WO2007080056A1 - Einspritzeinrichtung einer spritzgiessmaschine und verfahren zu deren betrieb - Google Patents

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WO2007080056A1
WO2007080056A1 PCT/EP2006/070160 EP2006070160W WO2007080056A1 WO 2007080056 A1 WO2007080056 A1 WO 2007080056A1 EP 2006070160 W EP2006070160 W EP 2006070160W WO 2007080056 A1 WO2007080056 A1 WO 2007080056A1
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injection
electric machine
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screw
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Thomas Budde
Ingo Geier
Klaus Oberndorfer
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a method for operating an injection device of an injection molding machine or a corresponding injection device.
  • the injection molding machine has an injection device, wherein the injection device has an extruder screw drivable by means of an electric machine, a screw cylinder and a heater.
  • injection molding will be described below.
  • plastic granules are fed via a hopper to a screw, which is also referred to as an extruder screw.
  • a screw which is also referred to as an extruder screw.
  • the plastic granules are transported forward towards the tip of the screw.
  • the screw is pressed as a kind of piston forward, ie in the direction of the screw tip. In this way, the melt of the plastic granules can be injected into a closed mold.
  • the closed mold is a mold, which consists for example of two moldings.
  • the speed of the screw, in particular in the function of a piston, is regulated in such a way that a specified limiting pressure is not exceeded.
  • the limiting pressure affects, for example, the pressure in front of the screw tip.
  • the switchover criterion is a transition criterion between two types of control, one control type being, for example, the speed control and a second control type being the pressure control.
  • a speed control can also be used.
  • a pressure control can be used instead of the pressure control and a pressure control can be used.
  • the transition criterion then relates to two types of control.
  • the switching criterion is, for example, a position of the screw, a melt pressure or an in-mold pressure within the mold.
  • the change-over represents a changeover from, for example, a speed control to a pressure control. It is to be avoided that pressure drops or pressure peaks occur which adversely affect the quality of injection molded parts.
  • the shortest possible sampling times for the control and / or the control can be used.
  • a possible sampling time is for example in the range of 100 ⁇ s.
  • the tool will shrink by cooling the material of the material.
  • This shrinkage is advantageously compensated by further impressing material in the tool after the injection process via a pressure / time profile of the piston.
  • the injection pressure is the pressure during the injection process and the back pressure is the pressure to be maintained after the injection process.
  • the detection of the back pressure or the injection pressure is usually carried out by pressure sensors. These can be sensors which detect the melt pressure directly in the screw antechamber or else also strain gauges or load cells which, at a suitable point in the mechanics, detect the melt pressure
  • the object of the present invention is now to provide a method for operating an injection device of an injection molding machine or an injection device itself, which makes it possible to dispense with hitherto necessary pressure sensors or corresponding measuring devices for determining the injection pressure or the back pressure.
  • the solution to this problem is achieved by means of a method having the features of claim 1.
  • the method can be used with an injection molding machine or with an injection device for the same.
  • the dependent claims 2 to 6 are advantageous inventive developments of the method.
  • Another solution of the problem arises in an injection device for an injection molding machine with the features of claim 7.
  • the dependent dependent claims 8 to 10 show advantageous inventive developments of the device.
  • acceleration values and / or values dependent on an operating point of the electric machine are used to calculate an injection pressure and / or accumulation pressure.
  • values of the electric machine can be used for a calculation of the injection pressure or the dynamic pressure. This has the advantage that it can be dispensed with a sensor for this purpose. Not only a torque-generating current of the electrical machine is used as a calculation value for the calculation, but also other values which use values dependent on an acceleration value and / or on an operating point of the electrical machine.
  • the acceleration value is, for example, a derivation of the rotational speed of the electric machine or of the worm according to time or also a linear acceleration of the worm in the direction of the tool (injection mold).
  • the acceleration value By including the acceleration value, occurring acceleration forces are taken into account in the calculation of the injection pressure or the back pressure.
  • the consideration of the acceleration forces in the calculation of the congestion or injection pressure is based on the dynamic basic law, after the sum of all forces including the inertial forces is always in equilibrium.
  • a description value of the electric machine is a torque value. constant, wherein the torque constant of the electric machine is a value dependent on the operating point of the electric machine and is used in the calculation of the injection pressure and / or the back pressure with respect to the operating point.
  • the following section shows how acceleration values and / or operating-point-dependent torque constants can be used to calculate the dynamic pressure or the injection pressure.
  • Mpr ess dynamic pressure or injection pressure forming moment
  • M acc inertia force
  • M mot engine torque (of the electric machine)
  • ⁇ efficiency of the spindle (and / or the extruder screw)
  • M press (Kt * I - J * dn / dt) * ⁇ Force can now be calculated on the screw via the spindle pitch and the resulting pressure calculated using the screw diameter.
