AT504927B1 - Tragheitserkennung bei einer spritzgiessmaschine - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Antreiben eines bewegbaren Teiles einer bzw. für eine Spritzgießmaschine, wobei die Trägheit des bewegbaren Teiles direkt oder indirekt ermittelt wird und das Antreiben des bewegbaren Teiles in Abhängigkeit von der ermittelten Trägheit erfolgt.

Das Arbeiten mit Spritzgießmaschinen beinhaltet zwangsläufig die Notwendigkeit bewegbare Teile einer Spritzgießmaschine bzw. für eine Spritzgießmaschine anzutreiben, das heißt zu beschleunigen oder zu bremsen. Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass sich die Trägheit der zu bewegenden Teile, das heißt der Widerstand den die Teile einer Änderung ihres Bewegungszustandes entgegensetzen, von Mal zu Mal unterscheiden kann, beschreiben die JP 2003-191285 ein Verfahren, um mittels einer Trägheitsbestimmung den Einspritzdruck in einer Spritzgussmaschine zu bestimmen, sowie die JP 2004-237541 eine Anordnung einer Einrichtung zur Bestimmung eines Trägheitsmomentes eines Teiles einer Spritzgussmaschine zur Kontrolle einer Motorengeschwindigkeit.

Dabei beeinflusst die Trägheit eines zu bewegenden Teiles seine Bahn und damit den Bewegungsablauf. Dazu ist in der EP 1 332 841 A2 ein Verfahren zur Steuerung eines Roboters geoffenbart, wo der Halteweg und damit ein Sicherheitsabstand zu einer Bewegungsgrenze in Abhängigkeit der vorgegebenen Trägheit errechnet wird. In der EP 1 366 868 A1 ist eine Palletierroboter mit einem Greifwerkzeug dargestellt, der die Bahn des zu bewegenden Transportguts derart berechnet, dass im Wesentlichen nur Normalkräfte zwischen dem Transportgut und dem Greifwerkzeug auftreten, sodass ein Umkippen und damit eine Beschädigung des Transportguts während der Bewegung verhindert wird. Aus den Kippwinkeln des Greifwerkzeugs bezüglich der freien Achsen wird dabei die Trägheit des zu bewegenden Ladegutes bestimmt.

Auch bei numerisch geregelten Antriebssystemen wird die Trägheit eines zu bewegenden Maschinenelements bestimmt und in weiterer Folge im Rahmen der Bewegungsregelung als Stellgrößen verwendet. In der EP 0 604 672 A1 beispielsweise wird ein sich änderndes Eigen-und Koppelträgheitsmoment berechnet, aber aufgrund der komplizierten und langwierigen Berechnung in langsameren Takt zur Bewegungsregelung nachgeführt.

In der DE 103 21 970 A1 wiederum ist ein Verfahren zur Bewegungsführung eines bewegbaren Maschinenelements geoffenbart, wobei an verschiedenen, fix vorgegebenen Stützpunkten eine oder mehrere der Bewegungsgrößen Geschwindigkeit, Beschleunigung oder Ruck zum Zwecke der Zeitersparnis maximiert wird oder werden. Dabei kann auch vorgesehen sein, mittels eigener Anregungsprozesse an jedem Stützpunkt eine Trägheitsmatrix des zu bewegenden Maschinenelements zu bestimmen.

Beispielsweise ist im Zuge eines Spritzgießverfahrens üblicherweise eine bewegbare Formauf-spannplatte translatorisch auf eine feststehende Formaufspannplatte hin- und von dieser wegzubewegen. Dabei unterscheidet sich die Trägheit (Masse) der bewegbaren Formaufspannplatte je nachdem, welche Masse die an der bewegbaren Formaufspannplatte angebrachte Formhälfte aufweist.

