AT509617A2 - Hydraulische antriebseinheit für eine spritzgiessmaschine - Google Patents

Hydraulische antriebseinheit für eine spritzgiessmaschine Download PDF

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Description

01/03/2011 14:10 +43-512-583403 TORGGLERSHOFINGER S. 05/17 • · * · 1
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Antriebseinheit für eine Spritzgießmaschine, mit einem hydraulisch zwischen zwei Endpositionen in einem Zylinder bewegbaren Kolben zum Bewegen eines Spritzgießmaschinenteils, einer Hydraulikpumpe zum Fördern von Hydraulikflüssigkeit, einer Hydraulikleitung zwischen Hydrauiikpumpe und Zylinder und einer Steuer- oder Regeleinheit zum Steuern bzw. Regeln der Hydraulikpumpe. Weiters betrifft die Erfindung eine Spritzgießmaschine mit einer sofchen hydraulischen Antriebseinheit.
In den unterschiedlichsten Bereichen bzw, Baueinheiten einer Spritzgießmaschine werden hydraulisch angetriebene Bewegungen durchgeführt. Beispielsweise sind derartige Antriebseinheiten für KemzOge, Auswerfer, Aufspannplatten und Ähnliches vorgesehen, wobei meist eine translatorische Bewegung eines Kolbens in einem Zylinder durch die entsprechende Zufuhr von Hydraulikflüssigkeit in einen bestimmten Zylinderberaich erfolgt. Wichtig bei derartigen hydraulischen Antriebseinheiten ist, dass durch das gesamte Hydrauliksystem möglichst exakt eine Bewegung und Position des Kolbens eingestellt werden kann, sodass der jeweilige Spritzgießmaschinenzykius genau, problemlos und energieeffizient durchgeführt werden kann, wobei die Steueroder Regeleinheit ausgehend von erfassten Daten während eines
Spritzgießmaschinenzykius die Hydraulikfördermengen der Hydrauiikpumpe bzw. eines gegebenenfalls vorhandenen Ventils steuern und regeln kann.
Um eine möglichst genaue Position des Kolbens im Zylinder ermitteln zu können, ist beispielsweise aus der DE 10 2007 007 005 AI eine elektrohydraulische Steueranordnung mit einer verstellbaren Fluidpumpe und einem drehzahlvariablen elektrischen Antrieb für eine Spritzgießmaschine bekannt, wobei von erfaseten Daten eines Wegmesssystems auf die Position des Kolbens rückgeschlossen wird. In Abhängigkeit dieser Messgröße werden dann gewisse Stellgrößen und der Bedarf an Druckmittel für die einzelnen Phasen eines Spritzgießprozesses berechnet. in ähnlicher Art und Weise ist in der DE 34 04 927 A1 eine hydraulische Steuereinrichtung für der Spritzzylinder einer Kunststoffepritzgießmaschine mit einem elektromechanischen Wegmesssystem bekannt. 69725 22/hn 01/03 2011 01 14:12 [SE/EM HR 9308] ®005 01/03/2011 14:10 +43-512-503408 TGRGGLERSHOFINGER S. 06/17 2
In der DE 10 2008 010 703 A1 ist im Detail ein solches Wegmesssystem zur Erfassung der Position eines Kolbens einer Kölben-Zylinder-Einheit bekannt
Nachteilig bei solchen hydraulischen Antriebseinheiten ist, dass Wegmesssysteme einen relativ hohen Pfatzbedarf im Bereich einer Spritzgießmaschine haben, separate Anschlüsse und Verkabelungen aufweisen müssen und in die gesamte Steuerung bzw. Regelung eingebunden werden müssen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte hydraulische Antriebseinheit anzugeben. Insbesondere soll auf ein aufwendiges und umständliches Wegmesssystem zur Detektierung der Kolbenposition - unter Beibehaltung der regelungstechnischen Vorteile - verzichtet werden können.
