WO2010121712A1 - Verfahren und regelvorrichtung zur regelung einer druckmittelzufuhr für einen hydraulischen aktor - Google Patents

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electric motor
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pressure
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Albert Koeckemann
Gerold Liebler
Christian Lebert
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Robert Bosch Gmbh
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    • F15B2211/80—Other types of control related to particular problems or conditions
    • F15B2211/85—Control during special operating conditions

Definitions

  • the invention relates to a method and a control device for controlling a pressure medium supply for a hydraulic actuator.
  • an electric motor drives a pump, which supplies the cylinder with a hydraulic pressure medium in accordance with a pressure / volume flow control.
  • working cycles of the plastic injection molding machine there are areas in which the pressure is controlled, as well as other areas in which the volume flow is controlled.
  • EP 1 236 558 B1 it is proposed to adapt the rotational speed of the electric motor to the requested pressure or the requested volumetric flow.
  • a speed profile is created in a learning cycle. This speed profile is used to change the speed during the course of the working cycles.
  • a delivery volume profile for a variable displacement pump is first detected in a learning cycle at a constant speed of the electric motor.
  • a volumetric demand profile is determined from the constant speed and the delivery volume profile. From the volumetric flow demand profile finally the speed profile is determined at a constant displacement of the variable.
  • This method has the disadvantage that it requires a large memory requirement and a high amount of computational operations. It is an object of the invention to provide a method and a control device for controlling a pressure medium supply for a hydraulic actuator, wherein the memory requirement and the number of arithmetic operations is reduced.
  • a method for regulating a pressure medium supply for a hydraulic actuator of a cyclically operating machine is provided.
  • the actuator is supplied by a variable displacement pump with a pressure medium amount, which is determined by a predetermined by a higher-level control pressure / volumetric flow profile.
  • the variable displacement pump is in turn driven by a speed-controlled electric motor.
  • at least one measured value V of a delivery volume for the variable displacement pump is detected at a constant rotational speed n L of the electric motor. From the at least one measured value V of the delivery volume, the constant speed n ⁇ _ and a limit delivery volume V G , which should not be exceeded at a speed reduction, a speed profile is determined.
  • a setpoint speed for the electric motor is determined directly from this measured value. It is thus determined directly from the measured values of the delivery volume a speed profile.
  • the inventive method thus has the advantage that the determination and storage of a volume flow demand profile is eliminated, resulting in a significant reduction in memory requirements. In addition, the number of computational significantly reduced, which leads to a shortening of the duration of the procedure. Overall, this makes the process both cheaper and faster.
  • the adaptation of the speed curve to the respective power requirement also has an advantageous effect on the noise development of the machine during its operation. After a longer period of operation, for example, when leakage losses due to wear of mechanical parts of actuators have increased, a re-optimization of the rotational speed profile can be carried out in a simple manner. This applies equally to an exchange of actuators.
  • At most one stored measured value of the delivery volume is stored at any time within the learning cycle.
  • the storage of the measured values of the delivery volume can in particular also be completely eliminated.
  • the recorded measured values of the delivery volume are therefore at least not stored at the same time, whereby the required storage space can be further reduced.
  • a rated speed of the electric motor is used as the constant speed in the learning cycle.
  • the detection of the at least one measured value of the delivery volume takes place at fixed time intervals. This leads to a simplified procedure since. no variation of the time intervals takes place.
  • An actuator controlling the delivery volume of the variable displacement pump can be acted upon by an output signal of a pump regulator to which the desired value for the delivery volume of the variable displacement pump and its actual value as well as the desired value for the pressure and its actual value are supplied.
  • the difference between the desired value for the delivery volume of the variable displacement pump and its actual value becomes a first manipulated variable formed for the delivery volume of the variable displacement controlling actuator.
  • a second manipulated variable for the actuator controlling the delivery volume of the variable displacement pump is formed. The smaller of the two manipulated variables is then fed to the actuator controlling the delivery volume of the variable displacement pump.
  • the selection of the minimum value between the output signal of the volumetric flow controller and the output signal of the pressure regulator ensures that the values for the pressure and the volume flow specified by the pressure / volumetric flow profile are not exceeded.
  • the control takes place in such a way that one variable is regulated such that its actual value is equal to the corresponding desired value, the actual value of the respective other variable being smaller than its nominal value. Values of the speed profile which are greater than the theoretically required values are compensated by changing the delivery volume of the variable displacement pump.
  • the setpoint value for the volumetric flow can be multiplied by a factor proportional to the reciprocal of the speed of the electric motor and the product can be fed to the pump controller as the setpoint for the delivery volume of the variable displacement pump.
  • an actuator controlling the speed of the electric motor is supplied with the output signal of a motor control in which the speed profile is stored.
  • the engine controller is supplied with a cycle start signal from the higher-level controller at the beginning of a new cycle.
  • the provided for both the speed of the electric motor and for the delivery volume adjustment allows the use of electric motors in which the maximum rate of change of the speed is less than the maximum rate of change of the delivery volume of the variable. Due to the lower demands on the dynamics of the control of number of electric motor can be used cost-effective drives.
  • the smaller rate of change of the rotational speed of the electric motor can be taken into account in the rotational speed profile, that with an increase in the volume flow demand, which can follow the speed of the electric motor only delayed, the speed increase begins earlier.
  • the speed is slowed down according to the dynamics of the electric motor slower until the speed has returned to its target value.
  • a maximum speed profile which takes into account the maximum possible rate of change of the rotational speed of the electric motor when accelerating and / or decelerating is therefore determined from the rotational speed profile.
  • the maximum possible rate of change of the rotational speed of the electric motor during acceleration by an acceleration ramp and / or a time allowance in the minimum speed profile can be taken into account.
  • the maximum possible rate of change of the rotational speed of the electric motor when decelerating by a deceleration ramp and / or a time sustainability in the minimum speed profile can be considered.
  • the electric motor is supplied with the minimum value as speed setpoint. This ensures the lubrication of the variable in an advantageous manner. In addition, this ensures sufficient cooling of the electric motor.
  • At least one pressure measurement is detected in the learning cycle. From a permissible torque of the electric motor and the at least one pressure measurement Then at least a maximum allowable delivery volume V Fz ui determined.
  • the pressure-dependent limitation of the speed profile raises the speed to such an extent that the permissible torque of the electric motor is not exceeded.
  • the speed profile is stored in an advantageous embodiment.
  • the stored profile is then retrieved in the working cycles of the machine and the electric motor operated according to the stored speed profile.
  • the inventive method for controlling the pressure medium supply is generally suitable for machines with hydraulic actuators in which work cycles repeat cyclically, z.
  • Example in manufacturing machines, such as machine tools or plastic processing machines for injecting liquid plastic into a mold, such as injection molding machines.
  • the inventive method is particularly suitable for control and regulating devices with digital data processing.
  • the electric motor is designed in one embodiment as an asynchronous motor and is controlled encoderless.
  • Sensorless means that there is no sensor that measures the speed of the rotor and reports back to the control of the electric motor. Measuring the speed is basically time-consuming and causes more costs.
  • the encoderless control thus reduces the burden on the control circuit.
  • the invention also relates to a control device for controlling a pressure medium supply for a hydraulic actuator of a cyclically operating machine.
  • the actuator of a driven by a speed-controlled electric motor variable displacement pump is supplied with a pressure medium amount that through a specified by a parent control pressure / volumetric flow profile is determined.
  • the control device has a pressure regulator for regulating the pressure of the pressure medium quantity by activating the variable displacement pump.
  • the control device has a measuring device for detecting at least one measured value V of a delivery volume for the variable displacement pump during a learning cycle of the engine at a constant speed n ⁇ _ of the electric motor and a Drehiereprofilarsvortechnisch for determining a speed profile of the electric motor during the learning cycle.
  • control device has an adjusting device for operating the electric motor in working cycles of the machine in accordance with the speed profile determined during the learning cycle.
  • the speed profile determination device determines the speed profile from the at least one measured value V of the delivery volume, the constant speed n L and a limit delivery volume VG, which should not be exceeded at a speed reduction.
  • the control device thus makes it possible to reduce the required storage space significantly.
  • the control device comprises in one embodiment a memory device for storing the speed profile.
  • the electric motor can be designed as an asynchronous motor and be controlled encoderless.
  • the invention also relates to an assembly of a control device according to the invention and an actuator whose supply is provided with a hydraulic pressure by means of the control device.
  • Figure 1 shows an actuator of a production machine with the associated
  • FIG. 2 shows details of the control device from FIG. 1.