Es sind auch Spritzgießmaschinen bekannt, bei denen Drehtische mit aufgebauten Werkzeugen translatorisch hin- und herbewegt sowie gedreht werden müssen. Das Drehen erfolgt dabei in den meisten Fällen zwischen zwei mechanischen Anschlägen. Das heißt, dass die genaue Position nicht über den Antrieb des Drehtisches gewährleistet wird, sondern dass sich der Antrieb mit einer bestimmten Kraft an den jeweiligen Anschlag anlegt und so den Drehtisch in dieser Position beim Schließen der Spritzgießmaschine hält.

Werkseitig erfolgt dabei eine Voreinstellung der Steuerung des Drehtisches mit fixen Beschleu-nigungs- bzw. Bremsrampen. Diese voreingestellten Rampen werden dabei im leeren Betrieb des Drehtisches oder bei einem aufgebauten Prüfklotz eingestellt. 3 AT 504 927 B1

Verwendet nun der Benutzer ein Werkzeug mit einem anderen Trägheitsmoment als bei der werkseitigen Einstellung aufgebaut war, kommt es zu einem verfrühten oder verspäteten Anliegen (Anschlägen) an den jeweiligen mechanischen Anschlag.

Im Falle eines vorzeitigen Anschlagens kann es zu einer Deformation des Anschlages bis hin zu einer bleibenden Verformung kommen. Ist das Trägheitsmoment geringer als bei der werkseitigen Einstellung, wird der Anschlag mit sehr langsamer Geschwindigkeit angefahren, was die Zykluszeit des Spritzgießvorganges erhöht.

Das Gleiche gilt natürlich auch für die translatorische Bewegung.

Ein anderes Beispiel bezieht sich auf im Handlingbereich eingesetzte Handlingteile, wie beispielsweise hochdynamische lineare Portalroboter. Bei diesen ist es aufgrund der möglichst gewichtssparenden und teilweise auskragenden Bauweise und der Schwingungsneigung notwendig, gewisse Grenzen für Geschwindigkeiten, Beschleunigungen und/oder Rucke einzuhalten.

Um in Bereichen, in welchen die Bauteile ohnehin weniger belastet werden, keine allzu konservativen Grenzen vorzugeben, existiert im Stand der Technik bereits ein Verfahren, welches die Geschwindigkeiten, Beschleunigungen und/oder Rucke im Wesentlichen abhängig von den Start- und Zielpositionen reduziert. Damit werden die Grenzen der Schwingungsneigung angepasst. Es wird hiefür allerdings eine feste (im Allgemeinen die maximal zulässige) Zuladung zugrunde gelegt.

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gestellt, ein gattungsgemäßes Verfahren derart weiterzubilden, dass ein ökonomischeres Antreiben ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

So wird bei dem diskutierten Beispiel der bewegbaren Formaufspannplatte die translatorische Bewegung der Formaufspannplatte in Abhängigkeit von der tatsächlichen Gesamtmasse (Formaufspannplatte und Formhälfte) festgelegt.

Bei dem diskutierten Beispiel des Drehtisches können die Beschleunigungs- und Bremsrampen für die Rotations- bzw. Translationsbewegung an das jeweilige tatsächliche Trägheitsmoment bzw. an die Masse des Drehtisches samt aufgebautem Werkzeug angepasst werden.

Hinsichtlich des diskutierten Beispieles aus dem Handlingbereich, können die aktuellen Lastverhältnisse berücksichtigt werden. Die Handlingteile können dadurch kontrolliert bis an ihre mechanischen Leistungsgrenzen belastet werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass sie durch bestimmte Anwendungen überlastet werden.

Ganz generell kann in der vorliegenden Offenbarung der Begriff „Antreiben“ sowohl Abbremsen als auch Beschleunigen bedeuten. Unter einer direkten Ermittlung der Trägheit wird eine zahlenmäßige Bestimmung des Wertes der Trägheit verstanden. Bei einer indirekten Ermittlung der Trägheit wird der Wert solcher physikalischer Größen (eine oder mehrere) zahlenmäßig bestimmt, die sich in Abhängigkeit der tatsächlich vorhandenen Trägheit ändern. In diesen Fällen ist der Wert der Trägheit selbst nicht bekannt.

