AT520164B1

AT520164B1 - Hydraulic system for a molding machine

Info

Publication number: AT520164B1
Application number: ATA50581/2017A
Authority: AT
Inventors: Dipl Ing Hannes Bernhard Ba; Ing Dr Friedrich Johannes Kilian Dipl
Original assignee: Engel Austria Gmbh
Priority date: 2017-07-12
Filing date: 2017-07-12
Publication date: 2019-08-15
Also published as: AT520164A1; DE102018116235A1

Abstract

Hydrauliksystem für eine Formgebungsmaschine mit zumindest einer Pumpe (2), zumindest einem Pumpenmotor (3), welcher zum Antreiben der zumindest einen Pumpe (2) ausgebildet ist, sowie einer Regelvorrichtung (4), welche dazu ausgebildet ist, eine Regelung des zumindest einen Pumpenmotors (3) durchzuführen, und Prozessparameter, welche bei einem mit der Formgebungsmaschine durchgeführten Formgebungsprozess auftreten, festzulegen und/oder zu berechnen und/oder über eine Schnittstelle entgegenzunehmen, wobei die Regelvorrichtung (4) dazu ausgebildet ist, ein Regelgesetz der Regelung des zumindest einen Pumpenmotors (3) auf Basis der Prozessparameter und/oder einer Phase des Formgebungszyklus auszuwählen und die Regelvorrichtung (4) einen Antriebsregler (5) zur Ansteuerung des zumindest einen Pumpenmotors (3) beinhaltet, wobei der Antriebsregler (5) dazu ausgebildet ist, eine Regelung zumindest einer Prozessgröße, welche bei einem mit der Formgebungsmaschine durchgeführten Formgebungsprozess auftritt, durchzuführen.Hydraulic system for a molding machine with at least one pump (2), at least one pump motor (3), which is designed to drive the at least one pump (2), and a control device (4), which is designed to control the at least one pump motor (3) and to determine and / or calculate process parameters which occur in a forming process performed with the forming machine and / or to receive via an interface, wherein the control device (4) is adapted to a control law of the control of the at least one pump motor (3) on the basis of the process parameters and / or a phase of the shaping cycle to select and the control device (4) includes a drive controller (5) for controlling the at least one pump motor (3), wherein the drive controller (5) is adapted to a control at least a process variable, which in a Formgebun performed with the forming machine gsprozess occurs to perform.

Description

Beschreibung [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem für eine Formgebungsmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Hydrauliksystems mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 15.Description: The present invention relates to a hydraulic system for a forming machine having the features of the preamble of claim 1 and to a method for operating a hydraulic system having the features of the preamble of claim 15.

[0002] Unter Formgebungsmaschinen können dabei Spritzgießmaschinen, Spritzpressen, Pressen und dergleichen verstanden werden.Under shaping machines can be understood injection molding machines, transfer molding, pressing and the like.

[0003] Im Folgenden wird die Aufgabenstellung der Erfindung anhand des Beispiels einer Spritzgießmaschine beschrieben.In the following the task of the invention will be described with reference to the example of an injection molding machine.

[0004] Hydraulische Spritzgießmaschinen verfügen über ein Einspritzaggregat, das durch ein Hydrauliksystem mit zumindest einer Pumpe und zumindest einem Pumpenmotor angetrieben wird.Hydraulic injection molding machines have an injection unit which is driven by a hydraulic system with at least one pump and at least one pump motor.

[0005] In einer zentralen Maschinensteuerung wird eine Steuerung bzw. Regelung von Prozessgrößen (beispielsweise Position oder Geschwindigkeit einer Plastifizierschnecke) durchgeführt. Die zentrale Maschinensteuerung berechnet aus den Soll-Werten für diese Prozessgrößen Soll-Werte für beispielsweise das Drehmoment oder die Drehzahl des zumindest einen Pumpenmotors. Diese Soll-Werte werden an einen Antriebsregler weitergegeben. Der Antriebsregler ist an zumindest einem Pumpenmotor angeordnet und er beherbergt im Falle eines elektrischen Pumpenmotors die Leistungselektronik des Pumpenmotors, welche den zumindest einen Pumpenmotor entsprechend ansteuert.In a central machine control, control of process variables (for example position or speed of a plasticizing screw) is carried out. From the setpoint values for these process variables, the central machine control unit calculates setpoint values for, for example, the torque or the speed of the at least one pump motor. These setpoint values are passed on to a controller. The drive controller is arranged on at least one pump motor and it accommodates in the case of an electric pump motor, the power electronics of the pump motor, which controls the at least one pump motor accordingly.

[0006] Dabei entsteht ein relativ träges System, da Messwerte (beispielsweise Schmelzedruck oder Schneckenposition) zuerst an die zentrale Maschinensteuerung geliefert werden, dann die umfangreichen Berechnungen in der zentralen Maschinensteuerung durchgeführt werden, die umgerechneten Soll-Werte an den Antriebsregler des zumindest einen Pumpenmotors weitergegeben werden und schließlich die tatsächliche Regelung des zumindest einen Pumpenmotors vom Antriebsregler durchgeführt wird.This creates a relatively sluggish system, since measured values (for example, melt pressure or screw position) are first supplied to the central machine control, then the extensive calculations are performed in the central machine control, passed the converted setpoint values to the drive controller of the at least one pump motor and finally the actual control of the at least one pump motor is performed by the controller.

[0007] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Reaktionszeit dieses Systems zu verbessern.The object of the present invention is therefore to improve the reaction time of this system.

[0008] Diese Aufgabe wird durch ein Hydrauliksystem für eine Formgebungsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betreiben eines Hydrauliksystems einer Formgebungsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.This object is achieved by a hydraulic system for a molding machine having the features of claim 1 and a method for operating a hydraulic system of a molding machine having the features of claim 15.