Dies wird für eine hydraulische Antriebseinheit mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass von der Hydraulikpumpe das Durchflussvolumen der Hydraulikflüssigkeit pro Zeiteinheit messbar ist und ein entsprechendes Signal der Steuer- oder Regeleinheit weiterieitbar ist, weiche daraus die Position des Kolbens berechnet. Dadurch kann ohne direkte, aber umständliche Messung der Position des Kolbens von der Hydraulikpumpe auf die Kolbenposition rückgeschlossen werden. Mit anderen Worten wird von der Durchflussmenge an Hydraulikflüssigkeit durch die Hydraulikleitung im Bereich der Pumpe auf die Position des angetriebenen Kolbens rückgeschlossen.
Dabei liefert die Pumpe ein Istwertsignal (abhängig vom Schwenkwinkel), das dem tatsächlichen Durchflussvolumen entspricht. Wird dieses Signal nun in die Steuerung während des Zylinderhubes über die Zeit ausgewertet, entspricht dieser Wert folglich dem Zyiindervolumen. D. h., es müsste beispielsweise bei einem Kemzugzyfinder einmal ein Referenzhub (egal mit welcher Geschwindigkeit) gefahren werden, um das tatsächliche Zylindervolumen zu ermitteln, in der Steuerung wird dann der Mengen-Istwert in einen Wegwert umgerechnet, wodurch die Zylinder über diesen „Quasi-Istwert' die Vorteile der Wegaufnehmer nutzen können. 01/03 2011 DI 14:12 [SE/EM MR 3308] 0006 01/03/2011 14:10 +43-512-583408 TORGGLERSHGFINGER Ξ. 07/17 ' • e · e • · · e e
3
Die Vorteile dieser Messung über die Pumpe liegen in der Kosteneinsparung, da kein Ventil mehr notwendig ist, und darin, dass die Messvariante praktisch in jeder bereits bestehenden Spritzgießmaschine eingebaut und angewendet werden kann.
Durch eine Lernfunktion kann die Genauigkeit stufenweise verbessert werden. Der während des Kalibriervorganges gemessen Weg-Istwert (=Pumpenmenge) wird bei einem Normalbetrieb erneut gemessen und korrigiert. Dieser Vorgang kann einmalig oder zyklisch eingestellt werden. Anstelle der Kalibrierung könnte das Zyiindervolumen für beide Richtungen eingageben werden. Eine anschließende Lernfunktion verbessert diese Einstellung. Es ist auch möglich, die Zylinderdaten (Hub, Stangen· und Kolbendurchmesser) als Parameter in die Steuer- oder Regeleinhelt einzugeben. Daraus wird das Zyiindervolumen für beide Richtungen berechnet. Auch hierbei kann eine anschließende Lernfunktion die Einstellungen verbessern.
Es ist auch vorstellbar, die Endlagenschalter der Zylinderendlagen im Werkzeug zu eliminieren, da aufgrund dar ständig taufenden Volumenberechnung die Position des Zylinders jederzeit aktuell verfügbar ist. Die Endlage bei einem Kalibriervorgang würde dann dadurch erkannt, dass der Volumenstrom-Istwert bei 0 liegt. Diese Methode ist auch für die Endlagenarkennung des Zylinder anwendbar
Weiters können für verschiedene GeschwindigkeiteinsteFlungen eigene Kennlinien hinterlegt werden, die in einem Kalibriervorgang ermittelt werden.
Die Pumpe kann als konkrete Messeinrichtung einen Schwenkwinkelsensor umfassen, aus dessen erfassten Daten dann die Durchflussmenge unter Einbeziehung der Durchflusszeit abgeleitet bzw. berechnet werden kann.
