專利名稱：控制/調節直線加壓/澆注運動的方法以及驅動系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種在注塑或壓鑄機上借助于驅動活塞控制/調節直線加壓/澆注運動的方法以及驅動系統，其中至少在工作側或活塞桿側運用液壓介質。
US-PS 4 022 269示意表示一種用于壓鑄機的驅動系統。其中活塞背面通入來自兩個壓力容器的壓縮空氣。壓縮空氣加載通過相應的節流閥和可控的/可調的閥進行。壓縮空氣作用在驅動活塞的背面上。相反在正面采用壓力液體。一方面通過一個泵產生壓力，另一方面通過閥排出。在泵和活塞前腔、或活塞桿一側的空腔之間安裝一單向閥。驅動活塞的后退運動直接通過液壓泵進行。在本來的工作運動時壓縮空氣作用在活塞背面上。在活塞桿一側的待排擠的液壓油只能通過閥排出，因為通過單向閥關閉了經過泵的回流。
下面借助于現有技術的一些范例說明關于澆注軸方面的問題一臺完整的壓鑄機由一合模單元2以及一澆注單元3(
圖1)組成。用于移動模板5的驅動系統4位于合模單元2一側，移動模板通過導柱6與一固定模板7力連接。澆注活塞桿8通過一澆注驅動裝置10推動，其中在所示例子中蓄壓器9配備一個附加的前置蓄能器11。機器固定在一床身12上。
圖2和2a表示帶有澆注驅動裝置10的冷腔機的澆注單元3，還帶一用放大的比例示意表示的澆注配件(左面)，并具有以下重要構件；蓄壓器9通過壓射閥13與驅動活塞15的背面14連通，以產生用于三個階段(圖7)的必要壓力前進壓力、充模以及充模保壓。澆注活塞8在澆注驅動缸16內在活塞桿一側與驅動活塞15固定連接。澆注活塞桿8在另一端上具有一澆注活塞17并伸入澆注腔18內，液態金屬20通過一注入口定量輸入澆注腔。液態金屬20通過前進運動，按箭頭21，經過一凹口22被壓入兩個壓鑄模24和25的型腔23。通過一未畫出的控制裝置引入各個控制功能，尤其是對于壓射閥13、液壓泵30以及控制閥31。通過控制閥31一方面具有所需壓力的油通過管道32輸入，以產生澆注活塞17的后退運動。在前進運動時，也就是在本來的澆注過程中，通過驅動活塞15的運動被排擠的油在活塞桿一側排入油箱33，就像限壓閥34的回油一樣。圖2示意表示帶有一穩壓閥的澆注驅動裝置的具有數字實時控制可能性的控制/調節裝置。
圖3表示對于在均速和均加速前進運動時行程一時間圖的一已知例子。清楚地注明了前進階段和充模階段，可以看出均速前進運動是一條直線，均加速前進運動是拋物線。
圖4和5表示一具有兩個活塞式蓄能器40、41以及一個倍加器42的完整的澆注驅動裝置。在按圖4的例子中壓力介質始終是液壓流體43。
圖6示意表示一熱腔澆注驅動裝置的例子。由圖6還可看出的是，在澆注循環時存在三個可明顯區分的階段對于第一階段，即前進階段，來自泵的壓力介質通過先導閥44以及一單向閥45作用在驅動活塞15的背面14上。對于第二階段，即充模階段，活塞式蓄能器I或41通過調速閥46和壓射閥47被接通。對于第三階段，即充模保壓階段，通過調節閥48以及倍增閥和倍加器42啟動活塞式蓄能器II或40。通過按所述例子的三階段工作方式液壓壓力可以從55bar提高到140bar或210bar。
所示現有技術摘自Ernst Brunhofer所著的專業書籍“壓鑄工藝實踐”Schiele&Schoen出版社，柏林(1991年版)。
圖12表示壓鑄機的一個典型例子。在現有技術中加壓活塞的速度和澆注活塞的速度一樣受到限制。
本發明的方法的特征為加壓/澆注運動在活塞桿一側的油流量或油壓方面可通過一個泵和至少按相位附加地通過一與泵并聯的節流閥(34、36)控制/調節。
本發明的裝置的特征為在活塞桿一側即設置一個泵又這樣地附加設置至少一個并聯的節流閥，使得至少在快速前進運動階段可通過電動裝置同時控制/調節經過泵的油流量和經過節流閥的油流量。
