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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Einspritzaggregats für einen Gießprozess gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Einspritzaggregat gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 13.
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Im Folgenden wird der Stand der Technik anhand eines Beispiels bei einem Spritzgießprozess beschrieben. Die Aussagen gelten aber auch allgemeiner in Bezug auf andere Gießprozesse.
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Bei einem gattungsgemäßen Verfahren wird
- - zur Füllung einer Formkavität eine Schmelze mittels eines Aktuators aus einem Schmelzegefäß verdrängt,
- - eine Regelung und/oder Steuerung einer Bewegung des Aktuators nach einem kinematischen Parameter durchgeführt und
- - eine Messgröße, welche für einen Druck der Schmelze charakteristisch ist, gemessen.
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Das Formfüllen beim Einspritzen erfolgt meist nach einer durch den Bediener vorgegebenen Einspritzgeschwindigkeit (als kinematische Größe). Abhängig von Material und Form stellt sich beim Formfüllen der Einspritzdruck ein. Neben der Einspritzgeschwindigkeit kann eine Einspritzdruckgrenze eingestellt werden. Dieser Grenzwert darf nicht überschritten werden, um das Werkzeug bzw. bei maximalem Wert den Bediener und die Maschine (Zylinder, Düse, Schnecke, Sperre usw.) zu schützen.
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In einer bekannten Variante wird der Geschwindigkeitsvorgabe bis zum Erreichen der Einspritzdruckgrenze gefolgt und dann die Druckregelung aktiviert, wodurch die Geschwindigkeit reduziert wird. Das führt aber bei hohen Geschwindigkeiten zu entsprechenden Überschwingen im Druck, speziell bei steilen Druckanstiegen wenn die Form bereits vollständig gefüllt ist oder z.B. die Verschlussdüse nicht öffnet. (Siehe 6.)
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Eine weitere Variante wäre einen PID Regler so zu parametrieren, dass er bei einem Druckanstieg frühzeitig, das heißt bereits vor dem Erreichen der Einspritzdruckgrenze, die Geschwindigkeit reduziert und so den Drucküberschwinger vermeidet. Diese Ausführung ist jedoch schwierig zu parametrieren und führt teilweise zu einer ungewollten frühzeitigen Abweichung der Einspritzgeschwindigkeit von der Vorgabe (und damit längeren Zykluszeiten).
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In der
EP 1 612 027 A1 wird der Druckanstieg während des Abbremsens abhängig von der aktuellen Druckänderung, der Geschwindigkeit und eines Koeffizienten anhand eines einfachen arithmetischen Ausdrucks vorausberechnet. Übersteigt dieser vorausberechnete Druck die Spritzdruckgrenze, wird das Abbremsen der Plastifizierschnecke eingeleitet, wobei dafür eine konstante Beschleunigung (in diesem Fall natürlich eine Verzögerung) vorgegeben ist.
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Durch diese konstante Beschleunigung wird potentiell Zykluszeit verschenkt, da eine konstante Verzögerung der Plastifizierschnecke natürlich nur für die wenigsten Kombinationen aus Werkzeug und Schmelze ideal sein wird.
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Weiterer relevanter Stand der Technik findet sich in den Druckschriften
DE 10 2004 051 109 A1 ,
DE 11 2011 101 683 T5 und
DE 101 43 473 A1 . Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren zum Betrieb eines Einspritzaggregats sowie ein Einspritzaggregat bereit zu stellen, welche eine verkürzte Einspritzzeit erlauben.
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Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Dies geschieht, indem eine Stellgröße für die Regelung und/oder Steuerung des kinematischen Parameters unter Berücksichtigung des zu einem jeweils zukünftigen Zeitpunkt in der Schmelze herrschenden Druckes vorgegeben und/oder korrigiert wird.
