EP0587043A2 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Steuerung und Regelung eines Druckstromerzeugers für mehrere parallel geschaltete unterschiedliche hydraulische Verbraucher - Google Patents

Verfahren und Schaltungsanordnung zur Steuerung und Regelung eines Druckstromerzeugers für mehrere parallel geschaltete unterschiedliche hydraulische Verbraucher Download PDF

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EP0587043A2
EP0587043A2 EP93114029A EP93114029A EP0587043A2 EP 0587043 A2 EP0587043 A2 EP 0587043A2 EP 93114029 A EP93114029 A EP 93114029A EP 93114029 A EP93114029 A EP 93114029A EP 0587043 A2 EP0587043 A2 EP 0587043A2
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pressure
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variable displacement
control
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Matthias Brandt
Roland Dr.-Ing. Wegmann
Oliver Grimm
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Hemscheidt Maschinentechnik Schwerin GmbH and Co
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Definitions

  • the invention relates to a method and a circuit arrangement for controlling and regulating a pressure generator z.
  • B a variable pump for several different hydraulic consumers connected in parallel in machine tools and processing machines that are supplied with pressure medium via the variable pump.
  • the pressure of the main flow is limited by a system safety valve.
  • the parameters for the respective consumers are specified by an input unit, which is linked to control electronics and corresponding valve technology.
  • the variable displacement pump can be adjusted with regard to the volume flow and the pump pressure by means of a hydraulic pressure control unit.
  • the setting point of the hydraulic pressure control unit can be changed by means of a proportional pressure relief valve which is controlled by control electronics.
  • the aim of the invention is to make the control and regulation outlay of hydraulic consumers connected in parallel economically more cost-effective and technically more reliable with less outlay on hydraulic control elements.
  • the object of the invention is therefore to develop a method and a circuit arrangement for the control and regulation of several hydraulic consumers connected in parallel in machine tools and processing machines in order to use an electronic control unit for the variable pump to independently and hydraulically controlled adjustment of the flow rate of the variable pump depending of the volume flow of the different hydraulic consumers with a constantly controlled pump pressure.
  • the object is achieved in that, after the various pressure values have been entered into an input unit for the individual hydraulic consumers connected in parallel, the control electronics for the variable displacement pump determine the highest operating pressure of simultaneously operated consumers from the pressure values.
  • This predetermined pressure level is signaled by the control electronics of the variable pump to a proportional pressure relief valve with a defined predetermined larger value, whereby the necessary hydraulic pressure requirement is covered by a hydraulic pressure control unit in connection with the variable pump and the flow rate requirement is secured.
  • the method according to the invention enables various design variants for the control and regulation of different hydraulic consumers connected in parallel. So for a selected procedural consumer who is comparatively a very high average Energy consumption has to be carried out by means of a pressure control by means of a pressure sensor, a constant adaptation of the current pressure value to the input value of the associated input unit. This pressure control always takes place when the input values of the other consumers operated in parallel are lower than the current pressure value.
  • control electronics of the variable displacement pump it is also possible for the control electronics of the variable displacement pump to be given a differential pressure.
  • the control signal derived from the differential pressure for the specified pump pressure is determined by the control electronics as the sum of the differential pressure plus the highest specified consumer pressure by the input unit.
  • Another embodiment variant of the invention consists in that the input unit receives the input values via a predetermined decision table and within a certain time interval the pump pressure via the control electronics of the variable pump, the proportional pressure relief valve and the pressure control unit are predetermined to a constant pressure setpoint. In a second time interval with fluctuating actual pressure values, the pump pressure is adapted to a pressure setpoint via the control electronics, the proportional pressure relief valve and the pressure control unit via a pressure sensor on the selected process engineering consumer.
  • the maximum operating pressure can be specified as the pump pressure for the variable pump in every first cycle.
  • the actual pressure curve which results from the respective machine functions, is determined via the pressure and time additions to be specified as an envelope by the control electronics of the variable pump.
  • the pump pressure is controlled based on the similarity of the running processes according to this given envelope.
  • a circuit arrangement which provides that the proportional pressure relief valve is connected to the input unit via the control electronics of the variable displacement pump and that a technically significant consumer is connected to the input unit via the pressure sensor.
  • the pressure p in the delivery line 1.1 is limited by a system safety valve 14 connected in parallel.
  • the consumer locking unit 12 and injection unit 13 are connected via upstream valve technology 9 and 10, which act as proportional control valves or servo or proportional control valves can be executed, controlled.
  • the performance parameters for consumers 12 and 13 are specified via an input unit 16 which is linked to valve technology 9 and 10 and control electronics 4.2.
  • variable displacement pump 1 can be adjusted by a hydraulic pressure control unit 2 in a parallel line branch 1.3.
  • the setting point of the hydraulic pressure control unit 2 can be changed via a proportional pressure relief valve 3 connected in line branch 1.3. This variable setting point determines the point in time at which predetermined pressure value the variable pump 1 should swing in independently.
  • the proportional pressure relief valve 3 is linked to control electronics 4.1 for the variable displacement pump 1 and can be controlled by them.
  • the input unit 16 receives the actual pressure value from a pressure sensor 5, which is connected to the parallel line branch 1.2 for the plasticizing drive 15.
  • the plasticizing drive 15 is regarded as a selected process engineering consumer and is controlled and regulated separately.
  • a proportional throttle valve 8 is located in the parallel line branch 1.2 in front of the plasticizing drive 15.
  • the pressure transducer 5 is electrically linked to the selected consumer plasticizing drive 15 via the proportional throttle valve 8, control electronics 7 and a tachometer generator 6 in such a way that the speed of the plasticizing drive 15 is arbitrary preselectable value can be kept constant.