新的技術方案具有四個完全決定性的優點通過同時采用泵和用于回流的節流閥可以用比較少的結構附加費用提高加壓/澆注運動速度。泵可設計得盡可能地小，節流閥可設計得像所需要的那么大。這得到比較經濟的結構費用。節流排泄，作為很損耗的途徑，只在極短的時間內使用，從而把節流損失減少到最低限度。對此參照EP 0782671。泵可以通過驅動電機在回流時用來回收能量，因為電機和泵可以作為發電機工作。
在前進運動時泵可用作馬達，通過伺服電機獲得的能量可用于其他軸，和/或一部分通過DC電容器貯存起來。整個系統可通過如下措施完全或部分地在振蕩器的意義上被使用。即絕大部分能量僅僅在系統內往返移動而不消失。這種新的技術方案允許，通過伺服電機和液壓裝置的新的組合將電動驅動的公認的優點基本上用在合模力超過200t的較大機器上。迄今為止對于更好地控制加壓軸或澆注軸的整個考慮在很大程度上集中于活塞背面，而沒有涉及活塞桿一側，其目的是對活塞更快和用更高的壓力加載。新的發明不排除相應的附加的結構和控制技術投資，但是對于許多情況允許避免這種投資，并且解決加壓或澆注側的另一側或者說活塞桿一側的問題。致力于在活塞桿一側的壓力油的較快的和在控制技術方面要求較高的排出，而且特別是在要求最大活塞速度的階段。在最關鍵的階段造成兩股在控制/調節技術方面以最高水平控制的回油。這允許各個構件選擇得比較小，因為兩者相互支持。
相對于例如盡可能沒有損耗的技術方案或沒有調節閥的技術方案，一個令人驚訝的優點是，在也許每個澆注循環少于1/10秒的時間內通過一個有損耗的閥容忍小的能量損失。其余的時間可以通過壓力介質在活塞背面和活塞桿一側的交替運動(通過驅動電機的交替使用)該驅動電機即可被用作泵用電機，又可被用作發電機，就像在WO97/05387和EP0782671中所建議的那樣。其次重要的是，存在這樣的可能性，即在具有消耗的技術方案中在驅動裝置的被動側上在泵的旋轉方向改變時也能避免液壓泵內的或電機和泵的聯軸器內的交變負荷。顯著提高了泵方面的控制/調節精度。
新的技術方案允許有很多個優選的實施形式。對此可參照權利要求2至7以及9至15。一個特別優選的實施形式的特征為用于前進運動的活塞驅動直接或間接地通過一種氣體，特別是來自氮氣壓力容器的氮氣(N2)，經由相應的閥進行。泵為定量泵結構，不管是泵還是節流閥的控制/調節分別通過一個伺服電機進行。不管是泵還是節流閥回油作為一個封閉系統與一封閉的、或多或少無壓的、以相應于蓄壓器9的蓄壓器為表現形式的油箱連接。為此優先采用一種經真空出氣的油。作為液壓流體可以采用常規的液壓油、化合油或例如水或乙二醇混合物。新的技術方案提供一個特別的優點，即可以用極少量的液壓流體，例如為10至20立升，工作，而在已知的技術方案中毫無例外地在系統中存在100-200立升，另一個優點是，由于用極少量的液壓流體，大大減少了火險。
本裝置的一個相應優選的實施形式的特征為在驅動活塞上在背面(用于前進運動)連接一公知的活塞蓄能器。這里通過一快速轉換閥進行氣體加載和進行氮氣壓力容器與活塞蓄能器的直接連接。其次建議，泵做成帶伺服電機驅動裝置的定量泵，節流閥同樣具有一伺服電機驅動裝置，特別是一可控/可調的伺服電機，這里可以通過一傳動箱、一絲桿或曲柄傳動裝置進行傳動。在一種優選的結構中變速驅動裝置具有一絲桿過渡升高裝置，其中絲桿安裝在伺服閥內，并且伺服電機、絲桿和節流閥構形一緊湊的結構單元。
