用于运行注射装置的方法和注射装置的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于运行用于浇注过程的注射装置的方法，其中，为了充填模具型腔，借助致动器从熔体容器中挤出熔体；根据运动学参数对所述致动器的运动实施调节和/或控制；测量表征熔体压力的测量值；以及由所述测量值预先计算出在未来的相应时刻存在于熔体内的压力；其中，在考虑在未来的相应时刻存在于熔体内的压力的情况下，预给定和/或修正用于调节和/或控制所述运动学参数的调整量。
【专利说明】
用于运行注射装置的方法和注射装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的特征的用于运行用于浇注过程的注射装置的方法、一种根据权利要求13的前序部分的特征的注射装置以及一种根据权利要求20的成型机。
【背景技术】
[0002]下面借助注塑过程中的一个实例来对现有技术加以说明。但表述的内容对于其他浇注过程而言也具有共同之处。
[0003]在一种同类型的方法中，
[0004]-为了充填模具型腔，借助致动器从熔体容器中挤出熔体，
[0005]-根据运动学参数对所述致动器的运动实施调节和/或控制，以及
[0006]-测量表征熔体压力的测量值。
[0007]注射时的模具充填大多按照由操作人员预给定的注射速度(作为运动学参数)来进行。在模具充填时，注射压力依据材料和形状来调整。除了注射速度以外，也可调整注射压力极限。这一极限值不容许被超出，以便保护模具或者说在最大值时保护操作人员和器械(缸体、喷嘴、螺杆、闭锁系统等)。
[0008]在一种已知的方案中，一直遵照速度给定值，直到达到注射压力极限，然后激活压力调节，从而降低速度。但这在高速情况下导致相应的压力超调，特别是在当模具已经被完全充填或者例如闭合喷嘴未打开时导致压力陡然升高的情况下(见图6)。
[0009]另一种方案这样来参数化PID调节器，使得该调节器在压力上升时提早、也就是说在达到注射压力极限之前就降低速度并且由此避免压力超调。但这种实施方式难以参数化并且有时导致注射速度与预给定不希望的提早偏离(并且由此导致循环时间更长)。
[0010]在EPI 612 027 Al中，在制动期间根据当前的压力变化、速度和系数借助简单的算术表达式提前计算出压力上升。如果这一提前计算出的压力超过了注射压力极限，那么开始制动塑化螺杆，其中，为此预给定恒定的加速度(在这种情况下当然是减速度)。
[0011 ]通过这一恒定的加速度降低可能的循环时间，因为塑化螺杆的恒定减速度当然仅对于由模具和熔体构成的最小组合而言是理想的。
【发明内容】
[0012]本发明的目的是，提供一种用于运行注射装置的方法以及提供一种注射装置，该注射装置能够缩短注射时间。
[0013]在本方法方面，这一目的通过权利要求1所述的特征得以实现。这通过如下方式实现，即，在考虑在未来的相应时刻存在于熔体内的压力的情况下预给定和/或修正用于调节和/或控制运动学参数的调整量。
[0014]在本注射装置方面，这一目的通过权利要求13所述的特征得以实现。这通过如下方式实现，即，所述调节或控制单元被设计为用于在考虑在未来的相应时刻存在于熔体内的压力的情况下预给定和/或修正用于调节和/或控制所述运动学参数的调整量。
[0015]因此，由所述测量值的测量所提供的信息也可在按照运动学参数进行调节和/或控制的阶段期间被加以利用。由此实现了，通过使压力极限调节器对由操作人员预给定的曲线进行干预而产生的注射时间延长被最小化，同时在熔体内不产生过大的压力。
[0016]对于表征熔体压力的测量值而言，例如可涉及一种压力测量值。可采用各个能够说明熔体压力特性的测量值作为测量值。例如可使用能够说明关于由致动器施加到熔体上的力的测量值(因为致动器的几何结构大多是已知的)。这可以是注射活塞内的液压流体的压力测量，或者如果所述致动器借助电驱动装置运动的话就是所述电驱动装置的电流和电压。当然也可使用模具型腔内的或者熔体到达的其他区域内的熔体压力传感器。实际上也可使用这样的传感器，这些传感器测量在用于关闭模具型腔的关闭单元内的关闭力的升高以作为对由熔体压力所引起的膨胀力的反馈。
