專利名稱:用于操縱和/或控制壓鑄機的噴射蝸桿的操縱和/或控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種用于操縱和/或控制壓鑄機(Spritzgie β maschine)的噴射蝸桿 (Einspritzschnecke)的操縱和/或控制裝置,至少包含一個用于操縱和/或控制噴射蝸桿的壓力和/或速度的操縱和/或控制單元以及一個用于估算噴射蝸桿壓力的壓力估算器。
背景技術(shù):
在壓鑄過程中一般會向壓鑄機的噴射蝸桿注入塑料顆粒。噴射蝸桿位于蝸桿柱中同時塑料顆粒通過噴射蝸桿的旋轉(zhuǎn)運動沿噴射蝸桿的尖端方向被運送至蝸桿柱的相應(yīng)前室。通過摩擦和相應(yīng)的加熱裝置塑料顆粒熔化成塑料熔液。該塑料熔液匯集于噴射蝸桿尖端前的蝸桿柱的前室中。當有足夠用于一次噴射過程的塑料熔液位于前室中時,噴射蝸桿會以活塞的方式被向前沿噴射蝸桿尖端方向推動,以此塑料熔液可以被噴射入相應(yīng)的模具中。該類模具也被稱作造型工具或造型腔并且例如可以由兩個在噴射過程前完成的模具部分組成。噴射蝸桿的旋轉(zhuǎn)運動和前進運動可以例如通過電力或液壓驅(qū)動裝置實現(xiàn)。該驅(qū)動裝置可以通過相應(yīng)的操縱和/或控制裝置來操縱或控制,其中該操縱和/或控制裝置具有速度和/或位移和/或壓力控制功能。其中噴射蝸桿沿著噴射軸的前進運動的速度(噴射速度)會被典型的如此控制,以讓此時作為活塞的噴射蝸桿作用于塑料熔液上的某一特定壓力不被超過。該壓力,也被稱作噴射壓力,可以通過驅(qū)動裝置作用于噴射蝸桿上用于實行其前進運動的力產(chǎn)生。在整個噴射過程中噴射蝸桿迎著對應(yīng)于當前的填充阻力或造型腔內(nèi)的澆鑄通道的流導(dǎo)(Leitwert)的所謂負載運動。此外負載的大小取決于采用的模具或沿著澆鑄通道的幾何形狀,噴射時塑料熔液的粘滯度以及其它影響因素例如沿著澆鑄通道的溫度。在通過噴射蝸桿的前進運動模具被塑料熔液完全填滿之后,模具內(nèi)會有快速的壓力上升,此外其會受到塑料熔液的壓縮性的影響。在識別到該快速壓力上升時噴射蝸桿的速度控制會被典型的切換到壓力控制。該第一控制階段,噴射過程的此階段中噴射蝸桿的速度會被控制,也常被稱作體積流控制,因為噴射蝸桿的前進運動的速度對應(yīng)著相應(yīng)的蝸桿柱中塑料熔液的體積流。控制的第二階段,在其中主要是噴射蝸桿作用于塑料熔液上的壓力被控制,也常被稱作增壓階段。該增壓階段特別重要,因為通過塑料熔液在模具內(nèi)的冷卻體積可以相應(yīng)減少,通過該增壓階段可以繼續(xù)將塑料熔液壓入模具內(nèi)。在壓鑄過程中應(yīng)盡可能不在從速度控制到壓力控制切換中出現(xiàn)壓力降低或壓力峰值,因為這會對生產(chǎn)的壓鑄件的質(zhì)量產(chǎn)生負面影響。因此可以采用壓力估算器,用于可以估算出現(xiàn)的壓力并以此實現(xiàn)精準的切換(見例如DE 10 2004 051 109 B4)。但傳統(tǒng)的壓力估算器不含有關(guān)于所使用的模具或所使用的塑料熔液的材料的信息。特別是它也不含有關(guān)于主要由模具和塑料熔液的材料得出的負載特性的信息。盡管如此人們還是致力于使壓鑄過程中的速度和/或壓力變化一也常稱作注射(Schuss)-無關(guān)于模具和材料總是跟隨于期望的額定變化。