AT524485A1 - Hydrauliksystem für eine zyklisch arbeitende Formgebungsmaschine und Verfahren zum Betreiben eines solchen Hydrauliksystems - Google Patents

Hydrauliksystem für eine zyklisch arbeitende Formgebungsmaschine und Verfahren zum Betreiben eines solchen Hydrauliksystems Download PDF

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Abstract

Hydrauliksystem für eine zyklisch arbeitende Formgebungsmaschine, umfassend eine hydraulische Antriebseinheit (2), wie z.B. eine Kolben-Zylinder-Einheit (3), zum zyklischen Antreiben einer Komponente der Formgebungsmaschine, eine Pumpe (4), einen Hydraulikspeicher (5), welcher zum Antreiben der hydraulischen Antriebseinheit (2) entladbar ist und durch Betreiben der wenigstens einen Pumpe (4) aufladbar ist. Eine Steuer- oder Regeleinheit (6) betreibt die Pumpe (4) kontinuierlich bis zum Startzeitpunkt (14) der hydraulischen Antriebseinheit (2), um den Hydraulikspeicher (5) bis zum Startzeitpunkt (14) der hydraulischen Antriebseinheit (2) aufzuladen. Zu diesem Zweck berechnet die Steuer- oder Regeleinheit (6) auf Basis des während einer gesamten Zykluszeit der Formgebungsmaschine benötigten Fördervolumens und/oder Hydraulikdrucks des Hydrauliksystems (1) eine für das kontinuierliche Laden des Hydraulikspeichers (5) benötigte Drehzahl und belädt mit Hilfe der Pumpe (4) den Hydraulikspeicher (5) im Wesentlichen bis genau zum Startzeitpunkt (14) mit dem erforderlichen Fördervolumen und/oder Hydraulikdruck.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem für eine zyklisch arbeitende Formgebungsmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, eine Formgebungsmaschine mit einem solchen Hydrauliksystem, ein Verfahren zum Betreiben eines Hydrauliksystems für eine zyklisch arbeitende Formgebungsmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 11, sowie ein Computerprogrammprodukt und ein computerlesbares Speichermedium.
Gattungsgemäße Hydrauliksysteme sind dazu ausgebildet, mittels wenigstens einer hydraulischen Antriebseinheit eine Komponente der Formgebungsmaschine zu einem Startzeitpunkt zyklisch anzutreiben, wobei als Antriebseinheit beispielsweise KolbenZylinder-Einheiten ihre Verwendung finden. Des Weiteren weisen entsprechende Hydrauliksysteme wenigstens eine Pumpe und wenigstens einen Hydraulikspeicher auf, wobei der wenigstens eine Hydraulikspeicher zum Antreiben der wenigstens einen hydraulischen Antriebseinheit entladbar ist und durch Betreiben der wenigstens einen Pumpe aufladbar ist.
Unter Formgebungsmaschinen können Spritzgießmaschinen, Spritzpressen, Pressen und dergleichen verstanden werden. Auch Formgebungsmaschinen, bei welchen die plastifizierte Masse einem offenen Formwerkzeug zugeführt wird, sind durchaus denkbar. Im Folgenden soll der Stand der Technik anhand einer Spritzgießmaschine
umrissen werden. Analoges gilt allgemein für Formgebungsmaschinen.
Es ist durch den Stand der Technik bekannt, bei Spritzgießmaschinen innerhalb eines Zyklus verschiedene Funktionen (beispielsweise das Öffnen oder Schließen einer Spritzgussform, das Betätigen von Kernzügen, das Betätigen von Auswerfern, eine lineare Einspritzbewegung oder auch eine Rotation einer Plastifizierschnecke) durch spezifische, hydraulische Antriebe auszuführen.
Für die Betätigung solcher hydraulischen Antriebseinheiten ist es durch den Stand der Technik bekannt, Hydraulikspeicher im Hydrauliksystem vorzusehen, wodurch es gestattet wird, durch wenige, im Extremfall eine einzige, Pumpe den Hydraulikspeicher aufzuladen, wobei über den Hydraulikspeicher ein oder mehrere Antriebseinheiten der Spritzgussmaschine betrieben werden können.
Über wenigstens einen Hydraulikspeicher wird der innerhalb eines Zyklus der Spritzgussmaschine (insbesondere zum Schließen der Form, Einspritzen der Schmelze, Nachdrücken, Öffnen der Form und Auswerfen eines Formteils) erheblich schwankende
Bedarf der wenigstens einen hydraulischen Antriebseinheit gepuffert.