  • the operating point dependence of the Kt factor is taken into account.
  • a measurement of the electrical machine and the storage of Kt factors This occurs, for example, in the production stage of the electrical machine.
  • the Kt factors are advantageously stored in a memory device on the electrical machine, wherein the stored values can be read out by a control and / or control device.
  • the control and / or control device is provided for example for the speed control and / or current control of the electrical machine see.
  • the memory device is, for example, a motor electronics or encoder electronics, an encoder (encoder) for the electric machine, which is provided as a motor for the extruder screw.
  • the torque constant KT typically varies both above the rotational speed and above the load torque.
  • the torque constant spreads from electrical machine to electrical machine due to the production process.
  • the respective KT can be determined as a function of the current rotational speed and of the current current. This can be used e.g. Transfer machine parameters from one machine to another.
  • the following example shows a table with different Kt values for different operating points.
  • the number of recorded operating points is selectable, where not only a table can be set up, but also a function of the operating point-dependent values can be created.
  • an interpolation function can be used.
  • different values of the temperature-dependent torque constant are used for the calculation of the injection pressure or the dynamic pressure as a function of a temperature.
  • the accuracy of the pressure calculation can be increased.
  • the dependence of the KT factor on the temperature of the magnetic material in an electric machine which is designed as a permanent magnet excited electric machine, be compensated by detecting the motor temperature.
  • common neodymium-iron-boron permanent magnets e.g. the drop in magnetization is 12% when the rotor of the electric machine is heated by 100 K.
  • the operating point-dependent value used in the calculation of the pressure can be read from a memory or can also be estimated.
  • the estimation is performed in a so-called Kt estimator using current detected EMF values for the estimation.
  • the method can also be configured such that in the calculation of the injection pressure and / or the back pressure a friction characteristic of the extruder screw is used.
  • a friction characteristic of the extruder screw is used.
  • the friction characteristic of the spindle is taken for example by means of an automation system and taken into account later in the axis control or pressure calculation.
  • a control and / or control device is used to calculate the injection pressure and / or the back pressure, in which the current controller and / or the speed controller of the electric machine is integrated.
  • both a torque calculation and / or a pressure calculation can already be carried out in a subordinate manner. This results in further advantages in terms of the controller design, since then e.g. Filtering of the values can already be carried out in the subordinate controller.
  • An injection device in particular for an injection molding machine, has a regulating and / or control device.
  • operating point-dependent values of a torque constant of an electrical machine can be stored, wherein the operating point-dependent values are in particular for calculating an injection pressure and / or a back pressure are provided.
  • the calculated injection pressure and / or dynamic pressure is provided as a substitute for an actual value of the injection pressure and / or the back pressure that can be determined by means of a pressure measuring device, wherein in particular the injection molding machine is designed without such a pressure measuring device.
  • the injector is e.g. designed such that the injection device comprises a drivable by means of an electric motor extruder screw, wherein an encoder is provided for detecting the rotational speed of the electric machine and speed actual values for calculating the injection pressure and / or back pressure are provided.
  • FIG. 2 shows a belt drive device for a linear movement
  • F FIIGG 3 3 a drive devices
  • the illustration according to FIG. 1 shows three steps 3, 5, 7 of an injection molding process (casting process) in an injection molding machine 1, which is only rudimentarily depicted, and which has an injection device 2.
  • the first step 3 relates to the plasticizing and metering
  • the second step 5 relates to the injection and repressing
  • the third step 7 relates to the cooling and demolding.
  • the casting process relates to an injection molding machine 1.
  • the injection molding machine 1 has a screw 9.
  • the screw 9 is located in a chord Cylinder 11.
  • the injection molding machine 1 further comprises a funnel 13.
  • the funnel 13 can be charged with plastic granulate 15. By a rotary movement 17 of the screw 9, the plastic granules 15 can be transported in a screw antechamber.
  • the plastic granules are heated to a melt by friction or by means of an electric heater 21.
  • the melt collects by a rotary movement 17 in the antechamber 19, which connects to a screw tip 10.
  • the rotational movement 17 can be achieved, for example, by means of an electric machine 23.
  • the electric machine 21 is coupled to an axle 22 and can be regulated or controlled, for example, by means of a control and / or control device 25. Due to the fact that melt accumulates in the screw antechamber 19, the screw 9 is pushed away by a nozzle 27.
  • the nozzle 27 is provided for discharging the melt.
  • the nozzle 27 can be moved to a molding tool 29, 31.
  • the mold 29, 31 has two moldings.
  • the first mold part 29 and the second mold part 31 are joined together to form a mold.
  • the first step 3 of the casting process involves plasticization and metering of the melt material.
  • the second step 5 of the casting process relates to the injection of the melt or the pressing of these.