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Hinsichtlich des Einspritzaggregats wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 13 gelöst. Dies wird dadurch erreicht, dass die Regel- oder Steuereinheit dazu ausgebildet ist, eine Stellgröße für die Regelung und/oder Steuerung des kinematischen Parameters unter Berücksichtigung des zu einem jeweils zukünftigen Zeitpunkt in der Schmelze herrschenden Druckes vorzugeben und/oder zu korrigieren.
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Somit können die Informationen, welche aus der Messung der Messgröße zur Verfügung stehen, auch während der Phase der Regelung und/oder Steuerung nach einem kinematischen Parameter genutzt werden. Dadurch wird erzielt, dass die Verlängerung der Einspritzzeit, welche durch den Eingriff des Druckgrenzereglers in das vom Bediener vorgegebene Profil entsteht, minimiert wird, wobei gleichzeitig keine zu großen Drücke in der Schmelze entstehen.
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Bei der Messgröße, welche für einen Druck der Schmelze charakteristisch ist, kann es sich beispielsweise um eine Druckmessgröße handeln. Als Messgrößen können jegliche Messgrößen zum Einsatz kommen, welche das Druckverhalten der Schmelze beschreiben können. Beispielsweise können Messgrößen verwendet werden, die Aussagen über die vom Aktuator auf die Schmelze ausgeübte Kraft erlauben (da die Geometrie des Aktuators meist bekannt ist). Dies wären eine Druckmessung des Hydraulikfluids in einem Einspritzkolben oder, falls der Aktuator mittels eines elektrischen Antriebs bewegt wird, Ströme und Spannungen des elektrischen Antriebs. Natürlich können auch Schmelzedrucksensoren in der Formkavität oder in sonstigen Bereichen, welche die Schmelze erreicht, verwendet werden. Tatsächlich könnten auch Sensoren verwendet werden, die den Anstieg der Schließkraft in einer Schließeinheit, welche zum Schließen der Formkavität dient, als Antwort auf die durch den Druck der Schmelze verursachte Auftreibkraft gemessen werden.
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Die Erfindung kann vorzugsweise bei Einspritzaggregaten mit einem elektrischen Antrieb eingesetzt werden, wobei auch der Einsatz bei hydraulischen Antrieben möglich ist.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass eine Druckgrenze als Grenzwert für den Druck der Schmelze vorgegeben wird. Dies dient dem Schutz des Einspritzaggregats und des Werkzeugs, da zu hohe Drücke Beschädigungen verursachen können. Zu hohe Drücke können des Weiteren auch eine Degradation der Schmelze verursachen. Letztlich dient dies auch der Erhöhung der Sicherheit für die Bediener.
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In vielen Fällen muss die Geschwindigkeit nur relativ geringfügig reduziert werden, um den Einspritzdruck beim Formfüllen unterhalb der Druckgrenze zu halten. Bei Verfahren gemäß dem Stand der Technik ist aber auch in diesen Fällen eine relativ große Einbuße bei der Einspritzzeit hinzunehmen.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass die Vorgabe und/oder die Korrektur der Stellgröße durchgeführt wird, falls der vorausberechnete Druck der Schmelze größer als die Druckgrenze ist. Dieses Vorgehen ermöglicht eine weiter optimierte Zykluszeit, da die Druckgrenze so gut wie möglich ausgenutzt wird, ohne Überschwinger zu verursachen.
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Zur weiteren Verbesserung der Regelung und/oder Steuerung kann es vorgesehen sein, dass bei der Vorausberechnung des zu einem jeweils zukünftigen Zeitpunkt in der Schmelze herrschenden Drucks eine Viskosität und/oder eine Kompressibilität der Schmelze berücksichtigt werden.
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Eine besonders einfache Implementierung der gleichzeitigen Regelung und/oder Steuerung nach dem kinematischen Parameter und der Messgröße kann dadurch erreicht werden, dass die Korrektur der Stellgröße als Vorsteuerung für die Regelung und/oder Steuerung nach einem kinematischen Parameter durchgeführt wird.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Spritzdruckgrenze als konstantes, zeit- oder wegabhängiges Druckprofil vorgegeben wird.
