)뿐만 아니라 미분부(25-1), 게인부(25-2) 및 가산기(25-3)를 포함한다. 미분부(25-1), 게인부(25-2) 및 가산기(25-3)는 보정부라고 통칭해도 좋다. 도 1에 설명한 바와 같이, 배관(17)에 설치된 압력검출기(28)에 의해 작동유의 압력이 검출된다.
또한, 본 발명에서는, 다음과 같은 조건을 전제로 하고 있다.
A. 가변용량펌프(11)의 토출유량은 사판의 위치에 비례한다. 따라서, 가변용량펌프(11)의 토출유량은 사판의 위치를 제어함으로써 제어된다.
B. 사출실린더(10)에 있어서 피스톤(23)의 속도는 사출실린더(10)에 유입하는 작동유의 유량에 비례한다. 따라서, 가변용량펌프(11)의 토출유량을 제어하면, 사출실린더(10)에 의한 사출속도를 제어할 수 있다.
사출속도의 제어가 이루어질 때는, 모터(21)가 구동되어 가변용량펌프(11)로부터 작동유가 사출실린더(10)에 공급된다. 그리고, 사출속도에 따른 유량지령치(Fr)가 제어부(25)에 주어진다.
압력검출기(18)로부터 제어부(25)에 압력검출치가 주어진다. 도 2에설명한 바와 같이, 배관(17)으로부터 작동유가 누출되는 양은 작동유의 압력변화에 비례하기 때문에, 제어부(25)에서는, 상기 압력검출치를 미분부(25-1)로 미분하여 단위시간당 압력변화량을 산출한다. 이 압력변화량은 게인부(25-2)에 주어진다.
또한, 작동유의 누출량은 사출실린더(10) 및 배관(17)에 있는 작동유의 용적에 비례하기 때문에, 게인부(25-2)에서는 작동유의 용적에 따라 게인을 조정하여, 미분부(25-1)로부터 얻은 압력변화량을 보정한다. 게인부(25-2)는 보정한 값을 보정치로서 출력한다. 그리고, 이 보정치는 가산기(25-3)에 주어진다. 가산기(25-3)에서는, 유량지령치(Fr)를 보정치로 보정하여 보정유량치로서 출력한다.
감산기(15-2)는 보정유량치와 위치검출기(14)로부터 얻은 유량검출치와의 차를 산출하여, 그 산출된 차이를 유량편차로서 출력한다. 이 유량편차는 증폭기(15-3)를 통해 전자비례밸브(13)에 주어진다. 전자비례밸브(13)는 유량편차에 따라 구동실린더(12)에 공급되는 작동유량을 조정한다. 이로써, 구동피스톤(12p)은 도면의 좌향 또는 우향으로 구동되고, 구동피스톤(12p)의 이동량에 따라 가변용량펌프(11)의 사판의 위치, 즉, 작동유의 토출용량이 제어된다.
상기한 바와 같이, 위치검출기(14)는 구동피스톤(12p)의 위치에 따라 사판의 위치를 검출하여 위치검출치를 제어부(25)에 부여한다. 상기 위치검출치는 가변용량펌프(11)로부터 작동유가 토출되는 용량과 대응된다.
도 4도를 참조하여, 종래의 가변용량펌프의 제어장치와 제 1 실시예에 따른 가변용량펌프의 제어장치의 비교를, 사출속도를 제어한 경우를 통해 설명한다.
금형내부로 용융수지가 충전되기 시작되면, 상기한 바와 같이하여, 유량지령치(Fr)에 따른 사출속도의 제어가 이루어진다. 금형내의 수지량이 소정량에 도달하면(거의 충전되면), 금형내의 압력이 급격히 상승한다. 이 때, 사출실린더(10)에 급격한 부하압력이 작용하고, 이로써, 배관(17)내의 작동유의 압력이 상승한다.
작동유의 압력이 상승하면, 작동유의 누출량이 증가하여, 종래의 제어장치에서는, 도 4에 실선으로 도시한 바와 같이, 사출속도가 저하하게 된다. 결국, 유량지령치(Fr)에 따라 사출속도를 일정하게 제어할 수 없게 되고 만다.
