DE4335328A1 - Hydraulisches Betriebssystem für Spritzgießmaschinen - Google Patents
Hydraulisches Betriebssystem für SpritzgießmaschinenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Betriebssystem für Spritz
gießmaschinen mit einer Hydraulikpumpe und einer Mehrzahl von
Hydraulikantrieben, die hiermit über Leitungen und Ventile in
wählbarer Anzahl und Reihenfolge verbindbar sind.
Der diskontinuierliche Betrieb von Spritzgießmaschinen findet als Aufeinanderfolge von einzelnen Bewegungen statt, die von Hydrauli
kantrieben unterschiedlichster Größe bewerkstelligt werden. Als
Hydraulikantriebe werden dabei Hydraulikzylinder und/oder Hydromoto
ren eingesetzt.
Der Betrieb von Spritzgießmaschinen macht es erforderlich, den
Hydraulikstrom den jeweils auszuführenden Bewegungen anzupassen.
Dabei ist es üblich, die Bewegung jedes einzelnen Hydraulikzylinders
oder Hydromotors in der Weise zu beeinflussen, daß insbesondere in
deren Anfangs- und Endphase eine Beschleunigung bzw. Verzögerung
stattfindet, somit also eine im Ablauf ungleichförmige Bewegung
hervorgebracht werden kann.
Die hydraulischen Betriebssysteme bekannter Art setzen zur Beein
flussung des an die Hydraulikzylinder oder Hydromotoren zu liefern
den Hydraulikstromes unterschiedliche Methoden und Mittel ein. So
ist es bspw. möglich, mit Mengenventilen im Nebenstrom-Pumpensystem
zu arbeiten. Der Betrieb kann aber auch mit Mengenventilen im
Hauptstrom bei Speichersystemen stattfinden. Bekannt ist schließlich
aber auch die Benutzung von Pumpen mit veränderlichen Förderströmen.
Alle diese bekannten hydraulischen Betriebssysteme haben aber einen
relativ schlechten Wirkungsgrad. Bei Pumpen mit veränderlichen
Förderströmen kommt noch eine erhebliche Geräuschentwicklung hinzu,
die in der Regel nur durch sekundäre Maßnahmen vermindert werden
kann.
Ziel der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten hydraulischen
Betriebssysteme für Spritzgießmaschinen zu vermeiden, also einen
hohen Wirkungsgrad bei möglichst geringer Lärmentwicklung zu erhal
ten und zugleich die Betriebskosten zu minimieren.
Zur Erreichung dieses Ziels schlägt die Erfindung ein gattungs
gemäßes hydraulisches Betriebssystem für Spritzgießmaschinen vor,
welches dadurch gekennzeichnet ist,
- - daß die Hydraulikpumpe als Stetig- bzw. Konstant-Förderpumpe mit einem mindestens der maximalen Verbrauchsmenge aller Hydraulikantriebe entsprechenden Förder(strom)-Volumen und/oder -druck ausgelegt ist,
- - daß diese Hydraulikpumpe durch einen über einen vorgegebenen Drehzahlbereich in seiner Drehzahl stufenlos - oder aber zumindest vielstufig - regelbaren Elektromotor antreibbar ist,
- - daß durch die maximale Antriebsdrehzahl dieses Elektromotors das Förder(strom)-Volumen und/oder der -druck an die maximale Verbrauchsmenge und/oder den maximalen Verbrauchsdruck aller Hydraulikantriebe anpaßbar ist,
- - und daß die Drehzahl für den Elektromotor proportional der Verbrauchsmenge und/oder dem Verbrauchsdruck der jeweils in Betrieb gesetzten Hydraulikantriebe regelbar ist.
Die Drehzahlregelung des Elektromotors kann bspw. als Zweigrößenre
gelung über eine Druck- und Durchflußregelung stattfinden, wobei
zwei vollständige Regelkreise durch die gekoppelte Regelstrecke
miteinander verbunden sind, sich also gegenseitig beeinflussen
können.
Die Erfindung sieht weiterhin vor, daß als Stetig- bzw. Konstant-
Förderpumpe eine Innenzahnradpumpe vorgesehen wird.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als besonders
vorteilhaft erwiesen, wenn als Elektromotor ein vektorgeregelter
Drehstromkurzschlußläufermotor eingesetzt wird. In diesem Falle kann
der Elektromotor wahlweise mit oder ohne Drehzahlgeber ausgeführt
werden, wobei die letztgenannte Betriebsweise aus Kostengründen
vorzuziehen ist.
