DE19619860B4

DE19619860B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Regulieren der Bewegung eines Antriebskolbens

Info

Publication number: DE19619860B4
Application number: DE1996119860
Authority: DE
Inventors: Stefan Taeschler
Original assignee: Buehler AG
Current assignee: Buehler AG
Priority date: 1995-06-13
Filing date: 1996-05-17
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2016-05-18
Also published as: DE19619860A1; CH691170A5

Abstract

Verfahren zum Regulieren der Bewegung eines Antriebskolbens (9) für das Einspritzorgan (6) einer Spritz- oder Druckgiessmaschine, dem mittels des von einem zu- bzw. abgeführten Hydraulikfluid bewegten Antriebskolbens (9) eine Hubbewegung mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten aufgeprägt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während der Bewegung mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten wie auch während der Nachdruckphase ein ständiger Minimalfluss des Hydraulikfluides aufrechterhalten und die diesen ständigen Minimalfluss sowie einen zu Regelzwecken zusätzlich zugeführten Strom umfassende Gesamtmenge an Hydraulikfluid zum Regulieren der Bewegung verändert wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie auf eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 3.
Wenn in diesem Zusammenhange vom "Regulieren" die Rede ist, so soll damit ausgedrückt werden, dass es bei der Erfindung nicht darauf ankommt, ob es sich nun um eine Steuerung oder eine Regelung im engeren Sinne dieser Begriffe handelt, vielmehr beides umfasst wird. Da sich die Erfindung auch in erster Linie mit dem Antriebskolben befasst, ist es auch nicht erheblich, ob es sich nun um den von Hydraulikfluid beaufschlagten Antriebskolben einer Spritz- oder einer Druckgiessmaschine handelt. Denn in jedem Falle geht es darum, einen sog. "Schuss" mit einem vorbestimmten, gewünschten Weg-, Druck bzw. Geschwindigkeitsprofil durchzuführen.

Verfahren und Vorrichtungen dieser Art sind in zahlreichen Ausführungsformen vorgeschlagen worden, um nur ein Beispiel zu nennen, sei auf die US-A-4,610,831 verwiesen. Allen bekannten Lösungen ist gemeinsam, dass dem Antriebszylinder gerade so viel Hydraulikfluid zugeführt wird, als man zur Durchführung der Bewegung benötigt.

Aus der DE 35 01 846 C2 ist ein Verfahren zum Regeln des Spritzgiessvorganges einer Spritzgiessmaschine bekannt, bei dem nach dem Umschalten von dem Füllschritt zum Druckhalteschritt der Druck in der Spritzgiessform durch Verändern der Nachfüllgeschwindigkeit aufrecht erhalten wird. Mit dem Umschalten wird der Spritzkolben abgebremst und bei Erreichen des zweiten Druckwertes zum Stillstand gebracht bis der Anguss erstarrt ist.

Auch bei einer Plastspritzgiesseinrichtung gemäss der US-PS 4 411 609 wird von einem Einspritzdruck auf einen Haltedruck umgeschaltet, wenn der Druck im Formhohlraum einen vorgegebenen Einspritzdruck erreicht. Der Ist-Druck wird mit einem Drucksensor ermittelt.

Eine ähnliche Verfahrensweise ist in der EP 0 074 320 A1 offenbart.

Nun sind derlei Antriebe in den letzten Jahren einem starken Aufschwung mit Verbesserungen hinsichtlich Genauigkeit und Ansprechgeschwindigkeit unterworfen gewesen. Letztlich ergeben sich dabei immer Grenzen der Entwicklungsmöglichkeit, die auf Eigenschaften des jeweiligen Systems, wie Trägheit und Genauigkeit desselben, zurückzuführen sind.

Die Anmelderin hat intensive Untersuchungen bezüglich der diese Grenzen bestimmenden Faktoren unternommen und dabei gefunden, dass den bekannten Antriebssystemen u.a. eine gewisse Hysterese in ihrem Ansprechverhalten zugrunde liegt, eine Erscheinung, die der angestrebten Schnelligkeit und Genauigkeit des Ansprechverhaltens durchaus entgegensteht.

