Hydraulic control device for the injection unit of a plastic injection-moulding machine

Abstract: 1. Hydraulic control device for the injection unit of a plastics injection-moulding machine for controlling different hydraulic pressures which act on an injection cylinder, having a built-in valve (18), which is arranged in the feed line to the injection cylinder, performs a pressure-reducing function and can be pre-controlled by a control unit with at least one proportionally adjustable pressure control valve (69), and having adjustable control means, influencing the magnitude of the pressure fluid flow in the feed line, as well as having a hydraulic motor (14), which sets the injection cylinder (12) in rotation and is supplied with pressure fluid by an adjustable, servo-controlled pump (15), characterized in that the pump (15) and the injection cylinder (12) form a closed control loop, in that the injection cylinder feeds an electric signal on its displacement speed and the hydraulic motor (14) feeds an electric signal on its rotational speed to an electronic control device (45), which also receives setpoints for displacement speed of the injection cylinder and rotational speed of the hydraulic motor, and in that these values serve for the adjustment of a control valve (35) for the controlling of the pump (15).

Description: Hydraulische Steuereinrichtung für die Einspritz- einheit einer Kunststoff-Spritzgie.#maschine Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer hydraulischen Steuereinrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einer derartigen bekannten Steuereinrichtung ist für die Steuerung der Hydraulikdrücke in einem Spritzzylinder während der Spritzdruck-, Nachdruck- und Stauiruckphase in einen Steuerkreis ein einziges, programmsteuerbares Drucksteuerventil vorgesehen. Von acteil bei dieser Steuereinrichtung ist, dass für die Steuerung des Spritzzylinders mehrere als eine Baueinheit ausgebildete Hauptstufen erforderlich sind. So sind in einer von einer Pumpenleitung zum Spritzzylinder führenden Zuflussleitung eine Druckminderpatrone sowie eine Wegepatrone und in einer vom Spritzzylinder zum Tank führenden Abflussleitung eine Druckbegrenzungspatrone geschaltet. Die zahlreichen Hauptstufen bei dieser Steuereinrichtung uhren zu einem erheblichen baulichen Aufwand und begünstigen auch nicht eine kompakte Bauweise des hydraulischen leistungsteiles. Darüber hinaus eignet sich diese Steuerelnrichtung auch nicht zur Umstellung von einer Steuerung auf eine Regelung. Der Betrieb ist aus diesem Grunde nicht besonders wirtschaftlich (DE-AS 25 23 303). Weiterhin ist eine ähnliche Steuereinrichtung bekannt geworden, die unter anderem mit Regelkreisen für die Parameter Einspritzgeschwindigkeit und Einspritzdruck arbeitet. Nachteilig ist hierbei, dass die Einrichtung nur für eine Regelung des Spritzprozesses ausgebildet ist und ein teueres, elektrohydraulisches, mehrstufiges Servoventil benötigt. Im übrigen gibt das bereits oben Gesagte, dass nämlich die Einrichtung immer noch nicht leistungsoptimal betrieben werden kann. Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemässe Steuereinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass der Volumenstrom der programmierten Ein spritzgescbvindigkeit und der Drehzahl des Hydromotors angepasst ist. Der Antrieb wird dadurch energiesparend. Das ist von besonderer Bedeutung beim sogenannten Plastifizieren des Kunststoffs als derjenigen Funktion mit der längsten Zykluszeit. Weiterhin ist es von Vorteil, diese Einrichtung bei erhöhtem Volumenstrombedarf mit einem Hydraulikspeicher auszurusten Für den Ladevorgang des Hydraulikspeichers wird die Verstellpumpe dabei als Konstantpumpe betrieben. Durch Verwendung eines Druckbegrenzers für die Verstellpumpe ergibt sich der Vorteil einer verlustarmen Druckregelung der Pumpe und der automatischen Voluinenstrom- anpassung im geregelten Spritzprozesssystem. zeichnung Ausführungsbelspiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine erste Steuereinrich- tung in schematischer Darstellung, Figur 2 eine zweite Steuereinrichtung, Figuren 3 und 4 weItere Austührungsbei- spiele. Beschreibung der Ausführungsbeispiele Die hydraulische Steuereinrichtung dient zur Versorgung einer Einspritzeinheit 11 einer nicht näher gezeichneten Kunststoff-Spritzgiessmaschine. Die Einspritzeinheit 11 weist in an sich bekannter Weise einen Spritzzylinder 12 für die Längsbewegung einer Plastifizierschnecke 13 sowie einen Hydromotor 14 für deren Drehbewegung auf. Zum Bereitstellen des erforderlichen Druckmittels dient eine verstellbare Pumpe 15, die Druckmittel aus einem Tank 16 ansaugt und dieses in eine Förderleitung 17 verdrängt. Diese führt zu einem 3/2-rinbauventil 18, von wo eine Leitung zum einen Druckraum 20 des Spritzzylinders führt. Das Einbauventil 18 dient zur Druckmit- telversorgung des Druckraums 20. Vom zweiten, als Ringraum ausgebildeten Druckraum 21 führt eine Leitung 22 ebenfalls zu einem 3/2-Einbauventil 24. #ur Steuerung des Ventiles 2# dient ein elektromagnetisch betätigbares Steuerventil 25, zur Steuerung des Einbauventils 18 dient ein ebensolches Steuerventil 26, dem ein Strom begrenzungsvetIl 2 vorgeschaltet ist. Der Einfach- heit halber sind fwr die eben benannten vier Ventile nicht alle leItungen beschrieben, da aus der Zeichnung leicht erkennbar. Das Einbauventil dient zur Druckmittel- versorgung des Druckraumes 21. Die Pumpe 15 hat in bekannter Weise zwei einander diametral gegenüberliegende Stellkolben 29, 30, die auf deren Verstellglied 31 einwirken. Der Stellkolben 3C hat eine wesentlich kleinere Fläche, als der Stellkolben 29. Zur Bereitstellung des für die Verstellung der Pumpe notwendigen Druckmittels dient eine Hilfspumpe 32, die ebenfalls Druckmittel aus dem Tank 16 ansaugt und dieses in zwei Leitungen 33, 34 verdrängt. Die Leitung 34 rührt zu einem h/4-Regelventil 35, welches die Steuerung des Druckmittels zu den Stellkolben 29, 30 übernimmt. Zu diesem Zweck führt vom Stellkolben 30 eine Leitung 36 und vom Stellkolben 29 eine Leitung 37 zum Regelventil 35. Dieses wird entgegen der Kraft einer Feder durch einen Elektromagneten 40 betätigt, der über eine elektronische Steuereinrichtung 45 angesteuert wird. Mit dem Steuerventil 35 ist ein Weggeber 42 gekoppelt, der die Stellung des Steuerventils bzw. dessen Steuerschiebers registriert. Der Stellkolben 29 ist ebenfalls mit einem Weggeber 43 versehen, der seine Werte einem Verstärker 41 eingibt. Dem elektronischen Steuergerät 45 werden über ein am Spritzzylinder 11 angeordnetes Wegmesssystem 46 die Stellung des Spritzzylinders (Istwert) über eine elektrische Leitung 47 und durch einen Tachogenerator 66 über eine Leitung 67 die Ist-Drehzahl des Hydromotors 14 zurückgeführt. Das Steuergerät 5 hat einen Regelverstärker, der die Sollwerte ber die Programmeingänge 14#' und 45" für den Rydromotor 14 und den Spritzzylinder 12 mit den entsprechenden Istwerten vergleicht und ausregelt. An die Förderleltung 17 ist eine Leitung 50 angeschlossen, von der eine Zweigleitung 51 einerseits zun Einbauventil 24 und andererseits zum Steuerventll 25 führt. Dieses ist über eine Steuerleitung 52 