INJECTION MOULDING MACHINE WITH HYDRAULIC CONTROL

Abstract: 1. An injection moulding machine (1) comprising a die carrier plate (3) coupled with a displacement measuring system (7), an hydraulic two-way chargeable working cylinder (9) for actuating the die carrier plate (3) and an hydraulic control system with at least one balanced 4/3 way-valve (17) for controlling the working cylinder (9), characterised in that the balanced 4/3 way-valve is an hydraulically balanced spring-centred 4/3 way-valve (17), the control pistons of the 4/3 way-valve (17) and its 4/3 way-pilot valve (34) being respectively coupled with a displacement measuring system (40, 41) and forming thereby a control and regulating circuit, that the distance measuring system (7) for the slidable die carrier plate (3) is associated with a computer (47) arranged in succession therewith which calculates from the value representing the actual position of the slidable die carrier plate (3) the deviation from the designed position and then forms a corrective value which is added to the designed value for the position of the slidable die carrier plate and applied as a corrected designed value to a comparator device (43) where it is compared with the output signal of the displacement measuring system (40) for the spring-centred main control valve (17), that the difference signal formed by the comparator device (43) is applied to a further comparator device (45) where it is compared with the output signal of the displacement measuring system (41) of the pilot valve (34), and in that the comparative signal formed at said further comparator device (45) is applied to a proportionally acting servo-drive (42) of the pilot valve (34).

Description: Hydraulische Steuerung für Spritzgiessmaschinen Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steuerung für Spritzgiessmaschinen mit einem beidseitig beaufschlagbaren hydraulischen Arbeitszylinder für die verschiebbare Formaufspannplatte, die mit einem Wegmesssystem gekoppelt ist und mindestens ein vorgesteuertes 4/3-Wegeventil aufweist. In Steuerungen für Spritzgiessmaschinen kommen prinzipiell Wegeventile, insbesondere Proportionalventile, zum Einsatz. Diese Ventile weisen stets, bedingt durch die Fertigungstoleranzen, eine, wenn auch geringe Uberdeckung auf, die im Laufe der Zeit während des Einsatzes der Ventile abnimmt. Diese gewünschte geringe Uberdeckung ist ein Mass für die Positioniergenauigkeit z.B. der verschiebbaren Formaufspannplatte. Durch den stets vorhandenen Verschleiss lässt sich nach längerer Betriebszeit nicht vermeiden, dass auch in Nullage geringe Arbeitsmittelströme fliessen, d.h. Leckverluste auftreten. Diese Ventile haben den gravierenden Nachteil, dass beispielsweise bei Störungen im Vorsteuerteil die verschiebbare Formauf spann- platte einer Spritzgiessmaschine nicht sofort zum Stillstand kommt, was zu erheblichen Schäden an der Spritzgiessmaschine und auch zu Betriebsunfällen führen kann. Man könnte zwar daran denken, Servoventile, die praktisch keine Uberdeckung aufweisen, zum exakten Positionieren einzusetzen. Servoventile sind jedoch für den Einsatz an Spritzgiessmaschinen zu störanfällig und erfordern die Verwendung eines praktisch abriebfreien hydraulischen Arbeitsmittels, eine Bedingung, die bei Spritzgiessmaschinen nicht ohne unwirtschaftlich hohen Aufwand einzuhalten ist. Es sind weiterhin hydraulisch vorgesteuerte federzentrierte Wegeventile bekannt. Bei Störungen im Vorsteuerteil gehen sie ohne weiteres in die Nullage. Sie weisen jedoch eine grosse Uberdeckung auf, so dass sie bisher zum