當前的控制器經(jīng)常采用的方法是,含有隱含的系統(tǒng)行為假設(shè)以實現(xiàn)動態(tài)控制。但當出現(xiàn)和假設(shè)的系統(tǒng)行為之間的偏差時,這樣有時會出現(xiàn)較大的壓力和速度的額定值偏差或者不協(xié)調(diào)的信號變化。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是,避免前面描述的缺點和給出相對于現(xiàn)有技術(shù)有改善的用于操縱和/或控制壓鑄機的噴射蝸桿的操縱和/或控制裝置。目標是一個操縱和/或控制裝置, 既能控制噴射蝸桿的速度也能控制噴射蝸桿的壓力并且其特別是能控制從速度控制到壓力控制的過渡中出現(xiàn)的負載的變化。根據(jù)本發(fā)明,本任務(wù)如此解決,即設(shè)置用于估算反向作用(entgegenwirken)于噴射蝸桿的負載的負載估算器,其中通過負載估算器估算的負載至少能通知到操縱和/或控制單元。其中操縱和/或控制單元理論上至少包含預(yù)調(diào)裝置和控制器并且估算的負載可以涉及當前的負載和/或?qū)淼呢撦d。負載大多由模具和塑料熔液的材料決定。尤其是模具可以基于應(yīng)用有很大變化。 因此控制行為根據(jù)應(yīng)用會有不同。該變動的影響應(yīng)通過負載估算器計算出,以此操縱和/ 或控制單元可以被調(diào)節(jié)以適合實際的系統(tǒng)行為。通過負載估算器可以實行負載變化的早期識別。其中對當前和/或?qū)矸聪蜃饔糜趪娚湮仐U的負載的估算可以基于模型實行。通過該額外信息-估算的負載行為-可以例如足夠早的減小通過噴射蝸桿產(chǎn)生的壓力,以避免壓力峰值。基于估算的負載可以與從噴射階段到增壓階段切換的時間點和狀態(tài)無關(guān)地實現(xiàn)噴射蝸桿壓力的無震蕩變化。其中可以實現(xiàn)在從速度控制噴射到增壓區(qū)域的動態(tài)過渡中的良好的跟隨特性,通過用負載估算器獲知快速變化的負載并例如用預(yù)調(diào)裝置與當前的工作時間點無關(guān)地補償該影響。其中估算的負載可以通過估算的阻力系數(shù)k’表示。該估算的阻力系數(shù)k’對應(yīng)填充過程的估算的阻力,其在數(shù)值上受模具設(shè)計或沿塑料熔液流動路徑的幾何形狀和塑料熔液采用的材料的影響。例如當塑料熔液的流動路徑越長和塑料熔液的粘滯度越高,填充過程的阻力會越高。一個簡化的負載模型可用于計算估算的阻力系數(shù)k’,其還含有以下參數(shù)蝸桿柱的截面積,驅(qū)動裝置的慣性矩,塑料熔液的壓縮性以及體積和粘滯度。其中塑料熔液的壓縮性可以基于材料數(shù)據(jù)假設(shè)為已知或測量計算出。通過負載模型可以建立噴射速度,噴射壓力和操縱變量間的關(guān)系。通過負載估算器可以隨時計算通常未知的且取決于應(yīng)用的模型參數(shù)或模型數(shù)值以及估算當前的和/或?qū)淼呢撦d。通過了解估算的負載,在預(yù)先規(guī)定相應(yīng)的額定值的情況下,可以用預(yù)調(diào)裝置計算出操縱變量。以此在理想模型下實際變量會跟隨額定變量,不會出現(xiàn)偏差?;谀P椭皇乾F(xiàn)實系統(tǒng)的簡化以及估算的負載和實際負載存在偏差的現(xiàn)實,普遍會出現(xiàn)額定變量和實際變量間的小偏差。