  • Figure 3 shows a representation of the stored in the engine control
  • Figure 4 shows a representation of the stored in the engine control
  • Figure 5 shows a representation of the stored in the engine control
  • Speed profile in addition to the representation of Figure 4, a minimum value for the speed is taken into account.
  • FIG. 1 shows an actuator 11 of a production machine and the control system used for providing hydraulic pressure means for this actuator 11.
  • the actuator 11 is z. B. a cylinder for a cyclically operating production machine, which injects liquid plastic into a mold.
  • a duty cycle is divided into several consecutive sections of the cycle, which differ in terms of the required amount of pressure. Each of these sections is a work process. Operations include, for example, "close tool”, “inject plastic”, “open the tool”, “wait for a hold phase”, or the like.
  • a variable displacement pump 13 delivers pressure medium from a tank 15 into a conduit 16, whereupon the hydraulic fluid in the conduit 16 has a pressure p.
  • the valve 17 is provided between the conduit 16 and the actuator 11. This valve 17 controls the volume flow from the variable displacement pump 13 to the cylinder 11 and from there back to the tank 15.
  • the valve 17 is electrically actuated by a higher-level control 25 with a signal ui, which is conducted via a line 27. controls. In this case, the volume flow is determined by the valve 17 and does not correspond to the volume flow setpoint, which dictates the control to the control pump.
  • a displacement transducer 21 measures the position of the piston rod of the cylinder 11, converts this position into an electrical signal Si, which is output via a line 23 to the higher-level control 25.
  • valve 17 is a switching valve, which releases the pressure medium supply of the pump to the actuator.
  • the movement of the actuator is controlled directly from the pump d. H. the pump delivery volume corresponds to the actuator speed.
  • a control device For controlling the pressure p in the line 16, a control device is provided which includes a means for controlling the pressure medium supply 10, a pressure transducer 40, an actuator 31, a transducer 32, a frequency converter 33, an electric motor 14, a shaft 34 and the Variable displacement pump 13 contains.
  • the device 10 receives from the higher-level controller 25 a desired value p s for the pressure and a desired value Q 5 for the volume flow.
  • the solvency values p s and Q 8 correspond to a pressure / volumetric flow profile P (t) / Q (t) stored in the higher-level controller.
  • the device 10 receives a cycle start signal y t o, which indicates when a new cycle begins, and a signal pj from the pressure transducer 40, which converts the pressure p in the line 16 into a corresponding electrical signal p ⁇ .
  • the device 10 outputs a desired value n s for the rotational speed as well as an output signal yvF * for setting the delivery volume.
  • the signal n s receives the frequency converter 33, which accordingly drives the electric motor 14 at a frequency f such that the rotational speed n of the electric motor 14 is equal to the desired value n s for the rotational speed.
  • the rotational movement of the electric motor is transmitted via the shaft 34 to the variable displacement pump 13.
  • the rotational speed n of the electric motor 14 is not measured and fed back, the rotational speed n is thus controlled in the open circuit.
  • a tachogenerator coupled to the shaft 34 is shown in FIG. 1, which supplies the actual value n, the rotational speed n.
  • the actual value ni of the rotational speed n is then, as shown in FIG. 1 by a dashed line 36, supplied to the frequency converter 33 for regulating the rotational speed n.
  • the actuator 31 receives the output signal yv F * from the device 10 and controls the delivery volume V F of the variable displacement pump 13.
  • the transducer 32 outputs an electrical signal indicative of the actual value VR of the delivery volume of the variable displacement pump 13.
  • the device 10 also includes a pump controller 41, a motor controller 42, a multiplier 44 and a computing element 45.
  • the multiplier 44 is designed as a proportional element with a controllable gain K Q.
  • the arithmetic unit 45 receives as an input signal the setpoint n s for the speed and outputs its reciprocal to its output as the signal KQ.
  • the multiplier receives at its inputs the setpoint Qs for the volume flow and the signal K 0 .
  • the multiplier 44 thus forms from the desired value Qs for the volume flow to be supplied to the cylinder, taking into account the rotational speed n of the electric motor 14, a target value VF S for the delivery volume of the variable displacement pump 13.
  • the pump regulator 41 receives as input the actual value VR for the delivery volume, the Actual value pi for the pressure, the setpoint VR 3 for the delivery volume and the setpoint p s for the pressure and outputs at its output the output signal yv F * for the delivery volume.
  • FIG. 2 shows details of the pump regulator 41 from FIG. 1.
  • the pressure regulator 41 has a first summation element 48, a second summation element 51, a delivery volume regulator 49, a pressure regulator 52 and a minimum value selection element 50.
  • the first summation element 48 forms from the desired value V Fs and the actual value V F i for the delivery volume of the variable displacement pump 13 a control difference which is supplied to the delivery volume controller 49 as an input signal.
  • the output signal of the delivery volume controller 49 designated yv F is added to the minimum value selection element 50 as the first input signal.
  • the second summation element 51 receives the desired value p s for the pressure and the actual value Pi for the pressure, from which the control difference for the pressure is formed by subtraction and output to the pressure regulator 52.
  • the pressure regulator 52 outputs as an output the value y p to the minimum value selector 50, which receives the value y p at its second input.
  • the minimum value selection element 50 selects the smaller of the two input signals VVF and y p and forwards this minimum value as manipulated variable y VF * for setting the delivery volume VF to the actuator 31. Both the regulation of the delivery volume V F and the regulation of the pressure p takes place with the aid of adjusting the delivery volume of the variable displacement pump 13.
  • the transmission behavior of the delivery volume regulator 49 and the pressure regulator 52 each have a proportional and a differential component.
  • a pressure / volume flow profile p (t) / Q (t) for the pressure medium supply of the cylinder 11 is stored, in particular during the manufacturing cycles.
  • the invention provides to create a speed profile n (t) for the electric motor 14, which specifies the course of the rotational speed n during a production cycle.
  • the electric motor 14 is initially operated at the constant speed n ⁇ _.
  • the control of the volume flow supplied to the cylinder 11 takes place solely by the pump regulator 41.
  • the pump regulator 41 ensures that the variable displacement pump 13 supplies the cylinder 11 with the volume flow. which is required to comply with the values given by the pressure / volume flow profile p (t) / Q (t).
  • variable displacement pump 13 By regulating the pressure p and the volume flow Q, a volumetric flow conveyed by the variable displacement pump 13 sets in, which takes into account both the compression volume of the pressure medium and leakage losses, ie influencing variables which one
  • n L the maximum rotational speed n max at which the electric motor 14 is to be operated in the production cycles. This speed is usually the rated speed of the electric motor 14th
  • the optimization process has a number of learning cycles in which the variable displacement pump 13 is driven at the constant speed n ⁇ _.
  • the duration of a manufacturing cycle is determined by measuring the time between two cycle start pulses. From the duration of a production cycle and the number of memory locations available in the motor controller 42 for the storage of values, the time interval ⁇ t for the detection of the values to be stored is determined.
  • the actual values VF I of the delivery volume are recorded at intervals of ⁇ t.
  • a speed profile n (t) is determined in this learning cycle.
  • the limit delivery volume VQ SO is selected, that it is approximately 90% of the nominal value of the delivery volume V F of the variable displacement pump
  • V F g 0 V F g 0 .
  • the delivery volume V F of the variable displacement pump 13 would adjust to the value V F90 under ideal conditions.
  • the delivery volume V F of the variable displacement pump 13 is not constant during a cycle, in particular because the speed n of the electric motor 14 can not be changed as fast as the delivery volume V F of the variable displacement pump 13.
  • the cooling of the electric motor 14 and the maximum torque of the electric motor 14 its speed n may not be arbitrarily reduced.
  • FIG. 3 shows the time profile of a rotational speed profile n (t) between two cycle start signals, which are denoted by toi and to2.
  • the speed profile n (t) determined in the learning cycle is shown as dashed line 60.
  • the difference of two consecutive speed values is evaluated.
  • the first speed value is subtracted from the second speed value following the first speed value. Dividing this difference by the time interval ⁇ t of the two consecutive speed values, one obtains the rate of change of the speed profile at this point of the cycle.
  • a positive value corresponds to an acceleration and a negative value to a delay.
  • the stored speed values in the opposite direction are compared in a second pass, ie the difference between the considered speed value and the preceding speed value is formed at the end of the cycle starting from the beginning to the beginning of the cycle next step, the speed value now considered as "previous speed value" becomes "the considered speed value".
  • the considered speed value is subtracted from the previous speed value and in each case checked whether the difference between the two adjacent speed values is negative and their magnitude is greater than a value ⁇ n max +, which corresponds to the maximum possible acceleration of the electric motor 14.
  • the stored speed values are compared with the minimum value n min in a further run and the current speed value is replaced by the minimum value n min if the current speed value is less than the minimum value n min .