  • the screw 9 is moved in the direction of the nozzle 27. As a result, melt penetrates into the mold 29, 31. At the end of the injection process a reprint is applied.
  • a third step 7 of the casting process cooling and demolding take place.
  • the worm cylinder 11 is separated from the mold 31.
  • the two parts of the molding tool 29 and 31 are separated, so that a sprayed 33 is released.
  • this step again follows the first step 3 of the casting process, namely the plasticizing and dosing.
  • FIG. 2 shows a belt drive device 47.
  • a belt 37 transmits the rotatory see movement of an electric machine 24, which has a transmitter 35, transferable.
  • the electric machine 24 is connected to a drive device 45, wherein the drive device 45 has, for example, a power converter and a control and / or control device.
  • the rotary movement in a linear movement 41 is changeable.
  • the linear movement 41 is used for the linear movement of the screw 9, which is advantageously in the same axis 43 as the spindle 39.
  • the electric see machine 24 may be a different machine from the electric machine 23 of FIG 1, if the rotational movement of the screw 9 and the linear movement of the screw 9 should be performed by different electric machine.
  • the rotational movement as well as the linear movement of the screw can also be carried out by means of only one electric machine, so that in this case the electric machines 23 and 24 are identical.
  • the illustration according to FIG. 3 shows a structure with different drive devices 46.
  • the drive devices 46 are each assigned to an electric machine 23, 24 and connected to it.
  • the drive means 46 are formed such that they are connected to a common control and / or control device 25. In this control and / or control device 25 in particular the speed control of the connected drive means 46 is performed.
  • This function can also be integrated in the drive device, which is not shown in FIG.
  • the control and / or regulating device 25 is connected to the electric machines 23, 24 via a drive bus system 51.
  • the electrical machines 23, 24 have an encoder interface with an electronic type nameplate 53. There, for example, Kt values for the respective electric machine 23, 24 are stored.
  • the illustration according to FIG. 4 shows an example of an adaptation of the torque constants in synchronous machines.
  • a Kt estimator 61 is used.
  • a temperature adaptation 63 is also provided.
  • FIG. 5 shows an example of the use of a friction characteristic 55, wherein a moment 59 is plotted over a rotational speed 57.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb einer Einspritzeinrichtung (2) für eine Spritzgießmaschine (1), welche eine mittels einer elektrischen Maschine (24) antreibbare Extruderschnecke (9) aufweist. Zur Berechnung eines Einspritzdrucks und/oder eines Staudrucks werden Beschleunigungswerte und/oder von einem Arbeitspunkt der elektrischen Maschine (24) abhängige Werte verwendet. Dadurch lässt sich ein Drucksensor einsparen.

Description

Beschreibung
Einspritzeinrichtung einer Spritzgießmaschine und Verfahren zu deren Betrieb
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Einspritzeinrichtung einer Spritzgießmaschine bzw. eine entsprechende Einspritzeinrichtung. Die Spritzgießmaschine weist eine Einspritzeinrichtung auf, wobei die Einspritzeinrichtung eine mittels einer elektrischen Maschine antreibbare Extruderschnecke, einen Schneckenzylinder und eine Heizung aufweist. Beispielhaft wird nachfolgend das Spritzgießen beschrieben. Bei einem Spritzgießprozess wird Kunststoffgranu- lat über einen Einfülltrichter einer Schnecke, welche auch als Extruderschnecke bezeichnet wird, zugeführt. Durch eine Drehbewegung der Schnecke wird das Kunststoffgranulat nach vorne in Richtung der Spitze der Schnecke befördert. Etwa in dem Maße, wie Kunststoffgranulat, welches sich in eine geschmolzene Masse wandelt, nach vorne zur Spitze der Schnecke transportiert wird, weicht die Schnecke nach hinten, also in die entgegengesetzte Richtung zurück. Durch die durch die Förderung entstehende Verlustleistung und mittels der elektrischen Heizung, welche an einem Schneckenzylinder vorgesehen ist, kommt es zum Schmelzen des Kunststoffgranulats . Eine Schmelze des Kunststoffgranulats sammelt sich vor der Schneckenspitze in einem sogenannten Schneckenvorraum und schiebt die Schnecke zurück. Da z.B. die erzeugte Scheerwärme vom Druck der Schnecke auf das Material abhängt, kann dieser Druck als Druck-/Wegprofil vorgegeben und geregelt bzw. ge- steuert werden. Ist genügend geschmolzenes Material in dem Schneckenvorraum aufdosiert, wird die Schnecke als eine Art Kolben nach vorne, also in Richtung der Schneckenspitze, gedrückt. Derart ist die Schmelze des Kunststoffgranulats in eine geschlossene Form einspritzbar. Die geschlossene Form ist ein Formwerkzeug, das beispielsweise aus zwei Formteilen besteht. Die Geschwindigkeit der Schnecke, insbesondere in der Funktion als Kolben, wird dabei derart geregelt, dass ein festgelegter Begrenzungsdruck nicht überschritten wird. Der Begrenzungsdruck betrifft beispielsweise den Druck vor der Schneckenspitze. Ist das Formwerkzeug - auch kurz Werkzeug genannt - mit der Schmelze des Kunststoffgranulats, also mit der Kunststoffschmelze, gefüllt, steigt der Druck im Werkzeug (Formwerkzeug) rapide an, da es nun zu einer Kompression des Schmelzmaterials (Kunststoffschmelze) kommt. In dieser Phase wird beispielsweise von einer Geschwindigkeitsregelung der Schnecke auf eine Druckregelung umgeschaltet. Hierbei ist es von großer Bedeutung, dass die derartige Umschaltung reproduzierbar und exakt durchgeführt wird. Zur Umschaltung wird ein Umschaltkriterium verwendet. Das Umschaltkriterium ist ein Ubergangskriterium zwischen zwei Regelungstypen, wobei ein Regelungstyp beispielsweise die Geschwindigkeitsregelung ist und ein zweiter Regelungstyp die Druckregelung ist.
