Spritz gießmaschine

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein Steuergerät zum

Ansteuern einer elektrischen Einspritzeinrichtung einer Spritzgießmaschine sowie auf eine Spritzgießmaschine.

Mittels einer Spritzgießmaschine können Kunststoffteile hergestellt werden. Dazu weist die Spritzgießmaschine eine Spritzeinheit auf, mittels der eine Kunststoffformmasse in ein Werkzeug oder eine Form gespritzt werden kann. Das Werkzeug stellt eine Negativform des herzustellenden Kunststoffteils dar.

Die Spritzeinheit weist einen Einspritzmotor auf, der eine Spindel antreiben kann. Die Spindel ist mit einem Einspritzzylinder gekoppelt, der die Formmasse in das Werkzeug drücken kann. In den unterschiedlichen Phasen des Herstellungsprozesses des Kunststoffteils kann die Formmasse mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten in das Werkzeug gedrückt werden bzw. es kann der auf die Formmasse einwirkende Druck verändert werden. Um die Geschwindigkeit und den Druck anzupassen, kann der Einspritzmotor von einem Antriebsregler in entsprechender Weise angesteuert werden.

Nachdem die Formmasse in das Werkstück eingedrückt worden ist, wird während einer Nachdruckphase weiterhin Druck auf die Formmasse ausgeübt. Die Druckausübung in der Nachdruckphase kann so lange erforderlich sein, wie die Formmasse noch weich ist. Während der Einspritzzylinder in der Nachdruckphase den Druck auf die Formmasse ausübt, bewegt sich der Einspritzzylinder nur geringfügig oder sogar gar nicht. Die Bewegung des Einspritzzylinders in der Nachdruckphase hängt dabei von dem Schrumpfverhalten des Kunststoffs ab. Bewegt sich der Einspritzzylinder nicht oder nur geringfügig, so führt dies dazu, das sich auch der Einspritzmotor nicht oder nur mit einer sehr niedrigen Drehzahl dreht. Trotz dem Stillstand oder Beinahestillstand des Einspritzmotors ist es erforderlich, dass der Einspritzmotor ein genügend großes Drehmoment bereitstellt, so dass der Einspritzzylinder den erforderlichen Druck auf die Formmasse ausüben kann.

Fig. 3 zeigt ein Schaltbild einer Endstufe eines Antriebsreglers zum Ansteuern eines Einspritzmotors 102, gemäß dem Stand der Technik. Bei dem Antriebsregler des Einspritzmotors kann es sich um einen Umrichter mit Pulsfrequenz handeln. Der Antriebsrcglcr kann in der Endstufe sechs Transistoren II , 12, 13, 14 ₇ I5 ₅ 16 aufweisen, die drei Transistorpaare bilden. Die Transistoren II, 13, 15 sind eingangsseitig mit einem „Zwischenkreis +" und die Transistoren 12, 14, 16 ausgangsseitig mit einem „Zwischenkreis -" verbunden. Die Pulsfrequenz führt entsprechend der auftretenden Flanken zu einer Verlustleistung in den Transistorpaaren. Diese verteilt sich im Normalbetrieb auf die drei Transistorpaare. Kommt es jedoch zu einem Stillstand des Einspritzmotors, kann der gesamte Strom der Endstufe statisch auf einen Transistor entfallen. Beispielsweise kann der Strom bei einem Stillstand auf der einen Seite nur durch den Transistor 16 und auf der anderen Seite nur durch die Transistoren II, 13 fließen. Dies kann zu einer Überhitzung der Endstufe führen. Um eine solche Überhitzung zu vermeiden kann der von dem Antriebsregler an den Einspritzmotor bereitgestellte Strom reduziert werden. Dies hat jedoch zur Folge, dass der Einspritzmotor eine geringere Kraft bereitstellen kann, die unter Umständen nicht ausreicht, um in der Nachdruckphase den erforderlichen Druck auf die Formmasse auszuüben.

Um sowohl eine Überhitzung zu vermeiden als auch den erforderlichen Druck bereitzustellen, werden größere Umrichter als Antriebsregler eingesetzt. Dies ist jedoch mit Mehrkosten und einem erhöhten Platzbedarf verbunden. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und ein verbessertes Steuergerät zum Ansteuern einer elektrischen Einspritzeinrichtung einer Spritzgießmaschine sowie eine verbesserte Spritzgießmaschine zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 , ein Steuergerät gemäß Anspruch 8 sowie eine Spritzgießmaschine gemäß Anspruch 9 gelöst.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass sich die Verlustleistung im Antriebsregler reduzieren lässt, in dem die Frequenz des von dem Antriebsregler bereitgestellten Stroms reduziert wird.