該誤差可以通過額外的控制器補償。了解估算的負載相對于傳統(tǒng)的僅可以基于控制差值改變操縱變量的不合負載估算器或不合模型信息的控制器有明顯的改進。負載模型可以在負載估算器中例如被用作持續(xù)計算壓鑄過程中的當前負載。其中負載估算器的該使用形式被稱作在線-估算器。這里在每個噴射循環(huán)中負載會被持續(xù)的重新估算并用于預(yù)調(diào)裝置。因為噴射過程是循環(huán)過程,可利用的是,將前一個噴射循環(huán)的信息用于當前的噴射循環(huán),以改善操縱和/或控制裝置的追隨特性。為此負載估算器在這里可以被用作遞推估算器,通過它可以基于前一個噴射循環(huán)的操縱變量計算一部分的操縱變量及其誤差。以此以估算為基礎(chǔ)的負載模型也會每注射一次都得到改善。一般在加權(quán)積分時此前的輸入值和狀態(tài)會被相應(yīng)的加權(quán)后進入負載估算。但壓鑄過程中計算估算的負載或估算的負載變化理論上也可以通過一次或多次測試注射實現(xiàn)。其中可以在啟動階段計算出相應(yīng)的在之后的噴射循環(huán)中使用的值。一般也可以采用最小平方差法用于確定適合的系數(shù)或回歸線用于負載估算器??梢圆捎锰貏e是以下的作為操縱和/或控制裝置的參數(shù)速度誤差的加權(quán),壓力誤差的加權(quán),負載估算器的初始值,壓力控制誤差對負載估算器的動力學(xué)的影響,壓力估算誤差對負載估算器的動力學(xué)的影響以及壓力估算誤差對壓力估算器的動力學(xué)的影響。按照優(yōu)選的實施形式可以看到,估算的壓力可以通知到負載估算器。如果除此之外估算的負載也可以通知到壓力估算器,那么兩個采用的估算器會有最佳的協(xié)同效果。負載估算器和壓力估算器的組合產(chǎn)生相對于獨立負載估算的改善的表現(xiàn)。從而估算誤差可以被減小以及起振動態(tài)特性會提高。以此可以進一步改善整體控制表現(xiàn)。其中實際負載和估算負載之間的偏差會導(dǎo)致測量出的壓力和估算壓力的偏差。通過返回該誤差可以修正負載估算器。無額外的壓力估算器時實際負載和負載估算器間的偏差首先由額定壓力和實際壓力間的偏差計算并修正。為了給操縱和/或控制裝置提供相應(yīng)的指令參數(shù)(FuhrungsgroBen ),可以
設(shè)置計劃裝置,其中通過計劃裝置以將優(yōu)選能保存在存儲器中的所計劃的額定壓力變化和 /或所計劃的額定速度變化至少可輸入到操縱和/或控制單元和/或負載估算器。該計劃裝置也被稱作軌道計劃并且在壓鑄過程中給出期望的額定壓力變化和/或期望的額定速度變化。其中該期望的額定變化的輸入可以例如通過用戶界面實現(xiàn)并且額定變化可以保存在存儲器中并由操縱和/或控制裝置讀取。為了改善操縱和/或控制裝置的操縱和/或控制行為可以設(shè)置用于測量噴射蝸桿壓力的壓力測量裝置,其中壓力測量裝置的信號可以輸送到操縱和/或控制單元和/或壓力估算器和/或負載估算器。例如通過壓力測量裝置可以測量造型工具內(nèi)部的壓力。除此之外可以設(shè)置用于測量噴射蝸桿速度的速度測量裝置,其中速度測量裝置的信號至少可以輸送到操縱和/或控制單元和/或壓力估算器和/或負載估算器。噴射蝸桿沿著噴射軸方向前進運動的速度對應(yīng)塑料熔液在蝸桿柱中的特定體積流。