  • the control electronics 7 receives the speed setpoint value via an electrical line connection from the input unit 16.
  • the method according to the invention for the control and regulation of a pressure flow generator for different hydraulic consumers connected in parallel is intended to select the sum of all partial flows to the individual consumers in such a way that that with parallel machine functions the total flow of the Variable pump 1 is not reached and as a result the pressure level can be selected as high as desired.
  • This is done according to the invention in that after the various pressure values for the individual consumers 12, 13 and 15 have been entered by the control electronics 4.1, the highest operating pressure is determined from the individual pressure values.
  • the control electronics 4.1 for the variable displacement pump 1 then forward this detected pressure level to the proportional pressure relief valve 3, with a defined, larger value. As a result, the hydraulic pressure requirement for the variable displacement pump 1 can now be secured via the hydraulic pressure control unit 2.
  • variable displacement pump 1 In practice, this means that the system pressure level once selected is always constant. At a constant pressure p, the variable displacement pump 1 automatically adapts to the pressure medium required in each case. The decision of how many consumers can be operated with which parameters is made in the software of the injection molding machine. If no simultaneous machine functions occur, the software decides on the adjustment of the hydraulic pressure actually occurring at the pressure transducer 5, which pressure level the proportional pressure relief valve 3 should assume in order to be able to operate the variable displacement pump 1 in the required part-load range. Is z. B. the machine function plasticizing in the cooling time (standing time of the other consumers) is not completed, a very specific process is necessary, the z. B.
  • variable displacement pump 1 is not only kept constant via the control by means of the tachometer generator 6 and proportional throttle valve 8, but at the same time a pressure-superimposed flow control takes place via the Pressure transducer 5 in connection with the proportional throttle valve 8.
  • the required pressure with the partial flow, which results as required, is provided by the variable pump 1 via lines 1.1 and 1.2.
  • FIGS. 2 to 6 the pressure curve p on the y-axis and the cycle time t on the x-axis are shown in diagrams for a different number of consumers connected in parallel, which are denoted by a, b, c, d, e and f are shown for a machining or processing machine with different performance parameters.
  • a, b, c, d, e and f are shown for a machining or processing machine with different performance parameters.
  • FIG. 1 shows the circuit arrangement shown in FIG. 1 with the three consumers 12, 13 and 15 connected in parallel, which correspond mutatis mutandis to consumers a, b, c, d, e and f in FIGS. 2 to 6 Is valid.
  • the diagram in FIG. 2 shows three consumers a, b and c which are operated with different pressure values.
  • the pressure values required for these consumers are input into the input unit 16 (FIG. 1).
  • the control electronics 4.1 for the variable displacement pump 1 then determine the highest operating pressure or setpoint pressure p setpoint and predefine it on the proportional pressure relief valve 3 with a defined larger value below the maximum system pressure p max .
  • the consumer b is still operated in parallel with the consumer a for a certain time at the start of switching on, then alone and finally in parallel with the consumer c, who ends the cycle alone as the consumer.
  • the required volume flow and pressure requirement is secured during this cycle time via the variable pump 1.
  • This embodiment requires the least amount of software to implement the invention.
  • the pressure curve during a cycle can be seen in an analogous manner for six consumers a, b, c, d, e, and f.
  • the consumer d is the consumer who takes up a large part of the cycle time. From the Different area representation of the individual consumers, which overlap in certain time ranges, shows which consumers are operated in parallel at which time of the cycle. On the time axis t, the power consumption of the consumer d is characterized by the time period t 1 to t 2. For the consumer d, who has a special procedural priority, according to the invention there is a separate regulation with the aid of the pressure transducer 5. The input unit 16 continuously adjusts the current pressure value.
  • the pressure control always takes place when the input values of the other consumers c and e operated in parallel are lower than the current pressure value.
  • the regulated pressure value p reg can be seen as a curve in the time period from t 1 to t 2, which runs below the set pressure p set shown as a straight line.
  • this variant offers the advantage that an energy saving due to the adjusted regulating pressure p reg is achieved over periods of the entire cycle. is possible.
  • FIG. 4 A further variant of the method according to the invention can be seen in FIG. 4.
  • the control and regulation of the variable pump 1 takes place for three different hydraulic consumers a, b and c connected in parallel, of which the consumers a and b are temporarily operated together.
  • a differential pressure p Diff e.g. B. of 10 bar, which is determined according to the preselected pressure p target by the input unit 16.
  • a control signal for the specified pump pressure is derived from the differential pressure. This control signal is determined by the control electronics 4.1 as the sum of the differential pressure plus the highest consumer pressure by the input unit 16, thus ensuring the minimum pressure requirement.
  • the embodiment variant in FIG. 4 enables p Diff . an energetically more optimal adaptation than the input pressure value p target shown in FIG.
  • FIG. 5 illustrates an analogous embodiment variant according to FIG. 4 with three consumers for process control and regulation, in which the target pressure value p target is specified according to a decision table.
  • the control electronics 4.1 make a decision based on the input values of the input unit 16 and / or the actual pressure values of at least one pressure sensor 5. The decision is made depending on the priority of the current function according to a predetermined decision table. This makes it possible for the pump pressure p to be predeterminable via the proportional pressure relief valve 3 and the pressure control unit 2. This adaptation enables improved economic operation compared to the variants described so far.
  • FIG. 6 A control and regulation variant of the invention can be seen from FIG. 6, which has the greatest comfort from a technical point of view.
  • a cyclically repeating procedural functional sequence in a machine tool or processing machine is shown in two working cycles.
  • the graphical representation shows the different power requirements of the individual consumers a, b, c and d and the temporary parallel operation of consumers a and b as well as c and d.
  • the maximum operating pressure p max is specified as the pump pressure.