Es kann vorgesehen sein, dass in der Steuer- oder Regeleinheit das tatsächliche, in einer Raferenzfahrt ermittelbare, maximale Zyiindervolumen hinterlegt Ist, wobei ein Menge-Weg-Umrechner das in bestimmten Zeitabständen vom Ventil übermittelte Durchflussvotumen addiert und in Abhängigkeit vom maximalen Zyiindervolumen in einen Wegwert des Kolbens umrechnet. Dieser Menge-Weg-Umrechner kann der Steuer- oder Regaleinheit vorgeschaltet sein oder einen Teil der Steuer- oder Regeleinhelt bilden. Wesentlich ist, dass an diesen Menge-Weg-Umrechner in regelmäßigen Zeitabständen (z. B. alle Θ Millisekunden) die jeweilige Durchflussmenge 01/03 2011 DI 14:12 [SE/EM NR 3308] 0007 01/03/2011 14:10 +43-512-583408 TORGGLER&HOFINGER S. 08/17 • · · t * * · * «· · • · · · · * ··» • · · · t · t * · * · · I «·»» 4 in der Pumpe von einem entsprechenden Sensor übermittelt werden und daraus die in einem bestimmten Zeitraum geförderte Menge an Hydraulikftüssigkelt durch Zueammenzählen errechnet. Dieser Volumenwert wird in Bezug zum maximal möglichen ZyFindervolumen gesetzt, woraus sich das Füllvolumen des Zylinders und somit die Position des Kolbens errechnen lässt.
Schutz wird auch begehrt für eine Spritzgießmaschine mit einer erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebseinheit.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der Figurenbeschreibung unter Bezugnahme auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieie im Folgenden näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer hydraulischen Antriebseinheit nach dem Stand der Technik,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines nicht erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels einer hydraulischen Antrfebseinheit mit Messung über ein Ventil und
Fig. 3 und 4 schematische Darstellungen eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebseinheit mit Messung über die Pumpe.
Es sei angemerkt, dass sich die im Folgenden genannten Funktionsbeschreibungen auf einen Kemzug einer Spritzgießmaschine beziehen, wobei dies nur als beispielhafte Beschreibung zu sehen Ist, da die generelle Funktion für alle Bewegungen eines hydraulisch angetriebenen Bauteils einer Spritzgießmaschine verwendet werden kann.
Generell kann von einer hydraulischen Antriebseinheit 1 über einen Kolben eines Zylinders 2 beispielsweise ein Kemzug im Bereich einer fixen Formaufspannplette 3 bewegt werden. An dieser fixen Formaufspannplatte 3 ist eine Formhälfte 9 angeordnet, wobei in Richtung Formhälfte 9 eine zweite Formhätfte 10 über eine bewegbare Formaufspannplatte 11 bewegbar ist.
Bei standardmäßigen Spritzgleßmaschinen erfolgt die Druck- und Mengenansteuerung einer Bewegungsvorrichtung (Zylinder 2 samt Kolben) von Spritzgießmaschinentellen 01/03 201 1 DI 14:12 [SE/EM HR 9308] @008 01/03/2011 14:10 +43-512-583408 TORGGLER&HGFINGER S. 09/17
5 über Regelpumpen. In Sonderfällen - wie in Fig. 1 dargestellt - wird ein Druck-propoiüonalventll eingesetzt. Dadurch kenn über einen Bildschirm für jedes Spritzgießmaschinenteil (beispielsweise einen Kernzug) einzeln eine eigene Druckausgabe erfolgen, selbst wenn mehrere Kernzüge parallel betrieben werden.
Weiters kann optional ein Mengenproportionalventil eingesetzt werden, wodurch einzelne Kemzüge zueinander parallel mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten betrieben werden können. Die Positionierung der einzelnen Kemzüge bzw. der Zylinder 2 der Kernzüge erfolgt dabei über Endschalter bzw. - wie im dargestellten Fall gemäß Fig. 1 - über Wegaufriehmer 8. Diese Wegaufnehmer 8 weisen jedoch einen relativ hohen Platzbedarf auf, bedürfen einer separaten und relativ umständlichen Einbindung in die Steuerung und sind kostenintensiv.