Erfolgt das Antreiben des bewegbaren Teils zumindest über einen Streckenabschnitt translatorisch, so ist als Trägheit des bewegbaren Teiles dessen Masse zu ermitteln.

Kommt es zum Antreiben des bewegbaren Teiles durch Drehung um eine Drehachse, so ist die Trägheit in Form des Trägheitsmomentes des bewegbaren Teiles bezüglich der Drehachse zu ermitteln. 4 AT 504 927 B1

Bei einer Kombination von Translation und Rotation kann es notwendig sein, sowohl Masse als auch Trägheitsmoment (also die Gesamtträgheit oder generalisierte Masse) zu ermitteln.

An sich bieten sich verschiedene Möglichkeiten an, die Trägheit des bewegbaren Teiles direkt oder indirekt zu ermitteln. Einerseits ist es möglich die Trägheit des bewegbaren Teiles aus Bewegungsgrößen und/oder antreibenden Größen (zum Beispiel Kraft) zu ermitteln. Dabei bieten sich der zurückgelegte bzw. zurückzulegende Weg, die Geschwindigkeit, die Beschleunigung, der Ruck oder daraus abgeleitete Größen, jeweils isoliert oder in Kombination miteinander an.

Ebenso ist es denkbar, die Trägheit des bewegbaren Teiles aus Betriebsgrößen der das bewegbare Teil antreibenden Antriebseinheit zu ermitteln. Je nach Typ der Antriebseinheit kann es sich dabei um den Motorstrom, den Hydraulikdruck, der Drehzahl oder dergleichen handeln.

Die Ermittlung der Trägheit des bewegbaren Teiles kann dabei jeweils anhand gesonderter Bewegungen vor dem Antreiben erfolgen. Es ist auch möglich, die Trägheit des bewegbaren Teiles während des Antreibens, zum Beispiel zu Beginn des Antreibens zu ermitteln.

Beispielsweise könnte es bei einem Drehtisch im Einrichtbetrieb durch Messung des Hydraulikdruckes am Hydromotor oder des Stromes eines Servomotors in den Beschleunigungsphasen zu einer Ermittlung des Trägheitsmoments des Drehtisches samt aufgebautem Werkzeug bzw. bei bekanntem Trägheitsmoment des Drehtisches des gesonderten Trägheitsmoments des aufgebauten Werkzeuges kommen. Entsprechend können die Beschleunigungs- und Bremsrampen steiler oder flacher eingestellt werden.

Insbesondere, aber nicht ausschließlich in Bezug auf dieses Beispiel sieht eine besonders einfache Ausführung vor (speziell bei elektrisch angetriebenen Drehtischen) die Zeit oder den Weg für den tatsächlichen Beschleunigungsvorgang zu ermitteln. Dies stellt ein Beispiel für eine indirekte Ermittlung der Trägheit des bewegbaren Teiles dar. Unter einer näherungsweisen Vernachlässigung der Reibung wird für den Bremsvorgang dieselbe Zeit bzw. derselbe Weg wie für die Beschleunigung benötigt. Damit kann der rechtzeitige und optimale Zeitpunkt der Einleitung des Bremsvorganges ermittelt werden. Hierdurch ergibt sich die optimale Steilheit der Rampen sozusagen automatisch. Die maximal mögliche Steigung kann natürlich beschränkt werden.

Unabhängig von der Art wie die Trägheit des bewegbaren Teiles ermittelt wird, kann vorgesehen sein, dass in Abhängigkeit von der ermittelten Trägheit, vorzugsweise laufend, Parameter für eine Steuer- bzw. Regeleinrichtung der Antriebseinheit bestimmt werden. Diese oder zusätzlich ermittelte Parameter können dazu verwendet werden, Sollverläufe des Weges und/oder der Geschwindigkeit und/oder der Beschleunigung des bewegbaren Teiles festzulegen. Diese Sollverläufe können von der Steuer- bzw. Regeleinrichtung zur Steuerung bzw. Regelung der Bewegung des bewegbaren Teiles verwendet werden.