Deshalb liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Ansprechverhalten eines Antriebes für den Einspritzvorgang bei Spritz- und Druckgiessmaschinen zu verbessern und insbesondere eine Hysterese möglichst auszuschalten. Dies gelingt in überraschender Weise durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 bzw. 3.

Überraschend ist diese Lösung deshalb, weil sie einerseits extrem einfach zu verwirklichen ist, und anderseits, weil ein Fachmann bisher wohl davon ausgehen konnte, dass ein derartiger steter Durchfluss von Hydraulikfluid ausser einem zusätzlichen Energieaufwand nichts bringt. In der Tat hat sich aber in Versuchen gezeigt, dass durch eine solch einfache Massnahme die Hysterese beim Ansprechen des Systems weitgehend bis vollständig ausgeschaltet und somit die Schnelligkeit und Genauigkeit des Ansprechverhaltens erhöht werden kann.

Dabei ist es im Rahmen der Erfindung durchaus möglich, dass sowohl der ständige Minimalfluss des Hydraulikfluides als auch der zu Regelzwecken zusätzlich zugeführte Strom einer Steuerung und/oder Regelung unterworfen werden. Da es sich aber beim ersteren um einen "minimalfluss", d.h. also um eine im Vergleich dem den Regelzwecken dienenden Strom sehr geringe Durchflussmenge handelt, versteht es sich, dass die Veränderung des Minimalflusses im allgemeinen nur wenig Wirkung bringen wird, weshalb das Vorgehen gemäss Anspruch 2 bevorzugt wird. Hier sei erwähnt, dass dies nicht in allen Fällen so sein muss, es vielmehr gegebenenfalls erwünscht sein kann, den Minimalfluss z.B. periodisch zu verändern, um der normalen Bewegung eine leichte Zitterbewegung zu überlagern, um so reibungsbedingte Besonderheiten des Ansprechverhaltens auszuschalten, und oder die Wege, die dieser Minimalfluss nimmt, einer Art von Selbstreinigungseffekt zu unterziehen.