[0017]本发明可优选在具有电驱动装置的注射装置中使用，也可在液压驱动装置中使用。
[0018]本发明的其他有利的实施方式在从属权利要求中限定。
[0019]优选可规定，预给定压力极限作为熔体压力的极限值。这有利于保护注射装置和模具，因为过高的压力可能导致损坏。此外，过高的压力也可能导致熔体的质量下降。最后，这也有利于提高操作人员的安全性。
[0020]在许多情况下，速度必须仅相对略微减小，以便将模具充填时的注射压力维持在压力极限以下。但在根据现有技术的方法中在这些情况下还要忍受注射时间上的相对大的损失。
[0021]在一种特别优选的实施方式中可以规定，如果预先计算出的熔体压力大于压力极限，那么对所述调整量实施预给定和/或修正。这种做法能够实现循环时间的进一步优化，因为所述压力极限被尽可能好地充分利用，而不引起超调。
[0022]为了更进一步改进所述调节和/或控制而可以规定，在预先计算在未来的相应时刻存在于熔体内的压力时，考虑熔体的粘度和/或可压缩性。
[0023]同时按照所述运动学参数和测量值进行调节和/或控制的一种特别简单的实施可通过如下方式实现，即，对所述调整量的修正实施为针对按照运动学参数的调节和/或控制所进行的预控制。
[0024]可规定，将所述压力极限预给定为恒定的、与时间和/或行程相关的压力曲线。
[0025]例如可将速度、位置和/或加速度用作所述运动学参数。
[0026]此外可规定，如果在考虑在未来的相应时刻存在于熔体内的压力的情况下对所述调整量实施预给定和/或修正，那么向操作人员给出提示和/或声明所制造的构件为废品和/或停止制造。
[0027]可优选规定，一种根据本发明的注射装置这样来设计，使得在按照运动学参数进行调节和/或控制期间所实施的对所述调整量的预给定和/或修正能被停止。
[0028]所述致动器可包括注射活塞。所述致动器也可包括塑化螺杆。
[0029]所述熔体容器可实施为塑化缸体。
[0030]同样要求保护一种具有根据本发明的注射装置的成型机。所述成型机可被理解为注塑机、注模机以及压机及类似物。[0031 ]所述注射装置特别是能够适用于给模具型腔充填塑化塑料。
【附图说明】
[0032]本发明的其他优点和细节可由附图及相应的【附图说明】得出。其中:
[0033]图1a和Ib为在注射过程的两个实例中的压力曲线图和速度曲线图，
[0034]图2为根据本发明的方法的一种实施方式的流程图，
[0035]图3为在一种根据本发明的实施方式中的调节策略图，
[0036]图4为关于注射过程的其他实例的压力曲线图和速度曲线图，
[0037]图5a和5b为用于所述注射装置的致动器的调节原理的两幅图，以及
[0038]图6为如可能在现有技术中出现的那样的压力曲线图和速度曲线图。
【具体实施方式】
[0039]在图1a中的实例中，预先计算出的注射压力SD达到所设定的压力极限DG，而所测得的压力(即测量值)仍明显低于该压力极限。一旦预先计算出的注射压力(但仍先于所述测量值)达到所述压力极限DG(该时刻通过一条竖直线示出)，就与所设定的速度曲线GP偏离，并且用于速度的调整量SG调压地降至零。由此避免熔体内的压力超调。
[0040]压力极限调节(以下简称“压力调节”)的原理用于限定最大压力并且经常在具有电驱动装置的注射装置中使用。为了在系统刚度高并且注射速度高的情况下满足限压功能，必需提早降低速度。
[0041]在图1b中，在速度下降的同时达到了所设定的最大压力(压力极限DG)。所述速度下降至对于所设定的压力极限DG必需的值。在达到所述压力极限DG(也称“注射压力极限”)以后，速度通过调节而慢慢地进一步下降，以便维持注射压力。在该情况下，速度下降直至静止将可能导致所述模具不能被完全充填。在此，通过压力调节的原理，达到了更高的速度并且缩短了注射时间。
