WO2009033926A1 - Method for operating an injection device for an injection moulding machine, an injection device and an injection moulding machine with such an injection device - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for operating an injection device for an injection molding machine, which has an extruder screw drivable by means of a rotating machine, wherein a linear motor is provided for moving the extruder screw.
- the invention further relates to an injection device corresponding to the method for an injection molding machine.
- the invention relates to an injection molding machine with such an injection device.
- German Offenlegungsschrift DE 198 47 298 A1 discloses an injection molding machine with a plurality of modular drive groups on the injection molding side and on the positive-locking side. At least one of the drive groups is connected to the injection molding machine via at least one multifunctional element, which as an interface optionally enables the connection of different types of drive, such as, for example, an injection molding machine.
- electromechanical drives, hydraulic drives, pneumatic drives, linear motors or electromagnetic drives as a drive group with otherwise unchanged injection molding machine allows.
- a linear motor is used for linear displacement of the extruder screw.
- Known injection devices for injection molding machines have an extruder screw drivable by means of an electric machine, a screw cylinder and a heater.
- plastic granules are fed via a hopper of a screw, which is also referred to as an extruder screw.
- an extruder screw By a rotary movement of the screw the plasticgrain Nulat transported forward towards the top of the snail.
- the screw deviates backwards, ie in the opposite direction.
- the plastic granulate melt collects in front of the screw tip in a so-called worm entrance and pushes the worm back. Since the generated shear heat depends on the pressure of the screw on the material, this pressure must be specified as a pressure / displacement profile and controlled or controlled. Once enough molten material has been metered into the screw antechamber, the screw is pressed as a kind of piston in the direction of the screw tip. In this way, the melt of the plastic granules can be injected into a closed mold.
- the closed mold is a mold, which consists for example of two moldings.
- the speed of the screw, in particular in the function of a piston is regulated in such a way that a defined limiting pressure is not exceeded.
- the limiting pressure affects, for example, the pressure in front of the screw tip.
- the switchover criterion is a transitional criterion between two control types, one control type being, for example, the speed control and a second control type being the pressure control. Instead of the speed control, a speed control can also be used. Likewise, a pressure control is also used instead of the pressure control. settable.
- the transition criterion then relates to two types of control.
- the switching criterion is, for example, a position of the screw, a melt pressure or an in-mold pressure within the mold.
- the change-over represents a changeover from, for example, a speed control to a pressure control. It is to be avoided that pressure drops or pressure peaks occur which adversely affect the quality of injection molded parts.
- the shortest possible sampling times for the control and / or the control can be used.
- a possible sampling time is for example in the range of 100 ⁇ s.
- the cooling of the material leads to the shrinkage of the material.
- This shrinkage is advantageously compensated by the piston continues to press material into the tool after the injection process via a pressure / time profile.
- the injection pressure is the pressure during the injection process.
- the dynamic pressure is the pressure to be maintained during the dosing process.
- the detection of the injection or dynamic pressure is usually carried out by pressure sensors. These may be sensors which detect the melt pressure directly in the screw antechamber or else also strain gauges or load cells which detect the bearing forces resulting from the dynamic pressure at a suitable point in the mechanics. Both methods are associated with high costs.
- the object of the present invention is now to provide a method for operating an injection device of an injection molding machine, with which it is possible to apply to hitherto necessary ge pressure sensors or corresponding measuring devices to determine the injection pressure or the back pressure to dispense.
- the object of the invention is achieved with a method for operating an injection device for an injection molding machine having the features of claim 1.
- Advantageous process variants are mentioned in the dependent claims 2 to 6.
- an injection device for an injection molding machine is specified.
- advantageous embodiments of the injector are called.
- an injection molding machine is provided which has such an injection device.
- a motor current or values derived therefrom and / or acceleration values and / or values dependent on an operating point of the linear motor are used to calculate an injection pressure and / or a dynamic pressure.
- a force-generating current of the linear motor is used as a calculation value, but also other values which use values dependent on an acceleration value and / or on an operating point of the linear motor.
- the acceleration value is, for example, a derivation of the travel speed of the linear motor or of the extruder screw according to time, or else a linear acceleration of the extruder screw in the direction of the mold.
- a further advantage is that, in contrast to the ball-and-socket spindle drives customary in injection molding machines, the force of the linear motor acts directly on the injection molding process.
- the force is thus not dependent on the efficiency of the ball screw and different influences such as lubrication, contamination or aging of the ball screw. Therefore, in the case of a linear motor, the resulting pressure in the screw cylinder, in particular in the screw antechamber, can be directly deduced from the force-generating current to the resulting force and via the force in conjunction with the known cross-sectional geometry of the worm cylinder.
- a force constant or a so-called kF factor of the linear motor is used as a value dependent on the operating point of the linear motor.
- the force constant of the linear motor can be considered as the description value of the linear motor. It indicates the direct relationship between the force-generating current and the resulting, linear-acting force.
- the resulting pressure can be determined as follows:
- F is the thrust force of the linear motor, with a screw the pressure in the screw antechamber, Rs c nn ec k e the worm radius and ⁇ the circle number.
- the operating point dependence of the kF factor is taken into account.
- the kF factors are advantageously stored in a memory device on the linear motor, wherein the stored values can be read by a control and / or control device.
- the control and / or control device is provided, for example, for the travel speed control and / or current control of the linear motor.
- the memory device is, for example, a motor electronics or an encoder electronics of a transmitter for the linear motor, which is provided for moving the extruder screw.
- the force constant kF varies over both the travel speed and the thrust force (see FIG. 9).
- the force constant spreads from linear motor to linear motor.
- a force constant which is at the same time dependent on a temperature of the linear motor is used as a value dependent on the operating point of the linear motor.
- the accuracy of the pressure calculation can be increased.
- the dependence of the kF factor on the temperature of the magnetic material of the linear motor primary part can be compensated by detecting the motor temperature.
- the drop of the magnetization is 12% when the primary part is heated by 100 K.
- the operating-point-dependent value used in the calculation of the pressure can be read from a memory or can also be estimated.
- the estimation is carried out in a so-called kF estimator, where for the estimation current detected EMF values are used.
- the estimation is preferably carried out by calculating the force factor using a motor model.
- a control and / or control device is used to calculate the injection pressure and / or the back pressure, in which a current controller and / or a Verfahrgeschwin- dtechniksregler of the linear motor is integrated.
- both a force calculation and / or a pressure calculation can already be carried out in a subordinate manner.
- the object of the invention is further achieved with an injection device for an injection molding machine, wherein the injection device can be driven by means of a rotating electrical machine extruder screw and a
- Linear motor for moving the extruder screw has.
- the rotating electrical machine and the linear motor may be formed, for example, as a unit.
- the injection device to a control and / or control device in which a current / power controller and / or Verfahr fürsregler the linear motor is integrated. They are working point dependent Values stored for a force constant of the linear motor. For calculating an injection pressure and / or dynamic pressure, acceleration values and / or values dependent on an operating point of the linear motor are provided. This has the advantage that it is possible to dispense with a sensor for detecting the injection pressure and / or the dynamic pressure.
- an encoder for detecting the travel of the linear motor is present.
- the acceleration values for calculating the injection pressure and / or back pressure can be determined from a time derivative of the change in the detected travel path.
- the encoder can e.g. be attached to the primary part of the linear motor and detect along the travel rail of the linear motor mounted markings.
- the encoder can be based for example on an optical or magnetic principle.
- a temperature sensor for detecting a temperature of the linear motor, in particular for detecting the temperature of the permanent magnets in the primary part of the linear motor, is present.
- the corresponding temperature values are provided for calculating the injection pressure and / or dynamic pressure by the control and / or control device.
- operating point and temperature-dependent values for a force constant of the linear motor are also stored.
- these values are stored in a non-volatile memory of the control and / or control device.
- the regulating and / or control device of the injection device has a kF estimator for estimating the injection pressure and / or the dynamic pressure on the basis of the detected travel speed and the determined operating point of the linear motor.
- the kF estimator preferably has means for calculating the force constant with the aid of a motor model.
- FIG 1-3 phases of an injection process
- FIG. 5 shows a linear motor for moving a prior art rotating electrical machine driving the extruder screw
- FIG. 8 shows the course of a corresponding force constant of the linear motor as a function of the exciter current according to FIG. 7 and FIG.
- FIG. 9 shows by way of example a function diagram for the regulation and / or control of the injection device according to the invention with the aid of a kF estimator.
- FIG. 1 to 3 show phases of an injection process.
- the representations according to FIG. 1 to FIG. 3 show three steps 3, 5, 7 of an injection molding process in an injection molding machine 1 shown only in rudimentary form, which has an injection device 2.
- the first step according to FIG. 1 is concerned the plasticizing and metering
- the second step according to FIG 2 relates to the injection and Nachelle
- the third step of FIG 3 relates to the cooling and demolding.
- the injection molding process relates to an injection molding machine 1.
- the injection molding machine 1 has an extruder screw 9.
- the worm 9 is located in a worm cylinder 11.
- the injection molding machine 1 also has a funnel 13.
- the funnel 13 can be loaded with plastic granulate 15.
- the plastic granules 15 can be transported in a screw antechamber 19.
- the plastic granules are heated to a melt by friction or by means of an electric heater 21.
- the melt collects by a rotary movement 17 in the screw antechamber 19, which adjoins a screw tip 10.
- the rotational movement 17 can be achieved, for example, by means of a rotating electric machine 23, that is to say by means of an electric motor.
- the electric machine 23 is coupled to an axis 22 and regulated or controllable, for example, by means of a control and / or control device 25. Due to the fact that melt accumulates in the screw antechamber 19, the screw 9 is pushed away by a nozzle 27. The nozzle 27 is provided for discharging the melt. It can have a corresponding activatable sealing mechanism for the melt.
- the entire injection device 2 can be brought to the molding tool 29, 31.
- the mold 29, 31 has two moldings. The first mold part 29 and the second mold part 31 are joined together to form a mold.
- the first step of the casting process according to FIG. 1 includes plasticization and metering of the melt material.