  • the resulting speed curve is shown in Figure 5 together with the speed curve 60 as a solid line 63.
  • the maximum possible rate of change of the rotational speed of the electric motor 14 during acceleration by a time derivative and / or the maximum possible rate of change of the rotational speed of the electric motor 14 during deceleration by a temporal sustainability in the minimum speed profile n * (t) are taken into account ,
  • Electric motors may only be overloaded for a short time without being damaged.
  • the rule here is that the shorter the overload, the greater the overload.
  • An overload of the electric motor 14 occurs, for example, when the torque required to drive the variable displacement pump 13, which is determined by the product of the pressure p and the delivery volume V F , greater than the permissible torque of the electric motor 14 referred to below as Mdzui is. Since only in rare cases with maximum delivery volume the maximum pressure is generated must be, it is sufficient to use an electric motor whose rated torque is smaller than the maximum torque of the variable displacement pump 13.
  • Ki is a constant that takes into account the dimensions of the interlinked quantities.
  • the output signal of the motor control 42 After determination of the rotational speed profile n (t) or, if appropriate, after the determination of the minimum rotational speed profile n * (t), the output signal of the motor control 42 from constant rotational speed n max to a variable rotational speed corresponding to the rotational speed profile n (t) or optionally the minimum speed profile n * (t) switched.
  • the cycle start signal y t o synchronizes the speed profile n (t) stored in the engine control 42 or, if appropriate, n * (t) with the pressure / volumetric flow profile P (t) / Q (t stored in the higher-level control 25 ).
  • the control of the rotational speed of the electric motor 14 is effected by the speed profile n (t) stored in the engine control unit 42 or, if appropriate, n * (t).
  • the regulation of pressure and volumetric flow takes place in accordance with the pressure / volumetric flow profile p (t) / Q (t) stored in the higher-level control 25 by the pump regulator 41.
  • V Fs for the delivery volume of the variable 13 is formed.
  • the computer 45 is supplied with a signal which is a measure of the speed with which the variable displacement pump 13 is driven.
  • this signal is the output signal ns of the motor controller 42 fed to the frequency converter 33, as shown in FIG. But it is also possible to supply the actual value r ⁇ ⁇ the rotational speed at a speed detection the computing element 45. Alternatively, it is also possible by a model that z. B. is contained in the frequency converter 33, from the output signal ns of the motor controller 42 to produce an actual value nj of the speed approximated signal and supply this to the computing element 45. The model for generating the actual value n, the speed approximated signal may also be included in the engine controller 42.
  • the volume flow is supplied, which is predetermined by the pressure / flow profile p (t) / Q (t) of the parent control, workpieces can be produced by the production machine during the optimization process.
  • the electric motor is running at a constant speed, and the control of the volume flow is accomplished only by changing the displacement of the variable displacement pump.
  • the speed of the electric motor is additionally controlled in accordance with the speed profile n (t) or optionally the minimum speed profile n * (t). In this case, an adjustment of the delivery volume of the variable displacement takes place substantially when minor corrections or rapid changes in the volume flow to be supplied to the actuator are required.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Regelvorrichtung zur Regelung einer Druckmittelzufuhr für einen hydraulischen Aktor einer zyklisch arbeitenden Maschine. Der Aktor (11) wird von einer von einem drehzahlgesteuerten Elektromotor (14) angetriebenen Verstellpumpe (13) mit einer Druckmittelmenge versorgt, die durch ein von einer übergeordneten Steuerung (25) vorgegebenes Druck/ Volumenstrom-Profil bestimmt ist. In einem Lernzyklus wird bei einer konstanten Drehzahl nL des Elektromotors (14) mindestens ein Messwert V eines Fördervolumens für die Verstellpumpe (13) erfasst. Aus dem mindestens einen Messwert V des Fördervolumens, der konstanten Drehzahl nL und einem Grenzfördervolumen VG, das bei einer Drehzahlabsenkung nicht überschritten werden soll, wird ein Drehzahl-Profil ermittelt. Dabei wird mindestens ein Drehzahlwert n mittels der Beziehung n = nL • (V/VG) errechnet. Durch Verknüpfung des Druck/ Volumenstrom- Profils mit dem Drehzahl-Profil wird ein an das Drehzahl-Profil angepasstes Druck/ Fördervolumen-Profil gebildet und in Arbeitszyklen der Maschine wird der Elektromotor (14) entsprechend dem ermittelten Drehzahl-Profil betrieben und die Verstellpumpe (13) entsprechend dem Druck/ Fördervolumen-Profil angesteuert.

Description

Verfahren und Regelvorrichtung zur Regelung einer Druckmittelzufuhr für einen hydraulischen Aktor
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Regelvorrichtung zur Regelung einer Druckmittelzufuhr für einen hydraulischen Aktor. Bei Kunststoffspritzgießmaschinen mit einem hydraulisch betriebenen Zylinder treibt ein Elektromotor eine Pum- pe an, die dem Zylinder ein hydraulisches Druckmittel gemäß einer Druck/ Volumenstrom-Regelung zuführt. In Arbeitszyklen der Kunststoffspritzgießmaschine gibt es Bereiche, in denen der Druck geregelt wird, sowie weitere Bereiche, in denen der Volumenstrom geregelt wird.
In der EP 1 236 558 B1 wird vorgeschlagen, die Drehzahl des Elektromotors an den angeforderten Druck oder den angeforderten Volumenstrom anzupassen. Dafür wird in einem Lernzyklus ein Drehzahl-Profil erstellt. Dieses Drehzahl-Profil wird verwendet, um die Drehzahl während des Ablaufs der Arbeitszyklen zu verändern. Zur Erstellung des Drehzahl-Profils wird in einem Lernzyklus bei konstan- ter Drehzahl des Elektromotors zunächst ein Fördervolumen-Profil für eine Verstellpumpe erfasst. Im Anschluss daran wird aus der konstanten Drehzahl und dem Fördervolumen-Profil ein Volumenstrombedarf-Profil ermittelt. Aus dem Volumenstrombedarf-Profil wird schließlich das Drehzahl-Profil bei einem konstanten Fördervolumen der Verstellpumpe ermittelt. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass es einen großen Speicherbedarf und einen hohen Aufwand an Rechenoperationen benötigt. Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren sowie eine Regelvorrichtung zur Regelung einer Druckmittelzufuhr für einen hydraulischen Aktor bereitzustellen, wobei der Speicherbedarf und die Zahl der Rechenoperationen verringert wird.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Regelung einer Druckmittelzufuhr für einen hydraulischen Aktor einer zyklisch arbeitenden Maschine bereitgestellt. Der Aktor wird von einer Verstellpumpe mit einer Druckmittelmenge versorgt, die durch ein von einer übergeordneten Steuerung vorgegebenes Druck/ Volumenstrom- Profil bestimmt ist. Die Verstellpumpe wird ihrerseits von einem drehzahlgesteuerten Elektromotor angetrieben. In einem Lernzyklus wird bei einer konstanten Drehzahl nL des Elektromotors mindestens ein Messwert V eines Fördervolumens für die Verstellpumpe erfasst. Aus dem mindestens einen Messwert V des Fördervolumens, der konstanten Drehzahl nι_ und einem Grenzfördervolumen VG, das bei einer Drehzahlabsenkung nicht überschritten werden soll, wird ein Drehzahl-Profil ermittelt. Dabei wird mindestens ein Drehzahlwert n mittels der Beziehung n = nι_ ■ (VA/G) errechnet. Durch Verknüpfung des Druck/ Volumenstrom-Profils mit dem Drehzahl-Profil wird ein an das Drehzahl-Profil angepasstes Druck/ Fördervolumen-Profil gebildet und in Arbeitszyklen der Maschine wird der Elektromotor entsprechend dem ermittelten Drehzahl-Profil betrieben und die Verstellpumpe entsprechend dem Druck/ Fördervolumen-Profil angesteuert.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also nach dem Erfassen des zumindest einen Messwerts des Fördervolumens unmittelbar aus diesem Messwert eine Solldrehzahl für den Elektromotor ermittelt. Es wird somit unmittelbar aus den Messwerten des Fördervolumens ein Drehzahl-Profil ermittelt.
Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt somit den Vorteil, dass das Ermitteln und Abspeichern eines Volumenstrombedarf-Profils entfällt, was zu einer deutlichen Reduktion des Speicherbedarfes führt. Zudem wird die Zahl der Rechenope- rationen deutlich verringert, was zu einer Verkürzung der Verfahrensdauer führt. Insgesamt wird dadurch des Verfahren sowohl kostengünstiger als auch schneller.