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Als kinematische Parameter können beispielsweise eine Geschwindigkeit, eine Position und/oder eine Beschleunigung verwendet werden.
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Es kann außerdem vorgesehen sein, dass ein Hinweis an einen Bediener ausgegeben wird und/oder ein produziertes Bauteil als Ausschuss deklariert wird und/oder die Produktion gestoppt wird, falls eine Vorgabe und/oder eine Korrektur der Stellgröße unter Berücksichtigung des zu einem jeweils zukünftigen Zeitpunkt in der Schmelze herrschenden Druckes durchgeführt wird.
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Es kann bevorzugt vorgesehen sein, ein erfindungsgemäßes Einspritzaggregat so zu gestalten, dass die während der Regelung und/oder Steuerung nach dem kinematischen Parameter durchgeführte Vorgabe und/oder Korrektur der Stellgröße abschaltbar ist.
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Der Aktuator kann einen Einspritzkolben umfassen. Der Aktuator kann ebenfalls eine Plastifzierschnecke umfassen.
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Das Schmelzegefäß kann als Plastifzierzylinder ausgeführt sein.
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Schutz wird ebenfalls für eine Formgebungsmaschine mit einem erfindungsgemäßen Einspritzaggregat begehrt. Unter Formgebungsmaschinen können Spritzgießmaschinen, Spritzpressen sowie Pressen und dergleichen verstanden werden.
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Das Einspritzaggregat kann insbesondere zur Füllung einer Formkavität mit plastifziertem Kunststoff geeignet sein.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind aus den Figuren sowie der zugehörigen Figurenbeschreiben ersichtlich. Dabei zeigen:
- 1a und 1b ein Druckdiagramm und ein Geschwindigkeitsdiagramm bei zwei Beispielen von Einspritzvorgängen,
- 2 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 3 ein Diagramm zu Regelstrategie bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform,
- 4 ein Druckdiagramm und ein Geschwindigkeitsdiagramm mit weiteren Beispielen von Einspritzvorgängen,
- 5a und 5b zwei Diagramme zum Regelungskonzept für den Aktuator des Einspritzaggregats sowie
- 6 ein Druckdiagramm und ein Geschwindigkeitsdiagramm, wie es beim Stand der Technik auftreten kann.
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Beim Beispiel aus 1a erreicht der vorausberechnete Spritzdruck SD die eingestellte Druckgrenze DG, während der gemessene Druck (also die Messgröße) noch deutlich darunter liegt. Sobald der vorausberechnete Spritzdruck, aber noch bevor die Messgröße die Druckgrenze DG erreicht (der Zeitpunkt ist durch eine vertikale Linie dargestellt), wird vom eingestellten Geschwindigkeitsprofil GP abgewichen und die Stellgröße SG für die Geschwindigkeit druckgeregelt auf null reduziert. Dadurch wird ein Überschwingen des Druckes in der Schmelze vermieden.
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Das Konzept der Druckgrenzeregelung (im folgenden kurz „Druckregelung“) dient zur Beschränkung des maximalen Drucks und wird häufig bei Einspritzaggregaten mit elektrischen Antrieben eingesetzt. Um bei der hohen Systemsteifigkeit und den hohen Einspritzgeschwindigkeiten die Druckbegrenzungsfunktion zu erfüllen, ist eine vorzeitige Reduktion der Geschwindigkeit nötig.
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In der 1b wird der eingestellte Maximaldruck (Druckgrenze DG) bei reduzierter Geschwindigkeit erreicht. Die Geschwindigkeit wird auf den Wert reduziert, der für die eingestellte Druckgrenze DG benötigt wird. Nach dem Erreichen der Druckgrenze DG (auch „Spritzdruckgrenze“) wird die Geschwindigkeit durch die Regelung langsam weiter reduziert um den Einspritzdruck zu halten. Eine Reduktion der Geschwindigkeit bis zum Stillstand würde in diesem Fall dazu führen, dass die Form nicht vollständig gefüllt werden kann. Durch das Konzept der Druckregelung wird hier eine höhere Geschwindigkeit erreicht und die Einspritzzeit verkürzt.