- the second step of the casting process according to FIG. 2 relates to the injection of the melt or the pressing of it.
- the screw 9 is moved in the direction of the nozzle 27.
- melt penetrates into the mold 29, 31 a.
- a reprint is applied.
- cooling and demoulding take place.
- the worm cylinder 11 is separated from the mold 29, 31.
- the two parts of the molding tool 29 and 31 are separated, so that a sprayed 33 is released.
- this step again follows the first step 3 of the casting process, namely the plasticizing and dosing.
- FIG 4 shows a belt drive device 47 for a linear movement of an extruder screw 9 of an injection device 2 according to the prior art.
- FIG 4 shows a belt drive device 47. It is by means of a belt 37, the rotary movement of an electric machine 23, which has a transmitter 35, transferable.
- the electric machine 23 is connected to a drive device 45, wherein the drive device 45 has, for example, a power converter and a control and / or control device.
- the rotating movement in a linear movement 41 is changeable.
- the linear movement 41 serves the linear movement of the worm 9, which is advantageously located in the same axis 43 as the spindle 39.
- FIG. 5 shows a linear motor 24 for moving a prior art rotating electrical machine 23 that drives the extruder screw 9.
- the reference numeral 26 denotes a primary part of the linear motor 24. It typically includes a field winding and permanent magnets.
- Reference numeral 28 denotes a secondary part of the linear motor 24 or a travel rail or carrier.
- the primary part 26 moves with appropriate electrical control in the sense of a carriage along the secondary part 28.
- the rotating electric machine 23 is fixedly connected to the primary part 26. Linear movement 41 as well as turning movement 17 of the extruder screw 9 are therefore decoupled from each other.
- an encoder is present. Acceleration values can be determined from the time derivation of the change in the detected travel path in order to be able to calculate the injection pressure and / or the back pressure in the extruder screw 9 of the injection device 2 according to the invention.
- the illustration in accordance with FIG. 6 shows a structure with different drive devices 46.
- the drive devices 46 are each assigned to a rotating electric machine 23 and a linear motor 24 and connected thereto.
- the rotating electrical machines 23 can, for example, drive the extruder screw 9.
- You can, for example, drive the ejector, the clasp or the injector.
- the feed of the drive devices 46 takes place via a common feed device 49.
- the drive devices 46 are designed such that they are connected to a common control and / or control device 25. In particular, the speed control or the travel speed control of the connected drive devices 46 is performed in this control and / or regulating device 25. This function can also be integrated in a single drive device, which is not shown in FIG.
- control and / or regulating device 25 is connected to the electrical machines 23, 24 via a drive bus system 51.
- the electrical machines 23, 24 have an encoder interface with an electronic nameplate 53.
- kF values are stored for the shown linear motor 24 or other electrical parameters of the respective electric machine 23, 24, such as e.g. Poliere, rated currents and the like.
- FIG. 7 shows a current / force characteristic 58 of an exemplary linear motor.
- a thrust force F of the primary part of the linear motor via an effective force-generating current I, which flows through the exciter winding of the primary part. carried.
- I effective force-generating current
- FIG. 8 shows the course of a corresponding force constant kF of the linear motor as a function of the exciter current I according to FIG. 7.
- the force constant kF describes the effectivity of the conversion from the exciter current I to the thrust force F. It is calculated from the quotient of the thrust force F and the corresponding excitation current I formed.
- the force constant kF decreases for current values from approximately 20 A eff from approximately 0.97 to approximately 0.88.
- the force constant kF can be normalized to a 100% value, which results for small excitation currents greater than 0 A e ff.
- the force constant kF of the linear motor 24 is used as a value dependent on the operating point of the linear motor 24.
- the force-dependent force constant kF dependent on the excitation current I serves to correct the transmission ratio of the exciter current I to the resultant thrust force F.
- a force constant kF dependent on a temperature of the linear motor 24 is also considered to be dependent on the operating point of the linear motor 24 Value used. Above all, this temperature is the primary part temperature of the linear motor 24 and in particular the temperature of the local permanent magnets whose magnetization decreases with increasing temperature.
- the operating point-dependent and temperature-dependent values for the force constant kF are stored in a corresponding two-dimensional matrix, so that the control and / or regulating device 25 of the linear motor 24 can read out the respectively suitable force constant value.
- the matrix can be determined, for example, during the factory final test of the linear motor 24. Since the force constant kF from linear motor 24 to linear motor 24 is typically due to production. can vary by up to 8%, it is advantageous for each linear motor 24 to create such a matrix.
- the corresponding thrust force F of the linear motor 24 and, taking into account the worm radius of the extruder worm 9 and the efficiency of the extruder worm 9, can ultimately be determined by the injection and / or ram pressure of the injection device 2 according to the invention with very high accuracy via the detected exciter current I of the linear motor 24 be determined .
- the respective current force constant value can be derived from a suitable mathematical interpolation function with the function parameters excitation current I and primary part temperature.
- the values for the force constant kF that depend on the operating point of the linear motor 24 and optionally on the temperature of the linear motor 24 are read from a memory or estimated.
- the memory is preferably a non-volatile memory such as e.g. an EEPROM memory. It is typically present in the control and / or regulating device 25, in which preferably also a current regulator and / or Verfahr fürsregler the linear motor 24 is integrated.
- FIG. 9 shows, by way of example, a functional diagram for controlling and / or controlling the injection device 2 according to the invention with the aid of a kF estimator 61.
- FIG 9 shows an example of an adaptation of the force constant kF in a linear motor 24.
- a kF estimator 61 is used.
- a temperature adaptation 63 is provided (see the upper part of FIG 9).
- Pxxx such as P121 for a primary part resistance
- input parameters are designated.
- rxxx such as rO88
- read-out parameters are designated.
- the adaptation of the force constant kF serves to improve the absolute thrust force accuracy in the control of the linear motor 24. Due to manufacturing tolerances, temperature fluctuations and saturation effects, the magnetization of the permanent magnets varies.
- the function "kF estimator" 61 adjusts the force constant kF [N / A e ff] in the control to the instantaneous magnetization.
- the kF estimator 61 needs as accurate as possible values of the motor parameters of the linear motor 24 in order to achieve high thrust. Therefore, prior to the use of the kF estimator 61, a motor identification with activated kF estimator 61 must be performed, in which the values for primary part resistance, leakage inductance and voltage mapping error are determined. The line resistance must be entered in a corresponding manner before the motor identification. The linear motor 24 should have room temperature for identification. The compensation of the voltage imaging errors must be activated. The engine temperature, in particular the primary part temperature, should be detected by a so-called KTY sensor. The engine temperature is needed by estimator 61 to track the temperature dependent quantities. If no motor temperature sensor is connected, the accuracy is severely limited.
- the kF estimator 61 is activated only after a certain travel speed v, the so-called application speed.
- the terminal voltage of the drive inverter is always associated with small errors caused by voltage drops across the semiconductors, etc. The lower the travel speed v and thus the output voltage, the more small voltage errors can disturb the estimation. Therefore, the estimation below a certain operating speed is deactivated.
- the estimated value is preferably smoothed with a predefinable time constant. In rO88 the current kF nominal value is displayed, in rO88 the kF actual value is displayed.
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Abstract
A method is provided for operating an injection device (2) for an injection moulding machine (1), which has an extruder screw (9) that can be driven by means of a rotating machine (23). According to the invention, a linear motor (24) is provided for moving the extruder screw (9) along. A motor current or values derived therefrom and/or acceleration values and/or values dependent on an operating point of the linear motor (24) are used to calculate an injection pressure and/or a back pressure.
Description
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Verfahren zum Betrieb einer Einspritzeinrichtung für eine Spritzgießmaschine, Einspritzeinrichtung sowie Spritzgießma- schine mit einer derartigen EinspritzeinrichtungMethod for operating an injection device for an injection molding machine, injection device and injection molding machine with such an injection device
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Einspritzeinrichtung für eine Spritzgießmaschine, welche eine mittels einer rotierenden Maschine antreibbare Extruderschne- cke aufweist, wobei ein Linearmotor zum Verfahren der Extruderschnecke vorgesehen ist.The invention relates to a method for operating an injection device for an injection molding machine, which has an extruder screw drivable by means of a rotating machine, wherein a linear motor is provided for moving the extruder screw.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine zum Verfahren korrespondierende Einspritzeinrichtung für eine Spritzgießmaschine.The invention further relates to an injection device corresponding to the method for an injection molding machine.
Schließlich betrifft die Erfindung eine Spritzgießmaschine mit einer derartigen Einspritzeinrichtung.Finally, the invention relates to an injection molding machine with such an injection device.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 198 47 298 Al ist eine Spritzgießmaschine mit mehreren modularen Antriebsgruppen auf der Spritzgießseite und auf der Formschlussseite bekannt. Es wird wenigstens eine der Antriebsgruppen über wenigstens ein Multifunktionselement mit der Spritzgießmaschine verbunden, das als Schnittstelle wahlweise den Anschluss ver- schiedener Antriebsarten wie z. B. elektromechanische Antriebe, hydraulische Antriebe, pneumatische Antriebe, Linearmotoren oder elektromagnetische Antriebe als Antriebsgruppe bei ansonsten unveränderter Spritzgießmaschine ermöglicht. Bei einer dortigen Ausführungsform wird ein Linearmotor zur line- aren Verschiebung der Extruderschnecke verwendet.German Offenlegungsschrift DE 198 47 298 A1 discloses an injection molding machine with a plurality of modular drive groups on the injection molding side and on the positive-locking side. At least one of the drive groups is connected to the injection molding machine via at least one multifunctional element, which as an interface optionally enables the connection of different types of drive, such as, for example, an injection molding machine. As electromechanical drives, hydraulic drives, pneumatic drives, linear motors or electromagnetic drives as a drive group with otherwise unchanged injection molding machine allows. In a local embodiment, a linear motor is used for linear displacement of the extruder screw.