Die Anpassung des Drehzahlverlaufs an den jeweiligen Leistungsbedarf wirkt sich auch vorteilhaft auf die Geräuschentwicklung der Maschine bei ihrem Betrieb aus. Nach längerer Betriebsdauer, beispielsweise wenn sich aufgrund von Abnutzungen mechanischer Teile von Aktoren Leckölverluste vergrößert haben, lässt sich auf einfache Weise eine Neuoptimierung des Drehzahl-Profils durchführen. Dies gilt in gleicher weise bei einem Austausch von Aktoren.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist zu jedem Zeitpunkt innerhalb des Lernzyklus jeweils höchstens ein erfasster Messwert des Fördervolumens gespeichert. Die Speicherung der Messwerte des Fördervo- lumens kann aber insbesondere auch vollständig entfallen. Die erfassten Messwerte des Fördervolumens sind also zumindest nicht gleichzeitig gespeichert, wodurch der benötigte Speicherplatz weiter reduziert werden kann.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in dem Lern- zyklus als konstante Drehzahl eine Nenndrehzahl des Elektromotors verwendet.
In einer weiteren Ausgestaltung erfolgt die Erfassung des mindestens einen Messwerts des Fördervolumens in festen Zeitabständen. Dies führt zu einem vereinfachten Verfahrensablauf, da. keine Variation der Zeitabstände erfolgt.
Ein das Fördervolumen der Verstellpumpe steuerndes Stellglied kann mit einem Ausgangssignal eines Pumpenreglers beaufschlagt werden, dem der Sollwert für das Fördervolumen der Verstellpumpe und dessen Istwert sowie der Sollwert für den Druck und dessen Istwert zugeführt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung wird aus der Differenz zwischen dem Sollwert für das Fördervolumen der Verstellpumpe und dessen Istwert eine erste Stellgröße für das das Fördervolumen der Verstellpumpe steuernde Stellglied gebildet. Zudem wird aus der Differenz zwischen dem Sollwert für den Druck und dessen Istwert eine zweite Stellgröße für das das Fördervolumen der Verstellpumpe steuernde Stellglied gebildet. Die kleinere der beiden Stellgrößen wird anschließend dem das Fördervolumen der Verstellpumpe steuernden Stellglied zugeführt.
Durch die Minimalwertauswahl zwischen dem Ausgangssignal des Fördervolumenreglers und dem Ausgangssignal des Druckreglers ist sichergestellt, dass die durch das Druck/ VolumenstromProfil vorgegebenen Werte für den Druck und den Volumenstrom nicht überschritten werden. Die Regelung erfolgt derart, dass die eine Größe so geregelt wird, dass ihr Istwert gleich dem entsprechenden Sollwert ist, wobei der Istwert der jeweils anderen Größe kleiner als ihr Sollwert ist. Dabei werden Werte des Drehzahl-Profils, die größer als die theoretisch erforderlichen Werte sind, durch Veränderung des Fördervolumens der Verstellpumpe ausgegli- chen.
Der Sollwert für den Volumenstrom kann dabei mit einem zu dem Kehrwert der Drehzahl des Elektromotors proportionalen Faktor multipliziert und das Produkt dem Pumpenregler als Sollwert für das Fördervolumen der Verstellpumpe zuge- führt werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein die Drehzahl des Elektromotors steuerndes Stellglied mit dem Ausgangssignal einer Motorsteuerung beaufschlagt, in der das Drehzahl-Profil gespeichert ist. Zudem wird der Motorsteuerung von der übergeordneten Steuerung beim Beginn eines neuen Zyklus ein Zyklusstartsignal zugeführt.
Die sowohl für die Drehzahl des Elektromotors als auch für das Fördervolumen vorgesehene Verstellmöglichkeit erlaubt die Verwendung von Elektromotoren, bei denen die maximale Änderungsgeschwindigkeit der Drehzahl kleiner als die maximale Änderungsgeschwindigkeit des Fördervolumens der Verstellpumpe ist. Aufgrund der geringeren Anforderungen an die Dynamik der Steuerung der Dreh- zahl des Elektromotors lassen sich kostengünstige Antriebe einsetzen. Die kleinere Änderungsgeschwindigkeit der Drehzahl des Elektromotors kann in dem Drehzahl-Profil dadurch berücksichtigt werden, dass bei einer Erhöhung des Volumenstrombedarfs, der die Drehzahl des Elektromotors nur verzögert folgen kann, die Drehzahlerhöhung entsprechend früher beginnt. Bei Verringerungen des Volumenstrombedarfs, der die Drehzahl des Elektromotors nicht direkt folgen kann, wird die Drehzahl entsprechend der Dynamik des Elektromotors langsamer verringert, bis die Drehzahl wieder ihren Sollwert erreicht hat.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird daher aus dem Drehzahl-Profil ein die maximal mögliche Änderungsgeschwindigkeit der Drehzahl des Elektromotors beim Beschleunigen und/ oder Verzögern berücksichtigendes Mindestdrehzahl- Profil ermittelt.
Dabei kann die maximal mögliche Änderungsgeschwindigkeit der Drehzahl des Elektromotors beim Beschleunigen durch eine Beschleunigungsrampe und/ oder einen zeitlichen Vorhalt in dem Mindestdrehzahl-Profil berücksichtigt werden.
Zudem kann die maximal mögliche Änderungsgeschwindigkeit der Drehzahl des Elektromotors beim Verzögern durch eine Verzögerungsrampe und/ oder einen zeitlichen Nachhalt in dem Mindestdrehzahl-Profil berücksichtigt werden.
In Abschnitten des Mindestdrehzahl-Profils, in denen die Drehzahlwerte kleiner als ein für den Betrieb der Verstellpumpe und/ oder des Elektromotors erforderlicher Minimalwert sind, wird dem Elektromotor in einer weiteren Ausführungsform der Minimalwert als Drehzahl-Sollwert zugeführt. Damit ist in vorteilhafter Weise die Schmierung der Verstellpumpe sichergestellt. Zudem wird dadurch eine ausreichende Kühlung des Elektromotors gewährleistet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in dem Lernzyklus mindestens ein Druckmesswert erfasst. Aus einem zulässigen Drehmoment des Elektromotors und dem mindestens einen Druckmesswert wird anschließend mindestens ein maximal zulässiges Fördervolumen VFzui ermittelt. In Abschnitten des Drehzahl-Profils, in denen das Grenzfördervolumen VG größer als das mindestens eine maximal zulässige Fördervolumen VFzuι ist, wird der Drehzahlwert n mittels der Beziehung n = nL • (V/VFZUI) errechnet. Damit wird sichergestellt, dass der Elektromotor durch das für den Antrieb der Verstellpumpe benötigte Drehmoment nicht überlastet wird. Die druckabhängige Begrenzung des Drehzahl-Profils hebt die Drehzahl soweit an, dass das zulässige Drehmoment des Elektromotors nicht überschritten wird.
Das Drehzahl-Profil wird in einer vorteilhaften Ausgestaltung gespeichert. Das gespeicherte Profil wird dann in den Arbeitszyklen der Maschine abgerufen und der Elektromotor entsprechend dem gespeicherten Drehzahl-Profil betrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung der Druckmittelzufuhr ist allge- mein für Maschinen mit hydraulischen Aktoren geeignet, bei denen sich Arbeitsabläufe zyklisch wiederholen, z. B. bei Fertigungsmaschinen, wie Werkzeugmaschinen oder Kunststoffverarbeitungsmaschinen zum Einspritzen von flüssigem Kunststoff in eine Form, beispielsweise Spritzgießmaschinen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders geeignet für Steuer- und Regeleinrichtungen mit digitaler Datenverarbeitung.
Der Elektromotor ist in einer Ausgestaltung als Asynchronmotor ausgebildet und wird geberlos angesteuert. Geberlos bedeutet, dass es keinen Sensor gibt, der die Drehzahl des Rotors misst und an die Steuerung des Elektromotors rückmeldet. Ein Messen der Drehzahl ist grundsätzlich aufwändig und verursacht mehr Kosten. Die geberlose Ansteuerung verringert somit den Aufwand für die Regelschaltung.