mit dem Inbauventil verbunden. Weiterhin führt vom Einbauventil 24 eine Leitung 53 zun Einbauventil 18; an die Leitung 53 ist über ein Rückschlagventll 55 eine zum Tank 16 führende Leitung 54 angeschlossen. Die von der Hilfspumpe 32 kommende Leitung 33 endet am Steuerventil 26. An dieses ist eine Leitung 57 angeschlossen, von der einerseits eine Leitung 58 abzweigt und zum Einbauventil 18 führt und andererseits eine Lei tng 59 angeschlossen ist, die zu einem elektromagnetisch betätigten Wegeventil 60 führt. An die Leitung 50 ist eine Leitung 61 angeschlossen, die einerseits zu einer 2-Wegepatrone 63 führt, andererseits zu einem elektromagnetisch betätigbaren Vorsteuerventil 64. Mit dessen Hilfe kann die Patrone 63 in Steuerstellung gebracht werden. Vom Auslass der Patrone 53 führt eine Leitung 65 zum Hydromotor 14. Dieser ist mit einem Tachogenerator 66 gekuppelt, von dem die elektrische Leitung 67 zum elektronischen Steuergerät 45 führt. Am Wegeventil 60 endet die Leitung 59. Vom Wegeventil 65 führt eine Leitung 71 zu einem Druckventil 72, wodurch eine Verbindung zum Druckregelventil 69 hergestellt ist. Sein Druckraum ist über eine Leitung 73 mit einem Versteuerventil 74 verbunden. Von dem an den Druckraum 20 des Spritzzylinders angeschlossenen Druckaufnehmer 48 führt eine elektrische Leitung 49 zu einer elektrischen Signalverarbeitung 68, der ber eine elektro nische Soll#ert-ZIng abe7 70 die jeweiligen ?rozessdrücke im Druckraum 20 am Spritzzylinder eingegezen werden (Spritz druck, Staudruck, raachdruck), und war über eine Elektro- nik 68. Diese signalisiert die genannten Drücken an ein Proportional-Druckregelventil 69. Die Steuereinriehtung arbeitet wie folgt: Für das Einspritzen von kunststoff durch den Spritzzylinder werden die Wegeventile 60 und 26 geschaltet. Dadurch wird das Einbauventil 18 in eine solche Stellung gebracht, dass Druckmittel von der Leitung 17 über die Leitung in den Druckraum 20 flIesst. Der Spritzzylinder 12 wird dadurch mit der vorgewählten Einspritzgeschwindigkeit ausge- fahren (Fullphase). Der Abfluss von Druckmittel aus dem Druckraum 21 erfolgt über das Einbauventil 24 sowie die Leitungen 53, 54 und das Rückschlagventil 55 zum Behälter. Nach Beendigung des Füllvorgangs folgt die quasi statische Phase. Mit Erreichen des am Druckregelventil 69 durch die Elektronik programmierten Sollwert-Spritzdrucks wird das Einbauventil 18 in Druckregelstellung gebracht. Das für die Druckregelung erforderliche Druckmittel zum Einstellen des Einbauventils 18 wird über das Stromregelventil 27 zugemessen. Das Einbauventil 18 nimmt dann eine entsprechende Durchflussstellung ein. Der Druckaufnehmer 48 gibt ein Signal für die Änderung von Spritzdruck auf Nachdruck. Dieses Signal bewirkt ausserdem über das elektronische Steuergerät 45 eine Verstellung des Regelventils 35, das nun die Pumpe t5 so einstellt, dass sie gerade den Druckmittelstrom erbringt, der für die Nachdrucksteuerung erforderlich ist. Der Systemdruck steht über das Vorsteuerventil 74 auf maximalem Syst eindruck. Durch Betätigen des Vorsteuerventils 64 wird de Patrone 63 geöffnet, so dass Druckmittel aus der Leitung 50 über die Leitung 65 auch zum Eydromotor 114 fliessen kann. Dessen Drehzahl Ird tron lachogenerator über die elektrische Leitung 67 ebenfalls in das elektronischen Steuergerät 5 zurückgeführt. Auch hierdurch wird wieder die Stellung des Regelventils 35 derart beeinflusst, dass Soll- und istwert der Drehzahl ausgeregelt werden. Beim Plastifizieren kann die Drehzahl des Hydromotors 14 durch die Pumpe 15 stufenlos verstellt werden. Die