Anstelle der Geschwindigkeitsregelung ist auch eine Geschwindigkeitssteuerung verwendbar. Ebenso ist anstelle der Druckregelung auch eine Drucksteuerung einsetzbar. Das Ubergangs- kriterium betrifft dann demzufolge zwei Steuerungstypen.
Das Umschaltkriterium ist beispielsweise eine Position der Schnecke, ein Schmelzdruck oder ein Forminnendruck innerhalb des Formwerkzeugs. Die Umschaltung stellt eine Umstellung von beispielsweise einer Geschwindigkeitsregelung auf eine Druckregelung dar. Es ist zu vermeiden, dass es zu einem Druckeinbruch oder auch zu Druckspitzen kommt, die sich nachteilig auf die Qualität von Spritzgussteilen auswirken. Um stets eine reproduzierbare und exakte, insbesondere bezuglich eines Umstellkriteriums punktgenaue Umstellung auf die Druckregelung zu erhalten, sind beispielsweise möglichst kurze Abtastzeiten für die Regelung und/oder die Steuerung verwendbar. Eine mögliche Abtastzeit ist beispielsweise im Bereich von 100 μs.
Wenn nun das Werkzeug mit eingespritzten Material gefüllt ist, kommt es durch die Abkühlung des Materials zum Schwund des Materials. Dieser Schwund wird vorteilhaft ausgeglichen indem nach dem Einspritzvorgang über ein Druck-/Zeitprofil der Kolben weiterhin Material in das Werkzeug eindruckt. Hierfür und bei allen derartigen Druckregelungsaufgaben bzw. Uberwachungsaufgaben ist bislang die Erfassung des Ist- Drucks, also des Einspritzdrucks bzw. des Staudrucks zwingend erforderlich. Der Einspritzdruck ist dabei der Druck wahrend des Einspritzvorgangs und der Staudruck ist der aufrecht zu erhaltende Druck nach dem Einspritzvorgang.
Die Erfassung des Staudrucks bzw. des Einspritzdruckes erfolgt in der Regel durch Drucksensoren. Dies können Sensoren sein, die unmittelbar im Schneckenvorraum den Schmelzedruck erfassen oder aber auch Dehnungsmessstreifen bzw. Kraftmess- dosen, die an geeigneter Stelle der Mechanik die aus dem
Staudruck resultierenden Lagerkrafte erfassen. Beide Verfahren sind mit hohen Kosten verbunden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein Verfahren zum Betrieb einer Einspritzeinrichtung einer Spritzgießmaschine bzw. eine Einspritzeinrichtung selbst anzugeben, womit es möglich ist, auf bislang notwendige Drucksensoren bzw. entsprechende Meßeinrichtungen zur Ermittlung des Einspritzdrucks bzw. des Staudrucks zu verzichten.
Die Losung dieser Aufgabe gelingt mittels eines Verfahrens mit den Merkmalen nach Anspruch 1. Das Verfahren ist erfin- dungsgemaß bei einer Spritzgießmaschine bzw. bei einer Einspritzeinrichtung für dieselbe einsetzbar. Die Unteranspruche 2 bis 6 sind vorteilhafte erfinderische Weiterbildungen des Verfahrens. Eine weitere Losung der Aufgabe ergibt sich bei einer Einspritzeinrichtung für eine Spritzgießmaschine mit den Merkmalen nach Anspruch 7. Die abhangigen Unteranspruche 8 bis 10 zeigen vorteilhafte erfinderische Weiterbildungen der Einrichtung. Bei einem Verfahren zum Betrieb einer Einspritzeinrichtung für eine Spritzgießmaschine, welche eine mittels einer elektrischen Maschine antreibbare Extruderschnecke aufweist, werden zur Berechnung eines Einspritzdrucks und/oder eines Stau- drucks Beschleunigungswerte und/oder von einem Arbeitspunkt der elektrischen Maschine abhängige Werte verwendet.