Die Erfindung betrifft auch eine Regelvorrichtung zur Regelung einer Druckmittel- zufuhr für einen hydraulischen Aktor einer zyklisch arbeitenden Maschine. Bei dieser Maschine wird der Aktor von einer von einem drehzahlgesteuerten Elektromotor angetriebenen Verstellpumpe mit einer Druckmittelmenge versorgt, die durch ein von einer übergeordneten Steuerung vorgegebenes Druck/ Volumenstrom- Profil bestimmt ist. Die Regelvorrichtung weist einen Druckregler zum Regeln des Drucks der Druckmittelmenge durch Ansteuern der Verstellpumpe auf. Zudem weist die Regelvorrichtung eine Messvorrichtung zum Erfassen mindestens eines Messwerts V eines Fördervolumens für die Verstellpumpe während eines Lernzyklus der Maschine bei einer konstanten Drehzahl nι_ des Elektromotors und eine Drehzahlprofilermittlungsvorrichtung zum Ermitteln eines Drehzahl-Profils des Elektromotors während des Lernzyklus auf. Darüber hinaus weist die Regelvorrichtung eine Einstellvorrichtung zum Betreiben des Elektromotors in Arbeitszyklen der Maschine entsprechend dem während des Lernzyklus ermittelten Drehzahl- Profil auf. Dabei ermittelt die Drehzahlprofilermittlungsvorrichtung das Drehzahl- Profil aus dem mindestens einen Messwert V des Fördervolumens, der konstanten Drehzahl nL und einem Grenzfördervolumen VG, das bei einer Drehzahlabsenkung nicht überschritten werden soll. Mindestens ein Drehzahlwert n wird mittels der Beziehung n = nι_ ■ (V/VG) errechnet.
Die Regelvorrichtung ermöglicht somit, den benötigten Speicherplatz deutlich zu reduzieren.
Die Regelvorrichtung weist in einer Ausführungsform eine Speichervorrichtung zum Speichern des Drehzahl-Profils auf. Der Elektromotor kann als Asynchronmotor ausgebildet sein und geberlos angesteuert werden.
Die Erfindung betrifft auch eine Baugruppe aus einer erfindungsgemäßen Regel- Vorrichtung und einem Aktor, dessen Versorgung mit einem hydraulischen Druck mittels der Regel Vorrichtung bereitgestellt wird.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
Figur 1 zeigt einen Aktor einer Fertigungsmaschine mit der dazu gehörigen
Regelvorrichtung zur Erzeugung von hydraulischen Druckmengen. Figur 2 zeigt Details der Regel Vorrichtung aus Figur 1.
Figur 3 zeigt eine Darstellung des in der Motorsteuerung gespeicherten
Drehzahl-Profils.
Figur 4 zeigt eine Darstellung des in der Motorsteuerung gespeicherten
Drehzahl-Profils, in der zusätzlich zu der Darstellung der Figur 3 die maximale Änderungsgeschwindigkeit der Drehzahl berücksichtigt ist.
Figur 5 zeigt eine Darstellung des in der Motorsteuerung gespeicherten
Drehzahl-Profils, in der zusätzlich zu der Darstellung der Figur 4 ein Minimalwert für die Drehzahl berücksichtigt ist.
Figur 1 zeigt einen Aktor 11 einer Fertigungsmaschine sowie die dazu verwendete Regelung zum Bereitstellen von hydraulischem Druckmittel für diesen Aktor 11.
Der Aktor 11 ist z. B. ein Zylinder für eine zyklisch arbeitende Fertigungsmaschine, die flüssigen Kunststoff in eine Form einspritzt. Ein Arbeitszyklus unterteilt sich in mehrere nacheinander ablaufende Abschnitte des Zyklus, die sich hinsichtlich der benötigten Druckmenge unterscheiden. In diesen Abschnitten erfolgt jeweils ein Arbeitsvorgang. Arbeitsvorgänge sind beispielsweise "Werkzeug schließen", "Kunststoff einspritzen", "das Werkzeug öffnen", "eine Nachdruckphase abwarten" oder ähnliches.
In diesen unterschiedlichen Abschnitten müssen unterschiedliche Druckmengen dem Aktor 11 bereitgestellt werden, was mit Hilfe eines Ventils 17 erfolgt. Eine Verstellpumpe 13 fördert aus einem Tank 15 Druckmittel in eine Leitung 16, woraufhin die Hydraulikflüssigkeit in der Leitung 16 einen Druck p aufweist. Das Ventil 17 ist zwischen der Leitung 16 und dem Aktor 11 vorgesehen. Dieses Ventil 17 steuert den Volumenstrom von der Verstellpumpe 13 zu dem Zylinder 11 und von dort zurück zum Tank 15. Das Ventil 17 wird elektrisch von einer übergeordneten Steuerung 25 mit einem Signal u-i, das über eine Leitung 27 geleitet wird, ange- steuert. In diesem Fall wird der Volumenstrom durch das Ventil 17 bestimmt und entspricht nicht dem Volumenstromsollwert, den die Steuerung an die Regelpumpe vorgibt.
Ein Wegmessumformer 21 misst die Position der Kolbenstange des Zylinders 11 , wandelt diese Position in ein elektrisches Signal Si um, das über eine Leitung 23 an die übergeordnete Steuerung 25 ausgegeben wird.
Bei einer anderen möglichen Ausführungsvariante ist Ventil 17 ein Schaltventil, das die Druckmittelzufuhr der Pumpe zum Aktor freigibt. Die Bewegung des Aktors wird direkt aus der Pumpe gesteuert d. h. das Pumpenfördervolumen entspricht der Aktorgeschwindigkeit.
Zur Steuerung des Drucks p in der Leitung 16 ist eine Regelvorrichtung vorgese- hen, die eine Einrichtung zur Regelung der Druckmittelzufuhr 10, einen Druckmessumformer 40, ein Stellglied 31 , einen Messwertumformer 32, einen Frequenzumrichter 33, einen Elektromotor 14, eine Welle 34 und die Verstellpumpe 13 enthält. Die Einrichtung 10 empfängt von der übergeordneten Steuerung 25 einen Sollwert ps für den Druck und einen Sollwert Q5 für den Volumenstrom. Die SoII- werte ps und Q8 entsprechen einem in der übergeordneten Steuerung gespeicherten Druck/ Volumenstrom-Profil P(t)/Q(t).
Zudem empfängt die Vorrichtung 10 ein Zyklusstartsignal yto, das anzeigt, wann ein neuer Zyklus beginnt, und ein Signal pj von dem Druckmessumformer 40, der den Druck p in der Leitung 16 in ein entsprechendes elektrisches Signal pι umwandelt. Als Ausgangssignale gibt die Einrichtung 10 einen Sollwert ns für die Drehzahl sowie ein Ausgangssignal yvF* zur Einstellung des Fördervolumens aus. Das Signal ns empfängt der Frequenzumrichter 33, der dementsprechend den Elektromotor 14 mit einer Frequenz f so antreibt, dass die Drehzahl n des Elekt- romotors 14 gleich dem Sollwert ns für die Drehzahl ist. Die Drehbewegung des Elektromotors wird über die Welle 34 an die Verstellpumpe 13 übertragen. In der hier gezeigten Ausfϋhrungsform wird die Drehzahl n des Elektromotors 14 nicht gemessen und rückgekoppelt, die Drehzahl n wird somit im offenen Kreis gesteuert. In einer alternativen Ausführungsform ist es auch möglich, die Drehzahl zu messen und zu dem Frequenzumrichter 33 rückzuführen, um die Drehzahl n des Elektromotors zu regeln. Dazu ist in Figur 1 ein mit der Welle 34 gekoppelter Tachogenerator 35 gezeigt, welcher den Istwert n-, der Drehzahl n liefert. Der Istwert ni der Drehzahl n wird dann, wie in Figur 1 durch eine gestrichelte Linie 36 dargestellt, dem Frequenzumformer 33 zur Regelung der Drehzahl n zugeführt.
Das Stellglied 31 empfängt das Ausgangssignal yvF * von der Einrichtung 10 und steuert das Fördervolumen VF der Verstellpumpe 13. Der Messwertumformer 32 gibt ein elektrisches Signal, das den Ist-Wert VR des Fördervolumens der Verstellpumpe 13 anzeigt, aus.
Die Einrichtung 10 enthält zudem einen Pumpenregler 41 , eine Motorsteuerung 42, einen Multiplizierer 44 und ein Rechenglied 45. Der Multiplizierer 44 ist als Proportionalglied mit einem steuerbaren Verstärkungsfaktor KQ ausgeführt. Das Rechenglied 45 empfängt als Eingangssignal den Sollwert ns für die Drehzahl und gibt dessen Kehrwert an seinen Ausgang als das Signal KQ aus. Der Multiplizierer empfängt an seinen Eingängen den Sollwert Qs für den Volumenstrom sowie das Signal K0.