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Diese Situationen können durch einen erfindungsgemäßen Betrieb erzeugt werden. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wird zunächst mittels eines Modells, welches die Viskosität/Kompressibilität der Schmelze und die Elastizität des Einspritzaggregates (bzw. dessen Antriebsstrang) berücksichtigt, vorausberechnet, wie hoch der Druck bei Einhaltung des vorgegebenen Geschwindigkeitsprofils
GP steigen würde. (Modelle, welche die Viskosität/Kompressibilität der Schmelze berücksichtigen, sind beispielsweise in der
EP 0 478 788 A1 oder der
US 2013/0032961 A1 offengelegt.)
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Im Maschinenmodell können die Reibung und Steifigkeit des Antriebsstranges mittels Bewegungsgleichungen beschrieben werden. Damit können die dynamischen Grenzwerte der Bewegung der Maschine im Betrieb berücksichtigt werden. Übersteigt dieser Vorhersagewert für den Druck der Schmelze die Druckgrenze DG, greift der Druckregler in die Steuerung des Aktuators ein.
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In dem Ablaufdiagramm in 2 ist der übrige Ablauf des Einspritzens bis zum Erreichen des Umschaltpunktes dargestellt. Nach dem Start der Einspritzbewegung erfolgt aufgrund der vorgegebenen und gemessenen Geschwindigkeit die Regelung der Einspritzgeschwindigkeit. Kommt es zu keinem Eingriff des Druckreglers wird die Geschwindigkeitsregelung bis zum Umschaltpunkt fortgeführt.
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Greift der Druckregler in den Einspritzprozess bis zum Umschaltpunkt ein, so wird eine Hinweismeldung am Steuerungsbildschirm dargestellt. Entsprechend der Einstellung durch den Bediener können damit auch weitere Aktionen verknüpft werden.
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Die Druckregelung während des Eingriffs des Druckreglers ist in diesem Ausführungsbeispiel mit einer Vorsteuerung des Aktuators ausgeführt. Für Details diesbezüglich sei auf die 5a und 5b verwiesen.
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Nach dem Eingriff wird die Druckregelung basierend auf dem vorgegebenen Druckprofil DG und der gemessenen Messgröße (Einspritzdruck) durchgeführt.
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Dabei werden die Prozessgrößen beim Eingriff (Druck, Geschwindigkeit und Position) für die spätere Optimierung gespeichert. Bevorzugt können auch nur einzelne Werte bei speziellen Kriterien für die folgende Berechnung ermittelt werden. Nach dem Umschalten auf Nachdruck wird die Adaption der Regelparameter basierend auf den gemessenen Größen durchgeführt. Die adaptierten Parameter werden für den nächsten Zyklus verwendet.
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Optimierung
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Wie bereits erwähnt, findet in einer bevorzugten Ausführungsform ein Modell für den Antrieb und den Einspritzprozess Verwendung. Mit dem Modell können die Druckanstiege genauer vorausberechnet werden und der ideale Eingriffszeitpunkt des Druckreglers - das heißt möglichst spät aber ohne Überschreitung der Druckgrenze - bestimmt werden. Die Modelle der Maschine und des Antriebes sind meist hinreichend gut bekannt, durch die Abhängigkeit von Werkzeug und Material ist jedoch das Prozessmodell vorab nicht exakt bekannt.
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In der Steuerung ist ein Modell für den Antrieb und den Prozess enthalten. Mit diesem können einerseits material- oder werkzeugspezifische Größen berechnet, sowie eine Vorausberechnung des Druckanstiegs während des Abbremsens auf die benötige Einspritzgeschwindigkeit durchgeführt werden. Dadurch kann der Zeitpunkt für das Aktivieren des Druckreglers bestimmt werden, wobei die Modellinformationen auch für die Druckregelung verwendet werden können.