Generell wird eine Hydraulikpumpe 4 (mit nicht dargestelltem vorgeschalteten Motor) über Steuersignale S von einer Steuer- oder Regeleinheit 7 gesteuert bzw. geregelt. Zusätzlich gehen von dieser Steuer- oder Regeleinheit ausgehend von hinterlegten Sollprofilen ein Drucksollwert p*,« und ein Volumenstromsoliwert Q«oh an das Ventil 6, wodurch die Steuer- oder Regeleinhelt 7 den Vofumenstnom Q und den Hydraullkdruck p in der Hydraulikleitung 5 nach der Pumpe 4 bzw. nach dem Ventil 6 bis hin zum Verbraucher (Zylinder 2) steuert bzw, regelt.
Im Stand der Technik (siehe Fig. 1) wird die durch die zugeführte Hydraulikflüssigkeit veränderte Position P des Kolbens 12 des Zylinders 2 durch einen Wegaufnehmer 8 detektiert und als Wegwert Weg,* an die Steuer- oder Regeleinheit 7 ausgegeben,
Demgegenüber wird gemäß dem ersten, nicht erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel der Erfindung - siehe Fig. 2 - vom Ventil 6 selbst des Durchflussvolumen Q der Hydrauiikflüssigkeit in der Hydraulikleitung 5 pro Zeiteinheit t gemessen und ein entsprechendes Signal der Steuer- oder Regeleinheit 7 bzw. einem Menge-Weg-Umrechner Qs weitergeieitet, welcher daraus die Position P des Kolbens 12 des Zylinders 2 berechnet und ein entsprechendes Signal Wegi« der Steuer- oder Regeleinheit 7 zuführt. Durch den Menge-Weg-Umrechner Qs wird somit indirekt über das Ventil 6 auf das Zylindervolumen V rückgeschlossen. Dadurch steht der Steueroder Regeleinheit 7 ein Wegwert Weg*, zur Verfügung, der der Position P des Kolbens 01/03 201 1 01 14:12 [SE/EM NR 9308] @003 01/03/2011 14:10 +43-512-583438 TORGGLER&HOFINGER S. 10/17 01/03/2011 14:10 +43-512-583438 TORGGLER&HOFINGER S. 10/17
6 12 zwischen den Endpositionen Ei und E2 - ohne Verwendung eines Wegaufnehmers 8 - entspricht.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist gemäß diesem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel der Erfindung auch kein Ventil 6 mehr notwendig. Vielmehr dient die Pumpe 4 selbst zur Messung des Durchflussvolumens Qm durch die Pumpe 4 und somit in weiterer Folge durch die Hydraulikleitung 5. Die Messeinrichtung ist somit teil der Pumpe 4. Es kann auch der Hydraulikdruck pict in der Pumpe 4 gemessen werden. Diese gemessenen Werte Q« und werden dann der Steuer- bzw. Regeleinheit 7 zugeführt, wobei durch einen Menge-Weg-Umrechner Qs der Steuer- oder Regeleinheit somit indirekt über die Pumpe 4 auf das Zytindervoiumen V rückgeschlossen werden kann. in Fig. 4 ist noch veranschaulicht, wie von der Steuer- oder Regeleinheit in einem Speicher hinterlegte Kennlinien für die Ausgabe eines Drucksollwerts und/oder eines Volumenstromsollwert Qm« an die Pumpe 4 ela Berechnungs- und Steuerungsbasis herangezogen werden können.
Durch diese erfindungsgemäße hydraulische Antriebseinheit 1 gemäß den Fig. 3 und 4 können die Vorteile eines Wegaufnehmers 8 - ohne Verwendung desselben - genutzt werden. Somit ist als Vorteil gegenüber dem Stand der Technik nur mehr die Pumpe 4 notwendig. Durch das Zuführen des Wegwertes Wegitt können harte Anschläge des Kemzugs In der Endlage verhindert werden (beispielsweise durch gezieltes Abbremsen). Zusätzlich können die Kolben der Zylinder in verschiedensten Zwischenpositionen gestoppt werden. Weiters können hohe Druckspitzen in den Kernendlagen durch rechtzeitiges Abbremsen verhindert werden. Bei Kernen als Auswerfer mit Profilabarbeitung ist eine saubere Übergebe an einen Roboter möglich.