[0009] Dies geschieht, indem der Antriebsregler dazu ausgebildet ist, eine Regelung zumindest einer Prozessgröße, welche bei einem mit der Formgebungsmaschine durchgeführten Formgebungsprozess auftritt, durchzuführen. Durch das Durchführen der Prozessregelung (Regelung der Prozessgrößen) direkt am Antriebsregler kann eine schnellere Reaktionszeit und damit eine genauere Regelung erreicht werden. Insbesondere wird durch eine Regelung direkt am Antriebsregler eine Datenübertragung über den Feldbus der Maschine vermieden. Der Feldbus ist zwar für die meisten Datenübertragungszwecke an der Formgebungsmaschine schnell genug. Für gewisse Formgebungsprozesse bzw. gewisse Teile von Formgebungsprozessen, insbesondere beim Einspritzen im Rahmen eines Spritzgießprozesses, ist dies jedoch nicht immer der Fall.This is done by the drive controller is designed to perform a control of at least one process variable, which occurs in a shaping process performed with the forming machine. By carrying out the process control (control of the process variables) directly at the drive controller, a faster reaction time and thus a more precise control can be achieved. In particular, a data transfer via the fieldbus of the machine is avoided by a control directly on the drive controller. Although the fieldbus is fast enough for most of the data transfer purposes on the forming machine. For certain shaping processes or certain parts of shaping processes, in particular during injection as part of an injection molding process, this is not always the case.

[0010] Dies gilt insbesondere in Zusammenwirkung mit der Auswahl des Regelgesetzes auf Basis der Prozessparameter oder einer Phase des Formgebungszyklus. Durch die genaue Anpassung des Regelgesetzes und das erfindungsgemäß verbesserte Regelungs-System entsteht die durch die Erfindung ermöglichte, besonders schnelle Reaktion und Güte der Regelung.This applies in particular in conjunction with the selection of the control law based on the process parameters or a phase of the molding cycle. By the exact adaptation of the control law and the inventively improved control system, the invention enables, particularly fast reaction and quality of control.

[0011] Die Prozessparameter dienen der Beschreibung des aktuell auf der Maschine aktiven Formgebungsprozesses oder Prozessschrittes und können zur Charakterisierung dieses verwendet werden. Diese Parameter beschreiben somit auch das zu regelnde System (Regelstrecke). Die Beschreibung der Regelstrecke setzt sich somit aus einem Teil der aufgrund derThe process parameters are used to describe the currently active on the machine molding process or process step and can be used to characterize this. These parameters thus also describe the system to be controlled (controlled system). The description of the controlled system thus consists of a part of the due to

Maschineneigenschaften fix vorgegeben ist (Maschinenparameter), und einem variablen Anteil, welcher vom Prozess bzw. Prozessschritt abhängt, zusammen. Ändern sich die Prozessparameter oder unterscheiden sich diese von einem Prozess zum anderen, so ist es vorteilhaft, diese Information im Regelgesetz zu verwenden. Um ein optimales Regelverhalten für einen Prozess- bzw. Prozessschritt zu erreichen, kann eine Anpassung des Reglers an diesen durchgeführt werden.Machine properties fixed preset (machine parameters), and a variable portion, which depends on the process or process step together. If the process parameters change or differ from one process to another, it is advantageous to use this information in the control law. In order to achieve an optimal control behavior for a process or process step, an adaptation of the controller can be performed on this.

[0012] Aus regelungstechnischer Sicht können zur Beschreibung des Systems sämtliche Parameter (Prozessparameter) herangezogen werden, welche sich aufgrund des Prozesses oder des Prozessschrittes ändern können und das Eingangs- / Ausgangsverhalten oder das Störverhalten der Regelstrecke beeinflussen. Neben der Auswirkung auf die Systemverstärkung kann auch die Auswirkung auf das Zeitverhalten der Regelstrecke berücksichtigt werden.From a control perspective, all parameters (process parameters) can be used to describe the system, which can change due to the process or the process step and affect the input / output behavior or the disturbance behavior of the controlled system. In addition to the effect on the system gain, the effect on the time response of the controlled system can also be taken into account.

[0013] Üblicherweise werden die Regelungen so robust parametriert, dass sie für einen großen Bereich an Prozessparameter ein stabiles Verhalten zeigen. Damit sind sie aber für eine konkrete Anwendung nicht optimal, was zum Beispiel größere Abweichungen bei Störungen oder längeres Einschwingverhalten bei Sollwertänderungen bewirkt. Dem kann durch die Erfindung entgegengewirkt werden.Usually, the regulations are parametrized so robust that they show a stable behavior for a large range of process parameters. But they are not optimal for a specific application, which causes, for example, greater deviations in disturbances or longer transient response to setpoint changes. This can be counteracted by the invention.

[0014] Der zumindest eine Pumpenmotor kann ein elektrischer Motor sein.The at least one pump motor may be an electric motor.

[0015] Bei der vom Pumpenmotor angetriebenen Pumpe kann eine Pumpe mit konstantem oder veränderlichem Verdrängungsvolumen eingesetzt werden. Bei der Pumpe mit konstantem Verdrängungsvolumen ist die Drehzahl die einzige Stellgröße für den Volumenstrom. Pumpen mit veränderlichem Verdrängungsvolumenstrom, wie beispielsweise Axialkolbenpumpen, verfügen neben der Antriebsdrehzahl über eine weitere Stellgröße, wie z. B. den Schwenkwinkel. Durch diese weitere Stellgröße existiert ein zusätzlicher Freiheitsgrad, wodurch zusätzliche Zielgrößen wie Energiebedarf oder Dynamik beeinflusst werden können.When driven by the pump motor pump, a pump with a constant or variable displacement volume can be used. For the pump with a constant displacement volume, the speed is the only control variable for the volume flow. Pumps with variable displacement volumetric flow, such as axial piston pumps, in addition to the drive speed have a further manipulated variable, such. B. the swivel angle. This additional manipulated variable provides an additional degree of freedom, as a result of which additional target variables such as energy requirements or dynamics can be influenced.

[0016] Die Erfindung kann bei Hydrauliksystemen eingesetzt werden, wobei ein Pumpenmotor jeweils mehrere Pumpen antreibt oder wobei ein oder mehrere Pumpenmotoren eine Pumpe antreiben. Des Weiteren kann für jeden Pumpenmotor jeweils ein Antriebsregler vorhanden sein. Es gibt auch Ausführungen, wobei die Antriebsregler für mehrere Pumpenmotoren integriert ausgeführt sind (sog. Multi-Achs-Regler).The invention can be used in hydraulic systems, wherein a pump motor in each case drives a plurality of pumps or wherein one or more pump motors drive a pump. Furthermore, one drive controller can be present for each pump motor. There are also versions where the drive controllers are designed for several pump motors integrated (so-called multi-axis controller).