Da die Einspritzeinrichtung eine mittels einer elektrischen Maschine angetriebene Extruderschnecke aufweist, können Werte der elektrischen Maschine für eine Berechnung des Einspritzdrucks bzw. des Staudrucks verwendet werden. Dies hat den Vorteil, dass auf einen Sensor hierfür verzichtet werden kann. Zur Berechnung wird hierfür nicht nur ein momentenbil- dender Strom der elektrischen Maschine als ein Berechnungs- wert herangezogen, sondern auch weitere Werte, welche von einem Beschleunigungswert und/oder von einem Arbeitspunkt der elektrischen Maschine abhängige Werte verwendet.
Der Beschleunigungswert ist beispielsweise eine Ableitung der Drehzahl der elektrischen Maschine oder der Schnecke nach der Zeit bzw. auch eine Linearbeschleunigung der Schnecke in Richtung des Werkzeugs (Spritzgießform) . Durch die Einbeziehung des Beschleunigungswertes, werden auftretende Beschleunigungskräfte mit bei der Berechnung des Einspritzdrucks bzw. des Staudrucks berücksichtigt. Die Berücksichtigung der Beschleunigungskräfte bei der Berechnung des Stau- bzw. Einspspritzdrucks setzt auf dem dynamischen Grundgesetz auf, nachdem die Summe aller Kräfte einschließlich der Trägheitskräfte stets im Gleichgewicht ist.
Durch die Einbeziehung arbeitspunktabhängiger Werte der e- lektrischen Maschine werden arbeitspunktabhängige Verhältnisse des elektrischen Stromes zum resultierendem Moment mit bei der Druckberechnung berücksichtigt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist ein Beschreibungswert der elektrischen Maschine eine Drehmoment- konstante, wobei die Drehmomentkonstante der elektrischen Maschine ein vom Arbeitspunkt der elektrischen Maschine abhängiger Wert ist und bei der Berechnung des Einspritzdrucks und/oder des Staudrucks arbeitspunktabhängig mit verwendet wird.
Nachfolgend wird gezeigt, wie Beschleunigungswerte und/oder arbeitspunktabhängige Drehmomentkonstanten zur Berechnung des Staudrucks bzw. des Einspritzdrucks verwendet werden können.
Dabei ist:
Mpress = Staudruck- bzw. Spritzdruckbildendes Moment
Macc = Trägheitskraft Mmot = Motormoment (der elektrischen Maschine) η = Wirkungsgrad der Spindel (und/oder der Extruderschnecke)
J = resultierendes Summen-Massenträgheitsmoment aus Motor, Schnecke und Spindel Kt = Drehmomentkonstante (Kt-Wert)
I = Momentenbildender Strom n = Drehzahl
P = Spindelsteigung
Fs = Schubkraft Pscrew = Staudruck bzw. Einspritzdruck
R-screw = Schneckenradius
Wobei gi It :
D Mpress = ( M111Ot - Macc ) * η
I I ) Mmot = Kt * I
I I I ) Macc = J*dn/dt
Hieraus ergibt sich das Staudruck- bzw. Spritzdruckbildendes Moment:
II und III in I: Mpress = (Kt*I - J*dn/dt) * η Über die Spindelsteigung lasst sich nun Kraft auf die Schnecke und daraus über den Schneckendurchmesser der resultierende Druck berechnen.
F3 = Mpress * 2n / p p r screw = F L ^q / / C l ^R screw * n 1 I )/
Vorteilhaft wird die Arbeitspunktabhangigkeit des Kt-Faktors berücksichtigt. Hierzu erfolgt beispielsweise eine Vermessung der elektrischen Maschine und die Abspeicherung der Kt- Faktoren. Dies erfolgt beispielsweise in der Produktionsstat- te der elektrischen Maschine. Die Kt-Faktoren werden vorteil- haft in einer Speichereinrichtung an der elektrischen Maschine gespeichert, wobei die gespeicherten Werte von einer Rege- lungs- und/oder Steuerungseinrichtung auslesbar sind. Die Re- gelungs- und/oder Steuerungseinrichtung ist beispielsweise für die Drehzahlregelung und/oder Stromregelung der elektri- sehen Maschine vorgesehen. Die Speichereinrichtung ist beispielsweise eine Motorelektronik oder auch Geberelektronik, eines Gebers (Encoders) für die elektrische Maschine, welche als Motor für die Extruderschnecke vorgesehen ist.