作為替換或額外地,可以設(shè)置用于測量噴射蝸桿經(jīng)過路徑的路徑測量裝置,其中路徑測量裝置的信號至少可以輸送到操縱和/或控制單元和/或壓力估算器和/或負載估當操縱和/或控制單元至少包含一個預(yù)調(diào)裝置和一個控制器時,可以規(guī)定,通過預(yù)調(diào)裝置可以給出第一控制變量,優(yōu)選為第一力值,以及通過控制器可以給出第二控制變量,優(yōu)選為第二力值。其中優(yōu)選可以將優(yōu)選為第一力值和第二力值的第一控制變量和第二控制變量相加用于操縱和/或控制噴射蝸桿的壓力和/或速度。其中預(yù)調(diào)裝置可以如此計算,使得第一控制變量符合通過相應(yīng)的計劃裝置(軌道計劃)可以預(yù)先給出的期望的額定壓力變化。其中實際軌道相對于期望的額定壓力變化的偏差可以通過控制器以第二控制變量的形式被調(diào)整。兩個控制變量-例如可以是第一力值和第二力值-可以相加并給出合力值,噴射蝸桿的驅(qū)動裝置應(yīng)以該合力值沿噴射蝸桿前進運動方向作用在噴射蝸桿上,以達到噴射蝸桿作用于塑料熔液上的期望速度和/或期望壓力。該形式為合力值的控制變量可以在其中被輸入相應(yīng)的控制機構(gòu),例如發(fā)動機操縱和/或控制,其中控制機構(gòu)可以操縱和/ 或控制相應(yīng)的驅(qū)動單元,例如電動機。電動機可以在后續(xù)行動中驅(qū)動噴射蝸桿,這樣可以使噴射蝸桿在塑料熔液上施加期望的壓力。同時請求保護具有根據(jù)權(quán)利要求1至10之一所述的操縱和/或控制裝置的壓鑄機。除此之外請求保護根據(jù)權(quán)利要求12所述的用于操縱和/或控制壓鑄機的噴射蝸桿的壓力和/或速度的方法。該方法的有利的變體在其從屬權(quán)利要求中給出。
下面參考唯一的附圖結(jié)合優(yōu)選的實施例對本發(fā)明作進一步說明。其中,圖1示意性地示出了建議的操縱和/或控制裝置1的實施例的框圖。
具體實施例方式操縱和/或控制裝置1包含操縱和/或控制單元4,其在該例子中包含預(yù)調(diào)裝置 10和控制器11。另外操縱和/或控制裝置1包含用于估算壓力P’的壓力估算器5以及估算負載的負載估算器6,負載在該例子中通過估算的阻力系數(shù)k’表示。預(yù)調(diào)裝置10給出形式為第一力值F1的第一控制變量作為輸出值以及控制器11給出形式為第二力值F2的第二控制變量作為輸出值。第一力值F1和第二力值F2相加得到的和以力值F的形式為控制機構(gòu)13提供控制變量。該控制機構(gòu)13可以是例如發(fā)動機操縱和 /或控制,其操縱和/控制相應(yīng)的、驅(qū)動噴射蝸桿2的驅(qū)動單元14,例如一個或多個電動機。在壓鑄過程中通過噴射蝸桿2可以使塑料熔液進入模具12。預(yù)設(shè)的壓力測量裝置 8以及預(yù)設(shè)的速度測量裝置9測量噴射蝸桿2當前的壓力ρ和當前的速度q并且能將該測量值作為控制變量至少回饋到操縱和/或控制裝置1中。在示出的例子中壓力測量裝置8 的測量數(shù)據(jù)和速度測量裝置9的測量數(shù)據(jù)也被傳入壓力估算器5和負載估算器6。另外可以設(shè)置測量噴射蝸桿2經(jīng)過路徑的路徑測量裝置,其測量數(shù)據(jù)至少能被傳入操縱和/或控制單元4和/或負載估算器6和/或壓力估算器5。