[0017] Schutz begehrt wird ebenfalls für eine Formgebungsmaschine mit einem erfindungsgemäßen Hydrauliksystem.Protection is also sought for a molding machine with a hydraulic system according to the invention.

[0018] Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.Further advantageous embodiments of the invention are defined in the dependent claims.

[0019] Das Regelgesetz kann aus einer Menge von Regelgesetzen ausgewählt werden, wobei sich die Regelgesetze durch die Art der Regelung und/oder durch Parameter der Regelung und/oder durch eine Vorsteuerung unterscheiden. Beispielsweise kann frei zwischen PID-Reglern, Untermengen von PID-Reglern und anderen Regelkonzepten, wie etwa modellbasierten Reglern, gewählt werden. Die einzelnen Terme können auch beispielsweise nur auf rückgeführte Messwerte wirken. Außerdem kann zwischen Regelung komplett verschiedener Größen gewechselt werden (beispielsweise von Position- oder Geschwindigkeitsregelung auf Druckregelung). Parameter der Regelung können beispielsweise Verstärkungsparameter der einzelnen Terme sein.The control law can be selected from a set of control laws, with the control laws differ by the type of control and / or by parameters of the scheme and / or by a feedforward control. For example, one can freely choose between PID controllers, subsets of PID controllers, and other control concepts such as model-based controllers. The individual terms can also, for example, only act on recirculated measured values. In addition, it is possible to switch between control of completely different sizes (for example from position or speed control to pressure control). Parameters of the control can be, for example, gain parameters of the individual terms.

[0020] Außerdem können im Rahmen der Auswahl des Regelgesetzes bestimmte Bedingungen festgelegt werden, wie beispielsweise eine Schranke für die Veränderung einer Stell- oder Regelgröße oder eine Schranke für die Stell- oder Regelgröße selbst.In addition, certain conditions can be set in the context of the selection of the control law, such as a barrier for the change of a controlled or controlled variable or a barrier for the manipulated or controlled variable itself.

[0021] Mögliche Prozessparameter können sein: • Materialparameter des Kunststoffes, insbesondere Kompressionsmodul der Schmelze oder Viskosität der Schmelze (hier können nominelle Parameter z.B. gemäß einer entsprechenden Liste oder identifizierte Parameter, z.B. ein berechnetes Kompressionsmodul, herangezogen werden) • Aktueller Arbeitspunkt des Prozesses, insbesondere Position und Geschwindigkeit der Schnecke, Schmelze- oder Forminnendruck, Volumen der Schmelze im Schneckenvorraum (Totvolumen abhängig von Düse und Flansch), Schmelzetemperatur oder Parameter der anderen (vorherigen) Prozessschritte (z.B. Dosieren oder Schließkraft) • Werkzeugparameter, insbesondere Volumen und Fließlängen (Geometrien), z.B. Heißkanlvolumen, Werkzeug- oder Heißkanaltemperatur • Parameter des Hydraulik- und Antriebskreises, insbesondere Hydraulikvolumen, Leitungslängen, Zylinderlängen und -durchmesser und aktuelle Position dessen, Öltemperatur oder das Verhältnis aus Schluckvolumen der Pumpe zu einem Parameter oder Kombination von Parametern • Prozessschritt, insbesondere ein charakteristischer Parameter für den Prozessschritt (siehe Hydraulikkreis) [0022] In dieser Liste sind auch Maschinenparameter enthalten, die gewöhnlich nicht als Prozessparameter bezeichnet, werden. Der Einfachheit halber werden die Maschinenparameter hier unter die Prozessparameter subsumiert.Possible process parameters can be: Material parameters of the plastic, in particular the compression modulus of the melt or the viscosity of the melt (here nominal parameters, eg according to a corresponding list or identified parameters, eg a calculated compression modulus, can be used). Current working point of the process, in particular Position and velocity of the screw, melt or in-mold pressure, volume of the melt in the screw antechamber (dead volume depending on nozzle and flange), melt temperature or parameters of the other (previous) process steps (eg metering or closing force) • Tool parameters, in particular volume and flow lengths (geometries) , eg Hot runner volume, tool or hot runner temperature • Parameters of the hydraulic and drive circuit, in particular hydraulic volume, line lengths, cylinder lengths and diameters and current position, oil temperature or the ratio of the pump displacement to a parameter or combination of parameters • Process step, in particular a characteristic parameter for the process step (see hydraulic circuit) This list also contains machine parameters, which are not usually called process parameters. For the sake of simplicity, the machine parameters are subsumed here under the process parameters.

[0023] Die Aufgabe der Steuerung ist es den Ablauf des Formgebungsprozesses zu steuern und die vorgegebenen Prozessgrößen nach den Vorgaben des Bedieners zu steuern oder zu regeln. Für den Einspritzprozess können folgende Prozessgrößen maßgeblich sein: • Schneckenposition, Einspritzgeschwindigkeit, Einspritzdruck an der Schnecke bzw. Spritzkraft • Schmelzedruck im Schneckenvorraum, Forminnendruck, Druck im Hydraulikzylinder während des Einspritzens (auch als Staudruck) • Volumenstrom ins Werkzeug bzw. an der Düse, Fließfrontgeschwindigkeit und • Größen für weitere Bewegungen, insbesondere Pumpendruck und Pumpenvolumenstrom allgemein, Positionen, Geschwindigkeiten und Drücke von weiteren Bewegungszylindern wie beispielsweise Schließkraft, Anpresskraft, Auswerfer usw.The task of the controller is to control the sequence of the shaping process and to control or regulate the predetermined process variables according to the specifications of the operator. The following process variables can be decisive for the injection process: • screw position, injection speed, injection pressure at the screw or injection force • melt pressure in the screw antechamber, in-mold pressure, pressure in the hydraulic cylinder during injection (also as dynamic pressure) • volume flow into the tool or nozzle, flow front velocity and • Sizes for further movements, in particular pump pressure and pump flow in general, positions, speeds and pressures of other motion cylinders such as closing force, contact force, ejector, etc.