  • the actual pressure curve is then determined by the control electronics 4 via predetermined pressure and time additions as an envelope.
  • the next cycle which is shown on the right in FIG.
  • the pump pressure is controlled on the basis of the similarity of the repetitive machining or processing processes based on the envelope curve determined.
  • a target / actual comparison takes place for the previous cycle, by means of which the envelope curve is corrected. That is a constant self-optimizing process for each repeating cycle.
  • the embodiments shown in FIGS. 5 and 6 are two options for an energy economically equivalent process. Based on the procedural embodiments of the invention it can be seen that it is possible without the use of additional valve technology, for. B. arranged in a valve block (pump block) to provide the drive power generated by the pressure-controlled hydraulic variable pump at a constantly changing pressure level, whereby a significant improvement in energy efficiency is achieved.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Steuerung und Regelung eines Druckstromerzeugers für mehrere parallel geschaltete unterschiedliche hydraulische Verbraucher. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, mit Hilfe einer Ansteuerelektronik für die Verstellpumpe eine selbständig hydraulisch geregelte Anpassung des Förderstromes der Verstellpumpe in Abhängigkeit vom Volumenstrom der unterschiedlichen hydraulischen Verbraucher bei konstant gesteuertem Pumpendruck, vorzunehmen. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, daß nach Eingabe der verschiedenen Druckwerte in die Eingabeeinheit (16) für die einzelnen parallel geschalteten hydraulischen Verbraucher (12, 13, 15), die Ansteuerelektronik (4.1) für die Verstellpumpe (1) aus den Druckwerten den höchsten Betriebsdruck ermittelt. Das so vorgegebene Druckniveau wird an das Proportionaldruckbegrenzungsventil (3) mit einem definiert vorgegebenen größeren Wert signalisiert. Durch die hydraulische Druckregeleinheit (2) wird dann über die Verstellpumpe (1) der hydraulische Druckbedarf gesichert. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Steuerung und Regelung eines Druckstromerzeugers z. B. einer Verstellpumpe für mehrere parallel geschaltete unterschiedliche hydraulische Verbraucher in Werkzeug- und Verarbeitungsmaschinen, die über die Verstellpumpe mit Druckmittel versorgt werden. Der Druck des Hauptförderstroms wird wie üblich von einem Anlagensicherheitsventil begrenzt. Die Parameter für die jeweiligen Verbraucher werden durch eine Eingabeeinheit, die mit einer Ansteuerelektronik und entsprechender Ventiltechnik verknüpft ist, vorgegeben. Die Verstellpumpe ist durch eine hydraulische Druckregeleinheit hinsichtlich des Volumenstromes und des Pumpendruckes einstellbar. Durch ein Proportionaldruckbegrenzungsventil, das von einer Ansteuerelektronik angesteuert wird, ist der Einstellpunkt der hydraulischen Druckregeleinheit veränderbar.
  • Aus der DEOS 3 943 357 ist eine gattungsgemäße Schaltungsanordnung mit einer Ansteuerelektronik für die Magnetspulen von Stellgliedern eines hydraulischen Kreislaufes mit mehreren Verbrauchern bekannt. Die Regelung der Stellglieder für die Verbraucher erfolgt in Verbindung mit der Regelung der Verstellpumpe für den Förderstrom. Verfahrenstechnisch geschieht das so, daß die elektronische Steuerung erst dann wirksam wird, wenn durch einen erhöhten Leistungsbedarf der angeschlossenen Verbraucher die Pumpenfördermenge zur Bedarfsdeckung nicht mehr ausreicht. Um den Pumpenförderstrom dem jeweiligen Bedarf anzupassen bzw. um den maximalen Grenzwert des möglichen Förderstromes nicht zu überschreiten, wird der Förderstrom mit Hilfe der Stellglieder bzw. durch die Regelpumpe dosiert. Dazu besitzen die Stellglieder entsprechende Signaleinrichtungen (Signalaufnehmer und Signalgeber), die als Eingangssignal in die elektronische Steuerung gehen. Das bedeutet, daß erst nachdem der Leistungsbedarf der angeschlossenen hydraulischen Verbraucher durch den eingestellten Förderstrom der Verstellpumpe über- oder unterschritten wurde, eine Regelung der jeweiligen Parameter über die Ansteuerelektronik erfolgt. Das hat den Nachteil, daß bei hoher Maschinendynamik und wechselnden Betriebsdrücken die Verbraucher Geschwindigkeitsveränderungen erfahren, bedingt durch Zu- oder Abschaltvorgänge.
  • Diese indifferenten Geschwindigkeitsveränderungen haben nicht nur negative Auswirkungen auf den gleichmäßigen Ablauf einzelner Funktionsinhalte der hydraulischen Verbraucher, sondern beeinträchtigen somit auch die Reproduzierbarkeit des Maschinenzyklus und die Qualität des zu be- oder verarbeitenden Produktes. Dieser Nachteil macht sich besonders bei hoher Maschinendynamik und großer Entfernung der Pumpe zum Verbraucher bemerkbar. Bei Werkzeug- und Verarbeitungsmaschinen, wie z. B. bei einer Spritzgießmaschine zur Kunststoffverarbeitung, ist die Einhaltung der verfahrenstechnisch vorgegebenen Parameter des Maschinenzyklusses jedoch zwingend erforderlich. So können Z. B. Drehzahlschwankungen der Plastifizierschnecke, die durch Umschalt- oder Nachregelungsvorgänge hervorgerufen werden, nachteilige Auswirkungen auf das Einzugsverhalten des Kunststoffmaterials, die Plastifizierleistung und die Qualität des Endproduktes haben, die nicht hinnehmbar sind. Eine derartige Lösung ist daher für die Steuerung und Regelung des Spritzgießprozesses bei der Kunststoffverarbeitung ungeeignet.