Der konkrete Bedarf an einem Hydraulikfluid und einem Hydrauliksystemdruck hängt von der Art des Fertigungsprozesses der Spritzgussmaschine ab, wobei dies stark, je
nach zu erzeugendem Formteil, variieren kann.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, die hydraulische Pumpe diskontinuierlich zu betreiben, wobei für den Hydraulikspeicher ein maximaler Druck und ein minimaler Druck als Schwellwerte festgelegt werden. Sobald der minimale Druck im Hydraulikspeicher unterschritten wird, wird die Pumpe aktiviert und der Hydraulikspeicher wird aufgeladen, bis der maximale Druck erreicht wird. Bei Erreichen des maximalen Druckes wird die Pumpe wieder deaktiviert.
Zum Aufladen des Hydraulikspeichers wird die wenigstens eine Pumpe mit einer möglichst hohen Förderleistung betrieben, um den Hydraulikspeicher so schnell wie möglich wieder aufzuladen, sodass der Spritzgussprozess der Spritzgussmaschine
durch das Entladen des Hydraulikspeichers nicht beeinflusst wird.
Dementsprechend ist es im Stand der Technik bekannt, Pumpen zur Beladung eines Hydraulikspeichers zumeist mit 80 bis 100 % (meist mit 100 %) ihrer maximalen Förderleistung anzutreiben, um möglichst schnelle Ladezeiten zu erreichen (anders
ausgedrückt: möglichst steile Laderampen zu erzielen).
Jedoch wirkt sich dieser diskontinuierliche Betrieb von Pumpen, bei welchen die Pumpen mit ihrer maximalen oder nahe ihrer maximalen Förderleistung betrieben
werden, negativ auf die Standzeiten der Pumpe aus.
Des Weiteren ist ein erhöhter Energieverbrauch zum Antreiben der Pumpen erforderlich, da diese während der Ladephase aus dem Stillstand bis zu einer maximalen Leistung beschleunigt werden müssen und dort anschließend bis zum
Erreichen eines gewünschten Hydraulikdrucks im Hydraulikspeicher betrieben werden.
Diese immer wiederkehrende Maximalbeschleunigung der Pumpen bewirkt einen unangenehmen hohen Lärmpegel.
Ein weiterer Nachteil liegt darin, dass dadurch, dass der Hydraulikspeicher maximal beladen wird und einige Zeit in diesem Zustand verharrt, hydraulische Energie durch Leckagen verloren geht, wodurch die Energieeffizienz des Systems negativ beeinflusst
wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Hydrauliksystem und ein Verfahren zum Betreiben
eines Hydrauliksystems bereitzustellen, bei welchen die Energieeffizienz erhöht wird und/oder die Standzeiten erhöht werden und/oder der Aufwand für Wartungsarbeiten verringert wird und/oder der Geräuschpegel verringert wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Hydrauliksystem für eine zyklisch arbeitende Formgebungsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einer Formgebungsmaschine mit einem solchen Hydrauliksystem, einem Verfahren zum Betreiben eines Hydrauliksystems mit den Merkmalen des Anspruchs 11, einem Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 12 und einem
computerlesbaren Speichermedium mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Hydrauliksystem folgende Bestandteile umfasst: - wenigstens eine hydraulische Antriebseinheit, insbesondere eine KolbenZylinder-Einheit, zum zyklischen Antreiben einer Komponente der
Formgebungsmaschine zu einem Startzeitpunkt,
- wenigstens einen Hydraulikspeicher, welcher zum Antreiben der wenigstens einen hydraulischen Antriebseinheit entladbar ist und durch Betreiben der wenigstens einen Pumpe aufladbar ist,
wobei eine Steuer- oder Regeleinheit vorgesehen ist zum Steuern oder Regeln der wenigstens einen Pumpe, wobei die Steuer- oder Regeleinheit dazu ausgebildet ist, die wenigstens eine Pumpe kontinuierlich bis zu einem Startzeitpunkt der wenigstens einen hydraulischen Antriebseinheit zu betreiben, um den wenigstens einen Hydraulikspeicher bis zu einem Startzeitpunkt der hydraulischen Antriebseinheit aufzuladen.
Durch das auf den Startzeitpunkt zielgerichtete Beladen des Hydraulikspeichers durch die kontinuierlich arbeitende Pumpe kann der Hydraulikspeicher bis zu einem Startzeitpunkt des Antreibens einer Komponente der Formgebungsmaschine durch die wenigstens eine hydraulische Antriebseinheit (und somit dem Entladen des Hydraulikspeichers) aufgeladen werden, wodurch der Hydraulikspeicher im Gegensatz zum Stand der Technik nicht in einem aufgeladenen Zustand verharren muss, bis die Bewegung startet.
Dadurch können Leckageverluste des Hydrauliksystems reduziert werden, wodurch die
Energieeffizienz des Hydrauliksystems erhöht wird.