Die Erfindung wird am besten durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 3 verwirklicht. Entsprechend den obigen Erläuterungen ist aber eine Ausbildung nach Anspruch 4 bevorzugt, nicht zuletzt auch deshalb, weil sich dadurch auch der konstruktive Aufwand vereinfacht.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der nachfolgenden Beschreibung von an Hand der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen veranschaulicht. Es zeigen:
1 zeigt ein erfindungsgemäss ausgebildetes Hydraulikschema für eine Druckgiessmaschine, wogegen die
2 bis 4 Ausführungsvarianten veranschaulichen.
Gemäss 1 ist eine aus einer feststehenden Formhälfte 1 und einer beweglichen Formhälfte 2 gebildete Druckgussform einer im einzelnen nicht gezeigten Druckgiessmaschine dargestellt, die miteinander einen Formhohlraum 3 begrenzen. An der feststehenden Formhälfte 1 ist eine Giessbüchse 4 befestigt, in die in bekannter Weise Metall über eine Einfüllöffnung 5 einfüllbar und mittels eines Einspritzorganes in Form eines Giesskolbens 6 in den Formhohlraum 3 einschiessbar ist.
Wenn hier von einem Giesskolben als Einspritzorgan die Rede ist, so versteht sich für den Fachmann der einschlägigen Technik, dass als Einspritzorgan für Spritzgiessmaschinen im allgemeinen der Länge nach bewegbare und drehbare Schnecken in Frage kommen, obwohl auch auf diesem Gebiete die Verwendung von Kolben an sich bekannt ist.
Der Giesskolben 6 ist mit einer Kolbenstange 7 verbunden, die über eine Kupplung 8 mit der Kolbenstange eines Antriebskolbens 9 in einem Antriebszylinder 10 verbunden ist. Die Ansteuerung für diesen Antriebskolben ist in 1 lediglich vereinfacht dargestellt, soweit dies für das Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlich ist.
Danach erfolgt die Bewegung des Antriebskolbens 9 (bezogen auf 1) nach links durch Zufuhr von Hydraukikflüssigkeit über eine erste Leitung bzw. Einlassöffnung 11 für den Zylinder 10, wogegen die Bewegung des Antriebskolbens 9 (und damit auch des Einspritzorganes 6) nach rechts durch Zufuhr von Hydraulikflüssigkeit über eine zweite Leitung bzw. Öffnung 12 am gegenüberliegenden Ende des Antriebszylinders 10 erfolgt. Die Steuerung der Leitung 12 geschieht in herkömmlicher, an sich bekannter Weise, d.h. im wesentlichen über ein Steuerventil 13, das synchron mit den die Leitung 11 steuernden Ventilen derart geschaltet wird, dass die Leitung 12 entweder (wie dargestellt) mit einer Zufuhrleitung 14 und über ein Rückschlagventil 15 mit einer Pumpe 16 verbunden ist, die Hydraulikflüssigkeit aus einem Vorratstank 17 bezieht; oder die Leitung 12 wird mit einer Abflussleitung 18 verbunden, die , die bei der Bewegung des Antriebskolbens nach links (gesehen in 1) die an der linken Seite des Antriebszylinders 10 befindliche Hydraulikflüssigkeit über ein Drosselventil 19 abströmen lässt.
Die Bewegung des Antriebskolbens 9 nach rechts wird in an sich bekannter Weise von einem Proportionalventil 20 gesteuert, das drei Stellungen, nämlich für eine Linksbewegung, eine Rechtsbewegung und für Stillstand, aufweist. Dabei wird über das Proportionalventil 20 ein bestimmtes Weg- und/oder Geschwindigkeitsprofil aufgeprägt, wie dies in der einschlägigen Technik bekannt ist. Die Zufuhr von Hydraulikflüssigkeit erfolgt dabei von einer Druckspeichereinheit 21 aus, die von einer weiteren Pumpe 22 Hydraulikflüssigkeit aus dem Tank 17 über eine Leitung 23 und ein Rückschlagventil 24 erhält, wobei ein Schaltventil 25 für eine entsprechende Schaltung der Zufuhr zur Druckspeichereinheit 21 ebenso sorgt. wie zum Proportionalventil 20. Dieses letztere verbindet im Falle einer Bewegung des Antriebskolbens 9 nach rechts die Leitung 11 mit einer Abflussleitung 26, die zum Tank 17 führt.
Wegen des dichten Abschlusses der einzelnen Kammern und Durchlässe des Ventiles 20 zwischen Ventilkörper und den Ventilgehäuse ist beim Abschliessen eines der Wege für die Hydraulik ventiles innerhalb des Proportionalventiles eine gewisse Überdeckung erforderlich, um den jeweils anderen Weg abzuschliessen. Dies aber bringt aber notwendigerweise eine gewisse Hysterese im Steuerverhalten der Ventile mit sich, die letztlich zu einer Ansprechverzögerung und damit zu einer Verlangsamung des Steuerverhaltens führt. Gerade aber bei modernen Maschinen ist eine möglichst rasche Reaktion auf die jeweilige Situation erwünscht. Bisher hat man sich mit der sich zwangsweise ergebenden Hysterese einfach abgefunden, jedenfalls ist der Anmelderin nicht einmal ein Ansatz zur Lösung dieses Problems bekannt, und sei es auch nur in der Erkenntnis, dass hier ein die Regelzeitkonstante beeinflussender Faktor vorliegt.
Es wurde nun ein Weg gefunden, wie nicht nur das Hystereseproblem gelöst werden kann, sondern sich auch weitere Vorteile auf einfache Weise ergeben. Zu diesem Zweck ist eine Leitung 27 vorgesehen, die während der Bewegung des Antriebskolbens 9 innerhalb des Antriebszylinders 10 mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten ein ständiger Minimalfluss des Hydraulikfluides aufrechterhält. Damit ist es zum einen nicht erforderlich, alle Steuerkanten des Proportionalventiles 20 genau so zu gestalten, dass eine gewisse Überdeckung der Kanten des Ventilkörpers und des Gehäuses bei allen Kanten gegeben ist, weil eben ein gewisser "Leckstrom" zugelassen wird. Damit wird aber eine Hysterese weitgehend ausgeschaltet und das Ansprechverhalten des Ventils 20 verbessert.