  • Ferner ist aus dem Stand der Technik ein sogenanntes "load sensing" Verfahren bekannt, bei dem eine rein hydraulische Steuerung und Regelung des Volumenstromes und des Pumpendruckes erfolgt. Ein solches Verfahren ist jedoch nur zur Steuerung und Regelung von langsamen Bewegungsvorgängen, wie sie z. B. in mobilen Anlagen auftreten, geeignet. Für schnelle und dynamische Bewegungsvorgänge, wie sie in Werkzeug- und Verarbeitungsmaschinen ablaufen, ist eine derartige Steuerung und Regelung zu träge und damit nicht sinnvoll.
  • Ziel der Erfindung ist es, den Steuerungs- und Regelungsaufwand von parallel geschalteten hydraulischen Verbrauchern ökonomisch kostengünstiger und in technischer Hinsicht mit einem geringeren Aufwand an hydraulischen Steuerelementen funktionssicherer zu gestalten. Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Steuerung und Regelung von mehreren parallel geschalteten hydraulischen Verbrauchern in Werkzeug- und Verarbeitungsmaschinen zu entwickeln, um mit Hilfe einer Ansteuerelektronik für die Verstellpumpe, eine selbständig hydraulisch geregelte Anpassung des Förderstromes der Verstellpumpe in Abhängigkeit vom Volumenstrom der unterschiedlichen hydraulichen Verbraucher bei konstant gesteuertem Pumpendruck, vorzunehmen.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß nach Eingabe der verschiedenen Druckwerte in eine Eingabeeinheit für die einzelnen parallel geschalteten hydraulischen Verbraucher die Ansteuerelektronik für die Verstellpumpe aus den Druckwerten den jeweils höchsten Betriebsdruck von gleichzeitig betriebenen Verbrauchern ermittelt. Von der Ansteuerelektronik der Verstellpumpe wird dieses vorgegebene Druckniveau an ein Proportionaldruckbegrenzungsventil mit einem definiert vorgegebenen größeren Wert signalisiert, wodurch über eine hydraulische Druckregeleinheit in Verbindung mit der Verstellpumpe der notwendige hydraulische Druckbedarf gedeckt und der Förderstrombedarf gesichert wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht verschiedene Ausführungsvarianten zur Steuerung und Regelung von parallel geschalteten unterschiedlichen hydraulischen Verbrauchern. So kann für einen ausgewählten verfahrenstechnischen Verbraucher, der vergleichsweise einen sehr hohen durchschnittlichen Energiebedarf hat, durch eine Druckregelung mittels eines Druckaufnehmers eine ständige Anpassung des aktuellen Druckwertes zum Eingabewert der zugehörigen Eingabeeinheit vorgenommen werden. Diese Druckregelung erfolgt immer dann, wenn die Eingabewerte der anderen parallel betriebenen Verbraucher niedriger sind als der aktuelle Druckwert.
  • Gemäß der Erfindung ist es auch möglich, daß der Ansteuerelektronik der Verstellpumpe ein Differenzdruck vorgegeben wird. Das sich aus dem Differenzdruck ableitende Ansteuersignal für den vorgegebenen Pumpendruck wird durch die Ansteuerelektronik als Summe aus dem Differenzdruck plus dem höchsten vorgegebenen Verbraucherdruck durch die Eingabeeinheit bestimmt.
  • Eine andere Ausführungsvariante der Erfindung besteht darin, daß die Eingabeeinheit die Eingabewerte über eine vorgegebene Entscheidungstabelle erhält und innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls der Pumpendruck über die Ansteuerelektronik der Verstellpumpe, das Proportionaldruckbegrenzungsventil und die Druckregeleinheit auf einen konstanten Drucksollwert vorgegeben werden. In einem zweiten Zeitintervall mit schwankenden Druckistwerten wird über einen Druckaufnehmer am ausgewählten verfahrenstechnischen Verbraucher der Pumpendruck über die Ansteuerelektronik, das Proportionaldruckbegrenzungsventil und die Druckregeleinheit auf einen Drucksollwert angepaßt.
  • Schließlich kann gemäß der Erfindung bei einem sich zyklisch wiederholenden verfahrenstechnischen Funktionsablauf bei einer Werkzeug- oder Verarbeitungsmaschine bei jedem ersten Zyklus der maximale Betriebsdruck als Pumpendruck für die Verstellpumpe vorgegeben werden. Der tatsächliche Druckverlauf, der sich aus den jeweiligen Maschinenfunktionen ergibt, wird über vorzugebende Druck- und Zeitzugaben als Hüllkurve durch die Ansteuerelektronik der Verstellpumpe ermittelt. Im nächstfolgenden Be- oder Verarbeitungszyklus wird aufgrund der Ähnlichkeit der ablaufenden Prozesse nach dieser vorgegebenen Hüllkurve der Pumpendruck gesteuert.
  • Gleichzeitig wird zum vorhergehenden Zyklus ein Soll-/Istvergleich durchgeführt, durch den eine Korrektur der Hüllkurve erfolgt.
  • Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Schaltungsanordnung vorgeschlagen, die vorsieht, daß das Proportionaldruckbegrenzungsventil über die Ansteuerelektronik der Verstellpumpe mit der Eingabeeinheit verbunden ist und ein verfahrenstechnisch bedeutender Verbraucher über den Druckaufnehmer mit der Eingabeeinheit verbunden ist.
  • Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Schaltungsanordnung zur Steuerung und Regelung eines Druckstromerzeugers z. B. einer Verstellpumpe für unterschiedliche hydraulische Verbraucher in Werkzeug- und Verarbeitungsmaschinen bestehen darin, daß der Ausrüstungsbedarf für den hydraulischen Kreislauf durch die Einsparung von Ventiltechnik und Steuerungselementen erheblich reduziert wird, was zu größeren Kosteneinsparungen führt. Ferner wird der energetische Wirkungsgrad der hydraulischen Anlage durch die erfindungsgemäße Druckregelung wesentlich verbessert, da die parallel geschalteten hydraulischen Verbraucher durch die neue Steuerung und Regelung auf einem niedrigeren Druckniveau betrieben werden können und für die Zuschaltung von leistungsstarken Verbrauchern keine besonderen Leistungsreserven erforderlich sind, solange die Förderstromanforderung ≦ der bereitgestellten Menge ist.
  • Die Erfindung soll nachstehend in allgemeinen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen ist dargestellt
    • Fig. 1
    Hydraulische Schaltung für die Verbraucher einer Spritzgießmaschine zur Kunststoffverarbeitung
    Fig. 2
    Diagramm zum Druckverlauf über eine Zykluszeit mit Druckvorgabe aus einer Sollwertbestimmung für drei parallel geschaltete Verbraucher
    Fig. 3
    Diagramm zum Druckverlauf über eine Zykluszeit mit sechs parallel geschalteten Verbrauchern, wovon einer ein verfahrenstechnisch ausgewählter Verbraucher ist.
    Fig. 4
    Diagramm zum Druckverlauf über eine Zykluszeit für drei parallel geschaltete Verbraucher, die durch Differenzdruck geregelt werden.
    Fig. 5
    Diagramm zum Druckverlauf für drei parallel geschaltete Verbraucher, bei denen innerhalb der Zykluszeit die Druckwertvorgabe nach einer Entscheidungstabelle erfolgt.
    Fig. 6
    Diagramm zum Druckverlauf für vier parallel geschaltete Verbraucher über zwei Zeitzyklen und einer Druckwertvorgabe nach einem Soll-Ist-Vergleich
    Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung und Regelung eines Druckstromerzeugers z. B. einer Verstellpumpe für mehrere parallel geschaltete unterschiedliche hydraulische Verbraucher soll zunächst am Beispiel für die verschiedenen Verbraucher einer Spritzgießmaschine zur Kunststoffverarbeitung betrachtet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch problemlos auf andere Verarbeitungsmaschinen oder Werkzeugmaschinen übertragbar, wo parallel betriebene Verbraucher mit unterschiedlichem Leistungsbedarf mit Druckmittel versorgt werden müssen. In der in Figur 1 dargestellten hydraulischen Schaltung werden von einer druckgeregelten Verstellpumpe 1 aus die Verbraucher Schließeinheit 12, Spritzeinheit 13 und der Plastizierantrieb 15 über eine Förderleitung 1.1 und parallele Leitungszweige 1.2 mit Druckmittel bei einem konstanten Systemdruck versorgt.
  • Der Druck p in der Förderleitung 1.1 wird durch ein parallel geschaltetes Anlagensicherheitsventil 14 begrenzt. Die Verbraucher Schließeinheit 12 und Spritzeinheit 13 werden über entsprechend vorgeschaltete Ventiltechnik 9 und 10, die als Proportionalsteuerventile bzw. Servo- oder Proportionalregelventile ausgeführt sein können, angesteuert. Die Leistungsparameter für die Verbraucher 12 und 13 werden über eine Eingabeeinheit 16, die mit der Ventiltechnik 9 und 10 und einer Ansteuerelektronik 4.2 verknüpft ist, vorgegeben.
  • Entsprechend dem Leistungsbedarf der einzelnen parallel geschalteten hydraulischen Verbraucher ist die Verstellpumpe 1, durch eine hydraulische Druckregeleinheit 2 in einem parallelen Leitungszweig 1.3, verstellbar. Über ein im Leitungszweig 1.3 nachgeschaltetes Proportionaldruckbegrenzungsventil 3 ist der Einstellpunkt der hydraulischen Druckregeleinhheit 2 veränderbar. Dieser veränderliche Einstellpunkt bestimmt den Zeitpunkt, bei welchem vorgegebenen Druckwert die Verstellpumpe 1 selbständig einschwenken soll.
  • Das Proportionaldruckbegrenzungsventil 3 ist mit einer Ansteuerelektronik 4.1 für die Verstellpumpe 1 verknüpft und durch diese ansteuerbar. Die Eingabeeinheit 16 erhält von einem Druckaufnehmer 5, der mit dem parallelen Leitungszweig 1.2 für den Plastizierantrieb 15 verbunden ist, den Druckistwert. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Plastizierantrieb 15 als ausgewählter verfahrenstechnischer Verbraucher betrachtet und gesondert gesteuert und geregelt.