한편, 제 1 실시예에 의한 제어장치로서는, 사출실린더(10)에 급격한 부하압력이 작용하여 작동유의 압력이 상승하더라도, 상기한 바와 같이 작동유의 압력변화에 따라 유량지령치를 보정하므로, 도 4에 점선으로 도시한 바와 같이 사출속도를 충전이 종료할 때까지 일정하게 유지할 수 있다.
도 5를 참조하여, 본 발명의 제 2 실시예에 의한 가변용량펌프의 제어장치에 관하여 설명한다. 도 5는 본 발명을 도 1과 같은 사출성형기의 사출장치에 적용한 예를 나타내고 있다. 따라서, 도 1과 동일한 부분에는 동일번호를 사용하고 그에 대한 설명은 생략한다.
제 2 실시예에 의한 제어장치는 도 1에 도시한 제어부(15)와는 구성이 다른 제어부(30)를 구비하고 있다. 즉, 제어부(30)는 도 1에 도시한 제어부(15)의 구성에 더하여, 보정량연산부(30-1)와, 가산기(30-2)를 구비한 점에서 특징을 갖는다. 보정량연산부(30-1)는 사출실린더(10)에 공급되는 작동유의 압력과 사판의 위치 보정량과의 관계를 나타내는 보정테이블을 참조하여 압력검출기(18)로부터 얻은 압력검출치에 의해, 유량지령치의 보정량을 얻는 것이다. 작동유의 압력과 사판위치의 보정량과의 관계를 나타내는 보정테이블은 미리 작성되는 것으로서, 간단히 말하면, 다음과 같은 계측에 의해 구해진다.
사출성형기의 작동이 개시될 때, 전환 밸브(16)를 잠근 상태에서 압력을 제어하여, 작동유의 압력과 그 변화에 따른 사판의 위치를 계측한다. 그리고, 소정의 압력하에서의 사판의 위치와 압력이 0일 때의 사판의 위치와의 차를 보정량으로서 산출한다. 이와 같은 보정량의 산출을 사출속도의 제어시에 상정되는 작동유의 모든 범위의 압력에서 실시하고, 그 결과 얻어지는 다수의 보정량을 보정테이블로서 작성하여 보정량연산부(30-1)내의 기억장치에 기억시켜 놓는다. 이 보정량은 가산기(30-2)에 의해 유량지령치 (Fr)에 가산되며 가산결과는 보정유량지령치로서 감산기(15-2)에 공급된다.
도 6, 도 7을 참조하여, 보정량연산부(30-1)에 관하여 자세히 설명한다. 보정량의 산출에 있어서는, 전환 밸브(16)를 잠그고 전환부(15-1)는 증폭기(15-5)측, 즉 사출압력제어를 선택한 상태로 놓는다. 우선, 스텝S1에서는, 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이 소정 패턴의 압력지령치를 부여함으로써, 스텝S2에서 압력이 제어된다. 스텝S3에서는, 이 때의 사판의 위치를 위치검출기(14)에 의해 측정함과 동시에, 작동유의 압력을 압력검출기(18)로 측정한다. 스텝S4에서는, 사판의 위치와 작동유의 압력과의 관계를 기억한다. 이로 인해, 보정량연산부(30-1)는 기억장치를 갖고 있다.
이 상태에서는, 전환 밸브(16)가 잠겨있기 때문에 가변용량펌프(11)의 토출유량과 배관(17)으로부터 작동유가 누출되는 양은 일치한다. 그러므로, 작동유의 압력에 따라 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이 변화하는 사판의 위치와 작동유의 압력이 0일 때의 사판위치(P0)의 차는 누출유량에 해당하는 유량이 가변용량펌프(11)에서 토출되는 데 필요한 사판의 이동량과 같다. 보정량연산부(30-1)는 스텝S5에 있어서, 각 압력에서 사판의 이동량으로부터 사판위치(P0)를 감산하여, 각 압력마다 사판위치의 보정량으로서 기억한다. 이들 보정량은 작동유의 압력과 1 대 1의 대응관계로 보정테이블로서 기억장치에 기억된다.