[0024] Unter „Größen“ bzw. „Prozessgrößen“ werden dabei sowohl Werte der physikalischen / chemischen Größen zu einem bestimmten Zeitpunkt (oder Ort) als auch Verläufe über Zeiträume hinweg verstanden - also im Sinne einer abstrakten physikalischen bzw. chemischen Größe.In this case, "values" or "process variables" are understood to be both values of the physical / chemical quantities at a specific point in time (or location) and courses over periods - ie in the sense of an abstract physical or chemical quantity.

[0025] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Schnittstelle so ausgebildet sein, dass die Messwerte des zumindest einen Sensors vom Antriebsregler an das Steuerungsteil weitergeleitet werden. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die Messwerte direkt zunächst dem Antriebsregler zugeführt werden. Dadurch kann die schnellstmögliche Rückführung der Messwerte für die Prozessregelung garantiert werden. Die Weitergabe an ein Steuerungsteil, das insbesondere für die Parameterermittlung für die Regelung zuständig sein kann, ist dann eine einfache Möglichkeit zum Verteilen der Messwerte.In a particularly preferred embodiment of the invention, the interface can be designed so that the measured values of the at least one sensor are forwarded by the controller to the control part. In particular, it can be provided that the measured values are first supplied directly to the drive controller. This guarantees the fastest possible return of the measured values for the process control. Passing on to a control part, which can be responsible in particular for the parameter determination for the control, is then an easy way of distributing the measured values.

[0026] Die Phase des Formgebungszyklus kann zumindest eines der folgenden beinhalten: Formschließen, Schließkraftaufbau, Einspritzen, Nachdruck, Form-Öffnen, Plastifizieren bzw. Dosieren, Staudruck-Regeln, Auswerfen, Temperieren. Das erfindungsgemäße Hydrauliksystem kann zum Antreiben der Aktuatoren für die Durchführung dieser Phasen des Formgebungszyklus eingesetzt werden.The phase of the forming cycle may include at least one of the following: mold closing, closing force build-up, injection, reprinting, mold opening, plasticizing, backpressure control, ejecting, tempering. The hydraulic system according to the invention can be used for driving the actuators for carrying out these phases of the molding cycle.

[0027] Es kann ein vom Antriebsregler separater Steuerungsteil vorhanden sein, wobei Antriebsregler und Steuerungsteil über eine Datenübertragungsverbindung verbunden sind. Die Datenübertragungsverbindung kann insbesondere ein Feldbus sein.There may be a separate from the controller control part, said controller and control part are connected via a data transmission connection. The data transmission connection can in particular be a field bus.

[0028] Der Steuerungsteil kann dabei insbesondere dazu ausgebildet sein, zumindest einen Soll-Wert für die Regelung der zumindest einen Prozessgröße vorzugeben (beispielsweise Soll-Werte für die Schneckengeschwindigkeit oder eines Druckes einer Schmelze).The control part may in particular be designed to specify at least one setpoint value for the regulation of the at least one process variable (for example setpoint values for the screw speed or a pressure of a melt).

[0029] Der Steuerungsteil kann dazu ausgebildet sein, das Regelgesetz auf Basis der weitergeleiteten Messwerte des zumindest einen Sensors auszuwählen und zum Antriebsregler zu übertragen, wobei insbesondere im Zuge der Auswahl des Regelgesetzes Regelparameter für das Regelgesetz ausgewählt und weitergeleitet werden können. Der Steuerungsteil kann also sowohl die Art der Regelung als auch Regelparameter der Regelung bestimmen - er kann also alle erfindungsgemäßen Aufgaben der Regelvorrichtung (als Teil derselben) in Bezug auf die Auswahl des Regelgesetzes übernehmen.The control part may be designed to select the control law based on the forwarded measured values of the at least one sensor and to transmit to the drive controller, in particular in the course of the selection of the control law control parameters for the control law can be selected and forwarded. The control part can thus determine both the type of control and control parameters of the control - so he can take over all the tasks of the invention the control device (as part of the same) in relation to the selection of the control law.

[0030] Das Steuerungsteil kann integral mit einer zentralen Maschinensteuerung ausgeführt sein, was eine bevorzugte Ausführungsform darstellt, weil sie besonders einfach ist. Wie im Stand der Technik ist damit die übergeordnete Kontrolle in der Hand der zentralen Maschinensteuerung, wo auch die Benutzereingaben getätigt werden. Die untergeordneten Regelungsaufgaben, um die Vorgaben aus dem Steuerungsteil so gut wie möglich umzusetzen, sind dann kaskadiert im Antriebsregler durchzuführen.The control part may be integral with a central machine controller, which is a preferred embodiment because it is particularly simple. As in the prior art, the overall control is in the hands of the central machine control, where the user inputs are made. The subordinate control tasks in order to implement the specifications from the control part as well as possible are then to be performed cascaded in the drive controller.

[0031] Im Rahmen der Erfindung kann der Steuerungsteil aber auch separat von der Maschinensteuerung ausgeführt sein.In the context of the invention, however, the control part may also be designed separately from the machine control.

[0032] Der Antriebsregler kann dazu ausgebildet sein, über die Schnittstelle ermittelte Werte, insbesondere Messwerte zumindest eines Sensors und/oder berechnete Werte, entgegenzunehmen, wobei die Messwerte vorzugsweise zumindest eines der folgenden betreffen: ein Hydraulikdruck (inklusive der Möglichkeit eines Differenzdrucks), eine Temperatur eines Hydraulikfluids, eine Position, insbesondere einer Plastifizierschnecke, eine Geschwindigkeit, insbesondere einer Plastifizierschnecke, ein Druck einer Schmelze, ein Massen- und/oder Volumenstrom der Schmelze, eine Temperatur der Schmelze, einen Forminnendruck, einen Einspritzdruck im Hydraulikzylinder, eine Spritzkraft, eine Schneckendrehzahl, eine Schließbewegung. Ermittelte Werte können auch berechnete Werte, wie beispielsweise ein Kompressionsmodul, sein, die beispielsweise von einer Berechnungseinheit auf Basis einer vorgegebenen Berechnungsmethode ermittelt werden.The drive controller can be designed to accept values determined via the interface, in particular measured values of at least one sensor and / or calculated values, wherein the measured values preferably relate to at least one of the following: hydraulic pressure (including the possibility of a differential pressure) Temperature of a hydraulic fluid, a position, in particular a plasticizing screw, a speed, in particular a plasticizing screw, a pressure of a melt, a mass and / or volume flow of the melt, a temperature of the melt, a cavity pressure, an injection pressure in the hydraulic cylinder, an injection force, a Screw speed, a closing movement. Determined values can also be calculated values, such as a compression modulus, which are determined, for example, by a calculation unit based on a predetermined calculation method.