Des Weiteren kann eine Beladungszeit der Pumpe zielgerichtet maximiert werden, wodurch es nicht länger nötig ist, die Pumpe mit maximaler Förderleistung zu betreiben, sondern die Antriebsleitung an die zur Verfügung stehende Zeit angepasst werden kann (wodurch beispielweise die maximale Drehzahl der Pumpe gesenkt werden kann). Die Pumpe wird somit weniger belastet und weniger Maximalleitung zum Betreiben
benötigt, was sich auf die Energieeffizienz und die Standzeit der Pumpe auswirkt.
Das kontinuierliche Betreiben der Pumpe und Vermeiden von einem „Start-StoppBetrieb“ erhöht ebenfalls die Standzeit der Pumpe um ein Vielfaches.
Durch das kontinuierliche Betreiben der Pumpe und die durch eine verringerte
Förderleistung der Pumpe verringerte Geräuschkulisse wird der Lärmpegel gesenkt.
Des Weiteren hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass die kontinuierliche Beladung des Hydraulikspeichers über einen längeren Zeitraum mit der wenigstens einen Pumpe ein geringeres Energieniveau erforderlich macht, als eine kürzere Beladungszeit des Hydraulikspeichers durch eine erhöhte Förderleistung der
wenigstens einen Pumpe.
Unter Formgebungsmaschinen können Spritzgießmaschinen, Spritzpressen, Pressen
und dergleichen verstanden werden.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Es kann vorgesehen sein, dass die Steuer- oder Regeleinheit dazu ausgebildet ist, eine Förderleistung der wenigstens einen Pumpe — vorzugsweise durch Variation der
Drehzahl der wenigstens einen Pumpe -— zu variieren.
Es kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass die Förderleistung der wenigstens einen Pumpe durch eine variable Schaufelgeometrie der wenigstens einen Pumpe
variiert werden kann.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Steuer- oder Regeleinheit dazu ausgebildet ist, die wenigstens eine Pumpe kontinuierlich während einer gesamten Zykluszeit der zyklisch arbeitenden Formgebungsmaschine zu betreiben.
Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Pumpe kontinuierlich während eines gesamten Formgebungsprozesses der Formgebungsmaschine betrieben wird. Es kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Pumpe mit kontinuierlicher Förderleistung nicht nur während eines Zyklus durch läuft, sondern über mehrere Zyklen hinweg.
Die Steuer- oder Regeleinheit kann dazu ausgebildet sein, auf Basis eines während
einer gesamten Zykluszeit der zyklisch arbeitenden Formgebungsmaschine benötigten
Fördervolumens und/oder Hydraulikdrucks des Hydrauliksystems eine durchschnittliche
Förderleistung zu berechnen und unter Berücksichtigung der durchschnittlichen
Förderleistung die wenigstens eine Pumpe zu steuern oder zu regeln.
Folglich kann vorgesehen sein, dass durch die wenigstens eine Steuer- oder Regeleinheit ein benötigtes Hydraulikvolumen und/oder ein benötigter Hydraulikdruck während der Zykluszeit der Formgebungsmaschine berechnet werden. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass dieses benötigte Hydraulikvolumen oder dieser
benötigte Hydraulikdruck vorgebbar ist.
Mit Hilfe dieses benötigten Hydraulikdruckes und/oder Hydraulikvolumens kann die Steuer- oder Regeleinheit einen gewünschten Speicherzustand des Hydraulikspeichers definieren (+/- definierter, annehmbarer Druck- und Volumensabweichungen) und daraus folglich eine durchschnittliche Förderleistung für die wenigstens eine Pumpe berechnen, anhand welcher anschließend die wenigstens eine Pumpe kontinuierlich während des Zyklus betrieben werden kann.
Unter der Förderleistung ist im Zuge der vorliegenden Anmeldung der Volumenstrom, welcher pro Zeiteinheit durch die wenigstens eine Pumpe umgesetzt wird zu verstehen. Diese Förderleistung kann durch Variation der Antriebsleistung der wenigstens einen Pumpe (beispielsweise durch Variation der Drehzahl der wenigstens einen Pumpe) variiert werden. Andererseits ist es jedoch auch möglich, die Förderleistung der wenigstens einen Pumpe durch eine variable Schaufelgeometrie der wenigstens einen Pumpe einzustellen, was bei entsprechenden konstruktiven Ausgestaltungen von
gewissen Pumpen möglich ist.
Die Zykluszeit des Hydrauliksystems kann beispielsweise durch die Formgebungsmaschine vorgegeben werden, wodurch sich über die Formgebungsmaschine und die Einstellungen an der Formgebungsmaschine die Zeiten für das Hydrauliksystem ergeben. Die Zykluszeit der Formgebungsmaschine hängt wiederum von einem zu fertigenden Formteil, der Anzahl der zu fertigenden Formteile pro Zyklus, einem verwendeten Material (aus welchem das Formteil oder die Formteile gefertigt werden) und ähnlichen Prozessparametern ab.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Steuer- der Regeleinheit dazu ausgebildet ist, eine Drehzahl der wenigstens einen Pumpe an eine Betriebsbedingung der wenigstens einen hydraulischen Antriebseinheit anzupassen, wobei vorzugsweise: - die Förderleistung der wenigstens einen Pumpe während einer Bewegung der wenigstens einen hydraulischen Antriebseinheit erhöht wird und/oder - die Förderleistung der wenigstens einen Pumpe während eines Bewegungsstillstands der wenigstens einen hydraulischen Antriebseinheit
gesenkt wird.
So kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass während einer Bewegung der wenigstens einen hydraulischen Antriebseinheit die Förderleistung der wenigstens einen Pumpe erhöht wird, um das erhöhte benötigte Fördervolumen an Hydraulikfluid der wenigstens einen hydraulischen Antriebseinheit, welches vom wenigstens einen
Hydraulikspeicher abgerufen wird, durch die wenigstens eine Pumpe zu unterstützen.
Andererseits kann es auch vorgesehen sein, dass, wenn die wenigstens eine hydraulische Antriebseinheit in einen Bewegungsstillstand verharrt, die Förderleistung der wenigstens einen Pumpe reduziert wird, da in einem Moment des Bewegungsstillstandes der wenigstens einen hydraulischen Antriebseinheit ein
verringerter Fluidstrom des Hydraulikfluids benötigt wird.
Es kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine hydraulische Antriebseinheit während einer Betriebsbedingung, in welcher sie angetrieben wird, durch den hydraulischen Speicher und die wenigstens eine Pumpe mit Hydraulikfluid versorgt
wird.
Unter einem Betriebszustand, in welchem sich die wenigstens eine hydraulische Antriebseinheit in einem Bewegungsstillstand befindet, kann auch ein Zustand verstanden werden, in welchem beispielsweise eine lineare Antriebseinheit, wie eine Kolben-Zylinder-Einheit, einen Druck auf die Komponente der Formgebungsmaschine
ausführt, ohne jedoch nennenswerte Bewegungen durchzuführen.
Es kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Antriebseinheit durch wenigstens
eine Hydraulikleitung mit der wenigstens einen Pumpe verbunden ist.
wenigstens einen Hydraulikleitung angebunden ist.
Es kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Pumpe durch wenigstens einen
Elektromotor, vorzugsweise einen Synchronmotor, angetrieben ist.
Unter einer Steuer- oder Regeleinrichtung können solche Komponenten des Hydrauliksystems verstanden werden, welche ein Ansteuern von Aktuatoren, Antrieben und/oder Antriebsreglern erlauben, was insbesondere sogenannte „speicherprogrammierbare Steuerungen“ (SPS) umfasst. Dies kann auch das Entgegennehmen von Sensordaten und Durchführen von Rechenvorgängen für einen Regelvorgang beinhalten, die je nach Regelschema in Echtzeit durchgeführt werden
können.
Es kann vorgesehen sein, dass die Steuer- oder Regeleinheit des Hydrauliksystems durch eine zentrale Maschinensteuerung der Formgebungsmaschine durchgeführt wird oder deren Aufgaben übernimmt.
Weiters wird Schutz begehrt für ein Verfahren zum Betreiben eines Hydrauliksystems für eine zyklisch arbeitende Formgebungsmaschine, wobei das Hydraulikschema folgende Bauteile aufweist:
- wenigstens eine hydraulische Antriebseinheit, insbesondere eine KolbenZylinder-Einheit, zum zyklischen Antreiben einer Komponente der Formgebungsmaschine zu einem Startzeitpunkt,
- wenigstens eine Pumpe und
- wenigstens einen Hydraulikspeicher, welcher zum Antreiben der wenigstens einen hydraulischen Antriebseinheit entladbar ist und durch Betreiben der wenigstens einen Pumpe aufladbar ist,
wobei die wenigstens eine Pumpe kontinuierlich bis zu dem Startzeitpunkt der wenigstens einen hydraulischen Antriebseinheit betrieben wird, um den wenigstens einen Hydraulikspeicher bis zu dem Startzeitpunkt der hydraulischen Antriebseinheit
aufzuladen.
Weiters wird Schutz begehrt für ein computerlesbares Speichermedium, umfassend Befehle bei der Ausführung des Programmes durch einen Computer diesen veranlassen, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen und/oder eine Steuer-
oder Regeleinheit eines Hydrauliksystems der Erfindung zu konfigurieren.
Der Hydraulikspeicher kann beispielsweise wenigstens einen Blasenspeicher aufweisen. Alternativ könnten auch Kolbenspeicher oder andere Arten von Hydraulikspeicher vorgesehen sein
Weitere beispielhafte Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Figuren und der nachstehenden Figurenbeschreibung dargestellt. Dabei zeigt:
Fig. 1 ein Hydrauliksystem gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, und Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens in
Gegenüberstellung zum Stand der Technik mittels eines Diagrammes.