  • Dazu befindet sich im parallelen Leitungszweig 1.2 vor dem Plastizierantrieb 15 ein Proportionaldrosselventil 8. Der Druckaufnehmer 5 ist über das Proportionaldrosselventil 8, eine Ansteuerelektronik 7 und einen Tachogenerator 6 mit dem ausgewählten Verbraucher Plastizierantrieb 15 elektrisch so verknüpft, daß die Drehzahl des Plastizierantriebes 15 auf einem beliebig vorwählbaren Wert konstant gehalten werden kann. Die Ansteuerelektronik 7 erhält dazu den Drehzahl-Sollwert über eine elektrische Leitungsverbindung aus der Eingabeeinheit 16. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung und Regelung eines Druckstromerzeugers für parallel geschaltete unterschiedliche hydraulische Verbraucher besteht die Absicht, die Summe aller Teilströme zu den einzelnen Verbrauchern so zu wählen, daß bei parallel ablaufenden Maschinenfunktionen der Gesamtförderstrom der Verstellpumpe 1 nicht erreicht wird und dadurch das Druckniveau beliebig hoch vorwählbar ist. Das geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß nach Eingabe der verschiedenen Druckwerte für die einzelnen Verbraucher 12, 13 und 15 durch die Ansteuerelektronik 4.1 aus den einzelnen Druckwerten der jeweils höchste Betriebsdruck ermittelt wird. Durch die Ansteuerelektronik 4.1 für die Verstellpumpe 1 wird danach dieses erfaßte Druckniveau an das Proportionaldruckbegrenzungsventil 3, mit einem definiert vorgegebenen größeren Wert, weitergeleitet. Im Ergebnis kann nun über die hydraulische Druckregeleinheit 2 der hydraulische Druckbedarf für die Verstellpumpe 1 gesichert werden. Das bedeutet praktisch, daß das einmal gewählte Anlagendruckniveau immer konstant ist. Bei einem konstanten Druck p paßt sich die Verstellpumpe 1 automatisch dem jeweils notwendigen Druckmittelbedarf an. Die Entscheidung, wieviel Verbraucher mit welchen Parametern betrieben werden dürfen, ist in der Software der Spritzgießmaschine gelöst. Erfolgen keine gleichzeitigen Maschinenfunktionen, entscheidet die Software über die Anpassung des tatsächlich beim Plastizieren auftretenden Hydraulikdruckes am Druckaufnehmer 5, welches Druckniveau das Proportionaldruckbegrenzungsventil 3 einnehmen soll, um damit die Verstellpumpe 1 im erforderlichen Teillastbereich betreiben zu können. Wird z. B. die Maschinenfunktion Plastizieren in der Kühlzeit (Standzeit der übrigen Verbraucher) nicht abgeschlossen, so ist ein ganz bestimmter Ablauf notwendig, der vor Ablauf der Kühlzeit z. B. 2 Sekunden vorher, den Anlagendruck am Proportionaldruckbegrenzungsventil 3 auf den Maximalwert verstellt, damit die volle Leistungsbereitschaft, entsprechend der vorgewählten Eingabewerte der Eingabeeinheit, für die wieder neu hinzukommenden Verbraucher der Spritzgießmaschine gewährleistet ist. Die Drehzahl der Verstellpumpe 1 wird nicht nur über die Regelung mittels Tachogenerator 6 und Proportionaldrosselventil 8 konstant gehalten, sondern gleichzeitig erfolgt eine drucküberlagerte Förderstromregelung über den Druckaufnehmer 5 in Verbindung mit dem Proportionaldrosselventil 8. Der erforderliche Druck mit dem Teilförderstrom, der sich je nach Bedarf ergibt, wird durch die Verstellpumpe 1 über die Leitungen 1.1 und 1.2 bereitgestellt.
  • In den folgenden Figuren 2 bis 6 ist in Diagrammen der Druckverlauf p auf der y-Achse und die Zykluszeit t auf der x-Achse für eine unterschiedliche Anzahl von parallel geschalteten Verbrauchern, die mit a, b, c, d, e und f bezeichnet sind, für eine Be- oder Verarbeitungsmaschine mit unterschiedlichen Leistungsparametern dargestellt. Bei der Erläuterung dieser Figuren wird jeweils Bezug auf die in Figur 1 dargestellte Schaltungsanordnung mit den drei parallel geschalteten Verbrauchern 12, 13 und 15 genommen, die sinngemäß für die Verbraucher a, b, c, d, e und f in den Figuren 2 bis 6 Gültigkeit hat. Im Diagramm in Figur 2 sind drei Verbraucher a, b und c erkennbar, die mit unterschiedlichen Druckwerten betrieben werden. Die erforderlichen Druckwerte für diese Verbraucher werden in die Eingabeeinheit 16 (Fig. 1) eingegeben. Durch die Ansteuerelektronik 4.1 für die Verstellpumpe 1 wird dann der höchste Betriebsdruck bzw. Solldruck pSoll ermittelt und an das Proportionaldruckbegrenzungsventil 3 mit einem definierten größeren Wert unterhalb des maximalen Anlagendruckes pmax vorgegeben. Aus der Figur 2 ist ferner erkennbar, daß der Verbraucher b bei Einschaltbeginn noch parallel mit dem Verbraucher a über eine gewisse Zeit, danach alleine und schließlich mit dem Verbraucher c parallel betrieben wird, der als Verbraucher den Zyklus alleine beendet. Mit Hilfe der hydraulischen Druckregeleinheit 2 wird während dieser Zykluszeit über die Verstellpumpe 1 der erforderliche Volumenstrom und Druckbedarf gesichert. Diese Ausführungsform erfordert den geringsten Softwareaufwand bei der Realisierung der Erfindung.
  • Aus Figur 3 ist in analoger Weise für sechs Verbraucher a, b, c, d, e, und f der Druckverlauf während eines Zyklusses ersichtlich. Der Verbraucher d ist der Verbraucher, der einen Großteil der Zykluszeit für sich beansprucht. Aus der unterschiedlichen Flächendarstellung der einzelnen Verbraucher, die sich in bestimmten Zeitbereichen überlappen, ist erkennbar, welche Verbraucher zu welcher Zeit des Zyklusses parallel betrieben werden. Auf der Zeitachse t ist die Leistungsaufnahme des Verbrauchers d durch den Zeitabschnitt t₁ bis t₂ gekennzeichnet. Für den Verbraucher d, der eine besondere verfahrenstechnische Priorität besitzt, erfolgt erfindungsgemäß eine gesonderte Regelung mit Hilfe des Druckaufnehmers 5. Dabei wird durch die Eingabeeinheit 16 eine ständige Anpassung des aktuellen Druckwertes vorgenommen.