Typischerweise variiert die Drehmomentkonstante KT sowohl u- ber der Drehzahl, als auch über dem Lastmoment. Darüber hinaus streut die Drehmomentkonstante fertigungsbedingt von e- lektrischer Maschine zu elektrischer Maschine. Durch eine individuelle Erfassung der jeweiligen Kennlinien für eine be- stimmte elektrische Maschine, kann das jeweils KT als Funktion der aktuellen Drehzahl und des aktuellen Stroms ermittelt werden. Damit lassen sich z.B. Maschinenparameter von einer Maschine zur anderen übertragen.
Nachfolgende ist beispielhaft eine Tabelle mit unterschiedlichen Kt-Werten für unterschiedliche Arbeitspunkte gezeigt. Die Zahl der aufgenommenen Arbeitspunkte ist wahlbar, wobei nicht nur eine Tabelle aufstellbar ist, sonder auch eine Funktion der arbeitspunktabhängigen Werte erstellbar ist. Hierfür kann beispielsweise eine Interpolationsfunktion verwendet werden.
Figure imgf000009_0001
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden abhängig von einer Temperatur unterschiedliche Werte der temperaturabhängigen Drehmomentkonstante für die Berechnung des Einspritzdrucks bzw. des Staudrucks verwendet. Durch eine Berücksichtigung der Temperaturabhängigkeit des Kt - Faktors, also des Kt-Wertes, kann die Genauigkeit der Druckberechnung erhöht werden. So kann zusätzlich die Abhängigkeit des KT-Faktors von der Temperatur des Magnetmaterials bei einer elektrischen Maschine, welche als permanentmagneterregte elektrische Maschine ausgeführt ist, durch Erfassung der Motortemperatur kompensiert werden. Bei der Verwendung von gängigen Neodym-Eisen-Bor-Permanentmagneten beträgt z.B. der Ab- fall der Magnetiserung 12% bei einer Erwärmung eines Läufers der elektrischen Maschine um 100 K.
Der in der Berechnung des Drucks verwendete arbeitspunktab- hängige Wert kann aus einem Speicher ausgelesen werden oder auch geschätzt werden. Die Schätzung wird in einem sogenannten Kt-Schätzer durchgeführt, wobei für die Schätzung aktuelle ermittelte EMK-Werte verwendet werden.
Vorteilhaft ist das Verfahren auch derart ausgestaltbar, dass bei der Berechung des Einspritzdrucks und/oder des Staudrucks eine Reibkennlinie der Extruderschnecke mit verwendet wird. Auch eine derartige Berücksichtigung der Drehzahlabhängigkeit der Spindelreibung ermöglicht eine präzisere Berechnung des Drucks. Vorteilhaft wird hierzu beispielsweise mittels eines Automatisierungssystems die Reibkennlinie der Spindel aufgenommen und später bei der Achsregelung bzw. Druckberechung mit berücksichtigt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird zur Berechnung des Einspritzdrucks und/oder des Staudrucks eine Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung verwendet, in welcher der Stromregler und/oder der Drehzahlregler der elektrischen Maschine integriert ist. Hierdurch lassen sich Totzeiten, welche bei einer Verwendung einer separaten Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung entstehen würden, reduzieren. Dies gilt auch für den Fall, dass nicht nur die Berechnung des Drucks in die Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung, in welche der Stromregler und/oder der Drehzahlregler der elektrischen Maschine integriert ist, erfolgt son- dern auch weitere Steuerungs- und/oder Regelungsfunktionen der Einspritzeinrichtung bzw. der Spritzgießmaschine.
Verfügt als die Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung für den Strom- bzw. Drehzahlregler des Antriebs über genügend viel Rechenleistung, so kann sowohl eine Momentenberechnung und/oder eine Druckberechnung bereits unterlagert ausgeführt werden. Hieraus ergeben sich weitere Vorteile hinsichtlich der Reglerauslegung, da dann z.B. eine Filterung der Werte bereits im unterlagerten Regler durchgeführt werden kann.
Eine Einspritzeinrichtung insbesondere für eine Spritzgießmaschine weist eine Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung auf. In einem Speicher sind arbeitspunktabhängige Werte einer Drehmomentkonstante einer elektrischen Maschine speicherbar, wobei die arbeitspunktabhängigen Werte insbesondere zur Berechnung eines Einspritzdruckes und/oder eines Staudruckes vorgesehen sind. Mittels einer derartigen Einspritzeinrichtung ist ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar.
Bei der Einspritzeinrichtung ist der berechnete Einspritz- druck und/oder Staudruck als Ersatz für einen mittels einer Druckmeßeinrichtung ermittelbaren Istwert des Einspritzdrucks und/oder des Staudrucks vorgesehen, wobei insbesondere die Spritzgießmaschine ohne eine derartige Druckmeßeinrichtung ausgeführt ist.