gleichzeitige Staudruckregelung wird ebenfalls vom Einbauventil 18 ausgeführt. Die Staudruckwerte sind stufenlos von Null bar an einstellbar. Das System ist mit maximalen Druck am Druckbegrenzungsventil 72 über das Vorsteuerventil 74 abgesichert. Beim Plastifizieren wird durch die äussere Kraft der Schmelze der Spritzzylinder 12 nach rechts bewegt. Der dabei aus dem Druckraum 20 abfliessende Druckmittelstrom wird mit dem Einbauventil 18 zwecks Homogenität der Schmelze auf den vorwählbaren Staudruck gebracht. Der aus dem Einbauventil 18 abfliessende Druckmittelstrom wird durch das Rückschlagventil 55 geringfügig vorgespannt. Dadurch wird eine Nachfüllung des Druckraums 21 am Spritzzylinder über das Einbauventil 24 sichergestellt. Dieses wird im übrigen beim Spritzvorgang mit Hilfe des Steuerventils 25 so eingestellt, dass Druckmittel aus dem Druckraum 21 abfliessen kann. Es ist für die Funktion Dekompresion eingesetzt, d.h. dann wenn die Schnecke 13 zur;-ck & setzt wird. Aus Obigem ist zu erkennen, dass die Pumpe 15 als Stellglied im geschlossenen Regelkreis mit dem Spritzzylinder 12 für Positionieren und Elnspritzgeschwindigkeit (Regeldruck) und mit den Hydromotor für gleichbleibende Dr eh- zahl unabhängIg vom Lastdruck und anderen Störgrössen arbeitet. Entsprechend den Anforderungen an die Dynamik des Sprit::- prozesses sind folgende Einsatzfälle für die Versteilpumpe mÏglich: 1. Fall: Die Pumpe 15 fördert einen Volumenstrom, der geringfügig grösser ist als für die programmierte Einspritzgeschwindig- keit erforderlich. Der Systemdruck wird über das Wegeventil 60 und das Differenzdruckventil 13 dem Lastdruck angepasst. 2. Fall: Die Verstellpumpe ist voll ausgeschwenkt und wirkt als Eonstantpumpe. Mit der Steuerleitung 71 und über das Wegeventil 60 und das Differenzdruckventil 13 ist ein vorgesteuertes 3-Wege-Stromregelsystem verwirklicht. 3. Fall: Die Verstellpumpe ist voll ausgeschwenkt und wirkt als Konstantpumpe. Die Restdruckmittelmenge fliesst über das Druckventil 72 unter Maximaldruck zum Tank. Das Ausführungsbeispiel nach Figur 2 unterscheidet sich vom vorigen dadurch, dass hier der Regelkreis gebildet wird aus dem Spritzzylinder 11 und dem Einbauventil 18, die einen geschlossenen Regelkreis bilden. Ausserdem ist noch eine zusätzliche Druckmittelquelle vorhanden, falls eine besonders grosse Druckmittelmenge notwendig ist. Gleiche Teile wie beim vorigen Ausführungsbeispiel sind mit den selben Ziffern bezeichnet. Waren bei jenem für die Steuerung des Einbsuventils 18 das Steuerventil 26 und das Strombegrenzungsventil 27 nötig, so übernimmt diese Funktion hier ein elektromagnetisch betätigbares Proportionalventil 80 mit elektrischer Signaleingabe 81. Diesen wird ein Signal von einem Weggeber 82 zugeleitet, der mit den ¯ncauventil in Wirkverbindung steht, d.h. die Stellung des inbauventils wird über den Weggeber 82 der elektrischen Eingabe signalisiert. Das Wegmesssystem 146 am Spritzzyllnder 11 steht nun nicht rit dem elektronischen Steuergerät 45 in WIrkver#iniung, sondern je nach Stellung eines Schalters 83 mit dem Druckaufnehmer 48 bzw. der elektrischen Signaleingabe 81. Für eine zusätzliche Steuerung des Einbauventils 18 sind ausserdem ein Differenzdruckventil 83 und das Wegeventil 60 des vorherigen Ausführungsbeispiels notwendig. Von dem an das wegeventil 60 angeschlossene Differenzdruckventil 34 führt eine Steuerleitung 85 zum Einbauventil 18. Dem elektronischen Steuergerät 45 wird nun nicht die Geschwindigkeit des Spritzzylinders eingegeben, sondern der Sollwert für den Förderstrom sowie - Le zuvor - die Solldrehzahl