Verschiedenste Verfahren zum Ermitteln der Trägheit der bewegbaren Teile sind dem Fachmann natürlich bekannt und müssen daher nicht im Detail erläutert werden. Insbesondere gehören auch Algorithmen zur elektronischen Ermittlung der Trägheit in Abhängigkeit von Messsignalen bereits zum Stand der Technik und können auch bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Derartige Algorithmen können zum Beispiel dem Lehrbuch „Applied Nonlinear Control“, J.-J. Slotine, Prentice Hall (1991) entnommen werden.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der Figuren sowie der dazugehörigen Figurenbeschreibung. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Spritzgießmaschine mit als bewegbare Formaufspannplatte und Drehtisch ausgebildeten bewegbaren Teilen, 5 AT 504 927 B1

Fig. 2 ein Handlingteil für eine Spritzgießmaschine in Form eines Portalroboters und Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 1 zeigt eine an sich bekannte holmlose Spritzgießmaschine 13 mit einer feststehenden Formaufspannplatte 2 und einer bewegbaren Formaufspannplatte 1 und mit einer Spritzeinheit 8 zum Einbringen von Kunststoff in einen Formhohlraum, welcher durch eine mit der festen Formaufspannplatte 2 fest verbundene Formhälfte 4 und eine von zwei auf der bewegbaren Formaufspannplatte 1 mittels eines parallel zu den Formaufspannplatten 1, 2 verschwenkbaren Drehtisches 3 gelagerten Formhälften 5, 5' gebildet ist. Die bewegbare Formaufspannplatte 1 ist horizontal auf einem Rahmen 6 verschiebbar.

Der Drehtisch 3 ist mittels eines Motors 10 verschwenkbar ausgebildet. Die Schwenkachse 11 verläuft am oberen Rand der bewegbaren Formaufspannplatte 1. Mit dem Motor 10 ist ein Resolver 12 zur Messung von Bewegungsgrößen des Drehtisches 3, wie zum Beispiel des zurückgelegten Drehwinkels, der Winkelgeschwindigkeit, der Winkelbeschleunigung usw. verbunden.

Sowohl die bewegbare Formaufspannplatte 1 als auch der Drehtisch 3 sind Beispiele für bewegbare Teile, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren angetrieben werden können.

Fig. 2 zeigt in perspektivischer Ansicht einen an sich bekannten Portalroboter 14, welcher für das Handling in Verbindung mit einer Spritzgießmaschine 13 verwendet werden kann. Der Portalroboter 14 ist entlang dreier Achsen X, Y, Z motorisch bewegbar angeordnet. Der Portalroboter 14 stellt ein Beispiel für ein bewegbares Teil für eine Spritzgießmaschine 13 dar, welches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren angetrieben werden kann.

Fig. 3 zeigt ein einfaches Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dargestellt sind auf der Abszisse die verstrichene Zeit t sowie auf der Ordinate entweder die Geschwindigkeit v (falls das bewegbare Teil eine bewegbare Formaufspannplatte 1 ist) bzw. die Drehzahl n (falls das bewegbare Teil ein Drehtisch 3 ist).

Die durchgezogene Kurve 15 stellt die Geschwindigkeit v bzw. die Drehzahl n in Abhängigkeit von der Zeit t für den Fall dar, dass die bewegbare Formaufspannplatte 1 bzw. der Drehtisch 3 mit bekannter Trägheit bewegt wird. Mit anderen Worten sind bei der durchgezogenen Kurve 15 nur Formhälften mit bekannter Masse an der bewegbaren Formaufspannplatte 1 bzw. Werkzeuge 5, 5' mit bekannter Masse am Drehtisch 3 angeordnet.