Bekannte Einspritzeinrichtungen für Spritzgießmaschinen weisen eine mittels einer elektrischen Maschine antreibbare Extruderschnecke, einen Schneckenzylinder und eine Heizung auf. Typischerweise wird bei einem Spritzgießprozess Kunststoffgranulat über einen Einfülltrichter einer Schnecke, welche auch als Extruderschnecke bezeichnet wird, zugeführt. Durch eine Drehbewegung der Schnecke wird das Kunststoffgra-
nulat nach vorne in Richtung der Spitze der Schnecke befördert. Etwa in dem Maße, wie das in eine geschmolzene Masse gewandelte Kunststoffgranulat nach vorne zur Spitze der Schnecke transportiert wird, weicht die Schnecke nach hinten, also in die entgegengesetzte Richtung, zurück. Durch die durch die Förderung entstehende Verlustleistung und mittels der elektrischen Heizung, welche an einem Schneckenzylinder vorgesehen ist, kommt es zum Schmelzen des Kunststoffgranu- lats. Die Kunststoffgranulatschmelze sammelt sich vor der Schneckenspitze in einem so genannten Schneckenvorraum und schiebt die Schnecke zurück. Da die erzeugte Scheerwärme vom Druck der Schnecke auf das Material abhängt, muss dieser Druck als Druck-/Wegprofil vorgegeben und geregelt bzw. gesteuert werden. Ist genügend geschmolzenes Material in dem Schneckenvorraum aufdosiert, wird die Schnecke als eine Art Kolben in Richtung der Schneckenspitze gedrückt. Derart ist die Schmelze des Kunststoffgranulats in eine geschlossene Form einspritzbar. Die geschlossene Form ist ein Formwerkzeug, das beispielsweise aus zwei Formteilen besteht. Die Ge- schwindigkeit der Schnecke, insbesondere in der Funktion als Kolben, wird dabei derart geregelt, dass ein festgelegter Begrenzungsdruck nicht überschritten wird. Der Begrenzungsdruck betrifft beispielsweise den Druck vor der Schneckenspitze.Known injection devices for injection molding machines have an extruder screw drivable by means of an electric machine, a screw cylinder and a heater. Typically, in an injection molding process, plastic granules are fed via a hopper of a screw, which is also referred to as an extruder screw. By a rotary movement of the screw the plasticgrain Nulat transported forward towards the top of the snail. Approximately to the extent that the plastic granulate, which has been converted into a molten mass, is transported forwards to the tip of the screw, the screw deviates backwards, ie in the opposite direction. Due to the power loss resulting from the promotion and by means of the electric heater, which is provided on a worm cylinder, it melts the Kunststoffgranu- lats. The plastic granulate melt collects in front of the screw tip in a so-called worm entrance and pushes the worm back. Since the generated shear heat depends on the pressure of the screw on the material, this pressure must be specified as a pressure / displacement profile and controlled or controlled. Once enough molten material has been metered into the screw antechamber, the screw is pressed as a kind of piston in the direction of the screw tip. In this way, the melt of the plastic granules can be injected into a closed mold. The closed mold is a mold, which consists for example of two moldings. The speed of the screw, in particular in the function of a piston, is regulated in such a way that a defined limiting pressure is not exceeded. The limiting pressure affects, for example, the pressure in front of the screw tip.
Ist nun das Formwerkzeug mit der Schmelze des Kunststoffgranulats gefüllt, steigt der Druck im Formwerkzeug rapide an, da es nun zu einer Kompression des KunststoffSchmelzmaterials kommt. In dieser Phase wird beispielsweise von einer Geschwindigkeitsregelung der Schnecke auf eine Druckregelung umgeschaltet. Hierbei ist es von großer Bedeutung, dass die derartige Umschaltung reproduzierbar und exakt durchgeführt wird. Zur Umschaltung wird ein Umschaltkriterium verwendet. Das Umschaltkriterium ist ein Übergangskriterium zwischen zwei Regelungstypen, wobei ein Regelungstyp beispielsweise die Geschwindigkeitsregelung ist und ein zweiter Regelungstyp die Druckregelung ist. Anstelle der Geschwindigkeitsregelung ist auch eine Geschwindigkeitssteuerung verwendbar. Ebenso ist anstelle der Druckregelung auch eine Drucksteuerung ein-
setzbar. Das Übergangskriterium betrifft dann demzufolge zwei Steuerungstypen. Das Umschaltkriterium ist beispielsweise eine Position der Schnecke, ein Schmelzdruck oder ein Forminnendruck innerhalb des Formwerkzeugs. Die Umschaltung stellt eine Umstellung von beispielsweise einer Geschwindigkeitsregelung auf eine Druckregelung dar. Es ist zu vermeiden, dass es zu einem Druckeinbruch oder auch zu Druckspitzen kommt, die sich nachteilig auf die Qualität von Spritzgussteilen auswirken. Um stets eine reproduzierbare und exakte, insbe- sondere bezüglich eines Umstellkriteriums punktgenaue Umstellung auf die Druckregelung zu erhalten, sind beispielsweise möglichst kurze Abtastzeiten für die Regelung und/oder die Steuerung verwendbar. Eine mögliche Abtastzeit liegt beispielsweise im Bereich von 100 μs .Now, if the mold is filled with the melt of the plastic granules, the pressure in the mold increases rapidly, since it comes now to a compression of the plastic melt material. In this phase, for example, is switched from a speed control of the screw to a pressure control. It is of great importance here that the switching of this type is carried out in a reproducible and exact manner. For switching a switching criterion is used. The switchover criterion is a transitional criterion between two control types, one control type being, for example, the speed control and a second control type being the pressure control. Instead of the speed control, a speed control can also be used. Likewise, a pressure control is also used instead of the pressure control. settable. The transition criterion then relates to two types of control. The switching criterion is, for example, a position of the screw, a melt pressure or an in-mold pressure within the mold. The change-over represents a changeover from, for example, a speed control to a pressure control. It is to be avoided that pressure drops or pressure peaks occur which adversely affect the quality of injection molded parts. In order to always obtain a reproducible and exact, in particular with respect to a Umstellkriteriums precise conversion to the pressure control, for example, the shortest possible sampling times for the control and / or the control can be used. A possible sampling time is for example in the range of 100 μs.
Wenn nun das Werkzeug mit eingespritztem Material gefüllt ist, kommt es durch die Abkühlung des Materials zum Schwund des Materials. Dieser Schwund wird vorteilhaft ausgeglichen, indem der Kolben nach dem Einspritzvorgang über ein Druck-/ Zeitprofil weiterhin Material in das Werkzeug eindrückt.Now, if the tool is filled with injected material, the cooling of the material leads to the shrinkage of the material. This shrinkage is advantageously compensated by the piston continues to press material into the tool after the injection process via a pressure / time profile.
Hierfür ist bei allen derartigen Druckregelungs- und Überwachungsaufgaben bislang die Erfassung des Ist-Drucks, also des Einspritzdrucks bzw. des Staudrucks, zwingend erforderlich. Der Einspritzdruck ist dabei der Druck während des Einspritz- Vorgangs. Der Staudruck ist der aufrecht zu erhaltende Druck während des Dosiervorgangs.For this purpose, in all such pressure control and monitoring tasks so far the detection of the actual pressure, ie the injection pressure or the dynamic pressure, imperative. The injection pressure is the pressure during the injection process. The dynamic pressure is the pressure to be maintained during the dosing process.
Die Erfassung des Einspritz- bzw. Staudrucks erfolgt in der Regel durch Drucksensoren. Dies können Sensoren sein, die un- mittelbar im Schneckenvorraum den Schmelzedruck erfassen oder aber auch Dehnungsmessstreifen bzw. Kraftmessdosen, die an geeigneter Stelle der Mechanik die aus dem Staudruck resultierenden Lagerkräfte erfassen. Beide Verfahren sind mit hohen Kosten verbunden.The detection of the injection or dynamic pressure is usually carried out by pressure sensors. These may be sensors which detect the melt pressure directly in the screw antechamber or else also strain gauges or load cells which detect the bearing forces resulting from the dynamic pressure at a suitable point in the mechanics. Both methods are associated with high costs.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein Verfahren zum Betrieb einer Einspritzeinrichtung einer Spritzgießmaschine anzugeben, womit es möglich ist, auf bislang notwendi-
ge Drucksensoren bzw. entsprechende Messeinrichtungen zur Ermittlung des Einspritzdrucks bzw. des Staudrucks zu verzichten .The object of the present invention is now to provide a method for operating an injection device of an injection molding machine, with which it is possible to apply to hitherto necessary ge pressure sensors or corresponding measuring devices to determine the injection pressure or the back pressure to dispense.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine zum Verfahren korrespondierende Einspritzeinrichtung für eine Spritzgießmaschine sowie eine geeignete Spritzgießmaschine mit einer derartigen Einspritzeinrichtung anzugeben.It is a further object of the invention to specify an injection device for an injection molding machine corresponding to the method and a suitable injection molding machine with such an injection device.
Die Aufgabe der Erfindung wird mit einem Verfahren zum Betrieb einer Einspritzeinrichtung für eine Spritzgießmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Verfahrensvarianten sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 6 genannt. Im Anspruch 7 ist eine Einspritzeinrichtung für eine Spritzgießmaschine angegeben. In den abhängigen Ansprüchen 8 bis 12 sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Einspritzeinrichtung genannt. Im Anspruch 13 ist eine Spritzgießmaschine angegeben, welche eine derartige Einspritzeinrichtung aufweist .The object of the invention is achieved with a method for operating an injection device for an injection molding machine having the features of claim 1. Advantageous process variants are mentioned in the dependent claims 2 to 6. In claim 7, an injection device for an injection molding machine is specified. In the dependent claims 8 to 12 advantageous embodiments of the injector are called. In claim 13, an injection molding machine is provided which has such an injection device.