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Hydrauliksystems 1 für eine Formgebungsmaschine.
Dieses Hydrauliksystem 1 verfügt über eine hydraulische Antriebseinheit 2, welche dazu ausgebildet ist, eine Komponente (zu besseren Anschaulichkeit nicht dargestellt)
einer Formgebungsmaschine zu einem Startzeitpunkt anzutreiben.
Diese hydraulische Antriebseinheit 2 dieses Hydrauliksystems 1 ist als doppelwirkende Kolben-Zylinder-Einheit 3 ausgebildet, welche in bekannter Art und Weise über ein Hydraulikventil 9 (genauer gesagt: ein elektrisch angesteuertes 4-/3-Wege-Ventil) angesteuert ist.
Des Weiteren weist das Hydrauliksystem 1 einen Hydraulikspeicher 5 auf, welcher über die Pumpe 4 und die Hydraulikleitung 7 aufladbar ist. Für das Wechseln des Hydraulikspeichers 5 zwischen einer Ladestellung und einer Entladestellung ist ein Hydraulikventil 11 vorgesehen.
Die Pumpe 4 wird durch einen Elektromotor 8 angetrieben und ist als Konstantpumpe ausgeführt, wobei eine Förderleitung der Pumpe 4 durch Variation der Drehzahl des
Elektromotors 8 vorgenommen werden kann.
Die Pumpe 4 ist über eine Hydraulikleitung 7 mit dem Hydraulikspeicher 5 verbunden, wobei zwischen Pumpe 4 und Hydraulikspeicher 5 eine weitere Hydraulikleitung 7 zur Versorgung der hydraulischen Antriebseinheit 2 abzweigt.
Zwischen der Abzweigung und der Pumpe 4 ist des Weiteren ein Rückschlagventil 10 vorgesehen, welches ein unkontrolliertes Rückfließen aufgrund von
Druckschwankungen aus dem Hydrauliksystem 1 an die Pumpe 4 verhindert.
Weiters weist das Hydrauliksystem 1 eine Steuer- oder Regeleinheit 6 auf, welche signalleitend mit dem Elektromotor 8, mit dem Hydraulikventil 9 und dem Hydraulikventil 11 verbunden ist (die signalleitenden Verbindungen sind in dieser Darstellung durch die strichlierten Linien gezeigt).
Weiters ist zwischen dem Hydraulikventil 11 und dem Hydraulikspeicher 5 ein Hydrauliksensor 12 vorgesehen. Ein weiterer Hydrauliksensor 13 ist zwischen Pumpe 4 und Rückschlagventil 10 vorgesehen. Diese Hydrauliksensoren 12, 13 sind dazu ausgebildet, ein für den Druck und für eine Durchflussmenge repräsentatives Signal bereitzustellen, welches ebenfalls über eine signalleitende Verbindung für die Steueroder Regeleinheit 6 bereitstellbar ist.
Durch den Sensor 13 und den Förderstrom lässt sich ein repräsentatives Signal für eine Pumpenleistung der Pumpe 4 feststellen.
Durch den Hydrauliksensor 12 lässt sich ein repräsentatives Signal für einen Beladungszustand oder einen Entladungszustand des Hydraulikspeichers 5 feststellen.
Es ist vorgesehen, dass die Steuer- oder Regeleinheit 6 dazu ausgebildet ist, die Pumpe 4 kontinuierlich zu betreiben, wobei durch die Pumpe 4 kontinuierlich Hydraulikfluid in das Hydrauliksystem 1 gefördert und der Hydraulikspeicher 5 aufgeladen wird.
Sobald eine Betätigung des Hydraulikventils 9 erfolgt und somit durch die Steuer- oder Regeleinheit 6 eine Bewegung der hydraulischen Antriebseinheit 2 durchgeführt wird, wird ebenfalls das Hydraulikventil 11 betätigt, sodass die gespeicherte, hydraulische Energie des Hydraulikspeichers 5 entweichen kann und dazu dient, die hydraulische Antriebseinheit 2 anzutreiben.
Da die Pumpe 4 kontinuierlich weiterläuft, wird bei einer Bewegung der hydraulischen Antriebseinheit 2 diese auch in einem kleinen Maß durch die Pumpe 4 angetrieben (zusätzlich zur übermittelten, hydraulischen Energie des Hydraulikspeichers 5).
Fig. 2 zeigt einen Vergleich eines Verfahrens gemäß der Erfindung zum Betreiben eines Hydrauliksystems mit einem Verfahren, welches aus dem Stand der Technik bekannt ist.