Auf diese Weise kann Her vom Antriebsregler in der Nachdruckphase bereitgestellte Strom erhöht werden, ohne dass dies zu einer Überhitzung des Antriebsreglers fuhrt. Dies führt zu einer Kostenersparnis für den Maschinenbauer, da in vielen Fällen ein kleinerer Antriebsregler eingesetzt werden kann.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Ansteuern einer elektrischen Einspritzeinrichtung einer Spritzgießmaschine, wobei die elektrische Einspritzeinrichtung ausgebildet ist, um in einer Einspritzphase eine Formmasse in ein Werkzeug einzuspritzen und in einer Nachdruckphase einen vorbestimmten Druck auf die Formmasse in dem Werkzeug auszuüben, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen eines ersten Ansteuerstroms an die elektrische Einspritzeinrichtung während der Einspritzphase, wobei der erste Ansteuerstrom eine erste Frequenz aufweist; und Bereitstellen eines zweiten Ansteuerstroms an die elektrische Einspritzeinrichtung während der Nachdruckphase, wobei der zweite Ansteuerstrom eine zweite Frequenz aufweist, die niedriger als die erste Frequenz ist.

Die elektrische Einspritzeinrichtung kann in der Nachdruckphase zumindest zeitweise im Stillstand sein. Somit kann der vorbestimmte Druck von der elektrischen Einspritzeinrichtung bereitgestellt werden, obwohl sich ein elektrischer Motor der elektrischen Einspritzeinrichtung gar nicht oder mit einer sehr geringen Drehzahl dreht. Erfindungsgemäß weist der zweite Ansteuerstrom einen Wert auf, der groß genug ist, um der Einspritzeinrichtung eine Ausübung des vorbestimmten Drucks auf die Formmasse zu ermöglichen.

Beispielsweise kann der erste und der zweite Ansteuerstrom von einer Endstufe eines Antriebsreglers bereitgestellt werden und die zweite Frequenz kann klein genug sein, um eine Überhitzung der Endstufe aufgrund eines durch den zweiten Ansteuerstrom verursachten Durchgangsverlusts zu verhindern.

Gemäß einer Ausgestaltung kann die erste Frequenz einen Wert zwischen 3 KHz und 8 KHz und die zweite Frequenz einen Wert zwischen 1 ,5 KHz und 3 KHz aufweist. Mit diesen Frequenzen kann bei tolerierbaren Durchgangsverlusten sowohl ein schnelles Einspritzen der Formasse in das Werkzeug als auch eine Druckausübung in der Nachdruckphase gewährleistet werden.

Dabei kann der erste Ansteuerstrom einen Wert von mehr als 300% eines Nennstroms, beispielsweise dem 4-fachen oder 5-fachen des Nennstroms der elektrischen Einspritzeinrichtung aufweisen und der zweite Ansteuerstrom einen Wert zwischen >0% und 200% des Nennstroms der elektrischen Einspritzeinrichtung aufweisen.

Gemäß einer Ausgestaltung kann die elektrische Einspritzeinrichtung einen elektrischen Servomotor aufweisen, der durch den ersten und den zweiten Ansteuerstrom angetrieben wird. Somit kann der erfindungsgemäße Ansatz bei bekannten elektrischen Einspritzmaschinen eingesetzt werden.

Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ansteuern einer elektrischen Einspritzeinrichtung einer Spritzgießmaschine durchzuführen.

Die vorliegende Erfindung schafft ferner eine Spritzgießmaschine, mit folgenden Merkmalen: einer elektrischen Einspritzeinrichtung, die ausgebildet ist, um in einer Einspritzphase eine Formmasse in ein Werkzeugt einzuspritzen und in einer Nachdruckphase einen vorbestimmten Druck auf die Formmasse in dem Werkzeug auszuüben; und einem erfindungsgemäßen Steuergerät zum Ansteuern der Einspritzeinrichtung.

Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert ist und zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird, wenn das Programm auf einem Steuergerät ausgeführt wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Spritzgießmaschine, gemäß einem Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung; '

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Steuergeräts zum Ansteuern der Spritzgießmaschine, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und

Fig. 3 ein Schaltbild einer Endstufe, gemäß dem Stand der Technik.

Gleiche oder ähnliche Elemente können in den nachfolgenden Figuren durch gleiche oder ähnliche Bezugszeichen versehen sein. Ferner enthalten die Figuren der Zeichnungen, deren Beschreibung sowie die Ansprüche zahlreiche Merkmale in Kombination. Einem Fachmann ist dabei klar, dass diese Merkmale auch einzeln betrachtet werden oder sie zu weiteren, hier nicht explizit beschriebenen Kombinationen zusammengefasst werden können.

Fig. 1 zeigt eine elektrische Spritzgießmaschine, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die elektrische Spritzgießmaschine weist eine elektrische Einspritzeinrichtung auf, die von einem Servomotor 102 angetrieben werden kann. Der Servomotor 102 ist über einen Zahnriemen 104 mit einer Schnecke 106 gekoppelt. Über einen Trichter 108 kann der elektrischen Einspritzeinrichtung ein Granulat zugeführt werden, dass beispielsweise aus festen Plastikteilchen besteht. Die Schnecke 106 kann durch den Servomotor 102 in Drehung versetzt werden. Durch die Drehung der Schnecke 106 wird das durch den Trichter 108 zugeführte Material durchgewalkt und dadurch verflüssigt. Zudem wird das Material in Richtung der Einspritzdüse 1 10 gedrückt. Zusätzlich sind um die Einspritzvorrichtung Heizbänder angebracht, um das Verflüssigen des Materials zu beschleunigen und die Temperatur konstant zu halten. Das verflüssigte Material kann aus der Einspritzdüse 1 10 heraus in eine Form oder ein Werkzeug 1 12 gepresst werden. Dazu kann die elektrische Einspritzeinrichtung in Richtung des Werkzeugs 1 12 verschoben werden.

Ferner ist in Fig. 1 eine Spindel 1 14 zum Einspritzen und ein Plastifizier-Motor 1 16 gezeigt.

In einer Einspritzphase wird das Material in das Werkzeug 112 eingespritzt. Dazu wird mittels des Motors 102 ein entsprechender Einspritzdruck aufgebaut. Während der Einspritzphase kann der Motor 102 kurzzeitig eine Stromaufhahme aufweisen, die einem Vielfachen eines Nennstroms des Motors 102 entspricht. Ein entsprechender Ansteuerstrom zum Betrieb des Motors 102 kann von einem Antriebsregler oder einer vergleichbaren Einrichtung bereitgestellt werden.

Wenn das Werkzeug 112 mit dem Material gefüllt ist, schließt sich eine

Nachdruckphase an die Einspritzphase an. In der Nachdruckphase, wird mittels des Motors 102 ein Druck auf das sich in dem Werkzeug 1 12 befindlichen Materials aufrechterhalten. In der Nachdruckphase kann der Motor 102 eine Stromaufnahme aufweisen, die bis zu 100% des Nennstroms des Motors 102 oder auch darüber liegen kann.

Je nach einem Schrumpfverhalten des Materials in dem Werkzeug 1 12 kann sich der Motor 102 während der Nachdruckphase im Stillstand befinden oder eine sehr geringe Drehzahl aufweisen. Dies führt zu einer starken thermischen Beanspruchung eines Antriebsreglers des Motors 102. Im Normalbetrieb des Motors 102 wird eine Verlustleistung des Antriebsreglers auf alle Transistoren einer Endstufe des Antriebsreglers verteilt. Typischerweise weist die Endstufe drei Transistorpaare auf. Bei einem Stillstand des Motors 102 verteilt sich die Verlustleistung nur noch auf zwei oder drei Transistoren. Dies kann zu einer Überhitzung von Elementen der Endstufe fuhren. Um die Überhitzung zu vermeiden müsste der von dem Antriebsregler an den Motor 102 bereitgestellte Strom auf ca. 60% des Nennstroms des Motors 102 reduziert werden. Erfindungsgemäß kann jedoch ein höherer Ansteuerstrom bereitgestellt werden, ohne, dass die Gefahr der Überhitzung der Endstufe besteht. Dies wird erfindungsgemäß durch eine Reduzierung der Frequenz des von dem Antriebsregler bereitgestellten Stroms ermöglicht. Durch eine solche Frequenzumschaltung kann bei geringeren Drehzahlen des Motors 102 ein höherer Strom in dem Antriebsregler zur Verfügung stehen.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Steuergeräts zum Ansteuern einer elektrischen Spritzgießmaschine, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Beispielsweise kann mittels des Steuergeräts die in Fig. 1 gezeigte Spritzgießmaschine und insbesondere der elektrische Motor 102 der elektrischen Spritzgießmaschine gesteuert werden.