Erfindungsgemäß werden ein Motorstrom oder davon abgeleitete Werte und/oder Beschleunigungswerte und/oder von einem Arbeitspunkt des Linearmotors abhängige Werte zur Berechnung eines Einspritzdrucks und/oder eines Staudrucks verwendet.According to the invention, a motor current or values derived therefrom and / or acceleration values and / or values dependent on an operating point of the linear motor are used to calculate an injection pressure and / or a dynamic pressure.
Dies hat den Vorteil, dass zur Druckerfassung auf einen Sensor verzichtet werden kann. Zur Berechnung wird hierfür nicht nur ein kraftbildender Strom des Linearmotors als ein Berechnungswert herangezogen, sondern auch weitere Werte, welche von einem Beschleunigungswert und/oder von einem Arbeitspunkt des Linearmotors abhängige Werte verwendet. Der Beschleunigungswert ist beispielsweise eine Ableitung der Verfahrgeschwindigkeit des Linearmotors oder der Extruderschnecke nach der Zeit bzw. auch eine Linearbeschleunigung der Extru- derschnecke in Richtung des Formwerkzeugs. Durch die Einbeziehung des Beschleunigungswertes werden auftretende Beschleunigungskräfte mit bei der Berechnung des Einspritzdrucks bzw. des Staudrucks berücksichtigt. Die Berücksichti-
gung der Beschleunigungskräfte bei der Berechnung des Einspritzdrucks bzw. des Staudrucks setzt auf dem dynamischen Grundgesetz auf, nachdem die Summe aller Kräfte einschließlich der Trägheitskräfte stets im Gleichgewicht ist.This has the advantage that it is possible to dispense with a sensor for pressure detection. For the calculation, not only a force-generating current of the linear motor is used as a calculation value, but also other values which use values dependent on an acceleration value and / or on an operating point of the linear motor. The acceleration value is, for example, a derivation of the travel speed of the linear motor or of the extruder screw according to time, or else a linear acceleration of the extruder screw in the direction of the mold. By including the acceleration value occurring acceleration forces are taken into account in the calculation of the injection pressure or the back pressure. The consideration The acceleration forces in the calculation of the injection pressure or the dynamic pressure is based on the dynamic basic law, after the sum of all forces including the inertia forces is always in equilibrium.
Ein weiterer Vorteil ist, dass im Gegensatz zu den bei Spritzgießmaschinen üblichen Kugelrollenspindelantrieben die Kraft des Linearmotors unmittelbar auf den Spritzgießprozess wirkt. Die Kraft ist somit nicht abhängig vom Wirkungsgrad der Kugelrollspindel und von unterschiedlichen Einflüssen wie Schmierung, Verschmutzung oder Alterung der Kugelrollspindel. Deshalb kann bei einem Linearmotor direkt vom kraftbildenden Strom auf die resultierende Kraft und über die Kraft in Verbindung mit der bekannten Querschnittsgeometrie des Schne- ckenzylinders auf den resultierenden Druck im Schneckenzylinder, insbesondere im Schneckenvorraum, geschlossen werden.A further advantage is that, in contrast to the ball-and-socket spindle drives customary in injection molding machines, the force of the linear motor acts directly on the injection molding process. The force is thus not dependent on the efficiency of the ball screw and different influences such as lubrication, contamination or aging of the ball screw. Therefore, in the case of a linear motor, the resulting pressure in the screw cylinder, in particular in the screw antechamber, can be directly deduced from the force-generating current to the resulting force and via the force in conjunction with the known cross-sectional geometry of the worm cylinder.
Durch die Einbeziehung arbeitspunktabhängiger Werte des Linearmotors werden arbeitspunktabhängige Verhältnisse des kraft- bildenden Stromes zur resultierenden Kraft mit bei der Druckberechnung berücksichtigt.By including operating point-dependent values of the linear motor, operating point-dependent ratios of the power generating current to the resulting force are taken into account in the pressure calculation.
Nach einer Ausführungsform wird eine Kraftkonstante bzw. ein so genannter kF-Faktor des Linearmotors als ein vom Arbeits- punkt des Linearmotors abhängiger Wert verwendet. Die Kraftkonstante des Linearmotors kann als Beschreibungswert des Linearmotors betrachtet werden. Sie gibt den direkten Zusammenhang zwischen dem kraftbildenden Strom und der resultierenden, linear wirkenden Kraft an. Der resultierende Druck kann wie folgt ermittelt werden:According to one embodiment, a force constant or a so-called kF factor of the linear motor is used as a value dependent on the operating point of the linear motor. The force constant of the linear motor can be considered as the description value of the linear motor. It indicates the direct relationship between the force-generating current and the resulting, linear-acting force. The resulting pressure can be determined as follows:
Pschnecke = F / (R-Schnecke * Tl) rPschnecke = F / (R-screw * Tl) r
wobei mit F die Schubkraft des Linearmotors, mit Pschnecke der Druck im Schneckenvorraum, mit Rscnnecke der Schneckenradius und mit π die Kreiszahl bezeichnet ist.
Vorteilhaft wird die Arbeitspunktabhängigkeit des kF-Faktors berücksichtigt. Hierzu erfolgt beispielsweise eine Vermessung des Linearmotors und die Abspeicherung der kF-Faktoren. Dies erfolgt beispielsweise in der Produktionsstätte des Linearmo- tors . Die kF-Faktoren werden vorteilhaft in einer Speichereinrichtung am Linearmotor gespeichert, wobei die gespeicherten Werte von einer Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung auslesbar sind. Die Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung ist beispielsweise für die Verfahrgeschwindigkeitsregelung und/oder Stromregelung des Linearmotors vorgesehen. Die Speichereinrichtung ist beispielsweise eine Motorelektronik oder auch eine Geberelektronik eines Gebers für den Linearmotor, welche zum Verfahren der Extruderschnecke vorgesehen ist. Typischerweise variiert die Kraftkonstante kF sowohl über der Verfahrgeschwindigkeit als auch über der Schubkraft (siehe dazu FIG. 9) . Darüber hinaus streut die Kraftkonstante fertigungsbedingt von Linearmotor zu Linearmotor. Durch eine individuelle Erfassung der jeweiligen Kennlinien für einen bestimmten Linearmotor kann der jeweilige kF-Faktor als Funkti- on der aktuellen Verfahrgeschwindigkeit und des aktuellenwhere F is the thrust force of the linear motor, with a screw the pressure in the screw antechamber, Rs c nn ec k e the worm radius and π the circle number. Advantageously, the operating point dependence of the kF factor is taken into account. For this purpose, for example, a measurement of the linear motor and the storage of the kF factors. This takes place, for example, in the production facility of the linear motor. The kF factors are advantageously stored in a memory device on the linear motor, wherein the stored values can be read by a control and / or control device. The control and / or control device is provided, for example, for the travel speed control and / or current control of the linear motor. The memory device is, for example, a motor electronics or an encoder electronics of a transmitter for the linear motor, which is provided for moving the extruder screw. Typically, the force constant kF varies over both the travel speed and the thrust force (see FIG. 9). In addition, due to production reasons, the force constant spreads from linear motor to linear motor. By individually recording the respective characteristic curves for a specific linear motor, the respective kF factor can be used as a function of the current travel speed and the current motor speed
Stroms ermittelt werden. Damit lassen sich z.B. Maschinenparameter von einem Linearmotor zu einem anderen übertragen.Current can be determined. This can be used e.g. Transfer machine parameters from one linear motor to another.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird eine zugleich von einer Temperatur des Linearmotors abhängige Kraftkonstante als ein vom Arbeitspunkt des Linearmotors abhängiger Wert verwendet. Durch eine Berücksichtigung der Temperaturabhängigkeit des kF-Faktors, also des kF-Wertes, kann die Genauigkeit der Druckberechnung erhöht werden. So kann zusätzlich die Abhängigkeit des kF-Faktors von der Temperatur des Magnetmaterials des Linearmotor-Primärteils durch Erfassung der Motortemperatur kompensiert werden. Bei der Verwendung von gängigen Neodym-Eisen-Bor-Permanentmagneten beträgt z.B. der Abfall der Magnetisierung 12% bei einer Erwärmung des Primärteils um 100 K. Der in der Berechnung des Drucks verwendete arbeitspunktabhängige Wert kann aus einem Speicher ausgelesen werden oder auch geschätzt werden. Die Schätzung wird in einem so genannten kF-Schätzer durchgeführt, wobei
für die Schätzung aktuelle ermittelte EMK-Werte verwendet werden. Die Schätzung erfolgt vorzugsweise durch eine Berechnung des Kraftfaktors mit Hilfe eines Motormodells.According to an advantageous embodiment of the method, a force constant which is at the same time dependent on a temperature of the linear motor is used as a value dependent on the operating point of the linear motor. By taking into account the temperature dependence of the kF factor, ie the kF value, the accuracy of the pressure calculation can be increased. Thus, in addition, the dependence of the kF factor on the temperature of the magnetic material of the linear motor primary part can be compensated by detecting the motor temperature. When using common neodymium-iron-boron permanent magnets, for example, the drop of the magnetization is 12% when the primary part is heated by 100 K. The operating-point-dependent value used in the calculation of the pressure can be read from a memory or can also be estimated. The estimation is carried out in a so-called kF estimator, where for the estimation current detected EMF values are used. The estimation is preferably carried out by calculating the force factor using a motor model.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird zur Berechnung des Einspritzdrucks und/oder des Staudrucks eine Regelung- und/oder Steuerungseinrichtung verwendet, in welcher ein Stromregler und/oder ein Verfahrgeschwin- digkeitsregler des Linearmotors integriert ist. Hierdurch lassen sich Totzeiten, welche bei einer Verwendung einer separaten Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung entstehen würden, reduzieren. Dies gilt auch für den Fall, dass nicht nur die Berechnung des Drucks in die Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung, in welche der Stromregler und/oder der Verfahrgeschwindigkeitsregler des Linearmotors integriert ist, erfolgt, sondern auch weitere Steuerungs- und/oder Regelungsfunktionen der Einspritzeinrichtung bzw. der Spritzgießmaschine. Verfügt also die Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung für den Strom- bzw. Verfahrgeschwindigkeitsregler des Antriebs über genügend viel Rechenleistung, so kann sowohl eine Kraftberechnung und/oder eine Druckberechnung bereits unterlagert ausgeführt werden. Hieraus ergeben sich weitere Vorteile hinsichtlich der Reglerauslegung, da dann z.B. eine Filterung der Werte bereits im unterlagerten Regler durchgeführt werden kann.In a further advantageous embodiment of the method, a control and / or control device is used to calculate the injection pressure and / or the back pressure, in which a current controller and / or a Verfahrgeschwin- digkeitsregler of the linear motor is integrated. As a result, dead times, which would arise when using a separate control and / or control device, reduce. This also applies to the case that not only the calculation of the pressure in the control and / or control device, in which the current controller and / or the Verfahrgeschwindigkeitsregler the linear motor is integrated, takes place, but also further control and / or control functions of the injector or the injection molding machine. Thus, if the control and / or control device for the current or traversing speed controller of the drive has sufficient computing power, both a force calculation and / or a pressure calculation can already be carried out in a subordinate manner. This results in further advantages in terms of the controller design, since then e.g. Filtering of the values can already be carried out in the subordinate controller.
Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin mit einer Einspritzeinrichtung für eine Spritzgießmaschine gelöst, wobei die Einspritzeinrichtung eine mittels einer rotierenden elek- trischen Maschine antreibbare Extruderschnecke sowie einenThe object of the invention is further achieved with an injection device for an injection molding machine, wherein the injection device can be driven by means of a rotating electrical machine extruder screw and a
Linearmotor zum Verfahren der Extruderschnecke aufweist. Die rotierende elektrische Maschine sowie der Linearmotor können beispielsweise als eine Einheit ausgebildet sein.Linear motor for moving the extruder screw has. The rotating electrical machine and the linear motor may be formed, for example, as a unit.
Erfindungsgemäß weist die Einspritzeinrichtung eine Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung auf, in welcher ein Strom-/Kraftregler und/oder Verfahrgeschwindigkeitsregler des Linearmotors integriert ist. Es sind arbeitspunktabhängige
Werte für eine Kraftkonstante des Linearmotors gespeichert. Es sind zur Berechnung eines Einspritzdrucks und/oder Staudrucks Beschleunigungswerte und/oder von einem Arbeitspunkt des Linearmotors abhängige Werte vorgesehen. Dies hat den Vorteil, dass auf einen Sensor zur Erfassung des Einspritzdrucks und/oder der Staudrucks verzichtet werden kann.According to the invention, the injection device to a control and / or control device in which a current / power controller and / or Verfahrgeschwindigkeitsregler the linear motor is integrated. They are working point dependent Values stored for a force constant of the linear motor. For calculating an injection pressure and / or dynamic pressure, acceleration values and / or values dependent on an operating point of the linear motor are provided. This has the advantage that it is possible to dispense with a sensor for detecting the injection pressure and / or the dynamic pressure.
Im Besonderen ist ein Geber zur Erfassung des Verfahrweges des Linearmotors vorhanden. Es sind die Beschleunigungswerte zur Berechnung des Einspritzdrucks und/oder Staudrucks aus einer zeitlichen Ableitung der Änderung des erfassten Verfahrweges ermittelbar. Der Geber kann z.B. am Primärteil des Linearmotors angebracht sein und entlang der Verfahrschiene des Linearmotors angebrachte Markierungen erfassen. Der Geber kann beispielsweise auf einem optischen oder magnetischen Prinzip basieren.In particular, an encoder for detecting the travel of the linear motor is present. The acceleration values for calculating the injection pressure and / or back pressure can be determined from a time derivative of the change in the detected travel path. The encoder can e.g. be attached to the primary part of the linear motor and detect along the travel rail of the linear motor mounted markings. The encoder can be based for example on an optical or magnetic principle.
Vorzugsweise ist ein Temperatursensor zur Erfassung einer Temperatur des Linearmotors, insbesondere zur Erfassung der Temperatur der Permanentmagnete im Primärteil des Linearmotors, vorhanden. Die entsprechenden Temperaturwerte sind zur Berechnung des Einspritzdrucks und/oder Staudrucks durch die Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung vorgesehen.Preferably, a temperature sensor for detecting a temperature of the linear motor, in particular for detecting the temperature of the permanent magnets in the primary part of the linear motor, is present. The corresponding temperature values are provided for calculating the injection pressure and / or dynamic pressure by the control and / or control device.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Einspritzeinrichtung sind zugleich arbeitspunkt- und temperaturabhängige Werte für eine Kraftkonstante des Linearmotors gespeichert. Vorzugsweise sind diese Werte in einem nichtflüchtigen Speicher der Regelungs- und/oder Steuereinrichtung abgelegt.According to a further embodiment of the injection device, operating point and temperature-dependent values for a force constant of the linear motor are also stored. Preferably, these values are stored in a non-volatile memory of the control and / or control device.
In einer Ausgestaltung der Einspritzeinrichtung weist die Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung der Einspritzeinrichtung einen kF-Schätzer zum Schätzen des Einspritzdrucks und/oder des Staudrucks auf Basis der erfassten Verfahrge- schwindigkeit und des ermittelten Arbeitspunktes des Linearmotors auf. Vorzugsweise weist der kF-Schätzer Mittel zur Berechnung der Kraftkonstante mit Hilfe eines Motormodells auf.
Schließlich wird die Aufgabe der Erfindung durch Spritzgießmaschine gelöst, welche eine erfindungsgemäße Einspritzeinrichtung aufweist. Eine derartige Spritzgießmaschine ist durch den Entfall von Drucksensoren günstiger herstellbar. Sie ist zudem wartungsfreier.In one embodiment of the injection device, the regulating and / or control device of the injection device has a kF estimator for estimating the injection pressure and / or the dynamic pressure on the basis of the detected travel speed and the determined operating point of the linear motor. The kF estimator preferably has means for calculating the force constant with the aid of a motor model. Finally, the object of the invention is achieved by injection molding machine, which has an injection device according to the invention. Such an injection molding machine is cheaper to produce by the elimination of pressure sensors. It is also maintenance-free.
Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen der Erfindung werden im Weiteren anhand der nachfolgenden Figuren näher beschrieben. Es zeigenThe invention and advantageous embodiments of the invention will be described in more detail below with reference to the following figures. Show it
FIG 1-3 Phasen eines Einspritzvorganges,FIG 1-3 phases of an injection process,
FIG 4 eine Riemenantriebseinrichtung für eine Linearbewegung einer Extruderschnecke einer Einspritzeinrich- tung nach dem Stand der Technik,4 shows a belt drive device for a linear movement of an extruder screw of a injection device according to the prior art,
FIG 5 einen Linearmotor zum Verfahren einer die Extruderschnecke antreibenden rotierenden elektrischen Maschine nach dem Stand der Technik,FIG. 5 shows a linear motor for moving a prior art rotating electrical machine driving the extruder screw, FIG.
FIG 6 beispielhaft Antriebseinrichtungen,6 shows by way of example drive devices,
FIG 7 eine Strom-/Kraftkennlinie eines beispielhaften Linearmotors,7 shows a current / force characteristic of an exemplary linear motor,
FIG 8 den Verlauf einer korrespondierenden Kraftkonstante des Linearmotors in Abhängigkeit vom Erregerstrom gemäß FIG 7 und8 shows the course of a corresponding force constant of the linear motor as a function of the exciter current according to FIG. 7 and FIG
FIG 9 beispielhaft einen Funktionsplan zur Regelung und/oder Steuerung der erfindungsgemäßen Einspritzeinrichtung mit Hilfe eines kF-Schätzers .9 shows by way of example a function diagram for the regulation and / or control of the injection device according to the invention with the aid of a kF estimator.
FIG 1 bis FIG 3 zeigen Phasen eines Einspritzvorganges. Die Darstellungen gemäß FIG 1 bis FIG 3 zeigen drei Schritte 3, 5, 7 eines Spritzgießprozesses bei einer nur rudimentär dargestellten Spritzgießmaschine 1, welche eine Einspritzeinrichtung 2 aufweist. Der erste Schritt gemäß FIG 1 betrifft
das Plastifizieren und Dosieren, der zweite Schritt gemäß FIG 2 betrifft das Einspritzen und Nachdrücken und der dritte Schritt gemäß FIG 3 betrifft das Abkühlen und Entformen.1 to 3 show phases of an injection process. The representations according to FIG. 1 to FIG. 3 show three steps 3, 5, 7 of an injection molding process in an injection molding machine 1 shown only in rudimentary form, which has an injection device 2. The first step according to FIG. 1 is concerned the plasticizing and metering, the second step according to FIG 2 relates to the injection and Nachdrücken and the third step of FIG 3 relates to the cooling and demolding.
Der Spritzgießprozess betrifft eine Spritzgießmaschine 1. Die Spritzgießmaschine 1 weist eine Extruderschnecke 9 auf. Die Schnecke 9 befindet sich in einem Schneckenzylinder 11. Die Spritzgießmaschine 1 weist weiterhin einen Trichter 13 auf. Der Trichter 13 ist mit Kunststoffgranulat 15 beschickbar. Durch eine Drehbewegung 17 der Schnecke 9 ist das Kunststoffgranulat 15 in einen Schneckenvorraum 19 transportierbar. Während des Transportes wird durch Reibung bzw. mittels einer elektrischen Heizung 21 das Kunststoffgranulat zu einer Schmelze erhitzt. Die Schmelze sammelt sich durch eine Dreh- bewegung 17 im Schneckenvorraum 19 an, welcher an eine Schneckenspitze 10 anschließt. Die Drehbewegung 17 ist beispielsweise mittels einer rotierenden elektrischen Maschine 23, das heißt mittels eines Elektromotors, erzielbar.The injection molding process relates to an injection molding machine 1. The injection molding machine 1 has an extruder screw 9. The worm 9 is located in a worm cylinder 11. The injection molding machine 1 also has a funnel 13. The funnel 13 can be loaded with plastic granulate 15. By a rotary movement 17 of the screw 9, the plastic granules 15 can be transported in a screw antechamber 19. During transport, the plastic granules are heated to a melt by friction or by means of an electric heater 21. The melt collects by a rotary movement 17 in the screw antechamber 19, which adjoins a screw tip 10. The rotational movement 17 can be achieved, for example, by means of a rotating electric machine 23, that is to say by means of an electric motor.