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Das Modell für den Prozess ist im ersten Schritt mit nominellen Parametern parametriert. Diese nominellen Parameter erzielen eine sichere Funktion für sämtliche Werkzeuge und Materialeigenschaften, die Druckregelung wird rechtzeitig aktiviert, die Geschwindigkeit reduziert und ein Drucküberschwingen kann vermieden werden. Aufgrund der robusten Parametrierung erfolgt der Eingriff aber in der Regel zu früh (die Geschwindigkeit hätte zu dem Zeitpunkt noch nicht reduziert werden müssen). Wird erkannt, dass der Eingriff zu früh erfolgt, werden aufgrund der Messdaten von Druck, Position und Geschwindigkeit die Modellparameter für die folgenden Einspritzbewegungen nach einer Berechnungsvorschrift adaptiert.
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Bei einer möglichen Ausführungsvariante wird dabei eine Abweichung des vorausberechneten Einspritzdruckes mit dem gemessen Einspritzdruck bestimmt. Abhängig von der Abweichung werden ein oder mehrere Parameter des Modells angepasst, damit die Vorausberechnung besser mit der Messung übereinstimmt. Beispielhaft kann die Parameteradaption folgendermaßen erfolgen:
also zum Beispiel
wobei P
k, P
k+1 die aktuellen und adaptierten Modellparameter darstellen, f eine mathematische Funktion, p
M, p
Act der mit dem Modell berechnete und der gemessene Druck, v
Act die gemessene Geschwindigkeit und c ein Koeffizient zur Bewertung der Abweichung sind.
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Diese Optimierung wird in den folgenden Zyklen bei Bedarf wiederholt.
Da sich durch diese Optimierung das Verhalten der Maschine ändert und somit auch der Einspritzprozess verändert, kann der Bediener diese Optimierung steuern.
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Es kann vorgesehen sein, dass die geschätzten Modell- oder Regelgrößen für eine Prozess- oder Maschinenüberwachung verwendet werden.
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Eine Ausführungsform:
- Während des Zyklus wird ein vorrausberechneter Druck mit dem gemessenen Druck verglichen. Die Abweichung kann als mit einem Faktor mulitplizierten Modifikator für die Modellparamter eingesetzt werden (oder Modellinvertierung).
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Aktivierung der Optimierung
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Der Bediener hat die Möglichkeit die Optimierung zu starten, anzuhalten und rückzusetzen:
- • Der Bediener hat die Möglichkeit die Optimierung der Parameter für das im Regler hinterlegte Systemmodell bei Bedarf zu aktivieren. In diesem Fall werden die Modellparameter zyklisch, basierend auf den Messwerten des aktuellen Einspritzvorgangs, für den Folgezyklus adaptiert. Der Optimierungsvorgang geschieht ohne Interaktion mit dem Bediener.
- • Deaktiviert der Bediener die Optimierung hat er die Möglichkeit das Ergebnis mit dem Teiledatensatz zu verknüpfen (= Anhalten der Optimierung) oder zu verwerfen (= Zurücksetzen).
- • Wird der Teiledatensatz gespeichert während die Optimierung aktiv ist, hat der Bediener die Möglichkeit zu entscheiden ob der aktuelle Stand der Optimierung mit gesichert wird oder nicht.
- • Lädt der Bediener einen Teiledatensatz der ein Optimierungsergebnis enthält hat er die Möglichkeit dieses für die folgenden Produktionszyklen zu verwenden. Nutzt er diese Möglichkeit, so wird die Optimierung aktiviert und startet mit dem gesicherten Ergebnis. Auch in diesem Fall mit automatischer Aktivierung der Optimierung hat der Bediener beim manuellen Beenden der Optimierung die Wahl das Optimierungsergebnis mit den Teiledaten zu verknüpfen oder zu verwerfen.