節流閥為活塞閥結構，其中，通過伺服電機和絲桿傳動機構可通過直線移動直接調整節流橫截面。其次驅動系統具有一用來測量壓緊力的壓力計以及一用于加壓/澆注活塞位置的行程測量系統，還有一個控制/調節裝置，其為多參量調節裝置結構，并特別是檢定驅動活塞的位置和/或速度和/或力。本發明的簡要說明現在借助于一些帶有其他細節的實施例對新的技術方案加以說明。附圖所示為圖7完全示意性的新的技術方案；圖8圖7的略微具體一些的結構；圖9新的可電動調整的節流閥；圖10多能量調節裝置的外觀/示意圖；圖11對于澆注過程的不同參數的曲線；圖12一壓鑄機，其中對于加壓軸的運動采用新的技術方案。本發明的解決途徑和結構在圖7和8中可以看到，澆注配件的結構造型相對于已知技術方案沒有變化。而在活塞桿一側用于油流控制的構件則按照一種全新的方案構造。作為介質在活塞桿一則建議采用液體介質，也就是液壓油，它經由一連接管道108/111在澆注驅動油缸16的活塞桿一側的空腔109和一最好是封閉的油箱110之間循環流動。油流流過管道108，并直接通過泵30和管道113輸送。如用兩個箭頭114和115所示，油流可以根據需要向一個方向或向另一個方向流動。泵30的驅動通過一伺服電機105進行，并具有象例如在EP 782671或WO 97/05387中所述的特性。尤其是伺服電機的特征為具有一電力電子裝置116，通過它經過一現場電子裝置117和一上一級的控制裝置118幾乎可以同時控制所有重要的參數。壓力傳感器(V/P)、位置傳感器119和/或力傳感器120可以通過相應的信號線與現場電子裝置連接，特別是具有多參量調節的可能性，如例如在WO 94/22655中對于純電力驅動裝置所闡述的那樣。
與管道111并聯從管道108分出第二條管道112。管道112與節流閥103相連。按此意思，油流通過管道112僅僅沿排出方向向油箱110流動，如用單箭頭121所示。節流閥103同樣由一伺服電機104電力驅動，因此采用前面所提到的控制技術/調節技術。節流閥103的輸出口經過排出管122通入油箱110。油流通過泵30輸入空腔109。相反回流要不僅僅通過泵進行，要不對于澆注活塞速度大的階段通過兩條途徑，也就是通過泵30和節流閥103進行。在活塞背面上建議優選采用氣體，尤其是氮氣(N2)，它貯存在一個蓄壓器100內。活塞背面也可以用油加載，其中，在活塞背面和氣體蓄壓器之間則設置一活塞式蓄能器。
在活塞15的背面14和蓄壓器100之間有一壓射閥101以及一連接管道102，使得可以通過一控制管道123通過上一級控制裝置118引入和協調注射循環。
圖9表示帶一直接用法蘭連接在上面的伺服電機104的節流閥103的結構造型的實施例。節流閥103的核心件是一可縱向移動的控制活塞130，它根據管道112和排出管122之間的連接空間的位置開啟或阻塞。在所示位置通道是阻塞的。如果控制活塞130向左移動，那么在壓力側或者說輸入腔132以及連接空間131之間調整到一個或大或小的節流縫隙。節流縫隙的精確調整通過一滾珠絲杠133進行，滾珠絲杠支承在控制活塞130內的一個螺母134內。滾珠絲杠133按箭頭135或136順時針或逆時針方向的旋轉運動造成控制活塞130在節流閾殼體138內按箭頭137沿縱向的移動。滾珠絲杠通過一聯軸器138直接地或也許通過一中間傳動機構與伺服電機104的軸連接。
圖10表示一優選的控制和調節裝置，按照多軸驅動的方式，帶有叁個可獨立地和在需要的情況下實時地控制/調節的伺服電機M1、M2、M3。用S1、S2、S3表示各個軸的控制信號線并用R1、R2、R3表示例如位置反饋信號線。
圖11表示關于位置，速度和力的不同的注射曲線。值得注意的是在450至500ms區域內速度的急劇上升，圖線縱坐標表示注射壓力或注射速度曲線，最大值＝100％，橫坐標表示時間軸，單位為毫秒。在所示例子中節流閥僅僅在20至30ms期間內工作。泵可以選得比較小。從而與現有技術的技術方案相比可以節省約2/3至3/4的能量，在比較慢的前進運動時可以僅僅用泵得到0.5至1.0m/sec的實際注射速度，在快速注射或注速壓射時可以用泵和節流閥達到5至10m/sec的實際注射速度。