Nach der Erfindung kann aber auch ein frequenzgeregelter Drehstrom
kurzschlußläufermotor oder aber ein Drehstromservomotor zum Antrieb
der Hydraulikpumpe eingesetzt werden.
Wesentlich in allen Fällen ist aber, daß die für die einzelnen
Betriebsbewegungen der Spritzgießmaschine einschließlich Beschleuni
gung und Verzögerung benötigten, unterschiedlichen Hydraulik-Förder
ströme dadurch gebildet werden, daß der Elektromotor die Hydraulik
pumpe unterschiedlich schnell dreht und dabei insbesondere für
sanfte Übergänge von einer Drehzahl auf die andere sorgt.
Als wichtige Weiterbildungsmaßnahme der Erfindung hat sich her
ausgestellt, daß der Stetig- bzw. Konstant-Förderpumpe ein elek
trisch ansteuerbares Druckbegrenzungs- und -entlastungsventil bzw.
ein Proportionaldruckbegrenzungsventil zugeordnet wird, so daß neben
einer optimalen Verbrauchsmengenregelung auch eine optimale Ver
brauchsdruckregelung sichergestellt werden kann.
Die Erfindung sieht auch vor, daß der Elektromotor- über einen
programmierbaren je Zeiteinheit auf die Drehzahlregelung wirkenden
Rampenbildner ansteuerbar ist, damit sich Anfangs- und Endphase der
Bewegung jedes einzelnen Hydraulikantriebes vorteilhaft beeinflussen
läßt.
In baulicher Hinsicht hat sich besonders der Erfindungsvorschlag
bewährt, die Stetig- bzw. Konstant-Förderpumpe unmittelbar an den
Elektromotor anzuflanschen oder mit diesem über einen Pumpenträger
zu verbinden.
Ein nach dem Erfindungsvorschlag ausgelegtes hydraulisches Betriebs
system hat den besonderen Vorteil, daß je Zeiteinheit stets nur die
Menge an Hydraulikflüssigkeit in das Betriebssystem eingespeist
wird, welche für die einwandfreie Versorgung der jeweils im Betrieb
stehenden Hydraulikantriebe nötig ist. Das hydraulische Betriebs
system hat daher einen guten Wirkungsgrad und spart Betriebskosten,
weil Verlustströme an Hydraulikflüssigkeit nicht gefördert werden
müssen.
Im praktischen Einsatz bewährt hat sich ein hydraulisches Betriebs
system für Spritzgießmaschinen, welches einen Schließzylinder, einen
Einbauhöhenverstellzylinder und einen Auswerferzylinder an der
Werkzeug-Schließeinheit sowie den Schneckenantrieb, einen Spritz
zylinder und mindestens einen Düsenandruckzylinder des Spritzaggre
gates umfaßt, welche jeweils durch ein eigenes Wegeventil ansteuer
bar sind.
Als vorteilhaft hat sich im Rahmen der Erfindung auch erwiesen, wenn
der Elektromotor für die Hydraulikpumpe über einen Drehzahlbereich
zwischen 10 und 2500 U/min, vorzugsweise zwischen 120 und 1800 U/min
regelbar ist. Dabei kann die Drehzahlregelung des Elektromotors
einer Sollwert/Istwert-Steuerung unterliegen, die gegebenenfalls
wiederum über Initiatoren bzw. Fühler und/oder Weggeber an den
Hydraulikantrieben und/oder deren Wegeventilen beeinflußbar ist.
Das Druckbegrenzungs- und -entlastungsventil bzw. das Proportional
druckbegrenzungsventil kann unmittelbar an der Hydraulikpumpe
angebracht sein, weil sich hierdurch die Güte des Druckregelkreises
beträchtlich erhöht. Wegen des guten Wirkungsgrades des hydrauli
schen Betriebssystems ist - wenn überhaupt - nur eine minimale
Kühlung der Hydraulikflüssigkeit nötig, so daß sich auch hierdurch
Betriebskosteneinsparungen ergeben.
In einer einzigen Zeichnungsfigur ist ein Ausführungsbeispiel eines
hydraulischen Betriebssystems für Spritzgießmaschinen schematisch
dargestellt.
Die selbst aus der Zeichnung nicht ersichtliche Spritzgießmaschine
weist einen Schneckenantriebs-Hydromotor 1, einen Spritzzylinder
2 sowie mindestens einen Düsenandruckzylinder 3a und 3b auf.