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Weitere Varianten für Start und Dauer der Optimierung
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- • Die Optimierung läuft ständig mit und prüft die Kriterien für ein Anpassen der Parameter intern (keine Aktivierung durch den Bediener nötig). Sofern kein Eingriff erfolgt, passiert keine Anpassung. Bei einem Eingriff wird geprüft ob durch eine Parameteranpassung das Verhalten verbessert werden kann. Ist das positiv, werden die Parameter gespeichert und für den nächsten Schuss verwendet.
- • Die Optimierung erfolgt nur einmalig nach manuellem Auslösen der Optimierung nach einem Eingriff. Der Bediener bestimmt selbst, ob eine Änderung des Reglerverhaltens zulässig ist. Nach der Optimierung werden die Parameter gespeichert und für den nächsten Schuss verwendet.
- • Die Optimierung läuft für eine bestimmte Anzahl von Zyklen. Innerhalb der Zyklen können die Parameter mehrmals angepasst werden. Weiters kann die Anpassung über mehrere Schüsse gemittelt werden. Nach der Optimierung werden die Parameter gespeichert und für die folgenden Formgebungszyklen verwendet.
- • Die Optimierung läuft bis ein Optimierungskriterium oder eine max. Anzahl von Zyklen erreicht ist. Nach der Optimierung werden die Parameter gespeichert und für die folgenden Schüsse verwendet.
- • Die Optimierung läuft nach der Aktivierung ständig, bis sie der Bediener wieder deaktiviert.
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Die optimierten Parameter werden als Teile Daten gespeichert. Somit kann der Prozess mit den ermittelten Parametern reproduzierbar wiederholt werden um so hohe Produktkonstanz erzielt werden.
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In 3 ist dargestellt, wie sich das erfindungsgemäße Verfahren in den gesamten Formgebungszyklus einbettet, bzw. welche Zustände der Druckregler (auch: Druckgrenzeregler) annehmen kann. Zunächst erfolgt die Regelung des Aktuators nach einem kinematischen Parameter und ohne Eingriff des Druckreglers (Überwachen, 1), d.h. ohne dass das Sollprofil für die Geschwindigkeit des Aktuators verändert wird.
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Folgende Schritte werden im Zustand „Überwachen“ in jedem Abtastschritt durchgeführt:
- • Aus dem gemessenen Druckanstieg und dem Modell des Kompressionsverhaltens wird der benötigte Geschwindigkeitsverlauf bestimmt und der Verlauf des Einspritzdruckes vorausberechnet.
- • Es wird überprüft, ob der vorausberechnete Druck die Druckgrenze übersteigt.
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Wird die Druckgrenze nicht erreicht, wird die vorgegebene Profilgeschwindigkeit nicht verändert (kein Eingriff). Der Druckregler verbleibt also im Zustand „Überwachen“.
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Sobald die Druckgrenze DG durch den vorausberechneten Druck der Schmelze erreicht wird, greift der Druckregler ein (Abbremsen, 2) und reduziert die Geschwindigkeit mit Hilfe der Vorsteuerung und des Folgereglers. (Für die Details wird abermals auf die 5a und 5b verwiesen.) Sobald der Druckanstieg beendet ist, regelt die Folgeregelung den Druck entsprechend der vorgegebenen Druckgrenze (Druckregelung, 3). Sobald der Umschaltpunkt erreicht ist, wird ein vorgegebenes Nachdruckprofil vom Druckregler (ohne Regelung eines kinematischen Parameters) abgefahren.
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Während des Eingriffs des Druckreglers wird die Geschwindigkeit durch eine Vorsteuerung reduziert. Zusätzlich wird ein Folgeregler aktiv. Ist der Druckanstieg geringer als der vorausberechnete, wird die Verzögerung durch die Vorsteuerung reduziert. Falls der Druck nicht weiter ansteigt, wird die Geschwindigkeit durch die Vorsteuerung nicht weiter reduziert.