Vorteilhaft bei der vorliegenden Erfindung Ist auch, dass das Durchflussvolumen Q unabhängig vom Lastdruck ermittelt weiden kann. Weiters Ist es vorteilhaft, dass in einem Eichzyklus ein Referenzhub (egal mit welcher Geschwindigkeit) gefahren werden kann, um das tatsächliche Zylindervolumen V zu ermitteln. Dieses neue System ist auch einfach auf bereite bestehenden Spritzgießmaschinen nachrüstbar, da die Ölmenge (Volumenstrom Q) proportional zur gefahrenen Position P des Kolbens ist. 01/03 2011 DI 14:12 [SE/EM NR 9308] 0010 01/03/2011 14:10 +43-512-583408 TORGGLER&HOFINGER S. 11/17 7
Somit wird durch die hier vorliegende Erfindung eine verbesserte hydraulische Antriebseinheit 1 gezeigt, bei der von der von einer Messeinrichtung gemessenen Durchflussmenge Q an Hydraulikflüssigkeit durch die Hydraulikpumpe 4 auf die Kolben Position P eines Verbrauchers 2 rückgeschlossen werden kann und dieser Wert der Steuer- oder Regeleinheit als Berechnungsgrundlage für das Einstellen des Durchflussvolumens Q und/oder des Hydraulikdruckes p im Ventil 6 bzw. In der Hydrauiikpumpe 4 dient. Die Messeinrichtung verwendet dabei Messsignale des Ventils 6 oder der Pumpe 4 zum Ermitteln der Durchflussmange Q.
Innsbruck, am 1. März 2011 01/03 2011 DI 14:12 [SE/EN NR 3308] ®011

Claims (3)

  1. 01/03/2011 14:10 +43-512-533408 TORGGLER&HOFINGER S. 12/17 1 Patentansprüche 1. Hydraulische Antriebseinheit (1) für eine Spritzgießmaschine, mit: - einem hydraulisch zwischen zwei Endpositionen {Ei, Bz) in einem Zylinder (2) bewegbaren Kolben zum Bewegen eines Spritzgießmaschinenteils, • einer Hydraulikpumpe (4) zum Fördern von Hydraulikflüssigkeit, - einer Hydraulikleitung (5) zwischen Hydraulikpumpe (4) und Zylinder (2) und - einer Steuer- oder Regeleinheit (7) zum Steuern bzw. Regeln der Hydraulikpumpe (4). dadurch gekennzeichnet, dass von der Hydraulikpumpe (4) das Durchflussvolumen {Q) der Hydraulikflüssigkeit pro Zeiteinheit (t) messbar ist und ein entsprechendes Signal der Steuer- oder Regeleinheit (7) weiterleitbar ist, welche daraus die Position (P) des Kolbens berechnet.
  2. 2. Hydraulische Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuer- oder Regeleinheit (7) des tatsächliche, In einer Referenzfahrt ermittelbare, maximale Zylindervolumen <V) hinterlegt Ist, wobei ein Menge-Weg-Umrechner (Qs) das in bestimmten Zeitabständen (t) von der Hydraulikpumpe (4) übermittelte Durchflussvolumen (O) addiert und in Abhängigkeit vom maximalen Zylindervolumen (V) in einen Wegwert (Wegi5t) des Kolbens umrechnet.
  3. 3. Spritzgießmaschine, gekennzeichnet durch eine hydraulische Antriebseinheit (1) nach Anspruch 1 oder 2. Innsbruck, am 1. März 2011 69725 22/hn 01/03 2011 DI 14:12 [SE/EM NR 9308] ®012
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