So wird bei einem Verfahren zum Betreiben eines Hydrauliksystems 1 gemäß dem Stand der Technik zunächst die Drehzahl der Pumpe 4 aus dem Stillstand auf einen Maximalwert erhöht wird, wie durch die strichlierte Linie A gezeigt ist.
Die Pumpe 4 wird auf maximaler Drehzahl gehalten, bis ein gewünschter Druck im
Hydrauliksystem 1 und somit im Hydraulikspeicher 5 erreicht ist.
Dieser Druck im Hydraulikspeicher 5 und im Hydrauliksystem 1 ist durch die Linie B gezeigt (gemäß dem Verfahren des Standes der Technik). Wenn dieser gewünschte Druck erreicht ist, wird die Pumpe 4 abgeschaltet, was wiederum mittels der Linie A zu
erkennen ist.
Durch Leckageverluste sinkt dieser Druck im Hydrauliksystem 5 jedoch leicht ab, wie durch die Linie B zu erkennen ist. Dieser leichte Druckverlust durch Leckage stellt eine Verlustenergie des Systems dar.
Zum Startzeitpunkt 14 wird die hydraulische Antriebseinheit 2 durch das Hydrauliksystem 1 angetrieben, wodurch der Druck im Hydrauliksystem 1 schlagartig abfällt, da die hydraulische Energie, welche im Hydrauliksystem 1 und dem Hydraulikspeicher 5 gespeichert ist, von der hydraulischen Antriebseinheit zur Bewegung einer Komponente der Formgebungsmaschine benötigt wird.
Wenn der Druck im Hydrauliksystem 1 und somit im Hydraulikspeicher 5 auf einen unteren Druckschwellwert abfällt, wird die Drehzahl der Pumpe 4 wieder maximal erhöht, um einen gewünschten Druck im Hydraulikspeicher 5 aufzubauen.
Wie durch die strichlierte Linie des Standes der Technik gut zu erkennen ist, ist es jedoch immer notwendig, einen höheren Druck durch die Pumpe 4 aufzubauen, als zum Startzeitpunkt 14 der hydraulischen Antriebseinheit 2 nötig ist, da mit Leckageverlusten
zu rechnen ist.
Durch die Linien C und D wird ein Verfahren gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung gezeigt, wobei die Linie C die Drehzahl der Pumpe 4 darstellt und die Linie D einen Druck im Hydrauliksystem 1.
Es ist zu erkennen, dass gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung die Pumpe 4 kontinuierlich (mit einer leichten Variation der Drehzahl, in der Figur übertrieben dargestellt) betrieben wird.
Durch die Linie D ist zu erkennen, wie der Druck im Hydraulikspeicher 5 kontinuierlich bis zu einem Startzeitpunkt 14 ansteigt, zu welchem der gewünschte Hydraulikdruck
erreicht wird.
Kurz vor Betätigung der hydraulischen Antriebseinheit 2 wird die Drehzahl der Pumpe 4 wieder gesteigert, sodass während des Betätigens der hydraulischen Antriebseinheit 2 zusätzliche hydraulische Leistung durch die Pumpe 4 für die hydraulische
Antriebseinheit 2 bereitgestellt wird, welche zusätzlich zu der vom Hydraulikspeicher 5 abgegebene hydraulische Energie genutzt werden kann.
Nach dem Betätigen der hydraulischen Antriebseinheit 2 kann wiederum die Drehzahl der Pumpe 4 gemäß der Linie C gesenkt werden, um den Hydraulikspeicher 5 zu beladen.
Es ist zu erkennen, wie die Drehzahl der Pumpe 4 gemäß des Ausführungsbeispiels der Erfindung (welches durch die Linien C und D in Fig. 2 gezeigt ist), um eine durchschnittliche Drehzahl pendelt.
Ein Berechnungsbeispiel einer Vorsteuerung der Drehzahl der Pumpe gemäß Linie C soll im Folgenden noch näher ausgeführt werden.
In einem ersten Schritt wird die benötigte Drehzahl n für ein kontinuierliche Laden des Hydraulikspeichers 5 aus dem Schluckvolumen V, (nach Herstellerangaben) der Pumpe
4 und einem Volumenstrom Vperrechnet.
Qp = nn * Vp
Daraus kann die Leistung Pp der Pumpe über die Druckdifferenz App (ergibt sich aus
dem gewünschten Druck im Hydrauliksystem) an der Pumpe 4 errechnet werden.
Pp = App * Qp
Über den zeitlichen Verlauf des Druckes im, Hydraulikspeicher 5 betrachteter Zyklen
des Hydrauliksystems 1 kann nun die benötigte Drehzahl der Pumpe 4 berechnet
werden. PoyM = Pakku * Qp,des — PoyM Qp.des — PAkku
n — PoyM CAC, des = ———— Pakrku * Vp
Diese Drehzahl wird dann noch über den betrachteten Bereich (bspw. mehrere Zyklen) gemittelt. Dadurch erhält man eine konstante Drehzahl.