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Nach Beendigung der Vorsteuerung wird mithilfe des Folgereglers der Druck auf der Druckgrenze gehalten. Liegt der aktuelle Druck unter der Druckgrenze, erhöht der Folgeregler so lange die Geschwindigkeit bis die aktuell gültige Profilgeschwindigkeit erreicht ist.
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Der Eingriff ist beendet, wenn der Druck unter einen bestimmten Wert gesunken ist und die Profilgeschwindigkeit wieder erreicht ist. Somit verhält sich der Druckregler wieder wie vor dem Eingriff.
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Die Wirkung eines erfindungsgemäßen Druckgrenzereglers ist in 4 verdeutlicht, wobei im ersten Diagramm der Druck in der Schmelze und im zweiten Diagramm die Einspritzgeschwindigkeit jeweils gegen die Zeit aufgetragen dargestellt ist. Die Diagramme enthalten mehrere Beispiele für unterschiedliche Aktivierungszeitpunkte.
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In Beispiel I wurde die Geschwindigkeit des Aktuators zu früh reduziert, wodurch die Druckgrenze DG nicht erreicht wird. Es ist Aufgabe der Regelung, die Geschwindigkeit zu erhöhen, sodass die Druckgrenze erreicht wird.
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In Beispiel III wird der Aktuator zu spät abgebremst. Der (in den 5a und 5b beschriebene) Druckregler wird in diesem Fall eingreifen, da der vorausberechnete Schmelzedruck die Druckgrenze DG übersteigt.
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Beispiel II stellt die Idealsituation dar, wobei die Druckgrenze DG erst am Ende des Abbremsvorgangs an die Druckgrenze DG - ohne Überschwinger - heran reicht.
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Die Aufgabe des Druckreglers besteht darin, Situation III zu vermeiden und den Aktuator so zu beeinflussen, dass sich Situation II einstellt. Ein Beispiel für einen solchen Druckregler ist in 5a und 5b gegeben.
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Die Struktur der Geschwindigkeitsregelung ist in dargestellt. Im Profilgenerator wird die eingestellte Sollgeschwindigkeit in Abhängigkeit der aktuellen Schneckenposition (x_akt) berechnet. Wenn kein Eingriff des Druckgrenzereglers nötig ist, entspricht die Profilgeschwindigkeit (v_Prof) der Sollgeschwindigkeit (v_soll) des Antriebs. Im Druckgrenzeregler werden der aktuelle Druck (p_akt), die aktuelle Einspritzgeschwindigkeit (v_akt) und die aktuelle Schneckenposition (x_akt) als Messgrößen zur Beschränkung des Einspritzdrucks (p_Limit) verwendet.
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gibt einen Überblick über die parametrierbaren Komponenten dieses Beispiels für einen Druckgrenzereglers und deren Wirkungsbereich. Es folgt eine kurze Beschreibung der einzelnen Komponenten.
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Istwertfilter:
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Das Istwertfilter kann als Bandsperre und/oder als Tiefpassfilter ausgeführt sein. Die Bandsperre ist ein spezielles Filter, das es ermöglicht eine bestimmte (Stör-) Frequenz nahezu vollständig zu unterdrücken. In diesem Regelkreis bietet die Bandsperre die Möglichkeit, Druckschwingungen mit bekannter und annähernd konstanter Frequenz zu unterdrücken.
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Ein Tiefpassfilter unterdrückt alle Signalanteile mit Frequenzen, die über der eingestellten Grenzfrequenz liegen. Das Signal wird geglättet indem hochfrequente Anteile herausgefiltert werden.
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Modell:
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Im Modell findet die Vorausberechnung des Druckes basierend auf den Modellparametern und Messwerten statt. Darin werden der Eingreifzeitpunkt und auch die Eingangssignale für die Vorsteuerung und den Folgeregler bestimmt.
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Vorsteuerung:
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Zusammengefasst bietet eine Vorsteuerung die Möglichkeit den Eingang des zu regelnden Systems so vorzugeben, dass dessen Ausgang unter idealen Bedingungen einem gewünschten Verlauf folgt. Dadurch ist das Systemverhalten im Vorhinein bekannt und es ist möglich, die volle Dynamik des Systems zu nutzen.