Die Einspritzeinrichtung ist z.B. derart ausgeführt, dass die Einspritzeinrichtung eine mittels einer elektrischen Maschine antreibbare Extruderschnecke aufweist, wobei ein Geber zur Erfassung der Drehzahl der elektrischen Maschine vorgesehen ist und Drehzahlistwerte zur Berechung des Einspritzdrucks und/oder Staudrucks vorgesehen sind.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Dabei zeigt:
FIG 1 Phasen ein Spritzvorganges,
FIG 2 eine Riemenantriebseinrichtung für eine Linearbewegung, F FIIGG 3 3 eine Antriebseinrichtungen,
FIG 4 die Verwendung eine Kt-Schätzers und
FIG 5 eine Reibkennlinie.
Die Darstellung gemäß FIG 1 zeigt drei Schritte 3, 5, 7 eines Spritzgießprozesses (Gießprozess) bei einer nur rudimentell dargestellten Spritzgießmaschine 1, welche eine Einspritzeinrichtung 2 aufweist. Der erste Schritt 3 betrifft das Plasti- fizieren und Dosieren, der zweite Schritt 5 betrifft das Einspritzen und Nachdrücken und der dritte Schritt 7 betrifft das Abkühlen und Entformen. Der Gießprozess betrifft eine Spritzgießmaschine 1. Die Spritzgießmaschine 1 weist eine Schnecke 9 auf. Die Schnecke 9 befindet sich in einem Sehne- ckenzylinder 11. Die Spritzgießmaschine 1 weist weiterhin einen Trichter 13 auf. Der Trichter 13 ist mit Kunststoffgranu- lat 15 beschickbar. Durch eine Drehbewegung 17 der Schnecke 9 ist das Kunststoffgranulat 15 in einen Schneckenvorraum transportierbar. Während des Transportes wird durch Reibung bzw. mittels einer elektrischen Heizung 21 das Kunststoffgranulat zu einer Schmelze erhitzt. Die Schmelze sammelt sich durch eine Drehbewegung 17 in Schneckenvorraum 19 an, welcher an eine Schneckspitze 10 anschließt. Die Drehbewegung 17 ist beispielsweise mittels einer elektrischen Maschine 23 erzielbar. Die elektrische Maschine 21 ist mit einer Achse 22 gekoppelt und beispielsweise mittels einer Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung 25 regel- bzw. steuerbar. Dadurch, dass sich im Schneckenvorraum 19 Schmelze ansammelt, wird die Schnecke 9 von einer Düse 27 weggedrückt. Die Düse 27 ist zum Auslassen der Schmelze vorgesehen. Die Düse 27 ist an ein Formwerkzeug 29, 31 heranführbar. Das Formwerkzeug 29, 31 weist zwei Formteile auf. Das erste Formteil 29 und das zweite Formteil 31 werden zur Ausbildung einer Form zusammenge- fügt. Der erste Schritt 3 des Gießprozesses beinhaltet eine Plastifizierung und eine Dosierung des Schmelzmaterials. Der zweite Schritt 5 des Gießprozesses betrifft das Einspritzen der Schmelze bzw. das Nachdrücken dieser. Zum Einspritzen der Schmelze wird die Schnecke 9 in Richtung der Düse 27 bewegt. Dadurch dringt Schmelze in das Formwerkzeug 29, 31 ein. Am Ende des Einspritzvorgangs wird ein Nachdruck ausgeübt.
In einem dritten Schritt 7 des Gießprozesses erfolgt ein Abkühlen und ein Entformen. Der Schneckenzylinder 11 wird vom Formwerkzeug 31 getrennt. Die beiden Teile des Formwerkzeuges 29 und 31 werden getrennt, so dass ein Spritzgut 33 freigegeben wird. Nach diesem Schritt folgt wieder der erste Schritt 3 des Gießprozesses, nämlich das Plastifizieren und das Dosieren .
Die Darstellung gemäß FIG 2 zeigt eine Riemenantriebseinrichtung 47. Mittels eines Riemens 37 überträgt ist die rotatori- sehe Bewegung einer elektrischen Maschine 24, welche einen Geber 35 aufweist, übertragbar. Die elektrische Maschine 24 ist mit einer Antriebseinrichtung 45 verbunden, wobei die Antriebseinrichtung 45 beispielsweise einen Stromrichter und einer Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung aufweist.
Mittels einer Spindel 39 ist die rotatorische Bewegung in eine Linearbewegung 41 wandelbar. Die Linearbewegung 41 dient der Linearbewegung der Schnecke 9, welche sich vorteilhaft in der selben Achse 43 wie die Spindel 39 befindet. Die elektri- sehe Maschine 24 kann eine von der elektrischen Maschine 23 aus FIG 1 unterschiedliche Maschine sein, falls die Drehbewegung der Schnecke 9 und die Linearbewegung der Schnecke 9 von unterschiedlichen elektrischen Maschine ausgeführt werden soll. Die Rotationsbewegung wie auch die Linearbewegung der Schnecke, kann auch mittels nur einer elektrischen Maschine ausgeführt werden, so dass in diesem Falle die elektrischen Maschinen 23 und 24 identisch sind.