[0033] Der Einspritzdruck am Hydraulikzylinder und an der Plastifizierschnecke unterscheiden sich durch die Wirkung der Reibung im System, insbesondere die Reibung zwischen der Schmelze und dem Plastifizierzylinder.The injection pressure on the hydraulic cylinder and on the plasticizing screw differ by the effect of friction in the system, in particular the friction between the melt and the plasticizing.

[0034] Wie bereits angemerkt, kann der Antriebsregler dann die Messwerte des zumindest einen Sensors verwenden, um so schnell wie möglich die Feedback-Schleife der Regelung zu füttern (also ohne den Umweg über eine zentrale Maschinensteuerung und ggf. einen Feldbus).As already noted, the drive controller can then use the measured values of the at least one sensor in order to feed the feedback loop of the control as quickly as possible (ie without the detour via a central machine control and possibly a field bus).

[0035] Die Erfindung kann sowohl bei vollhydraulischen Formgebungsmaschinen als auch bei Hybridmaschinen zum Einsatz kommen. Also Hybridmaschinen ausgebildete Spritzgießmaschinen könne beispielsweise eine hydraulische Schließeinheit und eine elektrische Einspritzeinheit oder umgekehrt aufweisen. Außerdem kann die Erfindung zum Laden eines Hydraulikakkumulators bzw. zusammen mit einem Hydraulikakkumulator verwendet werden.The invention can be used both in fully hydraulic molding machines as well as in hybrid machines. Thus, injection molding machines formed by hybrid machines can have, for example, a hydraulic closing unit and an electrical injection unit or vice versa. In addition, the invention may be used to charge a hydraulic accumulator or together with a hydraulic accumulator.

[0036] Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der Figuren sowie der dazugehörigen Figurenbeschreibung. Dabei zeigen: [0037] Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Formgebungsmaschine mit einem erfindungsgemäßen Hydrauliksystem und [0038] Fig. 2 ein Regelschema eines weiteren Ausführungsbeispiels.Further details and advantages of the invention will become apparent from the figures and the associated description of the figures. 1 shows an exemplary embodiment of a shaping machine according to the invention with a hydraulic system according to the invention, and [0038] FIG. 2 shows a control diagram of a further exemplary embodiment.

[0039] In der Figur 1 ist eine Formgebungsmaschine 10 mit einem erfindungsgemäßen Hydrauliksystem 1 symbolisch dargestellt.FIG. 1 shows symbolically a shaping machine 10 with a hydraulic system 1 according to the invention.

[0040] Die Formgebungsmaschine 10 (in diesem Fall eine Spritzgießmaschine) verfügt über einen Einspritzzylinder, der über eine Pumpe 2 hydraulisch beaufschlagbar ist. (Die Hydraulikleitungen sind der einfachen Darstellung halber nicht eingezeichnet.) [0041] Die Pumpe 2 wird von einem Pumpenmotor 3 angetrieben.The molding machine 10 (in this case, an injection molding machine) has an injection cylinder, which is hydraulically acted upon by a pump 2. (The hydraulic lines are not shown for the sake of simplicity.) The pump 2 is driven by a pump motor 3.

[0042] Die Ansteuerung des Pumpenmotors 3 geschieht über den Antriebsregler 5. Der Pumpenmotor 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein elektrischer Motor und der Antriebsregler 5 beinhaltet die Leistungselektronik, mittels welcher der elektrische Motor 3 direkt ansteuerbar ist.The drive of the pump motor 3 via the drive controller 5. The pump motor 3 is in this embodiment, an electric motor and the drive controller 5 includes the power electronics, by means of which the electric motor 3 is directly controlled.

[0043] Getrennt vom Antriebsregler 5 ist ein Steuerungsteil 6, welcher integral mit der zentralen Maschinensteuerung der Formgebungsmaschine ausgebildet ist und über einen Feldbus mit dem Antriebsregler 5 verbunden ist. die zentrale Maschinensteuerung und der Feldbus sind der einfachen Darstellung halber nicht Teil der Figur 1.Separated from the drive controller 5 is a control part 6, which is integrally formed with the central machine control of the forming machine and is connected via a field bus to the drive controller 5. the central machine control and the field bus are not part of FIG. 1 for the sake of simplicity.

[0044] Der Steuerungsteil 6 und der Antriebsregler 5 bilden Teile der Regelvorrichtung 4.The control part 6 and the drive controller 5 form parts of the control device 4th

[0045] Der Steuerungsteil 6 ist zum einen für die Vorgabe der Soll-Werte für die Prozessgrößen zuständig. In diesem Ausführungsbeispiel wären das beispielsweise eine Geschwindigkeit einer Plastifizierschnecke oder ein von der Plastifizierschnecke ausgeübter Druck auf eine Schmelze (v_schnecke_soll oder p_schnecke_soll).The control part 6 is responsible for the specification of the desired values for the process variables. In this embodiment, for example, this would be a speed of a plasticizing screw or a pressure exerted by the plasticizing screw on a melt (v_schnecke_soll or p_schnecke_soll).

[0046] Außerdem ist der Steuerungsteil 6 für die Ermittlung der Parameter der Regelung zuständig. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist im Rahmen der Auswahl des Regelgesetzes nur die Anpassung der Verstärkungen vorgesehen. Sowohl Soll-Werte für die Prozessparameter als auch die Regelparameter werden über den Feldbus dem Antriebsregler 5 zugeführt.In addition, the control part 6 is responsible for the determination of the parameters of the control. In the present embodiment, only the adjustment of the gains is provided in the context of the selection of the control law. Both setpoint values for the process parameters and the control parameters are supplied to the drive controller 5 via the fieldbus.