Der Multiplizierer 44 bildet folglich aus dem Sollwert Qs für den dem Zylinder zuzuführenden Volumenstrom unter Berücksichtung der Drehzahl n des Elektromotors 14 einen Sollwert VFS für das Fördervolumen der Verstellpumpe 13. Der Pumpenregler 41 empfängt als Eingangssignal den Ist-Wert VR für das Fördervolumen, den Ist-Wert pi für den Druck, den Sollwert VR3 für das Fördervolumen sowie den Sollwert ps für den Druck und gibt an seinem Ausgang das Ausgangssignal yvF* für das Fördervolumen aus. Figur 2 zeigt Details des Pumpenreglers 41 aus Figur 1. Der Druckregler 41 weist ein erstes Summationsglied 48, ein zweites Summationsglied 51 , einen Fördervolumenregler 49, einen Druckregler 52 und ein Minimalwertauswahlglied 50 auf.
Das erste Summationsglied 48 bildet aus dem Sollwert VFs und dem Ist-Wert VFi für das Fördervolumen der Verstellpumpe 13 eine Regeldifferenz, die dem Fördervolumenregler 49 als Eingangssignal zugeführt wird.
Das mit yvF bezeichnete Ausgangssignal des Fördervolumenreglers 49 ist dem Minimalwertauswahlglied 50 als erstes Eingangssignal zugefügt. Das zweite Summationsglied 51 empfängt den Sollwert ps für den Druck und den Ist-Wert Pi für den Druck, woraus durch Subtraktion die Regeldifferenz für den Druck gebildet und an den Druckregler 52 ausgegeben wird. Der Druckregler 52 gibt als Ausgangssignal den Wert yp an das Minimalwertauswahlglied 50, das den Wert yp an seinem zweiten Eingang empfängt. Das Minimalwertauswahlglied 50 wählt das kleinere der beiden Eingangssignale VVF und yp aus und leitet diesen Minimalwert als Stellgröße yVF * für die Einstellung des Fördervolumens VF an das Stellglied 31 weiter. Sowohl die Regelung des Fördervolumens VF als auch die Regelung des Drucks p erfolgt mit Hilfe des Einstellens des Fördervolumens der Verstellpumpe 13.
Die Übertragungsverhalten des Fördervolumenreglers 49 und des Druckreglers 52 weisen jeweils einen Proportional- und einen Differentialanteil auf.
In der übergeordneten Steuerung 25 ist ein Druck/ Volumenstrom-Profil p(t)/Q(t) für die Druckmittelzufuhr des Zylinders 11 insbesondere während der Fertigungszyklen gespeichert. Die Erfindung sieht vor, ein Drehzahl-Profil n(t) für den Elektromotor 14 zu erstellen, das den Verlauf der Drehzahl n während eines Fertigungszyklus vorgibt. Hierzu wird der Elektromotor 14 zunächst mit der konstanten Drehzahl nι_ betrieben. Die Regelung des dem Zylinder 11 zugeführten Volumenstroms erfolgt dabei allein durch den Pumpenregler 41. Der Pumpenregler 41 sorgt dafür, dass die Verstellpumpe 13 dem Zylinder 11 den Volumenstrom zu- führt, der erforderlich ist, um die durch das Druck/ Volumenstrom-Profil p(t)/Q(t) vorgegebenen Werte einzuhalten.
Durch die Regelung von Druck p und Volumenstrom Q stellt sich ein von der Ver- stellpumpe 13 geförderter Volumenstrom ein, der sowohl das Kompressionsvolumen des Druckmittels als auch Leckverluste berücksichtigt, also Einflussgrößen, die einer
Berechnung nur schwer zugänglich sind. Dies gilt in gleicher Weise für den Volumenstrombedarf des Zylinders 11 bei einer Druckregelung.
Es ist vorteilhaft, als konstante Drehzahl nLdie größte Drehzahl nmax, mit der der Elektromotor 14 in den Fertigungszyklen betrieben werden soll, zu wählen. Bei dieser Drehzahl handelt es sich in der Regel um die Nenndrehzahl des Elektromotors 14.
Der Optimierungsvorgang weist eine Reihe von Lernzyklen auf, in denen die Verstellpumpe 13 mit der konstanten Drehzahl nι_ angetrieben wird. In einem ersten Lernzyklus wird die Dauer eines Fertigungszyklus durch Messung der Zeitdauer zwischen zwei Zyklusstartimpulsen ermittelt. Aus der Dauer eines Fertigungszyk- lus und der Anzahl der in der Motorsteuerung 42 für die Speicherung von Werten zur Verfügung stehenden Speicherplätze wird der zeitliche Abstand Δt für die Erfassung der zu speichernden Werte ermittelt. In einem weiteren Lernzyklus werden im Abstand von Δt die Istwerte VFI des Fördervolumens erfasst. Aus jeweils einem Messwert V des Fördervolumens, also jeweils einem der Istwerte Vp1, der konstanten Drehzahl nι_ und einem Grenzfördervolumen VG, das bei einer Drehzahlabsenkung nicht überschritten werden soll, wird in diesem Lernzyklus ein Drehzahl-Profil n(t) ermittelt. Dabei werden die Drehzahlwerte n mittels der Beziehung n = nL • (V/VG) errechnet.
Es empfiehlt sich, das Grenzfördervolumen VQ SO ZU wählen, dass er in der Nähe des Nennwerts des Fördervolumens VF der Verstellpumpe 13 liegt. Damit eine Regelreserve zur Verfügung steht, wird das Grenzfördervolumen VG SO gewählt, dass es ungefähr 90 % des Nennwerts des Fördervolumens VF der Verstellpumpe
13 entspricht. Dieser Wert ist im folgenden mit VFg0 bezeichnet.
Dabei ist zu jedem Zeitpunkt innerhalb des Lernzyklus jeweils höchstens ein er- fasster Messwert V des Fördervolumens gespeichert. Die Speicherung der Messwerte V des Fördervolumens kann aber insbesondere auch vollständig entfallen.
Steuert man die Drehzahl des Elektromotors 14 gemäß dem auf diese Weise ermittelten Drehzahl-Profil n(t) an, würde sich unter idealen Bedingungen das För- dervolumen VF der Verstellpumpe 13 auf den Wert VF90 einstellen. In der Praxis ist jedoch das Fördervolumen VF der Verstellpumpe 13 während eines Zyklus nicht konstant, insbesondere da sich die Drehzahl n des Elektromotors 14 nicht so schnell ändern lässt wie das Fördervolumen VF der Verstellpumpe 13. Dazu kommt, dass insbesondere im Hinblick auf die Schmierung der Verstellpumpe 13, der Kühlung des Elektromotors 14 und das maximal zulässige Drehmoment des Elektromotors 14 seine Drehzahl n nicht beliebig verringert werden darf.
Figur 3 zeigt den zeitlichen Verlauf eines Drehzahl-Profils n(t) zwischen zwei Zyklusstartsignalen, die mit toi und to2 bezeichnet sind. Das in dem Lernzyklus ermit- telte Drehzahl-Profil n(t) ist als gestrichelte Linie 60 dargestellt.
Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass die Drehzahl n des Elektromotors
14 nicht so schnell geändert werden kann, wie es das Drehzahl-Profil 60 vorsieht. Um das Drehzahl-Profil 60 an die bauartbedingte maximal mögliche Änderungs- geschwindigkeit des Elektromotors 14 anzupassen, wird die Differenz von zwei aufeinanderfolgenden Drehzahlwerten ausgewertet. Dabei wird der erste Drehzahlwert von dem zweiten, auf den ersten Drehzahlwert folgenden Drehzahlwert subtrahiert. Dividiert man diese Differenz durch den zeitlichen Abstand Δt der zwei aufeinanderfolgenden Drehzahlwerte, erhält man die Änderungsgeschwindigkeit des Drehzahl-Profils an dieser Stelle des Zyklus. Dabei entspricht ein positiver Wert einer Beschleunigung und ein negativer Wert einer Verzögerung. In einem ersten Durchgang wird geprüft, ob die Differenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Drehzahlwerten negativ und ihr Betrag größer als ein Wert Δnmax- ist, der der maximal möglichen Verzögerung des Elektromotors 14 entspricht. Ist bei negativem Vorzeichen der Differenz ihr Betrag größer als Δnmax-, wird der zweite der beiden Drehzahlwerte so geändert, dass er um Δnmax- kleiner als der vorhergehende Drehzahlwert ist. Mit den jeweils folgenden Drehzahl werten wird in der gleichen Weise verfahren, bis der Verlauf des ursprünglichen Drehzahl-Profils 60 wieder erreicht ist. Ist der Betrag der Differenz kleiner als Δnmax-, werden die jeweiligen Drehzahlwerte beibehalten. Der sich dabei ergebende Drehzahlverlauf ist als ausgezogene Linie 61 dargestellt.