Diese konstante Drehzahl kann aber dazu führen, dass einerseits der Hydraulikspeicher überladen wird, oder andererseits nicht vollständig geladen wird.
Daher muss diese Drehzahlvorgabe noch durch eine Regelung (wie nachstehend
erläutert) überlagert werden.
Über die Zykluszeitanalyse kann die Zeit tzyrıus bestimmt werden, welche für das Laden des Hydraulikspeichers zur Verfügung steht. Aus dieser Zeit tz,xus, der errechneten Drehzahl ncac,aes und dem Schluckvolumen Vp der Pumpe 4 kann das Ladevolumen AV
berechnet werden. AV = Ncac,des * Vp * Lzyklus
Daraus wird der potenziell erreichbare Akkudruck p,,2 errechnet, welcher über das
Ladevolumen AV erreicht wird: Po
P2ze = 1 K
(ee) en)
Die Differenz zwischen dem erreichbaren Akkudruck p,,. über die konstante Drehzahl und dem eingestellten max. Druckwert für den Hydraulikspeicher wird als Regelgröße verwendet. Im Endeffekt erfolgt dann die Drehzahlvorgabe bspw. über folgende Vorgabe:
Nreal = NcaAC,des * kp * (p2 - P2e) +kı *(p2— P2,e) Die beiden Parameter kp und k; stellen dabei die Parameter für beispielsweise einen
durch den Stand der Technik bekannten PI-Regler dar, welcher Bestandteil der Steuer oder Regeleinheit 6 sein kann.
Grundsätzlich kann aber auch jegliche andere bekannte Ausführungsvariante eines Reglers als Teil der Steuer oder Regeleinheit 6 zu Regelung der Drehzahl der Pumpe 4 über den Elektromotor 8 verwendet werden.
Zusätzlich kann ein Faktor f,, eingeführt werden um den ermittelten Parameter p,„,. über
eine gewisse Anzahl an Zyklen zu speichern und im Bedarfsfall die Vorsteuerung, also mit der Drehzahl ncac,aes der Pumpe 4 dauerhaft anzupassen.
Bezugszeichenliste:
1 Hydrauliksystem
2 hydraulische Antriebseinheit
3 Kolben-Zylinder-Einheit
4 Pumpe
5 Hydraulikspeicher
6 Steuer- oder Regeleinheit
7 Hydraulikleitung
8 Elektromotor
9 Hydraulikventil
10 Rückschlagventil
11 Hydraulikventil
12 Hydrauliksensor
13 Hydrauliksensor
14 Startzeitpunkt
A Drehzahl der Pumpe gemäß Stand der Technik B Druck im Hydraulikspeicher gemäß Stand der Technik C Drehzahl der Pumpe gemäß Ausführungsbeispiel D Druck im Hydraulikspeicher gemäß Ausführungsbeispiel Qp Volumenstrom der Pumpe
n Drehzahl der Pumpe
App Druckdifferenz
Vp Schluckvolumen der Pumpe
Pp Leitung der Pumpe
App Differenzdruck an der Pumpe
DPakku Druck im Hydraulikspeicher
Qp.des Benötigter Volumenstrom der Pumpe Np,des Benötigte Drehzahl der Pumpe
tzyxKlus Zeit zum Laden des Hydraulikspeichers Xakku Anzahl der Hydraulikspeicher
Do Gasfülldruck des Hydraulikspeichers
1 min. Arbeitsdruck des Hydraulikspeichers P> max. Arbeitsdruck des Hydraulikspeichers K Polytropenexponent
AV, Entnahmemenge pro Zyklus
NCcAC,des Berechnete Drehzahl der Pumpe Nreal Drehzahlvorgabe von PI Regler
D2,e Differenzdruck des erreichbaren Hydraulikdruckes
Innsbruck, 10. Dezember 2020

Claims (1)

  1. Patentansprüche
    Hydrauliksystem für eine zyklisch arbeitende Formgebungsmaschine, umfassend:
    - wenigstens eine hydraulische Antriebseinheit (2), insbesondere eine KolbenZylinder-Einheit (3), zum zyklischen Antreiben einer Komponente der Formgebungsmaschine zu einem Startzeitpunkt (14),
    - wenigstens eine Pumpe (4),
    - wenigstens einen Hydraulikspeicher (5), welcher zum Antreiben der wenigstens einen hydraulische Antriebseinheit (2) entladbar ist und durch Betreiben der wenigstens eine Pumpe (4) aufladbar ist,
    wobei zum Steuern oder Regeln der wenigstens einen Pumpe (4) eine Steuer- oder
    Regeleinheit (6) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- oder
    Regeleinheit (6) dazu ausgebildet ist, die wenigstens eine Pumpe (4) kontinuierlich
    bis zu dem Startzeitpunkt (14) der wenigstens einen hydraulischen Antriebseinheit
    (2) zu betreiben, um den wenigstens einen Hydraulikspeicher (5) bis zu dem
    Startzeitpunkt (14) der hydraulische Antriebseinheit (2) aufzuladen.
    Hydrauliksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, die Steuer- oder Regeleinheit (6) dazu ausgebildet ist, eine Förderleistung der wenigstens einen Pumpe (4) — vorzugsweise durch Variation der Drehzahl der wenigstens einen
    Pumpe (4) — zu variieren.
    Hydrauliksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- oder Regeleinheit (6) dazu ausgebildet ist, die wenigstens eine Pumpe (4) kontinuierlich während einer gesamten Zykluszeit der zyklisch arbeitenden Formgebungsmaschine zu betreiben.
    Hydrauliksystem nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- oder Regeleinheit (6) dazu ausgebildet ist, auf Basis eines während einer gesamten Zykluszeit der zyklisch arbeitenden Formgebungsmaschine benötigten Fördervolumens und/oder Hydraulikdrucks des Hydrauliksystems (1) eine durchschnittliche Förderleistung zu berechnen und die wenigstens eine Pumpe (4) unter Berücksichtigung der durchschnittlichen
    Förderleistung zu steuern oder zu regeln.
    Hydrauliksystem nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
    gekennzeichnet, dass die Steuer- oder Regeleinheit (6) dazu ausgebildet ist, eine
    Drehzahl der wenigstens einen Pumpe (4) an eine Betriebsbedingung der
    wenigstens einen hydraulischen Antriebseinheit (2) anzupassen, wobei
    vorzugsweise:
    - die Förderleistung der wenigstens einen Pumpe (4) während einer Bewegung der wenigstens einen hydraulischen Antriebseinheit (2) erhöht wird, und/oder
    - die Förderleistung der wenigstens einen Pumpe (4) während eines Bewegungsstillstandes der wenigstens einen hydraulischen Antriebseinheit (2) gesenkt wird.
    Hydrauliksystem nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine hydraulische Antriebseinheit (2) durch wenigstens eine Hydraulikleitung (7) mit der wenigstens einen Pumpe (4)
    verbunden ist.
    Hydrauliksystem nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Hydraulikspeicher (5) an der die wenigstens eine Pumpe (4) mit der wenigstens einen hydraulischen Antriebseinheit (2) verbindenden wenigstens einen Hydraulikleitung (7) angebunden ist.
    Hydrauliksystem nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Pumpe (4) durch wenigstens einen Elektromotor (8), vorzugsweise einen Synchronmotor, angetrieben ist.
    Hydrauliksystem nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
    gekennzeichnet, dass
    - der wenigstens eine Hydraulikspeicher (5) wenigstens einen Blasenspeicher aufweist,
    - die wenigstens eine Antriebseinheit (2) einen Linearantrieb und/oder Rotationsantrieb einer Schließeinheit und/oder einer Einspritzeinheit der Formgebungsmaschine ausbildet,
    - die Steuer- oder Regeleinheit (6) durch eine zentrale Maschinensteuerung der Formgebungsmaschine ausgebildet ist, und/oder
    10. Formgebungsmaschine mit einem Hydrauliksystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
    11. Verfahren zum Betreiben eines Hydrauliksystems (1) für eine zyklisch arbeitende Formgebungsmaschine, vorzugsweise eines Hydrauliksystems (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Hydrauliksystem (1) folgendes aufweist:
    - wenigstens eine hydraulische Antriebseinheit (2), insbesondere eine KolbenZylinder-Einheit (3), zum zyklischen Antreiben einer Komponente der Formgebungsmaschine zu einem Startzeitpunkt,
    - wenigstens eine Pumpe (4), und
    - wenigstens einen Hydraulikspeicher (5), welcher zum Antreiben der wenigstens einen hydraulische Antriebseinheit (2) entladbar ist und durch Betreiben der wenigstens eine Pumpe (4) aufladbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Pumpe (4) kontinuierlich bis zu
    dem Startzeitpunkt der wenigstens einen hydraulischen Antriebseinheit (2)
    betreiben wird, um den wenigstens einen Hydraulikspeicher (5) bis zu dem
    Startzeitpunkt (14) der hydraulische Antriebseinheit (2) aufzuladen.
    12. Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programmes durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach Anspruch 11 auszuführen und/oder eine Steuer- oder Regeleinheit (6) eines Hydrauliksystems (1) gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10 zu
    konfigurieren.
    13. Computerlesbares Speichermedium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programmes durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach Anspruch 11 auszuführen und/oder eine Steuer- oder Regeleinheit (6) eines Hydrauliksystems (1) gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10 zu
    konfigurieren.
    Innsbruck, 10. Dezember 2020
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