Positionieren bei Spritzgiessmaschinen nicht zum Einsatz gekommen sind. Darüberhinaus werden immer grössere Anforderungen an die Positioniergenauigkeit gestellt z.B. dann, wenn Spritzgiessmaschinen im vollautomatischen Betrieb eingesetzt werden und Roboter die hergestellten Spritzteile aus der geöffneten Spritzgiessform entnehmen sollen. Hier erhebt sich die Forderung, dass im Störfall von vornherein die verschiebbare Formaufspannplatte sofort zum Stillstand kommt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Steuerung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die ein genaues Positionieren unter Einsatz von hydraulisch vorgesteuerten federzentrierten 4/3-Wegeventilen gestattet. Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das vorgesteuerte 4/3-Wegeventil ein vorgesteuertes federzentriertes 4/3-Wegeventil ist, die Kolben des 4/3-Wegeventils und seines 4/3-Vorsteuerwegeventils jeweils mit einem Wegmesssystem unter Bildung eines Regelkreises gekoppelt sind, dem Wegmesssystem für die verschiebbare Formaufspannplatte ein Rechner nachgeschaltet ist, der aus der Sollwert-Istwert-Differenz der Stellung der verschiebbaren Formaufspannplatte für den Sollwert des Regelkreises einen Korrekturwert ermittelt und dem Sollwert für den abgelaufenen Spritzzyklus zur Bildung eines korrigierten Sollwertes hinzuaddiert. Durch diese Massnahmen wird eine hohe Betriebssicherheit im Störfall und eine überraschend hohe Positioniergenauigkeit erreicht. Die Bildung des Korrekturwertes erfolgt erfindungsgemäss nach jedem Spritzzyklus. Dieser Korrekturwert wird nach Überschreiten eines vorgegebenen Maximalwertes zu dem Sollwert für den Regelkreis unter Bildung eines neuen, d.h. korrigierten Sollwertes für den nachfolgenden Spritzzyklus hinzuaddiert. Es zeigte sich, dass durch eine entsprechende Bemessung der elektronischen Komponenten der erfindungsgemässen hydraulischen Steuerung eine Positionierung ohne weiteres auf etwa 1/10 mm genau erreichbar ist. Hinzu tritt noch , dass durch den stets vorhandenen Abrieb die Uberdeckung abnimmt, deren Änderungen durch die erfindungsgemässen Massnahmen ausgeregelt werden. In einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Kolben des hydraulisch vorgesteuerten federzentrierten 4/3 Wegeventils ein oszillierender Kolben. Durch diese Massnahmen wird die Ansprechwahrscheinlichkeit und die Genauigkeit der erfindungsgemässen hydraulischen Steuerung weiter verbessert, da bei der Umschaltung des vorgesteuerten Wegeventils vermieden ist, dass zunächst die Haftreibung eines in Ruhe befindlichen Kolbens überwunden werden muss, die bekanntlich höher ist als die Haftreibung eines sich bewegenden Kolbens. Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigen: Fig. 1 den hydraulischen Schaltplan des Ausführungs bei spiels und Fig. 2 den elektronischen Schaltplan des Ausführungsbei spiels in Fig. 1. Fig. 1 zeigt den hydraulischen Schaltplan des Ausführungsbeispiels. Mit 1 ist die schematisch dargestellte Spritzgiessmaschine bezeichnet. Mit 2 ist die feststehend angeordnete Formaufspannplatte, mit 3 die auf nicht bezifferten Holmen verschiebbar geführte Formaufspannplatte bezeichnet, die auf den zueinander zeigenden Seiten die Hälfte 4 bzw. 5 einer geteilten Spritzgiessform aufweisen. Mit 6 ist eine mit der verschiebbaren Formaufspannplatte gekoppelte Zahnstange bezeichnet, die mit einem absoluten Winkelkodierer 7 in Eingriff steht. Auf der von der Fqrm abgewandten Seite der feststehenden Formaufspannplatte ist in an sich bekannter Weise das Spritzaggregat 8 verschiebbar geführt. Die verschiebbare