Die elektrische Maschine 23 ist mit einer Achse 22 gekoppelt und beispielsweise mittels einer Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung 25 regel- bzw. steuerbar. Dadurch, dass sich im Schneckenvorraum 19 Schmelze ansammelt, wird die Schnecke 9 von einer Düse 27 weggedrückt. Die Düse 27 ist zum Auslas- sen der Schmelze vorgesehen. Sie kann einen entsprechenden ansteuerbaren Verschlussmechanismus für die Schmelze aufweisen. Es kann die gesamte Einspritzeinrichtung 2 an das Formwerkzeug 29, 31 herangeführt werden. Das Formwerkzeug 29, 31 weist zwei Formteile auf. Das erste Formteil 29 und das zwei- te Formteil 31 werden zur Ausbildung einer Form zusammengefügt .The electric machine 23 is coupled to an axis 22 and regulated or controllable, for example, by means of a control and / or control device 25. Due to the fact that melt accumulates in the screw antechamber 19, the screw 9 is pushed away by a nozzle 27. The nozzle 27 is provided for discharging the melt. It can have a corresponding activatable sealing mechanism for the melt. The entire injection device 2 can be brought to the molding tool 29, 31. The mold 29, 31 has two moldings. The first mold part 29 and the second mold part 31 are joined together to form a mold.
Der erste Schritt des Gießprozesses gemäß FIG 1 beinhaltet eine Plastifizierung und eine Dosierung des Schmelzmaterials. Der zweite Schritt des Gießprozesses gemäß FIG 2 betrifft das Einspritzen der Schmelze bzw. das Nachdrücken dieser. Zum Einspritzen der Schmelze wird die Schnecke 9 in Richtung der Düse 27 bewegt. Dadurch dringt Schmelze in das Formwerkzeug
29, 31 ein. Am Ende des Einspritzvorgangs wird ein Nachdruck ausgeübt .The first step of the casting process according to FIG. 1 includes plasticization and metering of the melt material. The second step of the casting process according to FIG. 2 relates to the injection of the melt or the pressing of it. To inject the melt, the screw 9 is moved in the direction of the nozzle 27. As a result, melt penetrates into the mold 29, 31 a. At the end of the injection process a reprint is applied.
In einem dritten Schritt des Gießprozesses gemäß FIG 3 erfol- gen ein Abkühlen und ein Entformen. Der Schneckenzylinder 11 wird vom Formwerkzeug 29, 31 getrennt. Die beiden Teile des Formwerkzeuges 29 und 31 werden getrennt, so dass ein Spritzgut 33 freigegeben wird. Nach diesem Schritt folgt wieder der erste Schritt 3 des Gießprozesses, nämlich das Plastifizieren und das Dosieren.In a third step of the casting process according to FIG. 3, cooling and demoulding take place. The worm cylinder 11 is separated from the mold 29, 31. The two parts of the molding tool 29 and 31 are separated, so that a sprayed 33 is released. After this step, again follows the first step 3 of the casting process, namely the plasticizing and dosing.
FIG 4 zeigt eine Riemenantriebseinrichtung 47 für eine Linearbewegung einer Extruderschnecke 9 einer Einspritzeinrichtung 2 nach dem Stand der Technik.4 shows a belt drive device 47 for a linear movement of an extruder screw 9 of an injection device 2 according to the prior art.
Die Darstellung gemäß FIG 4 zeigt eine Riemenantriebseinrichtung 47. Es ist mittels eines Riemens 37 die rotierende Bewegung einer elektrischen Maschine 23, welche einen Geber 35 aufweist, übertragbar. Die elektrische Maschine 23 ist mit einer Antriebseinrichtung 45 verbunden, wobei die Antriebseinrichtung 45 beispielsweise einen Stromrichter und einer Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung aufweist. Mittels einer Spindel 39 ist die rotierende Bewegung in eine Linearbewegung 41 wandelbar. Die Linearbewegung 41 dient der Line- arbewegung der Schnecke 9, welche sich vorteilhaft in derselben Achse 43 wie die Spindel 39 befindet.The illustration according to FIG 4 shows a belt drive device 47. It is by means of a belt 37, the rotary movement of an electric machine 23, which has a transmitter 35, transferable. The electric machine 23 is connected to a drive device 45, wherein the drive device 45 has, for example, a power converter and a control and / or control device. By means of a spindle 39, the rotating movement in a linear movement 41 is changeable. The linear movement 41 serves the linear movement of the worm 9, which is advantageously located in the same axis 43 as the spindle 39.
FIG 5 zeigt einen Linearmotor 24 zum Verfahren einer die Extruderschnecke 9 antreibenden rotierenden elektrischen Ma- schine 23 nach dem Stand der Technik. Mit dem Bezugszeichen 26 ist ein Primärteil des Linearmotors 24 bezeichnet. Er um- fasst typischerweise eine Erregerwicklung sowie Permanentmagnete. Mit dem Bezugszeichen 28 ist ein Sekundärteil des Linearmotors 24 bzw. eine Verfahrschiene oder Träger bezeichnet. Das Primärteil 26 verfährt bei entsprechender elektrischer Ansteuerung im Sinne eines Schlittens entlang des Sekundärteils 28. Die rotierende elektrische Maschine 23 ist fest mit dem Primärteil 26 verbunden. Linearbewegung 41 sowie Drehbe-
wegung 17 der Extruderschnecke 9 sind folglich voneinander entkoppelt. Zur Erfassung des Verfahrweges des Linearmotors 24 ist ein Geber vorhanden. Aus der zeitlichen Ableitung der Änderung des erfassten Verfahrweges können Beschleunigungs- werte ermittelt werden, um gemäß der Erfindung den Einspritzdruck und/oder den Staudruck in der Extruderschnecke 9 der Einspritzeinrichtung 2 berechnen zu können.FIG. 5 shows a linear motor 24 for moving a prior art rotating electrical machine 23 that drives the extruder screw 9. The reference numeral 26 denotes a primary part of the linear motor 24. It typically includes a field winding and permanent magnets. Reference numeral 28 denotes a secondary part of the linear motor 24 or a travel rail or carrier. The primary part 26 moves with appropriate electrical control in the sense of a carriage along the secondary part 28. The rotating electric machine 23 is fixedly connected to the primary part 26. Linear movement 41 as well as turning movement 17 of the extruder screw 9 are therefore decoupled from each other. For detecting the travel of the linear motor 24, an encoder is present. Acceleration values can be determined from the time derivation of the change in the detected travel path in order to be able to calculate the injection pressure and / or the back pressure in the extruder screw 9 of the injection device 2 according to the invention.
Die Darstellung gemäß FIG 6 zeigt einen Aufbau mit verschie- denen Antriebseinrichtungen 46. Die Antriebseinrichtungen 46 sind jeweils einer rotierenden elektrischen Maschine 23 sowie einem Linearmotor 24 zugeordnet und mit dieser verbunden. Die rotierenden elektrischen Maschinen 23 können beispielsweise die Extruderschnecke 9 antreiben. Sie können zudem beispiels- weise den Auswerfer, die Schließe oder die Einspritzeinrichtung antreiben. Die Speisung der Antriebseinrichtungen 46 erfolgt über eine gemeinsame Einspeiseeinrichtung 49. Die Antriebseinrichtungen 46 sind derart ausgebildet, dass diese mit einer gemeinsamen Regelungs- und/oder Steuerungseinrich- tung 25 verbunden sind. In dieser Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung 25 wird insbesondere die Drehzahlregelung bzw. die Verfahrgeschwindigkeitsregelung der angeschlossenen Antriebseinrichtungen 46 durchgeführt. Diese Funktion kann auch in eine einzige Antriebseinrichtung integriert sein, was jedoch in FIG 6 nicht dargestellt ist. Optional ist die Steu- erungs- und/oder Regelungseinrichtung 25 über ein Antriebsbussystem 51 mit den elektrischen Maschinen 23, 24 verbunden. Die elektrischen Maschinen 23, 24 weisen im Beispiel der FIG 6 eine Geberschnittstelle mit einem elektronischen Typen- schild 53 auf. Dort sind beispielsweise kF-Werte für den gezeigten Linearmotor 24 bzw. andere elektrische Parameter der jeweiligen elektrischen Maschine 23, 24 gespeichert, wie z.B. Polzahl, Nennströme und dergleichen.The illustration in accordance with FIG. 6 shows a structure with different drive devices 46. The drive devices 46 are each assigned to a rotating electric machine 23 and a linear motor 24 and connected thereto. The rotating electrical machines 23 can, for example, drive the extruder screw 9. You can, for example, drive the ejector, the clasp or the injector. The feed of the drive devices 46 takes place via a common feed device 49. The drive devices 46 are designed such that they are connected to a common control and / or control device 25. In particular, the speed control or the travel speed control of the connected drive devices 46 is performed in this control and / or regulating device 25. This function can also be integrated in a single drive device, which is not shown in FIG. Optionally, the control and / or regulating device 25 is connected to the electrical machines 23, 24 via a drive bus system 51. In the example of FIG. 6, the electrical machines 23, 24 have an encoder interface with an electronic nameplate 53. There, for example, kF values are stored for the shown linear motor 24 or other electrical parameters of the respective electric machine 23, 24, such as e.g. Polzahl, rated currents and the like.