Die zur Spritzgießmaschine gehörende und ebenfalls nicht gezeigte
Werkzeug-Schließeinheit ist mit einem Schließzylinder 4, einer
Einbauhöhenverstellung 5 und einem Auswerferzylinder 6 ausgestattet.
Alle diese Antriebskomponenten 1, 2, 3a, 3b, 4, 5 und 6 sind als
Hydraulikantriebe ausgelegt, die jeweils über Wegeventile 7, 8, 9,
10, 11 und 12 mit einem Hydraulik-Leitungsnetz 13 Verbindung haben.
Zu dem hydraulischen Betriebssystem für die Spritzgießmaschine
gehört darüber hinaus noch eine Hydraulikpumpe 14, die mit einem
Elektromotor 15 gekuppelt ist. Die Druckseite der Hydraulikpumpe
14 arbeitet auf ein elektrisch ansteuerbares Druckbegrenzungs- und
-entlastungsventil 16, das als Proportionaldruckbegrenzungsventil
ausgelegt ist und dabei die Hydraulikflüssigkeit über ein Ölfilter
17 in das Hydraulik-Leitungsnetz 13 einspeist. Auch ein Ölkühler
18 ist in das Hydraulik-Leitungsnetz 13 im Bereich der Hydraulikpum
pe 14 und des Proportionaldruckbegrenzungsventils 16 eingeschaltet.
Schließlich ist das hydraulische Betriebssystem auch noch mit einer
programmierbaren Steuerung 19 ausgestattet, die auch je einen
Sollwert- und Istwert-Eingang aufweist sowie für eine Drehzahlrege
lung des Elektromotors 15 und damit auch der Hydraulikpumpe 14
ausgelegt ist.
Als Hydraulikpumpe 14 ist eine Stetig- bzw. Konstant-Förderpumpe
eingesetzt, die in besonders vorteilhafter Weise als Innenzahnrad
pumpe arbeitet. Sie ist von ihrer Größe her so bemessen, daß sie
mindestens ein der maximalen Verbrauchsmenge sämtlicher Hydraulikan
triebe 1 bis 6 entsprechendes Förder(strom)-Volumen und/oder auch
einen maximalen Förderdruck hervorbringen kann.
Bei dem den Antrieb der Hydraulikpumpe 14 bewerkstelligenden Elek
tromotor 15 handelt es sich um einen über einen vorgegebenen Dreh
zahlbereich in seiner Drehzahl stufenlos - oder aber zumindest viel
stufig - regelbaren Elektromotor. Dieser kann für einen Drehzahlbe
reich zwischen 10 und 2500 U/min ausgelegt sein und sollte vorzugs
weise im Bereich zwischen 120 und 1800 U/min betrieben werden. Bei
vielstufiger Betriebsweise sollte der Elektromotor 15 vorzugsweise
über 99 Drehzahlstufen hinweg betriebsfähig sein.
Besonders bewährt hat sich für den Antrieb der Hydraulikpumpe 14
ein vektorgeregelter Drehstromkurzschlußläufermotor 15. Für den
gleichen Zweck kann jedoch auch ein frequenzgeregelter Drehstrom
kurzschlußläufermotor 15 eingesetzt werden. Schließlich besteht aber
auch noch die Möglichkeit, die Hydraulikpumpe 14 durch einen Dreh
stromservomotor 15 zu betreiben.
Das der Hydraulikpumpe 14 unmittelbar nachgeschaltete Proportional
druckbegrenzungsventil 16 läßt sich, ebenso wie die Antriebsdrehzahl
des Elektromotors 15, durch die programmierbare Steuerung 19 beein
flussen. Dabei ist vorgesehen, daß der Elektromotor 15 von der
Steuerung 19 aus über einen programmierbaren und je Zeiteinheit auf
die Drehzahlregelung wirkenden Rampenbildner ansteuerbar ist. Der
in die Steuerung 19 integrierte Rampenbildner sorgt dabei nicht nur
für sanfte Übergänge von einer Drehzahlstufe auf eine andere,
sondern ist auch in der Lage, die Anfangs- und Endphase jeder
Bewegung eines der Hydraulikantriebe 1 bis 6 vorteilhaft zu beein
flussen.
Selbstverständlich ist es denkbar, über den Rampenbildner der
programmierbaren Steuerung 19 auch das Proportionaldruckbegrenzungs
ventil 16 anzusteuern, um die Druckregelung für die in das Hydrau
lik-Leitungsnetz 13 eingespeiste Hydraulikflüssigkeit zu optimieren.