Formaufspannplatte ist auf ihrer von der Form abgewandten Seite mit der Kolbenstange 10 des Arbeitszylinders 9 verbunden. Der Kolben 12 des Arbeitszylinders unterteilt den Zylinder in die beiden Druckräume 13 und 14, die über eine Leitung 15 bzw. 16 mit dem ersten Anschluss 19 bzw. zweiten Anschluss 18 des hydraulisch vorgesteuerten federzentrierten 4/3-Wegeventils 17 verbunden sind. Der erste Abfluss 20 ist mit der Pumpe, der zweite Abfluss 21 ist mit dem Tank verbunden. Der Kolben 22 des hydraulisch vorgesteuerten federzentrierten 4/3-Wegeventils 17 ist in dem Gehäuse 23 unter Ausbildung der beiden Steuerräume 24 und 25 unter der Vorspannung der Druckfedern 26 bzw. 27 angeordnet. Von diesen Steuerräumen führt die Leitung 28 bzw. 29 zu dem Zufluss 30 bzw. 31 des 4/3-Wegeventils 34, das das Vorsteuerventil für das hydraulisch vorgesteuerte federzentrierte 4/3-Wegeventil 17 ist. Der erste Abfluss 32 des 4/3-Wegeventils 34 ist über eine Leitung 35 der Pumpe 36 aufgeschaltet, während der Abfluss 33 über eine Leitung 37 mit dem Tank verbunden ist. In der Ruhestellung bzw. Nullstellung wird der Kolben 22 in seiner Mittelstellung durch die Druckfedern 26 und 27 gehalten. Der Kolben ist ein oszillierender Kolben. Fig. 2 zeigt die elektronische Schaltung des Ausführungsbeispiels. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Der Kolben 22 des hydraulisch vorgesteuerten federzentrierten 4/3-Wegeventils 17 ist mit einem Wegmesssystem 40, der Kolben 34' des 4/3- Vorsteuerventils ist mit einem Wegmesssystem 41 und weiterhin mit dem an sich bekannten 7, Stellantrieb 42 gekoppelt. Die Wegmesssysteme/40 und 41 sind absolute Winkelschrittgeber (Prospekt der Fa. Stegmann, Optoelectronische absolute Winkelschrittgeber). Die Ausgangssignale des Wegmesssystems 40 werden der Vergleichsstelle 43 zugeführt, die einen Istwert-Sollwert-Vergleich der Stellung der verschiebbaren Formaufspannplatte vornimmt. Das Differenzsignal gelangt über den Vorverstärker 44 zu der weiteren Vergleichsstelle 45, an der es mit dem Ausgangssignal 41 des Wegmesssystems 41 verglichen wird. Das gebildete Vergleichssignal wird über den Endverstärker 46 dem Stellantrieb zugeführt. Die Ausgangssignale des Wegmess- systems 7 werden dem Rechner 47 zugeführt, der anhand eines gespeicherten Programmes, das im folgenden erläutert wird, aus dem die die Iststellung der verschiebbaren Formaufspannplatte repräsentierenden Werte die Abweichung von der Sollstellung errechnet und dann einen Korrekturwert bildet, der zu dem Sollwert für die Stellung bzw. Position der verschiebbaren Formaufspannplatte hinzuaddiert und als korrigierter Sollwert der Vergleichsstelle 43 zugeführt wird. Das erstellte Programm läuft in folgenden Schritten ab: 1. Anfahren der eingestellten Position 2. Istwert-Erfassung des Weges 3. Sollwert-Istwert-Vergleich des Weges 4. Ablegen der Differenz als Korrektur-Konstante 5. Addition des Sollwertes für den Weg zur Konstanten 6. Anfahren der Position unter dem neuen Sollwert für den Weg. Die einzelnen Schritte sind durch das folgende Programm in der Iscos-Sprache für einen Iscos-Rechner 60 der Fa. Philips erläutert! Positionieren Bei den Spritzgiess-Maschinen war es in der Vergangenheit mit den zur Verfügung stehenden Mitteln nicht möglich, ein relativ genaues Positionieren der Schliess-Einheit auf den Bruchteil eines Millimeters zu erreichen. Erst mit Einführung von komfortablen Rechnern bot sich solche Möglichkeit an. Das gesteckte Ziel - 1 mm zu erreichen, machte die Einführung eines Multi-Prozessorsystems notwendig. Die Aufgaben an den Rechnern musste dezentralisiert