FIG 7 zeigt eine Strom-/Kraftkennlinie 58 eines beispielhaften Linearmotors. Es ist eine Schubkraft F des Primärteils des Linearmotors über einen effektiven kraftbildenden Strom I, der durch die Erregerwicklung des Primärteils fließt, auf-
getragen. Es ist erkennbar, dass die Strom-/Kennlinie 58 für höhere Stromwerte im Bereich ab 20 bis 30 Aeff nicht mehr linear verläuft. Mit anderen Worten nimmt die Effektivität der Umwandlung von Erregerstrom I in Schubkraft F mit zunehmenden Stromwerten ab.7 shows a current / force characteristic 58 of an exemplary linear motor. There is a thrust force F of the primary part of the linear motor via an effective force-generating current I, which flows through the exciter winding of the primary part. carried. It can be seen that the current / characteristic curve 58 is no longer linear for higher current values in the range from 20 to 30 A e ff. In other words, the efficiency of conversion of excitation current I to thrust F decreases with increasing current values.
FIG 8 zeigt den Verlauf einer korrespondierenden Kraftkonstante kF des Linearmotors in Abhängigkeit vom Erregerstrom I gemäß FIG 7. Die Kraftkonstante kF beschreibt die Effektivi- tat der Umwandlung von dem Erregerstrom I in die Schubkraft F. Sie wird aus dem Quotienten von der Schubkraft F und dem entsprechenden Erregerstrom I gebildet. Wie die FIG 8 zeigt, sinkt die Kraftkonstante kF für Stromwerte ab ca. 20 Aeff von etwa 0,97 auf etwa 0,88. Die Kraftkonstante kF kann alterna- tiv auch auf einen 100 %-Wert normiert sein, welcher sich für kleine Erregerströme größer 0 Aeff ergibt.FIG. 8 shows the course of a corresponding force constant kF of the linear motor as a function of the exciter current I according to FIG. 7. The force constant kF describes the effectivity of the conversion from the exciter current I to the thrust force F. It is calculated from the quotient of the thrust force F and the corresponding excitation current I formed. As FIG. 8 shows, the force constant kF decreases for current values from approximately 20 A eff from approximately 0.97 to approximately 0.88. Alternatively, the force constant kF can be normalized to a 100% value, which results for small excitation currents greater than 0 A e ff.
Erfindungsgemäß wird die Kraftkonstante kF des Linearmotors 24 als ein vom Arbeitspunkt des Linearmotors 24 abhängiger Wert verwendet. Mit anderen Worten dient die arbeitspunktab- hängige und somit vom Erregerstrom I abhängige Kraftkonstante kF zur Korrektur des Übersetzungsverhältnisses von Erregerstrom I zur resultierenden Schubkraft F. Vorzugsweise wird zugleich noch eine von einer Temperatur des Linearmotors 24 abhängige Kraftkonstante kF als ein vom Arbeitspunkt des Linearmotors 24 abhängiger Wert verwendet. Vor allem ist diese Temperatur die Primärteiltemperatur des Linearmotors 24 und insbesondere die Temperatur der dortigen Permanentmagnete, deren Magnetisierung mit steigender Temperatur abfällt.According to the invention, the force constant kF of the linear motor 24 is used as a value dependent on the operating point of the linear motor 24. In other words, the force-dependent force constant kF dependent on the excitation current I serves to correct the transmission ratio of the exciter current I to the resultant thrust force F. Preferably, a force constant kF dependent on a temperature of the linear motor 24 is also considered to be dependent on the operating point of the linear motor 24 Value used. Above all, this temperature is the primary part temperature of the linear motor 24 and in particular the temperature of the local permanent magnets whose magnetization decreases with increasing temperature.
Vorzugsweise sind die arbeitspunktabhängigen und temperaturabhängigen Werte für die Kraftkonstante kF in einer entsprechenden zweidimensionalen Matrix abgelegt, so dass die Steue- rungs- und/oder Regelungseinrichtung 25 des Linearmotors 24 den jeweils geeigneten Kraftkonstantenwert auslesen kann. Die Matrix kann z.B. während der werksseitigen Endprüfung des Linearmotors 24 ermittelt werden. Da die Kraftkonstante kF von Linearmotor 24 zu Linearmotor 24 fertigungsbedingt typischer-
weise um bis zu 8 % variieren kann, ist vorteilhaft für jeden Linearmotor 24 eine solche Matrix zu erstellen. Dadurch kann über den erfassten Erregerstrom I des Linearmotors 24 die entsprechende Schubkraft F des Linearmotors 24 und weiter un- ter Berücksichtigung des Schneckenradius der Extruderschnecke 9 und des Wirkungsgrades der Extruderschnecke 9 letztendlich der Einspritz- und/oder Staudruck der erfindungsgemäßen Einspritzeinrichtung 2 mit sehr hoher Genauigkeit ermittelt werden .Preferably, the operating point-dependent and temperature-dependent values for the force constant kF are stored in a corresponding two-dimensional matrix, so that the control and / or regulating device 25 of the linear motor 24 can read out the respectively suitable force constant value. The matrix can be determined, for example, during the factory final test of the linear motor 24. Since the force constant kF from linear motor 24 to linear motor 24 is typically due to production. can vary by up to 8%, it is advantageous for each linear motor 24 to create such a matrix. As a result, the corresponding thrust force F of the linear motor 24 and, taking into account the worm radius of the extruder worm 9 and the efficiency of the extruder worm 9, can ultimately be determined by the injection and / or ram pressure of the injection device 2 according to the invention with very high accuracy via the detected exciter current I of the linear motor 24 be determined .
Alternativ kann der jeweilige aktuelle Kraftkonstantenwert aus einer geeigneten mathematischen Interpolationsfunktion mit den Funktionsparametern Erregerstrom I und Primärteiltemperatur abgeleitet werden.Alternatively, the respective current force constant value can be derived from a suitable mathematical interpolation function with the function parameters excitation current I and primary part temperature.
Vorzugsweise werden die vom Arbeitspunkt des Linearmotors 24 und gegebenenfalls von der Temperatur des Linearmotors 24 abhängigen Werte für die Kraftkonstante kF aus einem Speicher ausgelesen oder geschätzt. Der Speicher ist vorzugsweise ein nichtflüchtiger Speicher, wie z.B. ein EEPROM-Speicher . Er ist typischerweise in der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 25 vorhanden, in welcher vorzugsweise auch noch ein Stromregler und/oder Verfahrgeschwindigkeitsregler des Linearmotors 24 integriert ist.Preferably, the values for the force constant kF that depend on the operating point of the linear motor 24 and optionally on the temperature of the linear motor 24 are read from a memory or estimated. The memory is preferably a non-volatile memory such as e.g. an EEPROM memory. It is typically present in the control and / or regulating device 25, in which preferably also a current regulator and / or Verfahrgeschwindigkeitsregler the linear motor 24 is integrated.
FIG 9 zeigt beispielhaft einen Funktionsplan zur Regelung und/oder Steuerung der erfindungsgemäßen Einspritzeinrichtung 2 mit Hilfe eines kF-Schätzers 61.FIG. 9 shows, by way of example, a functional diagram for controlling and / or controlling the injection device 2 according to the invention with the aid of a kF estimator 61.
Die Darstellung gemäß FIG 9 zeigt ein Beispiel für eine Adaption der Kraftkonstante kF bei einem Linearmotor 24. Hierbei kommt ein kF-Schätzer 61 zum Einsatz. Auch ist eine Temperaturadaption 63 vorgesehen (siehe oberer Teil der FIG 9) . Mit den Bezeichnungen Pxxx, wie z.B. P121 für einen Primärteilwi- derstand, sind Eingabeparameter bezeichnet. Mit rxxx, wie z.B. rO88, sind Ausleseparameter bezeichnet.
Die Adaption der Kraftkonstante kF dient der Verbesserung der absoluten Schubkraftgenauigkeit bei der Regelung des Linearmotors 24. Bedingt durch Fertigungstoleranzen, Temperaturschwankungen und Sättigungseffekte variiert die Magnetisie- rung der Permanentmagnete. Die Funktion "kF-Schätzer" 61 passt die Kraftkonstante kF [N/Aeff] in der Regelung an die augenblickliche Magnetisierung an. Der kF-Schätzer 61 benötigt möglichst exakte Werte für die Motorparameter des Linearmotors 24, um eine hohe Schubkraft zu erreichen. Vor der Benutzung des kF-Schätzers 61 muss daher eine Motoridentifikation mit aktiviertem kF-Schätzer 61 durchgeführt werden, bei der die Werte für Primärteilwiderstand, Streuinduktivität und Spannungsabbildungsfehler bestimmt werden. Der Leitungswiderstand muss vor der Motoridentifikation in entsprechender Weise eingegeben werden. Der Linearmotor 24 sollte bei der Identifikation Raumtemperatur haben. Die Kompensation der Spannungsabbildungsfehler muss aktiviert sein. Die Motortemperatur, insbesondere die Primärteiltemperatur, sollte über einen so genannten KTY-Sensor erfasst werden. Die Motortempe- ratur wird vom Schätzer 61 benötigt, um die temperaturabhängigen Größen nachzuführen. Wenn kein Motortemperatursensor angeschlossen ist, wird die Genauigkeit stark eingeschränkt. Der kF-Schätzer 61 wird erst ab einer bestimmten Verfahrgeschwindigkeit v, der so genannten Einsatzgeschwindigkeit, ak- tiviert. Die Klemmenspannung des Antriebsumrichters ist immer mit kleinen Fehlern behaftet, die durch Spannungsabfälle an den Halbleitern usw. hervorgerufen werden. Je niedriger die Verfahrgeschwindigkeit v und damit die Ausgangsspannung, umso mehr können kleine Spannungsfehler die Schätzung stören. Des- halb wird die Schätzung unterhalb einer bestimmten Einsatzgeschwindigkeit deaktiviert. Der Schätzwert wird vorzugsweise mit einer vorgebbaren Zeitkonstante geglättet. In rO88 wird der aktuelle kF-Nennwert, in rO88 der kF-Istwert angezeigt.