Andererseits ist es aber auch möglich, an den verschiedenen Hydrau
likantrieben 1 bis 6 und/oder an den ihnen zugeordneten Wegeventilen
7 bis 12 noch Initiatoren bzw. Fühler und/oder Weggeber vorzusehen,
mit denen sich wiederum Einfluß auf die Steuerung 19 für die Dreh
zahlregelung des Elektromotors 15 nehmen läßt.
Die vorstehend beschriebene Auslegung des hydraulischen Betriebs
systems für Spritzgießmaschinen macht es in vorteilhafter Weise
möglich, je Zeiteinheit in das Hydraulik-Leitungsnetz 13 stets nur
diejenige Menge an Hydraulikflüssigkeit mit demjenigen Druckniveau
einzuspeisen, welches augenblicklich für den Betrieb der jeweils
in Bewegung zu setzenden und zu haltenden Hydraulikantriebe benötigt
wird. Verlustmengen an Hydraulikflüssigkeit müssen also nicht
gefördert werden, so daß das gesamte Betriebssystem mit gutem
Wirkungsgrad, zugleich aber geräuscharm gefahren werden kann und
dabei mit minimalen Betriebskosten auskommt. Eine besonders kosten
günstige Betriebsweise ergibt sich, wenn der Elektromotor 15 für
die Hydraulikpumpe 14 mit vielstufiger Drehzahlregelung, bspw. 99-
stufiger Drehzahlregelung betrieben werden kann, weil hierfür nur
ein geringer Steuerungsaufwand in der Elektronik nötig ist.
Es wurde bereits weiter oben erwähnt, daß durch Anordnung des
Proportionaldruckbegrenzungsventils 16 unmittelbar an der Hydraulik
pumpe die Güte des Druckregelkreises besonders vorteilhaft beein
flußt werden kann.
Baulich hat es sich aus Kostengründen besonders bewährt, wenn die
Hydraulikpumpe 14 unmittelbar an den Elektromotor 15 angeflanscht
wird.
Abschließend sei hier noch erwähnt, daß die Hydraulikantriebe 1 bis
6 und die Wegeventile 7 bis 12 des in der Zeichnung dargestellten
hydraulischen Betriebssystems nur beispielhaft wiedergegeben sind.
Je nach Bedarf können sie jedoch eine andere als die aus der Zeich
nung ersichtliche Auslegung haben. Wesentlich für das hydraulische
Betriebssystem ist jedoch, daß die für die Bewegung der verschiede
nen Hydraulikantriebe 1 bis 6 benötigten Förder(strom)-Volumen
und/oder -drücke praktisch ausschließlich dadurch gebildet werden,
daß der Elektromotor 15 die als Stetig- bzw. Konstantförderpumpe
ausgelegte Hydraulikpumpe 14 unterschiedlich dreht und daß dabei
die Drehzahlregelung dieses Elektromotors 15 besonders für sanfte
Übergänge von einer Drehzahl auf eine andere sorgt.
Die einzelnen Hydraulikantriebe 1 bis 6 der Spritzgießmaschine sind
in der Regel nicht nur von ihrer Bau- und Leistungsgröße her mit
einer völlig unterschiedlichen Auslegung im Einsatz. Vielmehr werden
sie auch noch mit sehr verschiedenen Arbeitsdruckbereichen betrie
ben.
Hieran ist das hydraulische Betriebssystem in seiner vorstehend
beschriebenen Ausstattung jederzeit problemlos anpaßbar.