werden, um genügend Rechenzeit für das eigentliche Positionieren zur Verfügung zu haben. Das Erfassen ist dabei eine der Grundvoraussetzungen; aus dem die Istposition sowie die Geschwindigkeit abgeleitet werden. Die positive Beschleunigung, wie auch das Abbremsen (negative Beschleunigung) müssen quadratisch erfolgen; das heisst, es muss grundsätzlich eine Parabol-Funktion gefahren werden. Nur diese Art der Parameterverarbeitung sichert ein ruckfreies Anfahren, wie auch genaues Anhalten an der gewünschten Position; ohne unnötige Energie zu verbrauchen. Fail-Safe Um die gestellten Aufgaben zu lösen, dürfen Fail-Safe-Betrachtungen nicht in den Hintergrund rücken. Die Verwendung von Servo-Ventilen, würde mit Sicherheit einiges vereinfachen, machen jedoch eine Reihe von Massnahmen notwendig, um ein unkontrolliertes Verfahren der Schliess-Einheit zu verhindern. Ein nicht gewolltes Öffnen'1 der Regelschleife hätte fatale Folgen mit hohen Schäden an den benutzten Werkzeugen. Der Aufwand an redundanten Mitteln ist unverhältnismässig hoch und schliesst somit eine Verwendung von Servo-Ventilen auf der Schliess-Seite aus. Bei dem verwendeten 2 Quadrat-Proportional-Ventil ist bei einem + + Gesamtweg des Kolbens von - 6 mm eine Uberdeckung von - 0,4 mm vorhanden. Diese Uberdeckung wird federzentriert, sobald die Regelschleife unterbrochen oder kurzgeschlossen wird (Rückführung der Kolben), das Hydraulikoel wird im Fahrzylinder eingesperrt und lässt keine weitere Bewegung der Schliess-Einheit zu. Die Entscheidung fiel deshalb zu Gunsten des Proportional-Ventils für den Antrieb der Schliess-Seite. Der Regelkreis Wie bereits erwähnt, handelt es sich um einen übergeordneten P-Regler, um ein stabiles Arbeiten zu ermöglichen. Ein J-Regler würde aufgrund der Phasenverschiebung und der relativ langen Ansprechempfindlichkeit von ca. 30 ms sehr unstabil sein, hätte aber den Vorteil, dass die Uberdeckung des Kolbens keine grosse Rolle mehr spielen würde. Ob sich hier mal eine andere Lösungsmöglichkeit anbietet, bleibt abzuwarten. Der P-Regler hat jedoch den gravierenden Nachteil , dass die Fertigungstoleranzen vom Ventilgehäuse, wie auch vom Ventilkolben sich unangenehm bemerkbar machen. Je nach Toleranz wird naturgemäss auch eine andere Sollposition angefahren, dieser unerwünschte Nebeneffekt wird mit Hilfe des Rechners eleminiert. Ein zweites Problem ist ebenfalls durch die Uberdeckung verursachtes Fehlpositionieren und langsames Nachkriechen bis auf Kolbenmittelstellung, hier hilft ein einfacher Schaltungskniff, indem man die Verstärkung bis kurz vor Beginn der Steuerkante stark erhöht. Elektrisch gesehen ist dann die Uberdeckung nahezu Null und ein gutes Positionieren auf ca. 0,3 mm absolut möglich. Erwähnt sei auch noch, dass der Sollwert mit einem Dithersignal überlagert ist, um eine möglichst kleine Hysterese zu haben. Die Geometrie des Kolbens ist im unteren Bereich stark progressiv, um ein langsames Fahren der Schliess-Einheit ruckfrei trotz der hohen hydraulischen Verstärkung zu ermöglichen. Die Software-Lösung Das Programm ist in ISCOS-Sprache geschrieben, dies ist eine spezifisch höhere Sprache für Industrie-Anwendungen. Die Lösung des Problems besteht eigentlich darin, dass man die Uberdeckung des Ventilkolbens in einem Messzyklus ermittelt. Es spielt nun keine Rolle mehr ob Abnutzungen am Ventil oder selbst nach auswechseln des gesamten Ventils die Uberdeckung kompensiert, das Ergebnis ist in jedem Fall ein genaues anfahren der Sollposition. Nun in Stichworten das sequenzielle Programm: - Maschine ist im Einrichtbetrieb und die Form