  • Die Druckregelung erfolgt immer dann, wenn die Eingabewerte der anderen parallel betriebenen Verbraucher c und e niedriger sind als der aktuelle Druckwert ist. Im Diagramm ist der geregelte Druckwert preg als Kurve im Zeitabschnitt von t₁ bis t₂ erkennbar, die unterhalb des als Gerade dargestellten Solldruckes pSoll verläuft. Im Vergleich zur Ausführungsform nach Figur 2 bietet diese Variante den Vorteil, daß über Zeitabschnitte des Gesamtzyklusses eine Energieeinsparung durch den angepaßten Regeldruck preg. möglich ist.
  • Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist aus Figur 4 ersichtlich. Die Steuerung und Regelung der Verstellpumpe 1 erfolgt für drei parallel geschaltete unterschiedliche hydraulische Verbraucher a, b und c, wovon die Verbraucher a und b zeitweilig gemeinsam betrieben werden.
  • Erfindungsgemäß wird der Ansteuerelektronik 4.1 für die Verstellpumpe ein Differenzdruck pDiff. z. B. von 10 bar vorgegeben, der sich nach dem vorgewählten Druck pSoll durch die Eingabeeinheit 16 bestimmt. Aus dem Differenzdruck wird ein Ansteuersignal für den vorgegebenen Pumpendruck abgeleitet. Durch die Ansteuerelektronik 4.1 wird dieses Ansteuersignal als Summe aus dem Differenzdruck plus dem höchsten Verbraucherdruck durch die Eingabeeinheit 16 bestimmt und damit der Mindestdruckbedarf gesichert. Die Ausführungsvariante in Figur 4 ermöglicht durch den Differenzdruck pDiff. eine energetisch optimalere Anpassung als der in Figur 2 dargestellte Eingabedruckwert pSoll.
  • In Figur 5 ist eine analoge Ausführungsvariante gemäß Figur 4 mit drei Verbrauchern für eine verfahrenstechnische Steuerung und Regelung veranschaulicht, bei der die Vorgabe des Solldruckwertes pSoll nach einer Entscheidungstabelle erfolgt. Dazu wird von der Ansteuerelektronik 4.1 aus den Eingabewerten der Eingabeeinheit 16 und/oder den Druckistwerten mindestens eines Druckaufnehmers 5 eine Entscheidung getroffen. Die Entscheidung wird in Abhängigkeit von der Priorität der momentanen Funktion nach einer vorgegebenen Entscheidungstabelle gefällt. Dadurch ist es möglich, daß der Pumpendruck p über das Proportionaldruckbegrenzungsventil 3 und die Druckregeleinheit 2 vorgebbar ist. Diese Anpassung ermöglicht eine verbesserte ökonomische Betriebsweise gegenüber den bisher beschriebenen Varianten.
  • Aus Figur 6 ist eine Steuerungs- und Regelungsvariante der Erfindung entnehmbar, die aus technischer Sicht den höchsten Komfort aufweist. Am Beispiel von vier parallel geschalteten unterschiedlichen hydraulischen Verbrauchern a, b, c und d ist ein sich zyklisch wiederholender verfahrenstechnischer Funktionsablauf in einer Werkzeug- oder Verarbeitungsmaschine in zwei Arbeitszyklen dargestellt. Aus der graphischen Darstellung ist der unterschiedliche Leistungsbedarf der einzelnen Verbraucher a, b, c und d und der zeitweilige parallele Betrieb der Verbraucher a und b sowie c und d ersichtlich. In jedem ersten Zyklus, der in Figur 6 im linken Bild dargestellt ist, wird der maximale Betriebsdruck pmax als Pumpendruck vorgegeben. Der tatsächliche Druckverlauf wird dann über vorzugebende Druck- und Zeitzugaben als Hüllkurve durch die Ansteuerelektronik 4 ermittelt. Im nächstfolgenden Zyklus, der rechts in Figur 6 dargestellt ist, wird aufgrund der Ähnlichkeit der sich wiederholenden Be- oder Verarbeitungsprozesse nach der ermittelten Hüllkurve der Pumpendruck gesteuert. Dabei findet zum vorhergehenden Zyklus ein Soll/Istvergleich statt, durch den eine Korrektur der Hüllkurve vorgenommen wird. Das ist ein ständig sich selbstoptimierender Prozeß für jeden sich wiederholenden Zyklus. Die in den Figuren 5 und 6 dargestellten Ausführungsformen sind zwei Möglichkeiten für einen energieökonomisch gleichwertigen Verfahrensablauf. Auf der Grundlage der verfahrenstechnisch erläuterten Ausführungsvarianten der Erfindung ist erkennbar, daß es möglich ist, ohne die Verwendung von zusätzlicher Ventiltechnik, z. B. angeordnet in einem Ventilblock (Pumpenblock), die von der druckgeregelten hydraulischen Verstellpumpe erzeugte Antriebsleistung auf einem sich ständig veränderdem Druckniveau bereitzustellen, wodurch eine erhebliche Verbesserung des energetischen Wirkungsgrades erreicht wird.
    • Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen
    • 1
    - Verstellpumpe
    1.1
    - Förderleitung
    1.2
    - Leitungszweig
    1.3
    - Leitungszweig
    2
    - Druckregeleinheit
    3
    - Proportionaldruckbegrenzungsventil
    4.1
    - Ansteuerelektronik für Verstellpumpe
    4.2
    - Ansteuerelektronik für die Verbraucher
    5
    - Druckaufnehmer
    6
    - Tachogenerator
    7
    - Ansteuerelektronik für Proportionaldrosselventil
    8
    - Proportionaldrosselventil
    9
    - Ventiltechnik
    10
    - Ventiltechnik
    11
    -
    12
    - Verbraucher Schließeinheit
    13
    - Verbraucher Spritzeinheit
    14
    - Anlagensicherheitsventil
    15
    - Verbraucher Plastizierantrieb
    16
    - Eingabeeinheit
    p
    - Förderdruck in bar
    pmax
    - maximaler Anlagendruck
    pDiff
    - Differenzdruck
    pSoll
    - vorgewählter Druck der Eingabeeinheit
    pEnt.