設(shè)置額定壓力變化Ps和/或額定速度變化qs (以及給定情況下其對于時間的一階和二階導(dǎo)數(shù))作為操縱和/或控制裝置1的指令參數(shù),其可以通過相應(yīng)的計劃裝置7 (軌道計劃)給出。壓力估算器5給出估算的壓力ρ’作為輸出值,其可以被傳送至負載估算器6。 負載估算器6給出估算的阻力系數(shù)k’作為輸出值,在該例中其既可以被傳送至操縱和/或控制單元4也被傳送至壓力估算器5。值k’和ρ’表示動態(tài)系統(tǒng)(負載估算器6和壓力估算器幻的輸出值,其中通過每個初始狀態(tài)和輸入值的每個數(shù)值可以計算相應(yīng)的后續(xù)狀態(tài)和輸出值。其中動態(tài)系統(tǒng)如此被構(gòu)造,使得負載根據(jù)預(yù)設(shè)的負載模型被計算出。通過操縱和/或控制裝置1可以操縱和/或控制控制機構(gòu)13,使得由控制機構(gòu)13 操縱和/或控制的驅(qū)動單元14可以在噴射蝸桿2上沿其前進運動方向施加期望的力F,這樣作用于塑料熔液上的噴射蝸桿2的期望的速度q和/或噴射蝸桿2的期望的壓力ρ可以按照軌道計劃達到。 推薦的操縱和/或控制裝置的本質(zhì)上的優(yōu)點為具有的負載估算器的相應(yīng)的額定值生成(軌道計劃)和具有集成的預(yù)調(diào)裝置的基于模型的控制的組合。尤其地,在增壓區(qū)域中動態(tài)的額定值變化的情況下,通過負載估算器和與當前工作點無關(guān)的預(yù)調(diào)裝置實現(xiàn)了在增壓區(qū)域良好的跟隨特性。
權(quán)利要求
1.一種用于操縱和/或控制壓鑄機⑶的噴射蝸桿⑵的操縱和/或控制裝置(1), 至少包括-用于操縱和/或控制噴射蝸桿⑵的壓力(P)和/或速度(q)的操縱和/或控制單元⑷,以及-用于估算噴射蝸桿O)的壓力(P’ )的壓力估算器(5),其特征在于,設(shè)置有用于估算反向作用于噴射蝸桿的負載(k’ )的負載估算器(6),其中通過所述負載估算器(6)能夠?qū)⒐浪愕呢撦d(k’)至少通知到操縱和/或控制單元G)。
2.如權(quán)利要求1所述的操縱和/或控制裝置,其特征在于,估算的壓力(P’)能夠通知到所述負載估算器(6)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的操縱和/或控制裝置,其特征在于,估算的負載(k’)也能夠通知到所述壓力估算器(5)。
4.如權(quán)利要求1至3其中之一所述的操縱和/或控制裝置,其特征在于,設(shè)置有計劃裝置(7),其中通過所述計劃裝置(7)能夠?qū)⑺媱澋念~定壓力變化(Ps)和/或所計劃的額定速度變化(qs)至少輸入操縱和/或控制單元(4)和/或負載估算器(6)中,所計劃的額定壓力變化(Ps)和/或所計劃的額定速度變化(qs)優(yōu)選能保存在存儲器中。
5.如權(quán)利要求1至4其中之一所述的操縱和/或控制裝置,其特征在于,設(shè)置有用于測量噴射蝸桿( 的壓力(P)的壓力測量裝置(8),其中壓力測量裝置(8)的信號能被傳入操縱和/或控制單元(4)和/或壓力估算器( 和/或負載估算器(6)中。
6.如權(quán)利要求1至5其中之一所述的操縱和/或控制裝置,其特征在于,設(shè)置有用于測量噴射蝸桿⑵的速度(q)的速度測量裝置(9),其中所述速度測量裝置(9)的信號至少能被傳入操縱和/或控制單元(4)和/或負載估算器(6)和/或壓力估算器(5)中。