Ausgehend von dem Drehzahlverlauf 61 werden in einem zweiten Durchgang die gespeicherten Drehzahlwerte in der entgegengesetzten Richtung verglichen, d. h. es wird - am Ende des Zyklus beginnend bis zurück zu seinem Anfang - jeweils die Differenz zwischen dem betrachteten Drehzahlwert und dem diesem vorhergehenden Drehzahlwert gebildet, wobei im nächsten Schritt der jetzt als "vorhergehender Drehzahlwert" berücksichtigte Drehzahlwert zum "betrachteten Drehzahlwert" wird. Dabei wird der betrachtete Drehzahlwert von dem vorhergehenden Drehzahlwert subtrahiert und jeweils geprüft, ob die Differenz zwischen den zwei benachbarten Drehzahlwerten negativ und ihr Betrag größer als ein Wert Δnmax+ ist, der der maximal möglichen Beschleunigung des Elektromotors 14 entspricht. Ist bei negativem Vorzeichen der Differenz ihr Betrag größer als Δnmax+, wird der zweite der beiden Drehzahlwerte, d.h. der vorhergehende Drehzahlwert, so geändert, dass er um Δnmax+ kleiner als der betrachtete Drehzahlwert ist. Mit den je- weils folgenden Drehzahlwerten wird in gleicher Weise verfahren, bis der Verlauf des ursprünglichen Drehzahl-Profils 61 erreicht ist. Der sich dabei ergebende Drehzahlverlauf ist in Figur 4 als dick ausgezogene Linie 62 dargestellt. Die Linie 62 gibt ein Mindestdrehzahl-Profil n*(t) wieder, das die maximal mögliche Änderungsgeschwindigkeit des Elektromotors 14 beim Beschleunigen und Verzögern berücksichtigt. Um eine ausreichende Schmierung der Verstell pumpe 13 sowie eine ausreichende Kühlung des Elektromotors 14 sicherzustellen, darf ein Minimalwert nmin der Drehzahl nicht unterschritten werden. Dieser Drehzahlwert ist von der jeweils verwendeten Verstellpumpe 13 abhängig.
Um diese Forderung zu berücksichtigen, werden in einem weiteren Durchgang die gespeicherten Drehzahlwerte mit dem Minimalwert nmin verglichen und der aktuelle Drehzahlwert durch den Minimalwert nmin ersetzt, wenn der aktuelle Drehzahlwert kleiner als der Minimalwert nmin ist. Der sich dabei ergebende Drehzahlverlauf ist in Figur 5 zusammen mit dem Drehzahlverlauf 60 als ausgezogene Linie 63 dargestellt.
In den Figuren 3 bis 5 wird also die maximal mögliche Änderungsgeschwindigkeit der Drehzahl des Elektromotors 14 beim Beschleunigen durch eine Beschleuni- gungsrampe in dem Mindestdrehzahl-Profil n*(t) berücksichtigt. Die maximal mögliche Änderungsgeschwindigkeit der Drehzahl des Elektromotors 14 beim Verzögern wird durch eine Verzögerungsrampe in dem Mindestdrehzahl-Profil n*(t) berücksichtigt.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann die maximal mögliche Änderungsgeschwindigkeit der Drehzahl des Elektromotors 14 beim Beschleunigen durch einen zeitlichen Vorhalt und/ oder die maximal mögliche Änderungsgeschwindigkeit der Drehzahl des Elektromotors 14 beim Verzögern durch einen zeitlichen Nachhalt in dem Mindestdrehzahl-Profil n*(t) berücksichtigt werden.
Elektromotoren dürfen nur kurzzeitig überlastet werden, ohne Schaden zu nehmen. Dabei gilt, dass die Überlastung desto größer sein darf, je kürzer sie auftritt. Eine Überlastung des Elektromotors 14 tritt zum Beispiel dann auf, wenn das zum Antrieb der Verstellpumpe 13 erforderliche Drehmoment, das durch das Produkt aus dem Druck p und dem Fördervolumen VF bestimmt ist, größer als das im Folgenden mit Mdzui bezeichnete zulässige Drehmoment des Elektromotors 14 ist. Da nur in seltenen Fällen bei maximalem Fördervolumen der maximale Druck erzeugt werden muss, reicht es aus, einen Elektromotor zu verwenden, dessen Nenndrehmoment kleiner als das maximale Drehmoment der Verstellpumpe 13 ist.
Um eine Beschädigung des Elektromotors zu vermeiden, ist vorgesehen, in dem Lernzyklus, in dem das Drehzahl-Profil n(t) erfasst wird, mindestens einen Druckmesswert zu erfassen. Hierzu ist der Motorsteuerung 42 der Istwert pi des Drucks zugeführt. Aus dem zulässigen Drehmoment Md∑ui des Elektromotors 14, das als Erfahrungswert aus dem Nenndrehmoment des Elektromotors 14 bestimmt wird, und dem mindestens einen Druckmesswert wird anschließend mindestens ein maximal zulässiges Fördervolumen VFzui(t) nach der Beziehung VF2UI = Ki •
(MdzU|/pi) ermittelt. Mit Ki ist dabei eine Konstante bezeichnet, die die Dimensionen der miteinander verknüpften Größen berücksichtigt. In Abschnitten des Drehzahl- Profils n(t), in denen das Grenzfördervolumen VG größer als das mindestens eine maximal zulässige Fördervolumen VFZUIO) ist, wird der Drehzahlwert n mittels der Beziehung n = nL • (V/VFzui(t)) errechnet. Damit lässt sich bei gleichem Volumenstrom das für den Antrieb der Verstellpumpe 13 erforderliche Drehmoment so weit verringern, dass das zulässige Drehmoment des Elektromotors 14 nicht unzulässig lange überschritten wird.
Nach der Ermittlung des Drehzahl-Profils n(t) bzw. gegebenenfalls nach der Ermittlung des Mindestdrehzahl-Profils n*(t) wird das Ausgangssignal der Motorsteuerung 42 von konstanter Drehzahl nmax auf eine variable Drehzahl entsprechend dem Drehzahl-Profil n(t) bzw. gegebenenfalls dem Mindestdrehzahl-Profil n*(t) umgeschaltet. Das Zyklusstartsignal yto synchronisiert das in der Motorsteue- rung 42 gespeicherte Drehzahl-Profil n(t) bzw. gegebenenfalls n*(t) mit dem in der übergeordneten Steuerung 25 gespeicherten Druck/ Volumenstrom-Profil P(t)/Q(t). Während der Fertigungszyklen erfolgt die Steuerung der Drehzahl des Elektromotors 14 durch das in der Motorsteuerung 42 gespeicherte Drehzahl-Profil n(t) bzw. gegebenenfalls n*(t). Die Regelung von Druck und Volumenstrom erfolgt entspre- chend dem in der übergeordneten Steuerung 25 gespeicherten Druck/ Volumenstrom-Profil p(t)/Q(t) durch den Pumpenregler 41. Dabei wird ausgehend vom dem Sollwert Qs für den Volumenstrom unter Berücksichtigung der Drehzahl des Elekt- romotors 14 ein Sollwert VFs für das Fördervolumen der Verstellpumpe 13 gebildet. Hierzu ist dem Rechenglied 45 ein Signal zugeführt, das ein Maß für die Drehzahl ist, mit dem die Verstellpumpe 13 angetrieben wird.
Bei diesem Signal handelt es sich im einfachsten Fall um das dem Frequenzumformer 33 zugeführte Ausgangssignal ns der Motorsteuerung 42, wie in der Figur 1 dargestellt. Es ist aber auch möglich, bei einer Drehzahlerfassung dem Rechenglied 45 den Istwert r\\ der Drehzahl zuzuführen. Alternativ ist es auch möglich, durch ein Modell, das z. B. in dem Frequenzumformer 33 enthalten ist, aus dem Ausgangssignal ns der Motorsteuerung 42 ein dem Istwert nj der Drehzahl angenähertes Signal zu erzeugen und dieses dem Rechenglied 45 zuzuführen. Das Modell zur Erzeugung eines dem Istwert n, der Drehzahl angenäherten Signals kann aber auch in der Motorsteuerung 42 enthalten sein.