[0042]这些情况可能通过根据本发明的运行而出现。在这里所述的实施例中，首先借助一种考虑熔体粘度/可压缩性和所述注射装置(或者说其传动链)的弹性的模型预先计算出:在维持预给定的速度曲线GP的情况下压力将升至多高。(考虑熔体粘度/可压缩性的模型例如在EP O 478 788 Al或US 2013/0032961 Al中公开。)
[0043]在器械模型中，可借助运动方程来说明所述传动链的摩擦和刚度。由此可将所述器械在运行中的运动的动态极限值考虑在内。
[0044]如果这一对于熔体压力的估计值超过所述压力极限DG，那么所述压力调节器干预致动器的控制。
[0045]在图2的流程图中示出了注射直至达到转换点时的其余流程。在注射运动开始后，基于所预给定的以及所测量的速度调节注射速度。如果压力调节器没有干预，那么速度调节一直进行直至所述转换点。
[0046]如果所述压力调节器干预注射过程直至转换点，那么在控制屏幕上显示出提示通知。因此，根据通过操作人员的调整，更多其他动作也可被结合。
[0047]在该实施例中，在压力调节器干预期间的压力调节以致动器的预控制实施。与此相关的细节可参照图5a和5b。
[0048]在干预后，基于所预给定的压力曲线DG和所测量的测量值(注射压力)实施压力调
-K-
T O
[0049]在此，存储干预时的过程值(压力、速度和位置)以用于后续优化。也可优选在特殊的标准下仅确定几个值以用于后续计算。在转换到保压压力后，基于所测得的值对调节参数进行适配。所适配过的参数被用于下一个循环。
[0050]ijtit
[0051]如上所述，在一种优选的实施方式中使用了用于驱动装置和注射过程的模型。借助所述模型，可更加准确地预先计算出压力上升，并且确定所述压力调节器的理想干预时亥IJ，也就是说尽可能晚、但并未超过压力极限的时刻。所述器械和所述驱动装置的模型大多很好地已知，但由于与模具和材料相关，过程模型事先并不是确切已知的。
[0052]在所述控制中包含有用于驱动装置和过程的模型。借助该模型，一方面可计算出对于材料或模具特定的值，以及能够预先计算出在制动到所需要的注射速度期间的压力上升。由此可确定激活所述压力调节器的时刻，其中，模型信息也可被用于调节压力。
[0053]用于过程的模型在第一个步骤中被以名义参数来参数化。这些名义参数对所有的模具和材料特性实现可靠的功能，压力调节被及时激活，速度下降，并且压力超调能够得以避免。但基于稳健的参数化，干预通常过早进行(速度在该时刻还不是必须下降)。如果识别到干预进行得过早，那么基于压力、位置和速度的测量数据根据计算规则对模型参数进行适配，以用于后续的注射运动。
[0054]在一种可能的实施方案中，在此确定所预先计算出的注射压力与所测得的注射压力之间的偏差。根据该偏差调整所述模型的一个或多个参数，由此使预先计算更好地与测量一致。例如所述参数适配可如下进行:
[0055]Pk+l = f(Pk，PM，PAct，VAct，C)，即，例如
[0056]Pk+i = Pk+c * (pAct-pM)
[0057]其中，Pk、Pk+1表示当前和适配后的模型参数，f为数学函数，pM、pAct为借助所述模型所计算出的以及所测得的压力，VAct为所测得的速度，以及C为用于评价偏差的系数。
[0058]该优化在后续循环中根据需要重复进行。因为通过该优化改变了所述器械的性能并且由此也改变了注射过程，所以操作人员可对这种优化进行控制。
[0059]可规定，所估计的模型值或调节值被用于过程监测或器械监测。
[0000] —种实施方式:
[0061]在循环期间，将预先计算出的压力与所测量的压力进行对比。偏差可被用作与一个因数相乘的模型参数修改因子。
[0062]优化的激活:
[0063]操作人员能够开始、停止和重置所述优化:
[0064]?操作人员能够根据需要激活用于存储在调节器内的系统模型的参数的优化。在该情况下，循环地(基于当前注射过程的测量值)为后续循环适配模型参数。优化过程的进行不需要与操作人员进行交互。