圖12表示新的技術方案在壓力機上的應用。
權利要求
1.用來控制/調節在注塑機和壓鑄機以及壓力機中的借助于驅動活塞的直線加壓/澆注運動的方法，其中，至少在工作側或者活塞桿側采用一液壓介質，其特征為與活塞桿一側的油流量和油壓相關的加壓/澆注運動可通過泵(30)和至少按相位附加地通過一與泵(30)并聯工作的節流閥(34，46)控制/調節。
2.按權利要求1所述的方法，其特征為用于前進運動的活塞的驅動通過氣體，特別是來自氮氣容器的氮氣(N2)的壓力經過相應的閥進行。
3.按權利要求2所述的方法，其特征為驅動活塞兩側用液壓介質工作，前進運動通過一活塞式蓄能器推動。
4.按權利要求1至3之任一項所述的方法，其特征為泵(30)為定量泵結構，不管是泵(30)還是節流閥的控制/調節分別通過一伺服電機(104，105)進行。
5.按權利要求1至4之任一項所述的方法，其特征為不管是泵(30)還是節流回油管都與一有利地通過薄膜覆蓋層封閉的油箱(110)連接，并采用經真空排除了氣體的油。
6.按權利要求1至5之任一項所述的方法，其特征為熱腔法中的快速壓射和注塑時的快速注射是可用泵(30)和節流閥(34，46)控制/調節的。
7.按權利要求1至6之任一項所述的方法，其特征為在流過泵和節流閥的最大油流量相當于100％時，泵(30)設計得用來流過其中的10％至50％，最好是15％至30％。
8.用來控制/調節用于注塑機和壓鑄機或壓力機中的加壓/澆注運動的驅動活塞的驅動系統，其中，至少在工作側或活塞桿一側采用液壓介質。其特征為在活塞桿一側這樣地既設置一個泵(30)又附加地設置至少一個并聯的節流閥(103)，使得至少對于快速前進運動的區域不管是通過泵(30)的油流還是通過節流閥(103)的油流都可通過電動裝置控制/調節。
9.按權利要求8所述的驅動系統，其特征為驅動活塞(15)在背面(14)上(用于前進運動)具有與一氮氣壓力容器直接連接的氣體加載裝置。
10.按權利要求8或9所述的驅動系統，其特征為泵(30)為具有伺服電機驅動裝置(104，105)的定量泵結構。
11.按權利要求8至10之任一項所述的驅動系統，其特征為節流閥(103)具有一電動調整驅動裝置，特別是一伺服電機(104，105)，其中，通過一傳動箱，一絲杠或一曲柄傳動裝置進行傳動。
12.按權利要求11所述的驅動系統，其特征為調整驅動裝置具有一帶絲桿螺母的絲杠傳動裝置，其中，絲杠螺母裝在伺服閥內，伺服電機(104，105)、絲杠和節流閥(103)形成一個結構單元。
13.按權利要求12所述的驅動系統，其特征為節流閥(103)為活塞式閥結構，其中，通過伺服電機(104，105)以及絲杠傳動裝置通過直線移動可直接調整節流橫截面。
14.按權利要求8至13之任一項所述的驅動系統，其特征為該驅動系統具有用來測量壓緊力的壓力計以及用于澆注活塞位置的行程測量系統。
15.按權利要求8至14之任一項所述的驅動系統，其特征為該驅動系統具有一控制/調節裝置，它為多軸和/或多參量調節裝置結構，其中，特別是驅動活塞(15)的位置和/或速度和/或力是可檢測的。
全文摘要
本發明涉及一種用于帶有一驅動活塞(15)的壓鑄機的澆注軸(8)的受控制的驅動的方法，其中，不管是活塞(15)的前進運動還是后退運動都受調節地進行，并且其特征為在活塞桿一側油流量或油壓至少在充注階段，特別是快速前進運動部分，可通過一泵(30)和附加地通過一并聯工作的節流閥(103)被控制/調節。
文檔編號B29C45/82GK1436108SQ01811105
公開日2003年8月13日 申請日期2001年4月19日 優先權日2000年4月20日
發明者B·斯蒂爾哈德, R·斯格里斯特 申請人:普羅控制公開股份有限公司