Aber nicht nur die Aufgabe der Erfindung, nämlich ein rascheres Ansprechen des Ventiles wird gelöst; dazu kommt, dass so wenigstens eine der Steuerkanten des Ventiles 20 weniger genau bearbeitet werden muss, so dass sich auch ein kostengünstigeres Ventil 20 ergibt. Überdies wurde in der Literatur verschiedentlich auf die Kompressibilität der Hydraulikflüssigkeit hingewiesen (vgl. EP-A-0 097 275), die gewiss mindestens zum Teil auf Gaseinschlüsse und deren Verhalten beim plötzlichen Schalten der Ventile zurückzuführen ist. Da aber erfindungsgemäss gar kein völliges Abschliessen des Durchflusses der Hydraulikflüssigkeit durchgeführt wird, mildert sich auch dieses Problem.
Wie ersichtlich, weist die Leitung 27 eine Drosselöffnung 28 auf. Deren Anordnung ist an sich unerheblich, d.h. sie kann (wie dargestellt) innerhalb des Verlaufes der Leitung 27 oder an deren Anfang oder Ende, z.B. auch unmittelbar am Zylinder 10 vorgesehen sein. An sich genügt es, wenn diese Öffnung einen unveränderlichen Durchflussquerschnitt besitzt, zumal ja auch eine Veränderung desselben wegen der geringen Durchflussmengen für die Steuerung des Kolbens 9 kaum von Bedeutung. Insofern vereinfacht sich die Steuerung, wenn nur der zu Regelzwecken über das Ventil 20 (zusätzlich zum Durchfluss über die Leitung 27) zugeführte Strom verändert wird.
Wenn hier von "geringen Durchflussmengen" die Rede ist, so soll erwähnt werden, dass an sich der Anteil dieses Durchflusses nicht sehr kritisch ist, dass er aber aus Gründen des Wirkungsgrades möglichst gering gehalten wird. In der Praxis kommt es dabei darauf an, ob der Durchfluss oder sein Verhältnis zum Regelstrom über das Ventil 20 während der Bewegung des Kolbens 9 oder in seinem faktischen Stillstand während der Nachdruckphase gemessen wird. Während der Bewegung des Kolbens 9 wird sich je nach Geschwindigkeit ein Verhältnis des Stromes durch die Leitung 27 zum Strom über das Ventil 20 in der Grössenordnung von 1 : 40-90 ergeben. Dieses Verhältnis steigt aber während der Nachdruckphase infolge der verringerten benötigten Durchflussmengen über das Ventil 20 und wegen des erhöhten Druckes auf 1 : 0,5 bis 1,5.
Eine Möglichkeit der Beeinflussung des Öffnungsquerschnittes der Drosselöffnung 28 könnte darin liegen, der normalen Steuerung oder Regelung (die hiefür nötigen Sensoren sind an sich bekannt und deshalb hier nicht näher erläutert) eine leichte Zitterbewegung durch periodisches Öffnen und Schliessen der Drosselöffnung zu überlagern. Dies erfordert nur einen geringen Aufwand, kann aber dazu führen, dass bei Stillstand des Kolbens 9 nicht die (höhere) ruhende Reibung gegenüber der Wandung des Zylinders 10 wirksam wird, sondern die (kleinere) dynamische Reibung, was ebenfalls zur Beschleunigung des Ansprechverhaltens der Regelung bzw. Steuerung beitragen kann.
Überdies kann dies auch auf die Einbringung des Formmaterials (im Druckguss: flüssiges Metall; im Spritzguss: geschmolzener Kunststoff) in den Formhohlraum 3 im Sinne einer grösseren Verdichtung einen Einfluss haben.
Wenn auch die Erfindung an Hand der 1 unter Bezugnahme auf ein besonderes Ausführungsbeispiel geschildert wurde, so sei nun an Hand der 2 bis 4 gezeigt, dass es dazu im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abwandlungen gibt. So zeigt 2 eine Ausführung, bei der das Proportionalventil 20 im Nebenschluss zum Zylinder 10 vorgesehen ist. Auf diese Weise ist das Ventil 25 dem Zylinder 10 unmittelbar vorgeordnet, wobei seine übrigen Funktionen mit denen der 1 gleich sind. Ebenso kann die Beschaltung der Leitung 12 gleich wie die der 1 bleiben.
Ein wesentlicher Unterschied zur Ausführungsform der 1 besteht darin, dass die der Leitung 27 entsprechende Leitung 127 zwar am linken Ende des Zylinders 10 von der By-Pass-Leitung 29 abzweigt, aber hier an eine Abflussleitung 30 angeschlossen ist. Es sei bemerkt, dass dies analog auch bei der Ausführungsform nach 1 der Fall sein könnte, indem das rechte Ende der Leitung 27 an die Abflussleitung 26 angeschlossen wird.
3 zeigt den Fall, dass das Proportionalventil 20 am linken Ende des Zylinders 10 angebracht ist und während des Schusses den Abfluss regelt. Auch in diesem Falle kann die Umgehungsleitung 227 mit der Abflussleitung 18 verbunden sein, während ihr (in 1) oberes Ende von der Leitung 12 abzweigt. Die Pumpe ist (ähnlich der 1) mit einer Zustromleitung 114 verbunden. Die rechte des Zylinders 10 kann so beschaltet sein, wie dies an Hand der 2 gezeigt ist.
Hier sei erwähnt, dass Teile gleicher Funktionen in den verschiedenen Figuren dieselben Bezugszeichen, gegebenenfalls aber unter Zusatz einer Hunderterziffer, besitzen.
Ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist in 4 dargestellt. Es ähnelt im wesentlichen der Ausführung nach 3, jedoch mit dem Unterschied, dass die Leitung 227 die Leitungen 12 und 114 miteinander verbinden. Die übrige Beschaltung ist mit der der 3 im wesentlichen gleich.
Es versteht sich, dass im Rahmen der Erfindung an Stelle eines einzigen regulierenden Ventiles 20 auch eine Mehrzahl bzw. ein komplizierterer Regel- bzw. Steuerkreis Verwendung finden könnte.