Die Darstellung gemäß FIG 3 zeigt einen Aufbau mit verschie- denen Antriebseinrichtungen 46. Die Antriebseinrichtungen 46 sind jeweils einer elektrischen Maschine 23, 24 zugeordnet und mit dieser verbunden. Die Speisung der Antriebseinrichtungen 46 erfolgt über eine gemeinsame Einspeiseeinrichtung 49. Die Antriebseinrichtungen 46 sind derart ausgebildet, dass diese mit einer gemeinsamen Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung 25 verbunden sind. In dieser Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung 25 wird insbesondere die Drehzahlregelung der angeschlossenen Antriebseinrichtungen 46 durchgeführt. Diese Funktion kann auch in die Antriebsein- richtung integriert sein, was jedoch in FIG 3 nicht dargestellt ist. Optional ist die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 25 über ein Antriebsbussystem 51 mit den elektrischen Maschinen 23, 24 verbunden. Die elektrischen Maschinen 23, 24 weisen eine Geberschnittstelle mit einem elektroni- sehen Typenschild 53 auf. Dort sind beispielsweise Kt-Werte für die jeweilige elektrische Maschine 23, 24 gespeichert. Die Darstellung gemäß FIG 4 zeigt ein Beispiel für eine Adaption der Drehmomentkonstanten bei Synchronmaschinen. Hierbei kommt ein Kt-Schätzer 61 zum Einsatz. Auch eine Temperaturadaption 63 ist vorgesehen.
Die Darstellung gemäß FIG 5 zeigt ein Beispiel für die Verwendung einer Reibkennlinie 55, wobei ein Moment 59 über einen Drehzahl 57 aufgetragen ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb einer Einspritzeinrichtung (2) für eine Spritzgießmaschine (1), welche eine mittels einer elektrischen Maschine (24) antreibbare Extruderschnecke (9) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Berechnung eines Einspritzdrucks und/oder eines Staudrucks Beschleunigungswerte und/oder von einem Arbeitspunkt der elektrischen Maschine (24) abhängige Werte verwen- det werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Beschreibungswert der elektrischen Maschine (24) eine Drehmo- mentkonstante (Kt) ist, wobei die Drehmomentkonstante (Kt) der elektrischen Maschine (23,24) ein vom Arbeitspunkt der elektrischen Maschine (23,24) abhängiger Wert ist und bei der Berechnung des Einspritzdrucks und/oder des Staudrucks ar- beitspunktabhängig mit verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass abhängig von einer Temperatur unterschiedliche Werte der temperaturabhängigen Drehmomentkonstante (Kt) verwendet werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der ar- beitspunktabhängige Wert aus einem Speicher ausgelesen wird oder geschätzt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass bei der Berechung des Einspritzdrucks und/oder des Staudrucks eine Reibkennlinie der Extruderschnecke (9) mit verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Be- rechnung des Einspritzdrucks und/oder des Staudrucks eine Re- gelungs- und/oder Steuerungseinrichtung (25) verwendet wird in welcher der Stromregler und/oder der Drehzahlregler der elektrischen Maschine integriert ist.
7. Einspritzeinrichtung (2), welche eine Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung (25) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in einem Speicher arbeitspunktabhängige Werte einer Drehmomentkon- stante einer elektrischen Maschine (23, 24) gespeichert sind, wobei die arbeitspunktabhängigen Werte insbesondere zur Berechnung eines Einspritzdruckes und/oder eines Staudruckes vorgesehen sind.
8. Einspritzeinrichtung (2) nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der berechnete Einspritzdruck und/oder Staudruck als Ersatz für einen mittels einer Druckmeßeinrichtung ermittelbaren Istwert des Einspritzdrucks und/oder des Staudrucks vorgesehen ist, wobei insbesondere die Spritzgießmaschine (1) bzw. die Einspritzeinrichtung (2) ohne eine derartige Druckmeßeinrichtung ausgeführt ist.
9. Einspritzeinrichtung (2) nach Anspruch 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die
Einspritzeinrichtung (2) eine mittels einer elektrischen Maschine (23, 24) antreibbare Extruderschnecke (9) aufweist, wobei ein Geber (45) zur Erfassung der Drehzahl der elektrischen Maschine (23,24) vorgesehen ist und Drehzahlistwerte zur Berechung des Einspritzdrucks und/oder Staudrucks vorgesehen sind.
10. Einspritzeinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass diese zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 vorgesehen ist.
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