9 shows an example of an adaptation of the force constant kF in a linear motor 24. Here, a kF estimator 61 is used. Also, a temperature adaptation 63 is provided (see the upper part of FIG 9). With the designations Pxxx, such as P121 for a primary part resistance, input parameters are designated. With rxxx, such as rO88, read-out parameters are designated. The adaptation of the force constant kF serves to improve the absolute thrust force accuracy in the control of the linear motor 24. Due to manufacturing tolerances, temperature fluctuations and saturation effects, the magnetization of the permanent magnets varies. The function "kF estimator" 61 adjusts the force constant kF [N / A e ff] in the control to the instantaneous magnetization. The kF estimator 61 needs as accurate as possible values of the motor parameters of the linear motor 24 in order to achieve high thrust. Therefore, prior to the use of the kF estimator 61, a motor identification with activated kF estimator 61 must be performed, in which the values for primary part resistance, leakage inductance and voltage mapping error are determined. The line resistance must be entered in a corresponding manner before the motor identification. The linear motor 24 should have room temperature for identification. The compensation of the voltage imaging errors must be activated. The engine temperature, in particular the primary part temperature, should be detected by a so-called KTY sensor. The engine temperature is needed by estimator 61 to track the temperature dependent quantities. If no motor temperature sensor is connected, the accuracy is severely limited. The kF estimator 61 is activated only after a certain travel speed v, the so-called application speed. The terminal voltage of the drive inverter is always associated with small errors caused by voltage drops across the semiconductors, etc. The lower the travel speed v and thus the output voltage, the more small voltage errors can disturb the estimation. Therefore, the estimation below a certain operating speed is deactivated. The estimated value is preferably smoothed with a predefinable time constant. In rO88 the current kF nominal value is displayed, in rO88 the kF actual value is displayed.
Claims
1. Verfahren zum Betrieb einer Einspritzeinrichtung (2) für eine Spritzgießmaschine (1), welche eine mittels einer rotie- renden Maschine (23) antreibbare Extruderschnecke (9) aufweist und wobei ein Linearmotor (24) zum Verfahren der Extruderschnecke (9) vorgesehen ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Motorstrom oder davon abgeleitete Werte und/oder Be- schleunigungswerte und/oder von einem Arbeitspunkt des Linearmotors (24) abhängige Werte zur Berechnung eines Einspritzdrucks und/oder eines Staudrucks verwendet werden.1. A method for operating an injection device (2) for an injection molding machine (1), which by means of a rotating machine (23) drivable extruder screw (9) and wherein a linear motor (24) for moving the extruder screw (9) is provided , characterized in that a motor current or values derived therefrom and / or acceleration values and / or values dependent on an operating point of the linear motor (24) are used for calculating an injection pressure and / or a dynamic pressure.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zudem eine Kraftkonstante (kF) des Linearmotors (24) als ein vom Arbeitspunkt des Linearmotors (24) abhängiger Wert verwendet wird.2. A method according to claim 1, wherein a force constant (kF) of the linear motor (24) is additionally used as a value dependent on the operating point of the linear motor (24).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine von einer Temperatur des Linearmotors (24) abhängige Kraftkonstante (kF) als ein vom Arbeitspunkt des Linearmotors (24) abhängiger Wert verwendet wird.3. The method according to claim 1 or 2, wherein a force constant dependent on a temperature of the linear motor is used as a value dependent on the operating point of the linear motor.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die vom Arbeitspunkt des Linearmotors (24) und gegebenenfalls von der Temperatur des Linearmotors (24) abhängigen Werte für die Kraftkonstante (kF) aus einem Speicher ausgelesen werden oder geschätzt werden.4. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the values for the force constant (kF) which are dependent on the operating point of the linear motor (24) and optionally on the temperature of the linear motor (24) are read from a memory or estimated.
5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Schät- zung durch Berechnung der Kraftkonstante (kF) mit Hilfe eines Motormodells erfolgt. 5. The method according to claim 4, characterized in that the estimation is carried out by calculation of the force constant (kF) with the aid of a motor model.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Berechnung des Einspritzdrucks und/oder des Staudrucks eine Re- gelungs- und/oder Steuerungseinrichtung (25) verwendet wird, in welcher ein Strom-/Kraftregler und/oder ein Verfahrge- schwindigkeitsregler des Linearmotors (24) integriert ist.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that for the calculation of the injection pressure and / or the back pressure, a control and / or control device (25) is used, in which a current / force controller and / or a Verfahrge- speed controller of the linear motor (24) is integrated.
7. Einspritzeinrichtung für eine Spritzgießmaschine (1), wobei die Einspritzeinrichtung eine mittels einer rotierenden elektrischen Maschine (23) antreibbare Extruderschnecke (9) und einen Linearmotor (24) zum Verfahren der Extruderschnecke (9) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,7. Injection device for an injection molding machine (1), wherein the injection device comprises an extruder screw (9) which can be driven by means of a rotating electric machine (23) and a linear motor (24) for moving the extruder screw (9), d a d u c h e c e n e c e n e,
- dass die Einspritzeinrichtung eine Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung (25) aufweist, in welcher ein Strom- /Kraftregler und/oder Verfahrgeschwindigkeitsregler des Linearmotors (24) integriert ist,- That the injection device comprises a control and / or control device (25) in which a current / force controller and / or Verfahrgeschwindigkeitsregler the linear motor (24) is integrated,
- dass arbeitspunktabhängige Werte für eine Kraftkonstante- that operating point-dependent values for a force constant
(kF) des Linearmotors (24) gespeichert sind und - dass zur Berechnung eines Einspritzdrucks und/oder Staudrucks ein Motorstrom oder davon abgeleitete Werte und/oder Beschleunigungswerte und/oder von einem Arbeitspunkt des Linearmotors (24) abhängige Werte vorgesehen sind.(kF) of the linear motor (24) are stored, and - that a motor current or values derived therefrom and / or acceleration values and / or values dependent on an operating point of the linear motor (24) are provided for calculating an injection pressure and / or dynamic pressure.
8. Einspritzeinrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Geber zur Erfassung des Verfahrweges des Linearmotors (24) vorhanden ist und dass die Beschleunigungswerte zur Berechnung des Einspritzdrucks und/oder Staudrucks aus einer zeitlichen Ab- leitung der Änderung des erfassten Verfahrweges ermittelbar sind.8. Injection device according to claim 7, characterized in that a sensor for detecting the travel of the linear motor (24) is present and that the acceleration values for calculating the injection pressure and / or back pressure from a time derivative of the change of the detected travel can be determined.
9. Einspritzeinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zumindest ein Temperatursensor zur Erfassung einer Temperatur des Linearmotors (24) vorhanden ist und dass entsprechende Temperaturwerte zur Berechnung des Einspritzdrucks und/oder Stau- drucks durch die Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung (25) vorgesehen sind.9. Injection device according to claim 7 or 8, characterized in that at least one temperature sensor for detecting a temperature of the linear motor (24) is present and that corresponding temperature values for calculating the injection pressure and / or congestion pressure by the control and / or control device (25) are provided.
10. Einspritzeinrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zugleich arbeitspunkt- und temperaturabhängige Werte für eine Kraftkonstante (kF) des Linearmotors (24) gespeichert sind.10. Injection device according to claim 9, characterized in that at the same time operating point and temperature-dependent values for a force constant (kF) of the linear motor (24) are stored.
11. Einspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung (25) der Einspritzeinrichtung einen kF-Schätzer (61) zum Schätzen des Einspritzdrucks und/oder des Staudrucks auf Basis der erfassten Verfahrgeschwindigkeit (v) und des ermittelten Arbeitspunktes des Linearmotors (24) aufweist.11. Injection device according to one of claims 7 to 10, characterized in that the control and / or control means (25) of the injection device a kF estimator (61) for estimating the injection pressure and / or the back pressure based on the detected travel speed (v) and the determined operating point of the linear motor (24).
12. Einspritzeinrichtung nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der kF- Schätzer (61) Mittel zur Berechnung der Kraftkonstante (kF) mit Hilfe eines Motormodells aufweist.12. Injection device according to claim 11, characterized in that the kF estimator (61) has means for calculating the force constant (kF) with the aid of a motor model.
13. Spritzgießmaschine mit einer Einspritzeinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 7 bis 12. 13. Injection molding machine with an injection device (2) according to one of claims 7 to 12.
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|
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Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014225435B4 (en) * | 2014-12-10 | 2023-07-06 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Process for manufacturing a hybrid plastic component |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6051896A (en) * | 1998-05-01 | 2000-04-18 | Nissei Plastic Industrial Co. Ltd | Molding machine |
DE20219091U1 (en) * | 2002-10-09 | 2003-02-27 | Industrial Technology Research Institute, Chutung, Hsinchu | Electromagnetic coaxial sprayer |
WO2007080056A1 (en) * | 2006-01-09 | 2007-07-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Injection device of an injection molding machine, and method for the operation thereof |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61230917A (en) * | 1985-04-08 | 1986-10-15 | Fanuc Ltd | Injection pressure control of injection molder |
JPS61235119A (en) * | 1985-04-12 | 1986-10-20 | Nissei Plastics Ind Co | Method and device for controlling injection of injection molding machine |
DE19847298C2 (en) | 1998-10-14 | 2000-11-02 | Karl Hehl | Injection molding machine with a modular structure comprising several drive groups |
DE10135539A1 (en) * | 2001-07-20 | 2003-03-27 | Mannesmann Plastics Machinery | Control procedure for an injection molding machine |
US6695994B2 (en) * | 2001-09-29 | 2004-02-24 | Van Dorn Demag Corporation | Melt pressure observer for electric injection molding machine |
-
2007
- 2007-09-07 DE DE200710042643 patent/DE102007042643A1/en not_active Ceased
-
2008
- 2008-08-21 WO PCT/EP2008/060947 patent/WO2009033926A1/en active Application Filing
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6051896A (en) * | 1998-05-01 | 2000-04-18 | Nissei Plastic Industrial Co. Ltd | Molding machine |
DE20219091U1 (en) * | 2002-10-09 | 2003-02-27 | Industrial Technology Research Institute, Chutung, Hsinchu | Electromagnetic coaxial sprayer |
WO2007080056A1 (en) * | 2006-01-09 | 2007-07-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Injection device of an injection molding machine, and method for the operation thereof |
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