    - vorgewählter Druck nach Entscheidungstabelle
    preg.
    - geregelter Druck
    t
    - Zeitachse
    a
    - Verbraucher
    b
    - Verbraucher
    c
    - Verbraucher
    d
    - Verbraucher
    e
    - Verbraucher
    f
    - Verbraucher

Claims (6)

  1. Verfahren zur Steuerung und Regelung eines Druckstromerzeugers beispielsweise einer Verstellpumpe für mehrere parallel geschaltete unterschiedliche hydraulische Verbraucher in Werkzeug- und Verarbeitungsmaschinen, die von der Verstellpumpe mit Druckmittel versorgt werden, wobei der Druck des Hauptförderstromes über ein Anlagensicherheitsventil begrenzt wird und die Parameter für die Verbraucher durch eine Eingabeeinheit, die mit einer Ansteuerelektronik und entsprechender Ventiltechnik verknüpft ist, vorgegeben werden, die Verstellpumpe durch eine hydraulische Druckregeleinheit bezüglich des Volumenstromes und des Pumpendruckes einstellbar ist, ein Proportionaldruckbegrenzungsventil den Einstellpunkt der hydraulischen Druckregeleinheit verändert, das Proportionaldruckbegrenzungsventil durch eine Ansteuerelektronik angesteuert wird und die Ansteuerelektronik den aktuellen Wert, sowohl über die Sollwerte der Eingabeeinheit als auch über den aktuellen Wert eines Druckaufnehmers erhält, der zwischen einem Proportionaldrosselventil und einem verfahrenstechnisch ausgewählten Verbraucher angeordnet ist, der über das Proportionaldrosselventil eine zugehörige Ansteuerelektronik und einen Tachogenerator die Drehzahl des ausgewählten Verbrauchers auf einen beliebig vorwählbaren Wert konstant hält, dadurch gekennzeichnet, daß nach Eingabe der verschiedenen Druckwerte in die Eingabeeinheit (16) für die einzelnen parallel geschalteten hydraulischen Verbraucher (12, 13, 15) die Ansteuerelektronik (4.1) für die Verstellpumpe (1) aus den Druckwerten den jeweils höchsten Betriebsdruck ermittelt und die Ansteuerelektronik (4.1) dieses vorgegebene Druckniveau an das Proportionaldruckbegrenzungsventil (3) mit einem definiert vorgegebenen größeren Wert signalisiert, so daß die hydraulische Druckregeleinheit (2) über die Verstellpumpe (1) den hydraulischen Druckbedarf sichert.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem für einen ausgewählten verfahrenstechnischen Verbraucher (15) mit durchschnittlich hohem Energiebedarf eine Regelung mittels Druckaufnehmer (5) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß eine ständige Anpassung des aktuellen Druckwertes zum Eingabewert der Eingabeeinheit (16) vorgenommen wird und diese Druckregelung immer dann geschieht, wenn die Eingabewerte der anderen parallel betriebenen Verbraucher niedriger sind als der aktuelle Druckwert ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansteuerelektronik (4.1) für die Verstellpumpe (1) ein Differenzdruck vorgegeben wird und das sich daraus ableitende Ansteuersignal für den zu steuernden Pumpendruck durch die Ansteuerelektronik (4.1) als Summe aus Differenzdruck plus höchstem vorgegebenen Verbraucherdruck, durch die Eingabeeinheit (16) bestimmt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingabeeinheit (16) die Eingabewerte über eine vorgegebene Entscheidungstabelle erhält und innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls der Pumpendruck (p) über die Ansteuerelektronik (4.1) für die Verstellpumpe (1) das Proportionaldruckbegrenzungsventil (3) und die Druckregeleinheit (2) auf einen konstanten Drucksollwert (pSoll) vorgegeben werden und in einem zweiten Zeitintervall mit schwankenden Druckistwerten über einen Druckaufnehmer (5) am ausgewählten verfahrenstechnischen Verbraucher (15) der Pumpendruck über die Ansteuerelektronik (4.1), das Proportionaldruckbegrenzungsventil (3) und die Druckregeleinheit (2) auf einen Drucksollwert angepaßt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4 mit sich zyklisch wiederholendem verfahrenstechnischen Funktionsablauf in der Werkzeug- oder Verarbeitungsmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem ersten Zyklus der maximale Betriebsdruck als Pumpendruck für die Verstellpumpe (1) vorgegeben wird und der tatsächliche Druckverlauf über vorzugebende Druck- und Zeitzugaben als Hüllkurve durch die Ansteuerelektronik (4.1) ermittelt wird und im nächstfolgenden Zyklus aufgrund der Ähnlichkeit der Prozesse nach dieser Hüllkurve der Pumpendruck gesteuert wird und zum vorhergehenden Zyklus ein Soll-/Istvergleich stattfindet, durch den eine Korrektur der Hüllkurve erfolgt.
  6. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Proportionaldruckbegrenzungsventil (3) über die Ansteuerelektronik (4.1) mit der Eingabeeinheit (16) verbunden ist und ein verfahrenstechnisch bedeutender Verbraucher (15) über den Druckaufnehmer (5) mit der Eingabeeinheit (16) verbunden ist.
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