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Erreicht der vorausberechnete Druck die Druckgrenze, wird die Geschwindigkeit so reduziert, dass der Druck bis zur Druckgrenze wie vorausberechnet ansteigt. Bei der Berechnung des Drucks werden die Modellparameter und die aktuellen Messwerte berücksichtigt. Steigt der Druck langsamer als erwartet, wird die Verzögerung entsprechend reduziert um nicht mehr als unbedingt nötig vom vorgegebenen Geschwindigkeitsprofil abzuweichen. Falls der Druck vor Erreichen der Druckgrenze konstant bleibt, wird auch die von der Vorsteuerung ausgegebene Sollgeschwindigkeit (v_Vorst) konstant gehalten.
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Folgeregler:
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Im Druckgrenzeregler wird der Folgeregler verwendet, um Abweichungen zwischen der eingestellten Druckgrenze und dem gemessenen Druck auszuregeln. Die Summe aus dem Ausgang der Vorsteuerung und dem Ausgang des Folgereglers wird als neue Sollgeschwindigkeit für das System verwendet. Wird die Druckgrenze nicht erreicht, wird die Geschwindigkeit wieder so lange erhöht, bis entweder die Druckgrenze oder die eingestellte Profilgeschwindigkeit erreicht ist.
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Bediener Schnittstelle
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann dazu führen, dass ein vom Bediener eingegebenes Geschwindigkeitsprofil für den Aktuator vom Druckregler situationsbedingt verändert wird. Um das Verhalten der Maschine transparenter zu machen, wird im ersten Schritt der Bediener über den Eingriff der Druckregelung beim Einspritzen mit einer Hinweismeldung informiert und auf mögliche Abhilfen hingewiesen.
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Weiters besteht in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Möglichkeit neben einer Hinweismeldung noch weitere Aktionen auszuwählen. Material- und Prozessschwankungen können eine Veränderung des Betriebspunktes bewirken, was zu einem Eingriff des Druckreglers führen kann.
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Erfordert der Prozess einen zyklischen Eingriff des Reglers oder wird trotz Eingriffs die geforderte Produktqualität erzielt, kann die Hinweismeldung auch deaktiviert werden.
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Die Aktion bei Eingriff Einspritzdruckregler kann durch eine Drop-Down-Auswahl festgelegt werden:
- o Keine
- o Hinweismeldung (default)
- o Deklarierung des produzierten Teils als Ausschuss (und Hinweismeldung)
- o Produktionsstopp (und Hinweismeldung und Ausschussdeklarierung)
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Durch die Hinweismeldung wird der Bediener über den Eingriff des Druckreglers, welche die vorgegebene Einspritzgeschwindigkeit reduziert informiert und über die Hilfe auf mögliche Behebungen hingewiesen. Durch die Angabe der Position bzw. des Einspritzvolumens kann der Bediener beispielsweise gezielt die Geschwindigkeit in bestimmten Bereichen anpassen.
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Eine entsprechende Hinweismeldung könnte beispielsweise folgendes beinhalten:
- - Eingriff Einspritzdruckregler reduziert Geschwindigkeit (eventuell unter Angabe der Geschwindigkeit des Aktuators, bei der eigegriffen wurde);
- - Auswirkung: Der Einspritzdruckregler reduziert die Spritzgeschwindigkeit, die eingestellte Spritzgeschwindigkeit kann dadurch nicht erreicht werden.
- - Möglichkeiten zur Behebung:
- o Überprüfen von Kavitäten und Temperatureinstellungen
- o Spritzdruckgrenze erhöhen
- o Eingestellte Einspritzgeschwindigkeit (im Bereich des Reglereingriffs) reduzieren
- o Aktivierung der Optimierung der Spritzdruckbegrenzung für den Prozess
- o Deaktivierung der Hinweismeldung