다음으로, 사출속도 제어시의 동작에 관하여 설명한다. 이 경우, 전환부(15-1)는 증폭기(15-3)측에 있고, 전환밸브(16)는 열린 상태이다. 보정량연산부(30-1)는 압력검출기(18)에서 검출된 압력검출치, 즉 부하압력에 따라 이에 대응되는 보정량을 기억장치로부터 판독하여 가산기(30-2)에 전달한다. 가산기(30-2)에서는, 주어진 보정량을 유량지령치(Fr)에 가산하여, 가산결과를 보정 유량지령치로서 감산기(15-2)에 부여한다. 그 결과, 가변용량펌프(11)는 항상 배관(17)으로부터 작동유가 누출되는 량에 해당하는 분량만큼 여분으로 작동유를 토출하게 된다. 따라서, 사출실린더(10)는 작동유의 누출에 대해 영향을 받지 않고서 유량지령치(Fr)에 비례한 사출속도로 동작한다. 그 결과, 개선된 사출속도제어 특성을 얻을 수 있다. 상기의 동작은 작동유의 압축에서도 적용된다.
본 발명의 사판식 가변용량펌프의 제어장치에 의하면, 배관으로부터 작동유의 누출이나 압축의 영향을 받지 않고 양호한 속도제한 특성을 얻을 수 있다
상기 설명에서는, 유압식 사출성형기의 사출장치에 적용하여 설명하였지만, 본 발명은 사출성형기에 한하지 않고, 사판식 가변용량펌프에 의해 유압을 제어하는 다른 유압구동 시스템 전반에 적용가능하다.

Claims (4)

  1. 유압실린더에 가압한 작동유를 공급하기 위한 사판식 가변용량펌프의 제어장치에 있어서, 상기 가변용량펌프로부터 토출되는 작동유는 사판의 위치변위에 비례하여 변화하며, 상기 제어장치는 상기 가변용량펌프의 사판의 위치를 변위시키기 위한 구동피스톤과, 상기 구동피스톤을 구동하기 위한 전자비례밸브와, 상기 사판의 위치를 검출하기 위한 위치검출기를 포함하고, 작동유의 유량지령치와 상기 위치검출기로부터 얻은 위치검출치와의 차에 따라 상기 전자비례밸브를 제어하여 상기 사판의 위치를 변위시킴으로써 상기 작동유의 유량을 제어하는 것으로서,
    상기 제어장치는 또한,
    상기 유압실린더에 공급되는 작동유의 압력을 검출하는 압력검출기와,
    상기 압력검출기로부터 얻은 압력검출치에 따라서, 상기 유량지령치를 보정하고, 보정유량지령치를 출력하는 보정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 사판식 가변용량펌프의 제어장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 보정수단은 상기 압력검출치를 미분하여 단위시간당 압력변화량을 구하는 미분수단과, 상기 압력변화량을 소정의 게인으로 조정하여 보정량을 구하는 게인조정수단과, 상기 유량지령치를 상기 보정량으로 보정하여 상기 보정유량지령치로서 출력하는 가산수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 사판식 가변용량펌프의 제어장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 보정수단은 상기 유압실린더에 공급되는 작동유의 압력과 상기 사판 위치의 보정량과의 관계를 미리 보정테이블에 의해 기억하고 있는 기억장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 사판식 가변용량펌프의 제어장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 유압실린더에 상기 작동유를 공급하기 위한 배관에 밸브를 설치하고, 상기 밸브를 잠근 상태에서 상기 사판식 가변용량펌프를 기동시키고, 상기 작동유의 압력의 변화와 상기 사판의 위치를 계측하여, 상기 작동유의 압력이 소정의 값을 가질 때, 그 때의 상기 사판의 위치와 상기 작동유의 압력이 0일 때의 상기 사판의 위치와의 차가 상기 보정량으로서 산출되는 것을 특징으로 하는 사판식 가변용량펌프의 제어장치.
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