ist geschlossen. - Aktivieren des Messzyklus Programm-Teils. - Uberlaufkonstante + Formhöhe + Formöffnungsweite als Summe für Sollposition laden. - Maschine fährt auf, kann aufgrund der Uberdeckung die Soll position nie erreichen. - Istwertposition erfassen und von der -Sollwertposition subtrahieren, dieser Wert ist die ausgemessene Uberdeckung. - Dem Korrekturwert wird eine zweite Uberlaufkonstante zugeschlagen, um sicher zustellen, dass die Sollposition immer um 0,3 mm über laufen wird. - Bei Änderung des Öffnungsweges wird der Korrekturwert immer berücksichtigt. IDENT MODL20 - SOURCE ISCOS60 DATE 830520 TIME 15.20 VOLUME DIESER PROGRAMMTEIL WIRD NUR BEI EINRICHTEN IN EINE ANDERE BETRIEBSART DURCHLAUFEN ! ! ! ! BM /20 IN MAISTW /382 M.AUSWERFER ISTWERT WEG (M.EICHZYKLUB) AN E486FS /216 468 FSS-KONTAKT CA /3B9 VERRIEGELUNGSMERKER . BF LC . /1F,500 KONSTANTE = 50.0mm AO /4A,/1F REG./4A = FORMHOEHE AD /O,/10C REG./10C= FORMOEFFNUNGWEITE LR /4B,/0 REG./4C = FORMOEFFNUNGWEITE LC BO /E,/46,/O NACH AUX.REG./21 VENTILKARTE (ZIEL) BO /4B,/47,/O SB /389 VERRIEGELUNGSMERKER EL IN /44D OEFFNUNGSWEITE ERREICHT AN /339 PROGRAMMTEIL DURCHLAUFEN BF /2 AD /10C,/4A REG./10C=OEFFNUNGSWEITE; REG./4A=FORMHOEHE SU /123,/0 REG./123 = ISTWERT LR /194,/0 SU /48,/194 LC AD LR LC BO /E,/46,/0 BO /7,/47,/0 RB /389 VERRIEGELUNGSMERKER RB Maistw /382 M.AUSWERFER ISTWERT WEG (M.EICHZYKLUS) EL /2 Z.B.ISTWERT 430.0 REG./123 FORMH. - 2.0 REG./4A OEF.W -400.0 REG./10C SUMME 28.0 432.0 REG./4B SUMME -28.0 NEUES KORR.ZIEL 424.0 VEBERLAUFKONST: 3 KORR.NETTOWERT 424.3 NACH VENTILKART EM DIESER PROGRAMMTEIL (BIS EL /19) WIRD 1.BEI AENDERUNG EINES WEGPKT DURCHLAUFEN (DATENBLOCK NACH WEGKARTE) 2.SAEMTLICHE WEGPKTE WERDEN ZUR FORMHOEHE ADDIERT 3.FORMOEFFNUNGSWEITE + FORMHOEHE Z.B.KONSTANTE 50.3mm Z.B. -10.3 REG./194 SUMME 40.0 mm Form.+OEFNW. +402.0 442.0mm NACH VENTILKARTE ZIEL IN /2E9 NO BF LC LC AD /102,/4A LR AD LR LC LC LC /17,0 AD /108,/4A LR /18,/0 AD /109,/4A LR /19,/0 AD /10A,/4A LR /1A1/0 AD /108,/4A LR /18,/0 AD i4A,110C LR /lC,/O AD /10D,/4A LR /1D,/0 AD /1DE,/4A LR /1E,/0 MA /3,/E BO /10,/26,/0 LC /F,503 SU /F,/194 LR AD /F,/1C LR /F,/0 LC /E,33 BO /E,/46,0 BO /F,/47,0 Selbstverständlich können auch andere Rechner mit einem Programm in einer anderen Sprache eingesetzt werden.

Claims: Hydraulische Steuerung für Spritzgiessmaschinen Ansprüche 1. Hydraulische Steuerung für Spritzgiessmaschinen mit einem beidseitig beaufschlagbaren hydraulischen Arbeitszylinder für die verschiebbare Formaufspannplatte, die mit einem Wegmesssystem gekoppelt ist und mindestens ein vorgesteu ertes 4/3-Wegeventil aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgesteuerte 4/3-Wegeventil ein hydraulisch vor gesteuertes federzentriertes 4/3-Wegeventil (17) ist, die Kolben des 4/3-Wegeventils und seines 4/3-Vorsteuerwege ventils (34) jeweils mit einem Wegmesssystem (40 bzw. 41) unter Bildung eines Regelkreises gekoppelt sind, dem Weg messsystem für die verschiebbare Formaufspannplatte ein Rechner (47) nachgeschaltet ist, der aus der Sollwert-Ist wert-Differenz der Stellung der verschiebbaren Formauf spannplatte für den Sollwert des Regelkreises einen Korrekturwert ermittelt und dem Sollwert zur Bildung eines korrigierten Sollwertes hinzuaddiert. 2. Hydraulische Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dass der Kolben des hydraulisch vorgesteuerten federzen trierten 4/3-Wegeventils ein oszillierender Kolben ist.

Inventors: JUNG, DIETER
Applicants: KLOCKNER-WERKE AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1984
Main classification: F15B21
IPC codes: B29C45