[0047] Dem Antriebsregler 5 werden ebenfalls die Messwerte von Sensoren 7 zugeführt, die beispielsweise den von einer Plastifizierschnecke ausgeübten Druck oder eine Position der Plastifizierschnecke oder eine Geschwindigkeit der Plastifizierschnecke messen.The measured values of sensors 7 which, for example, measure the pressure exerted by a plasticizing screw or a position of the plasticizing screw or a speed of the plasticizing screw are likewise supplied to the drive controller 5.

[0048] Zusätzlich wird der Antriebsregler mit einem Druck des Hydraulikfluids (in den meisten Fällen Öl) gefüttert.In addition, the controller is fed with a pressure of the hydraulic fluid (in most cases oil).

[0049] Ausgehend von den Größen und Parametern, die dem Antriebsregler zur Verfügung stehen, wird eine kaskadierte Regelung durchgeführt. Dabei werden zunächst die Soll-Werte für die Prozessregelung vorgegeben, die, wie bereits erwähnt, über den Feldbus aus dem Steuerungsteil 6 bereitgestellt werden.Based on the sizes and parameters that are available to the controller, a cascaded control is performed. Initially, the target values for the process control are specified, which, as already mentioned, are provided from the control part 6 via the fieldbus.

[0050] Die Regelbefehle aus dieser Prozessregelung werden dann in eine unterlagerte Druckregelung der Pumpe 2 überführt, wobei das Drucksignal der Pumpe 2 als rückgeführte Größe für die kaskadierte Pumpenregelung fungiert.The control commands from this process control are then transferred to a lower-level pressure control of the pump 2, wherein the pressure signal of the pump 2 acts as a recirculated variable for the cascaded pump control.

[0051] Weiter wird das so erzeugte Drucksignal für die Pumpe 2 in ein Drehmoment oder eine Drehzahl des Pumpenmotors 3 umgewandelt, beispielsweise durch eine Regelung. Mittels dieser umgerechneten Größen kann die Leistungselektronik den Pumpenmotor 3 ansteuern.Further, the pressure signal thus generated for the pump 2 is converted into a torque or a rotational speed of the pump motor 3, for example by a control. By means of these converted quantities, the power electronics can control the pump motor 3.

[0052] Die im Antriebsregler 5 vorliegenden Prozessparameter und gegebenenfalls auch Messwerte, die im Antriebsregler 5 vorliegen, werden gemäß dem Ausführungsbeispiel über den Feldbus dem Steuerungsteil 6 bereitgestellt. Insbesondere kann dadurch eine Anpassung der Regelparameter erfolgen.The process parameters present in the drive controller 5 and optionally also measured values present in the drive controller 5 are provided to the control part 6 via the fieldbus according to the exemplary embodiment. In particular, this allows an adaptation of the control parameters.

[0053] Dadurch kann sogar eine Regelung der Regelparameter (also in gewissen Sinn eine Meta-Regelung) durchgeführt werden. Letztlich ist es auch möglich das Regelgesetz dynamisch auszuwählen und dadurch auch bei der Art der Regelung schnell auf geänderte physikalische bzw. chemische Zustände / Messwerte beim Formgebungsprozess reagiert werden.As a result, even a regulation of the control parameters (that is, in a sense, a meta-control) can be performed. Ultimately, it is also possible to dynamically select the control law and thereby react quickly to changed physical or chemical states / measured values during the shaping process even with the type of control.

[0054] In Fig. 2 ist ein erfindungsgemäßes Regelschema dargestellt. Bei der Festlegung des Regelgesetzes wird dabei auf Prozessparamter Rücksicht genommen. Dies wird anhand des Beispiels des Kompressionsmoduls (K-Modul) beschrieben. Die Bestimmung des K-Moduls ist in der AT 517128 A1 der Anmelderin beschrieben.In Fig. 2, an inventive control scheme is shown. In determining the rule law, process parameters are taken into account. This will be described using the example of the Compression Module (K-module). The determination of the K-module is described in the Applicant's AT 517128 A1.

[0055] Basierend auf dem ermittelten Wert für das K-Modul, welches eine charakteristische Größe für die Systemeigenschaften in der Nachdruckphase ist, werden die Parameter für die Nachdruckregelung ermittelt. Mittels einer Rechenvorschrift oder in der Steuerung hinterlegten Wertetabelle können die Reglerparameter aufgrund des ermittelten Parameters des K-Moduls berechnet bzw. ermittelt werden. Neben der Regelverstärkung für den Nachdruckregler können auch zum Beispiel weitere Parameter zur Vorsteuerung bzw. zur Trajektorienplanung analog bestimmt werden. Die ermittelten Werte für die Regelung werden dem Prozessregler (hier Nachdruckregler) am Antrieb vorzugsweise über den Feldbus übergeben, welcher damit parametriert wird.Based on the determined value for the K-modulus, which is a characteristic quantity for the system properties in the emphasis phase, the parameters for the pressure control are determined. By means of a calculation rule or table of values stored in the control, the controller parameters can be calculated or determined on the basis of the determined parameter of the K-module. In addition to the control gain for the post-pressure regulator, other parameters for precontrol or for trajectory planning can also be determined analogously, for example. The determined values for the control are transferred to the process controller (in this case pressure regulator) on the drive, preferably via the fieldbus, which is thus parameterized.

[0056] Der Einspritzdruckistwert wird direkt dem Antriebsregler über einen analogen Eingang oder über den Feldbus von einem separaten I/O Modul zugeführt. Dieser Wert wird auch zur überlagerten Steuerung mittels Feldbus übertragen. Mit dem Start der Nachdruckphase startet der Nachdruckregler am Pumpenmotor 3 und stellt den Sollwert für die unterlagerte Drehzahlregelung zur Verfügung.The injection pressure actual value is fed directly to the drive controller via an analog input or via the field bus from a separate I / O module. This value is also transmitted to the higher-level control via fieldbus. With the start of the holding pressure phase, the pressure regulator starts on the pump motor 3 and provides the setpoint for the subordinate speed control.