des Hydromotors 114. Für die' Bereitstellung einer zusätzlichen Druck.mittel- menge verläuft von der Förderleitung 17 eine Leitung 87 über ein Steuerventil 88 zu einem Druckspeicher 89 mit zusätzlichem Drucknittelvolumen. Ausserdem sind zwei Druckschalter 90 und 91 vorgesehen, die an eine Leitung 92 angeschlossen sind. In einer parallel dazu verlaufenden Leitung 93 ist ein Druckbegrenzungsventil 94 angeordnet. ei diesem Ausführungsbeispiel wirkt das Einbauventil 18 als Stellglied im Lage-Geschwindigkeits- und Druckregelkreis. Entsprechend den Anforderungen an die Dynamik des Spritzprozesses sind folgende Einsatzfalle für die Pumpe 15 möglich. t. Fall: Die Pumpe fördert einen Volumenstrom, der geringfügig grösser ist als für die programmierte Einspritzgeschwin- digkeit erforderlich. Der Systemdruck wird durch die Steuerleitung 85 über das Wegeventil 60 und das 3ifferenzdruckventil 84 dem Lastdruck angepasst. 2. Fall Die Pumpe 15 erbringt ihre volle Fördermenge und wirkt damit als Konstantpumpe. Durch Zusammenwirken des Steuerventils 60 und des Differenzdruckventils 84 über die Steuerleitung 85 ist ein vorgesteuertes 3-Wege-Stromregelsystem verwirklicht, durch welches das Einbauventil 18 entsprechëd geregelt wird. 3. Fall: Die Pumpe 15 erbringt wiederum ihre Höchstfördermenge und wirkt als Konstantpumpe. Die überschüssige Restmenge fliesst über das Druckbegrenzungsventil 72 zum Behalter. Bei grossem Voluinenstrombedarf kann die Spritzprozessregelung mit Hilfe des Druckspeichers 81 zusätzlich versorgt werden Ist dieser durch das elektromagnetisch betätigbare Steuerventil 88 zugeschaltet und erreicht das Speichersystem den Hochstarbeitsdruck, dann wird durch das Signal des Druckschalters 90 die Verstellpumpe auf Minimal fÏrdermenge und der Druck am Vorsteuerventil 69 auf Mindestdruck eingestellt werden. Ist dieser in Druckspeicher erreicht, dann uird über das Drucksignal des Druckschalters 91 die Pumpe t5 wieder auf maximale Fördermenge eingestellt. Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 3 ist die Verstelleinrichtung für die verstellbare Pumpe 15 anders ausgebildet, d.h. anstelle des Regel#entils 35 tritt ein Regelventil 100 Auf dieses wirkt eine Reglerfeder 101 ein, die sich am Stellkolben 29 abstützt. Auf der gegenüberliegenden Seite des Regelventils 100 ist ein Fortsatz 102 ausgebildet, an dem ein #Inkelhebel 103 angelenkt ist, auf welchen ein Proportionalnagnet 1014 einwirkt. Dieser erhält wiederum Signale vom elektronischen Steuergerät 5. Auf diese Weise ist ein Kraftvergleich zwischen Reglerfeder 101 und Pronor- tionalmagnet 54 möglich. An dem Stellkolben 30 ist ausserdem eine Steuerleitung 105 angeschlossen, die zu einem Begrenzungsventil 106 führt. Auf dieses wirkt einerseits eine Druckfeder 107 ein, andererseits über eine Steuerleitung 108 der Druck aus einer Leitung 109, die an die Förderleitung 17 angeschlossen ist. Mit Erreichen des Drucksollwertes am Druckregel- ventil 69 fliesst ein Steuerdruckmittelstrom aus der Förderleitung 17 über die Steuerleitung 110 und die Drossel 113 sowie die Steuerleitung 111 zum Druckregelventil 69. Dabei bewirkt das an der Drossel 113 entstehende Druckgefälle ein Verstellen des Begrenzungsventils 106. Das Druckgefälle wird bestimmt durch die Feder 107 des Begrenzungsventils 106. Durch die Reglerfeder 101 und den Proportionalmagneten 104 findet über den Winkelhebel ein steter Kraftvergleich zwischen Soll- und Istwert von Motordrehzahl und Spritzzylin dergeschwindlgkeit statt. Hierdurch ändert sich im Prinzip nichts gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1. Anders