[0065].如果操作人员去活所述优化，那么该操作人员能够将结果与部件数据组结合(=停止优化)或者拒绝之(=重置)。
[0066].如果在所述优化已激活期间存储了部件数据组，那么操作人员就能够决定，所述优化的当前状态是否要一起被存储。
[0067].如果操作人员给部件数据组加载了所述优化结果，那么该操作人员能够将这种该优化结果用于后续的制造循环。如果该操作人员这样做，那么所述优化被激活并且以所存储的结果开始。即便是在这种自动激活所述优化的情况下，操作人员仍然能够在手动结束优化的情况下选择将所述优化结果与部件数据组组合或拒绝之。
[0068]另外的用于开始和持续所述优化的方案
[0069].所述优化持续地一起进行，并且在内部检验参数调整的标准(操作人员不需要进行激活)。只要没有进行干预，就不进行调整。在干预时检验，通过参数调整是否能够改进性能。如果是肯定的，那么存储这些参数并且将它们用于下一次尝试。
[0070].在干预后手动触发优化之后进行仅一次性的优化。操作人员自己确定，调节行为的改变是否容许。在优化后，存储这些参数并且将它们用于下一次尝试。
[0071].所述优化在特定数量的循环内进行。在这些循环内，参数可被多次调整。此外，所述调整可通过多次尝试被取均值。优化后，存储这些参数并且将它们用于后续的成型循环。
[0072]?优化一直进行到优化标准或者达到循环的最大数量。在优化后，存储这些参数并且将它们用于后续尝试。
[0073].优化在激活后持续进行，直到该优化被操作人员重新去活。
[0074]所优化的参数作为部件数据被存储下来。因此，所述过程可利用确定的参数可复制地反复进彳丁，以便达到如此尚的广品稳定性。
[0075]在图3中示出，根据本发明的方法如何用在整个成型循环中，或者说所述压力调节器(也称:压力极限调节器)可具有哪些状态。首先，所述致动器的调节按照运动学参数并且在没有所述压力调节器的干预的情况下进行(监测，I)，也就是说，无须改变所述致动器的速度的目标曲线。
[0076]下面的步骤在“监测”状态下在各个采样步骤中实施:
[0077].由所测量的压力上升和所述压缩特性的模型确定所需要的速度变化曲线，并且预先计算出注射压力的变化曲线。
[0078].检验预先计算出的压力是否超过所述压力极限。
[0079]如果没有达到所述压力极限，那么所预给定的曲线速度就不改变(没有任何干预)。因此，所述压力调节器停留在“监测”状态。
[0080]一旦熔体的预先计算出的压力达到所述压力极限DG，所述压力调节器就进行干预(制动，2)并且借助预控制和随动调节器降低速度(细节请再次参照图5a和5b)。一旦压力上升结束，所述随动调节器就根据所预给定的压力极限调节压力(压力调节，3)。一旦达到转换点，就由所述压力调节器开始所预给定的保压压力曲线(不调节运动学参数)。
[0081]在所述压力调节器干预期间，通过预控制降低速度。此外，激活随动调节器。如果压力上升小于所预先计算出的压力上升，那么就通过预控制减小减速度。如果压力没有进一步上升，那么就不通过预控制来进一步降低速度。
[0082]在所述预控制结束以后，借助所述随动调节器使压力维持在所述压力极限处。如果当前的压力处于所述压力极限以下，那么所述随动调节器就一直提高速度，直至达到当前有效的曲线速度。
[0083]当压力下降到一个特定的值以下并且再次达到曲线速度时，干预就结束。因此，所述压力调节器重新处于像干预前一样的状态。
[0084]—种根据本发明的压力调节器的作用如图4所示，其中，在第一个曲线图中示出了熔体内的压力与时间的关系，在第二个曲线图中示出了注射速度与时间的关系。这些曲线图包含了针对不同激活时刻的多个实例。
[0085]在例I中，所述致动器的速度过早地下降，由此并没有达到所述压力极限DG。调节的目的是提高速度，以便达到所述压力极限。