[0057] Betrachtet man das Kompressionsmodul des Kunststoffes, so hat das wesentlichen Einfluss auf die Systemeigenschaften des zu regelnden Systems in der Einspritz- und Nachdruckphase. Weist der Kunststoff einen hohen Wert vom Kompressionsmodul auf, so bewirken geringe Änderungen der Schneckenposition bereits große Druckänderungen in der Nachdruckphase, wodurch das Eingangs-Ausgangsverhalten der Regelstrecke eine hohe Systemverstärkung aufweist. In diesem Fall darf die Reglerverstärkung nicht zu hoch gewählt werden, um ein stabiles Regelverhalten zu erhalten.If one considers the compression modulus of the plastic material, this has a significant influence on the system properties of the system to be controlled in the injection and holding pressure phase. If the plastic has a high value from the compression modulus, small changes in the screw position already cause large pressure changes in the holding pressure phase, as a result of which the input-output behavior of the controlled system has a high system gain. In this case, the controller gain must not be set too high in order to obtain a stable control behavior.

[0058] Weist der im Prozess verarbeitete Kunststoff aber ein geringes Kompressionsmodul auf, so sind größere Änderungen der Schneckenposition nötig, um eine entsprechende Druckänderung zu erreichen. In diesem Fall ist die Systemverstärkung der Regelstrecke geringer und die Reglerverstärkung des Reglers im Nachdruck kann erhöht werden.However, if the plastic processed in the process has a low compression modulus, then larger changes in the screw position are necessary in order to achieve a corresponding pressure change. In this case, the system gain of the controlled system is lower and the controller gain of the controller in the emphasis can be increased.

[0059] Ähnlich ist auch der Einfluss des Totvolumens der Schmelze im Schneckenvorraum bzw. auch die aktuelle Schneckenposition hat Einfluss auf die resultierende Systemverstärkung der Regelstrecke im aktuellen Arbeitspunkt im Nachdruck.Similarly, the influence of the dead volume of the melt in the screw antechamber or the current screw position has an influence on the resulting system gain of the controlled system in the current operating point in the reprint.

[0060] Abhängig vom aktuellen Prozessschritt werden von der Steuerung Hydraulikventile angesteuert um unterschiedliche Achsen zu bewegen. Durch die Schaltventile ändert sich dadurch das durch die Pumpe versorgte Leitungs- und oder Zylindervolumen. Dieses Volumen bestimmt wiederum die Systemeigenschaften bei der Regelung des Pumpendruckes.Depending on the current process step, hydraulic control valves are actuated by the control in order to move different axes. As a result, the switching valves change the line and / or cylinder volume supplied by the pump. This volume in turn determines the system characteristics in the regulation of the pump pressure.

Sind beispielsweise alle Ventile geschlossen, so ist das aktive Volumen minimal für die vorhandene Systemkonfiguration. Hier führen geringe Volumenströme bzw. Drehzahlen der Pumpe zu deutlichen Druckänderungen wenn der Zylinderanschlag erreicht ist, somit ist die Systemverstärkung da am höchsten.For example, if all valves are closed, the active volume is minimal for the existing system configuration. Here low flow rates or speeds of the pump lead to significant pressure changes when the cylinder stop is reached, so the system gain is highest there.

[0061] Öffnet dann aber ein Schaltventil, so strömt das Öl durch das Ventil in zusätzliches Leitungs- und Zylindervolumen. Dadurch reduziert sich die Druckänderung bei entsprechenden Volumenströmen der Pumpe und die Systemverstärkung des zu regelnden Systems ist reduziert, wodurch höhere Regelverstärkungen des Reglers zulässig sind.But then opens a switching valve, the oil flows through the valve in additional line and cylinder volume. This reduces the pressure change with corresponding pump flow rates and reduces the system gain of the system to be controlled, allowing for higher controller control gains.

[0062] In Fig. 2 ist ein PID Regelkreis mit Vorsteuerung dargestellt. Im PID Zweig wird der Regelfehler e aus der Differenz von Sollwert ref und Istwert act berechnet. Die PID Anteile werden summiert und mit der Reglerverstärkung KR multipliziert und der Anteil der Stellgröße vom PID Regler uPID berechnet. Parallel zum PID Zweig befindet sich der Vorsteuerzweig. Aus dem Referenzwert hier wird mittels der Vorsteuerfunktion FF und der Verstärkung der Vorsteuerung KS der Vorsteueranteil der Regelgröße uFF berechnet. Die Vorsteuerung berücksichtigt in dem Fall nur die Sollwerte und kann zur Verbesserung des Führungsverhalten wie z.B. für schnelleres Einschwingen bei Sollwertänderungen verwendet werden. Neben einer Vorsteuerung basierend auf Sollwerte ist auch eine Vorsteuerung basierend auf weiteren Istwerten bzw. Störgrößen möglich.In Fig. 2, a PID control loop is shown with pilot control. In the PID branch, the control error e is calculated from the difference between setpoint ref and actual value act. The PID components are summed and multiplied by the controller gain KR and the proportion of the manipulated variable calculated by the PID controller uPID. Parallel to the PID branch is the pilot branch. From the reference value here, the pilot control component of the controlled variable uFF is calculated by means of the pilot control function FF and the gain of the pilot control KS. The feedforward control takes into account only the setpoint values in this case and can be used to improve the guiding behavior, e.g. be used for faster settling at setpoint changes. In addition to a feedforward control based on setpoint values, a feedforward control based on further actual values or disturbance variables is also possible.

[0063] Neben der Anpassung der Reglerverstärkung können auch weitere Parameter des Reglers abhängig von den Prozessparametern angepasst werden. Hier sind die Parameter des I- und D-Anteils vom PID Regler als auch die Verstärkung der Vorsteuerung (KS) möglich.In addition to the adjustment of the controller gain and other parameters of the controller can be adjusted depending on the process parameters. Here, the parameters of the I and D component of the PID controller as well as the gain of the feedforward control (KS) are possible.