7.如權(quán)利要求1至6其中之一所述的操縱和/或控制裝置,其特征在于,設(shè)置有用于測量噴射蝸桿( 所經(jīng)過路徑的路徑測量裝置,其中所述路徑測量裝置的信號至少能被傳入操縱和/或控制單元(4)和/或負載估算器(6)和/或壓力估算器(5)中。
8.如權(quán)利要求1至7其中之一所述的操縱和/或控制裝置,其特征在于,所述操縱和/ 或控制單元(4)至少包括預(yù)調(diào)裝置(10)和控制器(11)。
9.如權(quán)利要求8所述的操縱和/或控制裝置,其特征在于,通過預(yù)調(diào)裝置(10)能夠給出第一控制變量,通過控制器(11)能給出第二控制變量,第一控制變量優(yōu)選為第一力值 (F1),第二控制變量優(yōu)選為第二力值(F2)。
10.如權(quán)利要求9所述的操縱和/或控制裝置,其特征在于,優(yōu)選為第一力值(F1)和第二力值(F2)的第一控制變量和第二控制變量相加,以操縱和/或控制所述噴射蝸桿(2)的壓力(P)和/或速度(q)。
11.一種壓鑄機,具有如權(quán)利要求1至10之一所述的操縱和/或控制裝置。
12.一種用于操縱和/或控制壓鑄機(3)的噴射蝸桿(2)的壓力(P)和/或速度(q) 的方法,其中在壓鑄過程中通過噴射蝸桿( 將塑料熔液噴入模具(1 中,其中有負載反向作用于所述壓鑄過程,其特征在于,根據(jù)估算的壓力(P’ )和估算的負載(k’ )操縱和/ 或控制所述噴射蝸桿O)的壓力(P)和/或速度(q)。
13.如權(quán)利要求12所述的方法,其特征在于,使用所計劃的額定壓力變化(ps)和/或所計劃的額定速度變化(qs)作為用于操縱和/或控制所述噴射蝸桿⑵的壓力(P)和/或速度(q)的指令參數(shù)。
14.如權(quán)利要求13所述的方法,其特征在于,至少使用所計劃的額定壓力變化(ps)和 /或當前的壓力(P)和/或估算的壓力(P’ )和/或所計劃的額定速度變化(qs)和/或當前的速度(q)來估算負載(k’ )。
15.如權(quán)利要求12至14之一所述的方法,其特征在于,至少使用噴射蝸桿O)的當前壓力(P)和/或噴射蝸桿⑵的當前速度(q)和/或估算的負載(k’ )來估算壓力(P’ )。
16.如權(quán)利要求12至15之一所述的方法,其特征在于,計算沿噴射蝸桿(2)前進運動方向施加到所述噴射蝸桿( 上以將塑料熔液壓入模具(1 中的力(F)作為控制變量來操縱和/或控制噴射蝸桿⑵的壓力(P)和/或速度(q)。
全文摘要
一種用于操縱和/或控制壓鑄機(3)的噴射蝸桿(2)的操縱和/或控制裝置(1),至少包括用于操縱和/或控制噴射蝸桿(2)的壓力(p)和/或速度(q)的操縱和/或控制單元(4),和用于估算噴射蝸桿(2)的壓力(p’)的壓力估算器(5),其中設(shè)置用于估算反向作用于噴射蝸桿的負載(k’)的負載估算器(6),其中通過負載估算器(6)可以將估算的負載(k’)至少通知到操縱和/或控制單元(4)。
文檔編號B29C45/77GK102529054SQ20111040052
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月27日
發(fā)明者H·伯恩哈德, H·達克斯貝格爾, K·施拉赫 申請人:恩格爾奧地利有限公司