Der elektrische Motor wird von einem Antriebsregler 220 angesteuert. Der Antriebsregler 220 kann als Wechselrichter oder Umrichter ausgeführt sein. Zum Ansteuern des Motors 102 kann der Antriebsregler 220 einen Ansteuerstrom an den Motor 102 bereitstellen. Der Antriebsregler 220 ist mit einer Einrichtung 222 zur Frequenzumschaltung gekoppelt. Die Die Einrichtung 222 zur Frequenzumschaltung kann in dem Antriebsregler 220 integriert sein oder als separate Einheit ausgeführt sein. Die Einrichtung 222 zur Frequenzumschaltung kann ausgebildet sein, um eine Software auszuführen, mittels der die Frequenzumschaltung ausgeführt werden kann. Es kann sich auch um eine reine Softwarelösung handeln.

Erfindungsgemäß ist die Einrichtung 222 zur Frequenzumschaltung ausgebildet, um in dem Antriebsregler 220 während der Einspritzphase eine erste Frequenz und in der Nachdruckphase eine zweite Frequenz einzustellen. Entsprechend dazu kann der Antriebsregler 220 in der Einspritzphase einen ersten Ansteuerstrom mit der ersten Frequenz und in der Nachdrυckphase einen zweiten Ansteuerstrom mit der zweiten Frequenz an den Motor 102 bereitstellen.

Die zweite Frequenz weist dabei einen kleineren Wert als die erste Frequenz auf. Beispielsweise kann die erste Frequenz einen Wert von 4 KHz und die zweite Frequenz einen Wert von 2 KHz aufweisen. Gemäß diesem Ausfuhrungsbeispiel kann die erste Frequenz auch einen Wert aufweisen, der zwischen 3 KHz und 8 KHz liegt und die zweite Frequenz kann einen Wert aufweisen, der zwischen 1,5 KHz und 3 KHz liegt. Bei entsprechend anderer Dimensionierung oder Ausgestaltung des Antriebsreglers 220 und/oder des Motors 102 sind auch andere Frequenzbereiche möglich. Allgemein können die erste und die zweite Frequenz so gewählt werden, dass weder in der

Einspritzphaεe noch in der Nachdruckphase eine Uberhitzυng des Antriebsreglers oder anderer Schaltungselemente auftritt und andererseits der jeweils erforderliche Druck auf die Formmasse durch den Motor 102 aufgebaut werden kann.

Erfindungsgemäß wird somit der Strom während der Nachdruckphase im Antriebsregler begrenzt, da in der Nachdruckphase in der Regel niedere Drehzahlen auftreten. Beispielsweise kann der mögliche Ausgangsstrom bei Ausgangsfrequenzen unter 3 Hz, die den Drehzahlen des Motors 102 entsprechen, deutlich reduziert werden. Durch Umschalrung von 4 KHz auf 2KHz kann der zur Verfügung stehende Strom des Antriebsreglers 220 daher erhöht werden.

Die gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt und können miteinander kombiniert werden. Auch kann die Frequenzumschaltung bei möglichen weiteren Arbeitsphasen der elektrischen Einspritzmaschine eingesetzt werden. Auch kann der erfindungsgemäße Ansatz bei anderen Maschinen eingesetzt werden, bei denen die Gefahr der Erhitzung des Antriebsreglers aufgrund eines Stillstands oder einer langsamen Drehzahl des durch den Antriebsregler gesteuerten Motors besteht. Bezugszeichenliste

102 Servomotor

104 Zahnriemen

106 Schnecke

108 TrirVitpr

1 10 Einspritzdüse

112 Werkzeug

114 Spindel

1 16 Plastifizier-Motor

220 Antriebsregler

222 Frequenzum Schaltung