Claims

Verfahren zum Regulieren der Bewegung eines Antriebskolbens (9) für das Einspritzorgan (6) einer Spritz- oder Druckgiessmaschine, dem mittels des von einem zu- bzw. abgeführten Hydraulikfluid bewegten Antriebskolbens (9) eine Hubbewegung mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten aufgeprägt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während der Bewegung mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten wie auch während der Nachdruckphase ein ständiger Minimalfluss des Hydraulikfluides aufrechterhalten und die diesen ständigen Minimalfluss sowie einen zu Regelzwecken zusätzlich zugeführten Strom umfassende Gesamtmenge an Hydraulikfluid zum Regulieren der Bewegung verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Gesamtmenge nur der zu Regelzwecken zusätzlich zugeführte Strom verändert wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem mit einem Einspritzorgan (6) einer Spritz- oder Druckgiessmaschine verbundenen Antriebskolben (9) in einem mit einer ersten Fluidöffnung (11) an einem Ende und einer zweiten Fluidöffnung (12) am anderen Ende versehenen Antriebszylinder (10) sowie mit einem Leitungssystem zum Zu- bzw. Abführen von Hydraulikfluid von bzw. zu einer Fluidquelle, in welchem Leitungssystem mindestens ein Regulierorgan (20) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Fluidöffnung mit einer im Betrieb an die Quelle (17, 21, 22) angeschlossenen Leitung (27; 127; 227) zur Aufrechterhalten eines ständigen Minimalflusses an Hydraulikfluid vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die im Betrieb an die Quelle (17, 21, 22) angeschlossene Leitung (27; 127; 227) mindestens ein Regulierorgan (20) umgeht, zweckmässig alle zu Regulierzwecken verstellbaren Organe.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (27; 127; 227) als Kurz- bzw. Nebenschlussleitung zu einem Proportionalventil (20) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (27; 127; 227) an die während des Einspritzvorganges die Abstromseite des Antriebszylinders (10) bildenden Seite des Antriebszylinders (10) angeschlossen ist (3, 4).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (27; 127; 227) über eine weitere Leitung (11; 114) des Leitungssystems mit einer das Hydraulikfluid zuführenden Einrichtung (21, 22), insbesondere einer Pumpe (22), in Verbindung steht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit von Leitung (27; 127; 227) und weiterer Fluidöffnung einen, gegebenenfalls regulierbaren, Drosselquerschnitt (28) umfasst.