[0064] Sind die Funktionen der Steuerung bzw. Regelung auf mehrere Steuereinheiten verteilt, ist für eine reproduzierbare und präzise Regelung eine Synchronisation der einzelnen Steuergeräte notwendig. Erfolgt beispielsweise die Bereitstellung der Sollwerte in der zentralen Maschinensteuerung (separates Steuerteil), so muss gewährleistet werden, dass die Sollwerte für die Regelung am Antriebsregler bereit stehen, wenn sie benötigt werden. Ein weiterer, besonders für den Einspritzprozess wichtiger Punkt, ist die Umschaltung von der geschwindigkeitsgeregelten Einspritzphase auf die Nachdruckregelung.If the functions of the control or regulation distributed over several control units, a synchronization of the individual control units is necessary for a reproducible and precise control. If, for example, the provision of the setpoint values takes place in the central machine control (separate control section), it must be ensured that the setpoint values for the closed-loop control on the drive controller are ready when they are needed. Another important point for the injection process is the switchover from the speed-controlled injection phase to the pressure regulation.

[0065] Die Steuereinrichtungen und die Datenübertragung zwischen diesen müssen eine synchronisierte Steuerung ermöglichen. Die durch die Kommunikation verursachten Verzögerungszeiten bzw. Zeitunterschiede sind bei dem Austausch der Signale entsprechend zu berücksichtigen.The controllers and the data transfer between them must enable synchronized control. The delay times or time differences caused by the communication must be taken into account when exchanging the signals.

[0066] Insgesamt erlaubt es die Erfindung durch Durchführen der Details der Prozessregelung direkt am Antrieb eine schnellere und bessere Nachführung von Ist-Werten der Regelung an die jeweiligen Soll-Werte für die Prozessparameter zu erreichen. Es handelt sich also in gewissem Sinne um einen intelligenten Antriebsregler 5.Overall, the invention allows by performing the details of the process control directly on the drive to achieve faster and better tracking of actual values of the control to the respective target values for the process parameters. It is therefore in a sense an intelligent drive controller 5.

Claims

claims

1. Hydraulic system for a molding machine with - at least one pump (2), - at least one pump motor (3) which is designed to drive the at least one pump (2), and - a control device (4) which is adapted to a Regulation of the at least one pump motor (3) to perform, and process parameters that occur in a shaping process performed with the forming machine to set and / or to calculate and / or receive via an interface, wherein the control device (4) is adapted to a control law of Control of the at least one pump motor (3) on the basis of the process parameters and / or a phase of the forming cycle to select and the control device (4) includes a drive controller (5) for controlling the at least one pump motor (3), characterized in that the drive controller (5 ) is designed to control at least one process variable, which at one with the shaping ma machine performed forming process occurs to perform.

2. Hydraulic system according to claim 1, characterized in that the control law is selected from a set of control laws, wherein the control laws differ by the type of control and / or by parameters of the control and / or by a pilot control.

3. Hydraulic system according to one of the preceding claims, characterized in that the process parameters include target values and / or actual values for one or more of the following: material parameters of the plastic, current operating point of the forming process, tool parameters, parameters of the hydraulic or the drive , Process step.

4. Hydraulic system according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one process variable includes at least one of the following: screw position, injection speed, injection pressure, melt pressure in the screw antechamber, in-mold pressure, volume flow into the mold, flow front speed, screw speed, spraying force, volume flow at the nozzle, Closing movement, closing force, holding pressure, back pressure, plasticizing capacity, dosing time, injection volume, sizes for further movements of the forming machine.

5. Hydraulic system according to one of the preceding claims, characterized in that the phase of the molding cycle includes at least one of the following: mold closing, closing force build-up, injection, reprinting, mold opening, plasticizing or dosing, back pressure rules, ejection, tempering.

6. Hydraulic system according to one of the preceding claims, characterized in that the control device (4) includes a separate from the drive controller (5) control part (6), said drive controller (5) and control part (6) via a data transmission connection, in particular a field bus connected are and the control part (6) is adapted to specify at least one desired value for the control of the at least one process variable.

7. Hydraulic system according to claim 6, characterized in that in the course of the selection of the control law control parameters for the control law and / or process parameters for selecting the control parameters from the control part (6) to the drive controller (5) are transmitted.

8. A hydraulic system according to claim 6 or 7, characterized in that the control part (6) and a central machine control of the forming machine (10) are integrally formed with each other or separately from each other.

9. Hydraulic system according to one of the preceding claims, characterized in that the drive controller (5) is designed to receive values determined via the interface, in particular measured values of at least one sensor (7) and / or calculated values, the measured values preferably being at least one of the following: a hydraulic pressure, a temperature of a hydraulic fluid, a position, in particular a plasticizing screw, a speed, in particular a plasticizing screw, a pressure of a melt, a mass and / or volume flow of the melt, a temperature of the melt, an in-mold pressure, a Injection pressure in the hydraulic cylinder, an injection force, a screw speed, a closing movement.

10. Hydraulic system according to claim 9, characterized in that the drive controller (5) is adapted to use measured values of the at least one sensor (7) as a recirculated variable for the regulation of the at least one pump motor (3).

11. Hydraulic system according to one of claims 6 to 8 and one of claims 9 or 10, characterized in that the interface is designed so that the measured values of the at least one sensor (7) from the drive controller (5) to the control part (6) forwarded become.

12. Hydraulic system according to claim 11, characterized in that the control part (6) is adapted to select the control law based on the forwarded measured values of the at least one sensor and transmit to the drive controller (5), in particular in the course of the selection of the control law control parameters selected and forwarded for the rule law.

13. Forming machine with at least one hydraulic system according to one of the preceding claims.

14. Forming machine according to claim 13, characterized in that the drive controller (5) via the interface with at least one sensor (7) is connected to the forming machine (10).

15. A method for operating a hydraulic system of a molding machine, in particular according to one of claims 1 to 12, ora forming machine, in particular according to claim 13 or 14, wherein - a control of at least one pump motor (3) is performed, - the pump motor (3) by means of a Drive parameter (5) is controlled, - process parameters which occur in a shaping process performed with the forming machine (10), set and / or calculated and / or measured, and - a control law of the control of the at least one pump motor (3) based on Process parameter and / or a phase of the molding cycle is selected, characterized in that by means of the drive controller (5), a control of at least one process variable, which occur in a forming process performed with the forming machine (10), is performed.