Bezugszeichenliste
1 Schneckenantriebs-Hydromotor
2 Spritzzylinder
3a Düsenandruckzylinder
3b Düsenandruckzylinder
4 Schließzylinder
5 Einbauhöhenverstellung
6 Auswerferzylinder
7 Wegeventil
8 Wegeventil
9 Wegeventil
10 Wegeventil
11 Wegeventil
12 Wegeventil
13 Hydraulik-Leitungsnetz
14 Hydraulikpumpe
15 Elektromotor
16 Proportionaldruckbegrenzungsventil
17 Ölfilter
18 Ölkühler
19 programmierbare Steuerung
2 Spritzzylinder
3a Düsenandruckzylinder
3b Düsenandruckzylinder
4 Schließzylinder
5 Einbauhöhenverstellung
6 Auswerferzylinder
7 Wegeventil
8 Wegeventil
9 Wegeventil
10 Wegeventil
11 Wegeventil
12 Wegeventil
13 Hydraulik-Leitungsnetz
14 Hydraulikpumpe
15 Elektromotor
16 Proportionaldruckbegrenzungsventil
17 Ölfilter
18 Ölkühler
19 programmierbare Steuerung
Claims (12)
1. Hydraulisches Betriebssystem für Spritzgießmaschinen mit einer
Hydraulikpumpe und einer Mehrzahl von Hydraulikantrieben, die
hiermit über ein Hydraulik-Leitungsnetz und Ventile in wähl
barer Anzahl und Reihenfolge verbindbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß die Hydraulikpumpe (14) als Stetig- bzw. Konstant- Förderpumpe mit einem mindestens der maximalen Ver brauchsmenge aller Hydraulikantriebe (1-6) entsprechen den Förder(strom)-Volumen und/oder -druck ausgelegt ist,
- - daß diese Hydraulikpumpe (14) durch einen über einen vorgegebenen Drehzahlbereich in seiner Drehzahl stufenlos
- - oder aber zumindest vielstufig - regelbaren (9) Elek tromotor (15) antreibbar ist,
- - daß durch die maximale Antriebsdrehzahl des Elektromotors (15) das Förder(strom)-Volumen und/oder der Förderdruck an die maximale Verbrauchsmenge und/oder den maximalen Verbrauchsdruck aller Hydraulikantriebe (1-6) anpaßbar ist,
- - und daß die Drehzahl für den Elektromotor (15) proportio nal der Verbrauchsmenge und/oder dem Verbrauchsdruck der jeweils in Betrieb gesetzten Hydraulikantriebe (1-6) regelbar ist.
2. Hydraulisches Betriebssystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Stetig- bzw. Ronstantförderpumpe (14) eine Innenzahn
radpumpe vorgesehen ist.
3. Hydraulisches Betriebssystem nach einem
der Ansprüche 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Elektromotor (15) ein vektorgeregelter Drehstromkurz
schlußläufermotor vorgesehen ist.
4. Hydraulisches Betriebssystem nach einem
der Ansprüche 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Elektromotor (15) ein frequenzgeregelter Drehstromkurz
schlußläufermotor vorgesehen ist.
5. Hydraulisches Betriebssystem nach einem
der Ansprüche 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Elektromotor (15) ein Drehstromservomotor vorgesehen
ist.
6. Hydraulisches Betriebssystem nach einem
der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stetig- bzw. Konstant-Förderpumpe (14) ein elektrisch
ansteuerbares Druckbegrenzungs- und -entlastungsventil bzw.
Proportionaldruckbegrenzungsventil (16) zugeordnet ist.
7. Hydraulisches Betriebssystem nach einem
der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Elektromotor (15) über einen programmierbaren und je
Zeiteinheit auf die Drehzahlregelung wirkenden Rampenbildner
ansteuerbar ist (19).
8. Hydraulisches Betriebssystem nach einem
der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß über den Rampenbildner auch das Druckbegrenzungs- und
-entlastungsventil bzw. Proportionaldruckbegrenzungsventil (16)
ansteuerbar ist.
9. Hydraulisches Betriebssystem nach einem
der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stetig- bzw. Konstant-Förderpumpe (14) unmittelbar an
den Elektromotor (15) angeflanscht oder mit diesem über einen
Pumpenträger verbunden ist.
10. Hydraulisches Betriebssystem nach einem
der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß es einen Schließzylinder (4), einen Einbauhöhenverstell
motor (5) und einen Auswerferzylinder (6) an der Werkzeug-
Schließeinheit sowie den Schneckenantriebs-Hydromotor (1),
einen Spritzzylinder (2) und mindestens einen Düsenandruck
zylinder (3a und 3b) des Spritzaggregates umfaßt, welche
jeweils durch ein eigenes Wegeventil (10, 11, 12 bzw. 7, 8,
9) ansteuerbar sind.
11. Hydraulisches Betriebssystem nach einem
der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Elektromotor (15) über einen Drehzahlbereich zwischen
10 und 2500 U/min, vorzugsweise zwischen 120 und 1800 U/min
regelbar ist.
12. Hydraulisches Betriebssystem nach einem
der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Drehzahlregelung des Elektromotors (15) einer Soll
wert/Istwert-Steuerung (19) unterliegt, die gegebenenfalls
wiederum durch Initiatoren bzw. Fühler und/oder Weggeber an
den Hydraulikantrieben (1-6) und/oder deren Wegeventilen (7-
12) beeinflußbar ist.
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