Da den Aktoren der Fertigungsmaschine schon während des Optimierungsvorgangs der Volumenstrom zugeführt wird, der durch das Druck/ Volumenstrom- Profil p(t)/Q(t) der übergeordneten Steuerung vorgegeben ist, können bereits während des Optimierungsvorgangs Werkstücke von der Fertigungsmaschine hergestellt werden. Bis zu dem Zeitpunkt, zu dem das Drehzahl-Profil ermittelt ist, läuft der Elektromotor mit konstanter Drehzahl, und die Steuerung des Volumen-Stroms erfolgt nur durch die Änderung des Fördervolumens der Verstellpumpe. Nachdem das Drehzahl-Profil ermittelt worden ist, wird zusätzlich die Drehzahl des Elektromotors entsprechend dem Drehzahl-Profil n(t) bzw. gegebenenfalls dem Mindestdrehzahl-Profil n*(t) gesteuert. Dabei erfolgt eine Verstellung des Fördervolumens der Verstellpumpe im wesentlichen dann, wenn kleinere Korrekturen oder schnelle Änderungen des dem Aktor zuzuführenden Volumenstroms erforderlich sind. Bezuqszeichenliste
10 Einrichtung zur Regelung der Druckmittelzufuhr
11 Zylinder
13 Verstellpumpe
14 Elektromotor
15 Tank
16 Leitung
17 Ventil
21 Wegemessumformer
23 Leitung
25 übergeordnete Steuerung
27 Leitung
31 Stellglied
32 Messwertumformer
33 Frequenzumrichter
34 Welle
40 Druckmessumformer
41 Pumpenregler
42 Motorsteuerung
44 Multiplizierer
45 Rechenglied
48 erstes Summationsglied
49 Fördervolumenregler
50 Minimalwertauswahlglied
51 zweites Summationsglied
52 Druckregler

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Regelung einer Druckmittelzufuhr für mindestens einen hydraulischen Aktor (1 1 ) einer zyklisch arbeitenden Maschine, bei der der Aktor (11) von einer von einem drehzahlgesteuerten Elektromotor (14) angetriebenen Verstellpumpe (13) mit einer Druckmittelmenge versorgt wird, die durch ein von einer übergeordneten Steuerung (25) vorgegebenes Druck/ Volumenstrom-Profil bestimmt ist, wobei
- in einem Lernzyklus bei einer konstanten Drehzahl nL des Elektromotors (14) mindestens ein Messwert V eines Fördervolumens für die Verstellpumpe (13) erfasst wird,
- aus dem mindestens einen Messwert V des Fördervolumens, der konstanten Drehzahl nL und einem Grenzfördervolumen VG, das bei einer Drehzahlabsenkung nicht überschritten werden soll, ein Drehzahl-Profil ermittelt wird, wobei mindestens ein Drehzahlwert n mittels der Beziehung n = nL •
(VA/G) errechnet wird,
- durch Verknüpfung des vorgegebenen Druck/ Volumenstrom-Profils mit dem Drehzahl-Profil ein an das Drehzahl-Profil angepasstes Druck/ Fördervolumen-Profil gebildet wird und - in Arbeitszyklen der Maschine der Elektromotor (14) entsprechend dem ermittelten Drehzahl-Profil betrieben wird und die Verstellpumpe (13) entsprechend dem angepassten Druck/ Fördervolumen-Profil angesteuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zu jedem Zeitpunkt innerhalb des Lernzyklus jeweils höchstens ein erfass- ter Messwert des Fördervolumens gespeichert ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Lernzyklus als konstante Drehzahl eine Nenndrehzahl des Elektromotors (14) verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung des mindestens einen Messwerts des Fördervolumens in fes- ten Zeitabständen erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein das Fördervolumen der Verstellpumpe (13) steuerndes Stellglied (31 ) mit einem Ausgangssignal eines Pumpenreglers (41 ) beaufschlagt wird, dem der Sollwert für das Fördervolumen der Verstellpumpe (13) und dessen Istwert sowie der Sollwert für den Druck und dessen Istwert zugeführt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei
- aus der Differenz zwischen dem Sollwert für das Fördervolumen der Verstellpumpe (13) und dessen Istwert eine erste Stellgröße für das das Fördervolumen der Verstellpumpe (13) steuernde Stellglied (31 ) gebildet wird,
- aus der Differenz zwischen dem Sollwert für den Druck und dessen Istwert eine zweite Stellgröße für das das Fördervolumen der Verstellpumpe (13) steuernde Stellglied (31 ) gebildet wird und
- die kleinere der beiden Stellgrößen dem das Fördervolumen der Verstellpumpe (13) steuernden Stellglied (31 ) zugeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert für den Volumenstrom mit einem zu dem Kehrwert der Drehzahl des Elektromotors (14) proportionalen Faktor multipliziert wird und dass das Produkt dem Pumpenregler (41 ) als Sollwert für das Fördervolu- men der Verstellpumpe (13) zugeführt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Drehzahl des Elektromotors (14) steuerndes Stellglied (33) mit dem Ausgangssignal einer Motorsteuerung (42) beaufschlagt wird, in der das Drehzahl-Profil gespeichert ist, und dass der Motorsteuerung (42) von der übergeordneten Steuerung (25) beim Beginn eines neuen Zyklus ein Zyklusstartsignal zugeführt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Drehzahl-Profil ein die maximal mögliche Änderungsgeschwindigkeit der Drehzahl des Elektromotors (14) beim Beschleunigen und/ oder Verzögern berücksichtigendes Mindestdrehzahl-Profil ermittelt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die maximal mögliche Änderungsgeschwindigkeit der Drehzahl des Elektromotors (14) beim Beschleunigen durch eine Beschleunigungsrampe und/ oder einen zeitlichen Vorhalt in dem Mindestdrehzahl-Profil berücksichtigt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die maximal mögliche Änderungsgeschwindigkeit der Drehzahl des Elektromotors (14) beim Verzögern durch eine Verzögerungsrampe und/ oder einen zeitlichen Nachhalt in dem Mindestdrehzahl-Profil berücksichtigt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass in Abschnitten des Mindestdrehzahl-Profils, in denen die Drehzahlwerte kleiner als ein für den Betrieb der Verstellpumpe (13) und/ oder des Elektromotors (14) erforderlicher Minimalwert sind, dem Elektromotor (14) der Minimalwert als Drehzahl-Sollwert zugeführt wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- in dem Lernzyklus mindestens ein Druckmesswert erfasst wird,
- aus einem zulässigen Drehmoment des Elektromotors (14) und dem min- destens einen Druckmesswert mindestens ein maximal zulässiges Fördervolumen VFZUI ermittelt wird,
- in Abschnitten des Drehzahl-Profils, in denen das Grenzfördervolumen VG größer als das mindestens eine maximal zulässige Fördervolumen VFzUi ist, der Drehzahlwert n mittels der Beziehung n = nL ■ (VA/Fzui) errechnet wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehzahl-Profil gespeichert wird.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Maschine um eine Kunststoffverarbeitungsmaschine zum Einspritzen von flüssigem Kunststoff in eine Form handelt.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (14) als Asynchronmotor ausgebildet ist und der Elektromotor (14) geberlos angesteuert wird.
17. Regelvorrichtung zur Regelung einer Druckmittelzufuhr für einen hydraulischen Aktor (11 ) einer zyklisch arbeitenden Maschine, bei der der Aktor (11 ) von einer von einem drehzahlgesteuerten Elektromotor (14) angetriebenen Verstellpumpe (13) mit einer Druckmittelmenge versorgt wird, die durch ein von einer übergeordneten Steuerung (25) vorgegebenes Druck/ Volumenstrom-Profil bestimmt ist, wobei die Regelvorrichtung folgendes aufweist: - eine Messvorrichtung zum Erfassen mindestens eines Messwerts V eines Fördervolumens für die Verstellpumpe (13) während eines Lernzyklus der Maschine bei einer konstanten Drehzahl nι_ des Elektromotors (14),
- eine Drehzahlprofilermittlungsvorrichtung zum Ermitteln eines Drehzahl- Profils des Elektromotors (14) während des Lemzyklus,
- eine Einstellvorrichtung (42, 35) zum Betreiben des Elektromotors (14) in Arbeitszyklen der Maschine entsprechend dem während des Lernzyklus ermittelten Drehzahl-Profil, wobei die Drehzahlprofilermittlungsvorrichtung das Drehzahl-Profil aus dem mindestens einen Messwert V des Fördervolumens, der konstanten Drehzahl nL und einem Grenzfördervolumen VG, das bei einer Drehzahlabsenkung nicht überschritten werden soll, ermittelt, wobei mindestens ein Drehzahlwert n mittels der Beziehung n = OL ■ (VA/G) errechnet wird.
18. Regelvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelschaltung eine Speichervorrichtung zum Speichern des Drehzahl- Profils aufweist.
19. Regelvorrichtung nach Anspruch 17 oder Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (14) als Asynchronmotor ausgebildet ist und der Elektromotor (14) geberlos angesteuert wird.
20. Baugruppe aus einer Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19 und einem Aktor (11 ), dessen Versorgung mit einem hydraulischem Druckmittel mittels der Regelvorrichtung bereitgestellt wird.
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