Die strichlierte Kurve 16 zeigt die Situation für den Fall, dass die an der bewegbaren Formaufspannplatte 1 montierten Formhälften bzw. die am Drehtisch 3 montierten Werkzeuge 5, 5' eine geringere Masse aufweisen als im Fall der durchgezogenen Kurve 15. In diesem Fall wird die Sollgeschwindigkeit bzw. die Solldrehzahl zu einem früheren Zeitpunkt erreicht. Dies wird von einer nicht dargestellten Steuer- bzw. Regeleinrichtung registriert und das bewegbare Teil kann für einen längeren Zeitraum mit der Sollgeschwindigkeit bzw. der Solldrehzahl verfahren werden, bevor eine der dargestellten Beschleunigungsrampe entsprechende Bremsrampe gefahren werden muss.

Genau entgegengesetzt ist die Situation für den Fall der strichlierten Kurve 17. In diesem Fall ist die Trägheit des bewegbaren Teils größer als im Fall der durchgezogenen Kurve 15. Es wird daher mehr Zeit benötigt, um auf die Sollgeschwindigkeit bzw. die Solldrehzahl zu gelangen. Dies wird von einer nicht dargestellten Steuer- bzw. Regeleinrichtung registriert, welche daher zu einem früheren Zeitpunkt als im Fall der durchgezogenen Kurve 15 mit der Einleitung der Bremsrampe für das bewegbare Teil beginnt.

Claims (12)

1. 6 AT 504 927 B1 Patentansprüche: 1. Verfahren zum Antreiben eines bewegbaren Teiles einer bzw. für eine Spritzgießmaschine, wobei die Trägheit des bewegbaren Teiles direkt oder indirekt ermittelt wird und das Antreiben des bewegbaren Teiles in Abhängigkeit von der ermittelten Trägheit erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der ermittelten Trägheit ein Zeitpunkt zur Einleitung des Bremsvorgangs bestimmt wird und einer Steuer- bzw. Regeleinrichtung der Antriebseinheit zugeführt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antreiben des bewegbaren Teils zumindest über einen Streckenabschnitt translatorisch erfolgt und die Masse des bewegbaren Teiles ermittelt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Teil um eine Drehachse gedreht wird und das Trägheitsmoment des bewegbaren Teiles bezüglich der Drehachse ermittelt wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägheit des bewegbaren Teiles aus Bewegungsgrößen - wie zurückgelegter Weg, Geschwindigkeit, Beschleunigung oder Ruck oder daraus abgeleiteten Größen, und/oder antreibenden Größen, isoliert oder in Kombination - ermittelt wird.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägheit des bewegbaren Teiles aus Betriebsgrößen oder Sollgrößen der das bewegbare Teil antreibenden Antriebseinheit - wie Motorstrom, Hydraulikdruck, Drehzahl oder dergleichen -ermittelt wird.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Trägheit des bewegbaren Teiles während - vorzugsweise zu Beginn des - des Antreibens erfolgt.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Trägheit des bewegbaren Teiles anhand gesonderter Bewegungen des bewegbaren Teils vor dem Antreiben erfolgt.
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der ermittelten Trägheit, vorzugsweise laufend, Parameter für eine Steuer- bzw. Regeleinrichtung der Antriebseinheit bestimmt werden.
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der ermittelten Trägheit Sollverläufe für den Weg und/oder der Geschwindigkeit und/oder der Beschleunigung des bewegbaren Teiles bestimmt und einer Steuer- bzw. Regeleinrichtung der Antriebseinheit zugeführt werden.
10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als bewegbarer Teil ein Drehtisch (3) oder Teile der Schließeinheit der Spritzgießmaschine (13), vorzugsweise die bewegbare Formaufspannplatte (1), angetrieben werden.
11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als bewegbarer Teil ein Handlingteil, vorzugsweise ein Portalroboter (14), für eine Spritzgießmaschine (13) angetrieben wird.
12. 12. Steuer- bzw. Regeleinrichtung für eine Spritzgießmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgebildet ist. 7 AT 504 927 B1 Hiezu 3 Blatt Zeichnungen