gelöst ist bei dieser Einrichtung jedoch die Druckfunktion durch das Begrenzungsventil 106. Hat der Druck in der Förderleitung 17 den Sollwert am Druckregelventil 69 erreicht, dann wird über das Druckgefälle an der Drossel 113 das Begrenzungsventll 106 in Dur#hflussstellung geschal text, und Druckmittel strömt zum Stellkolben 29. Durch den weiterhin am Stellkolben 30 herrschenden Druck wird die Pumpe 15 auf kleinere Fördermenge verstel't. Dadurch erhalt man eine an sich bekannte, sogenannte verlustarme Druckregelung. Mit dem Ausführungsbeispiel nach Figur , das weitestgehend demjenigen nach Figur 3 gleicht, kann die Pumpe 15 durch das Begrenzungsventil 106 druck- und stromgeregelt betrieben werden. Dies ist dadurch möglich, dass von der Leitung 112 eine Verbindungsleitung 1114 zu einer Leitung 115 führt, an der das Wegeventil 60 liegt. Die Leitung 111 führt also in diesem Fall nicht weiter zum Ventil 60. Der geschlossene Regelkreis aus Pumpe 15, Hydromotor 14 bei Funktion Plastifizieren mit der längsten Zykluszeit bleibt als energiesparender Antrieb unverändert erhalten. Mit der beschriebenen Steuereinrichtung wird der Förderstrom der programmierten Einspritzgeschwindigkeit und der Drehzahl des Hydromotors angepasst. Dadurch wird der Antrieb energiesparend.

Claims: Hydraulic control device for the injection means of a plastic injection-moulding machine, for the control of different hydraulic pressures acting on an injection cylinder, with a built-in valve (18) which is arranged in the inflow line to the injection cylinder and performs a pressure-reducing function and which is capable of being pilot-controlled by a control circuit having at least one proportionally adjustable pressure-regulating valve (69), and with adjustable control means influencing the magnitude of the pressure-medium stream in the inflow line, as well as with a hydraulic motor (14) setting the injection cylinder (12) in rotation, the said control means and the said hydraulic motor being supplied with pressure medium by an adjustable servo-controlled pump (15), characterized in that the built-in valve (18) and the injection cylinder (12) form a closed control loop, in that the injection cylinder forms an electrical signal relating to its speed of adjustment, and the built-in valve (18) forms an electrical signal relating to its throughflow position, the said signals being entered in an electronic signal input (81) of an electro-magnetically actuable proportional valve (80) which determines the throughflow position of the built-in valve (18), and in that the hydraulic motor (14) feeds an electrical signal relating to its rotational speed to an electronic control unit (45) which also receives desired values for the rotational speed of the hydraulic motor (14) and for the delivery of the pump (15), and in that these values fed in at the control unit (45) serve for adjusting a regulating valve (35) for regulating the pump (15) which operates as an actuator and which is located in an electrohydraulic position-regulating circuit (43, 41, 35, 29). Hydraulic control device according to Claim 1, characterized in that a differential-pressure valve (84) is provided, by which the throughflow position of the built-in valve (18) is capable of being influenced as a result of the random actuation of a control valve (60).

Inventors: TITTMANN EGON DIPL-ING, WALTER HEINZ ING GRAD, TITTMANN, EGON, DIPL.-ING., WALTER, HEINZ, ING.(GRAD.)
Applicants: BOSCH GMBH ROBERT, ROBERT BOSCH GMBH
Application year: 1985
Main classification: B29C45
IPC codes: B29C45