[0086]在实例III中，所述致动器制动过晚。(在图5a和图5b中所示的)压力调节器在这种情况下将进行干预，因为预先计算出的熔体压力超过了所述压力极限DG。
[0087]实例II说明了理想情况，其中，仅在制动到所述压力极限DG的制动过程结束时，才达到所述压力极限DG(没有超调)。
[0088]所述压力调节器的任务在于，避免情况III，并且这样来影响所述致动器，使得出现状况II。这样一种压力调节器的一个实例例如在图5a和5b中给出。
[0089]速度调节的结构在图5a中予以了示出。在曲线发生器中，根据当前的螺杆位置(x_akt)计算所设定的目标速度。如果不需要所述压力极限调节器的干预，那么曲线速度(v_Prof)就对应于所述驱动装置的目标速度(v_soll)。在所述压力极限调节器内，将当前的压力(p_akt)、当前的注射速度(v_akt)以及当前的螺杆位置(x_akt)用作用于限定注射压力(p_Limit)的测量值。
[0090]图5b给出了压力极限调节器的该实例的及该实例的作用范围的可参数化的组成部分的总览。下面对各个组成部分进行简述。
[0091]实际值过滤器:
[0092]所述实际值过滤器可被实施为带阻和/或低通过滤器。所述带阻是一种特殊的过滤器，其能够实现对特定的(干扰)频率进行近似完全地抑制。在该调节回路中，所述带阻提供了抑制具有已知且近似恒定的频率的压力振荡的可能性。
[0093]低通过滤器抑制所有频率超过所设定的极限频率的信号成分。这些信号被以过滤出高频成分的方式平滑处理。
[0094]模型:
[0095]^^中，压力的预先计算是基于模型参数和测量值进行的。其中，还要确定预控制和随动调节器的干预时刻和输入信号。
[0096]预控制:
[0097]总之，预控制提供了这样预给定所要调节的系统的输入的可能性，使得系统的输出在理想情况下会带来所希望的走向。由此，事先就已知道系统性能，并且可使用所述系统的所有能动性。
[0098]如果预先计算出的压力达到所述压力极限，那么就这样降低速度，使得压力上升至如预先所计算出的那样的压力极限。在计算压力时，考虑所述模型参数和所述当前的测量值。如果压力比预期上升得更慢，就相应地减小减速度，以便不再一定必须与所预给定的速度曲线有所偏差。如果压力在达到所述压力极限之前保持不变，那么由预控制所输出的目标速度(v_Vorst)也保持不变。
[0099]随动调节器
[0100]在所述压力极限调节器中使用了随动调节器，以便调整所设定的压力极限与所测量的压力之间的偏差。预控制的输出和所述随动调节器的输出的总和被用来作为所述系统的新的目标速度。如果没有达到所述压力极限，那么速度又重新一直升高，直至要么达到所述压力极限要么达到所设定的曲线速度。
[0101]操作人员界面
[0102]根据本发明的方法可能导致，由操作人员输入的用于所述致动器的速度曲线被所述压力调节器根据具体情况进行了改变。为了使得所述器械的性能变得更加透明化，在第一个步骤中，关于在注射时压力调节的干预，向操作人员发出提示通知，并且提示可行的纠正。
[0103]此外，在本发明的一种优选的实施方式中，除了提示通知以外，还存在选择其他动作的可能。材料和过程波动可能引起运行点的改变，这可能导致所述压力调节器的干预。
[0104]如果所述过程要求调节器的周期性干预，或者如果尽管有干预但也达到了所要求的产品质量，也可去活提示通知。
[0105]在注射压力调节器干预时的动作，可通过如下的下拉选项来确定:
[0106]。无
[0107]。提示通知(默认)
[0108]ο将所制造的部件声明为废品(并且提示通知)
[0109]。制造停止(以及提示通知和废品声明)
[0110]通过提示通知向操作人员告知所述压力调节器的干预(所述干预降低所预给定的注射速度)并且向操作人员提示可能的处理帮助。通过给出位置或者注射量，操作人员例如可以有针对性地在特定范围内调整速度。
[0111]—种相对应的提示通知例如可包含以下内容:
[0112]-注射压力调节器的干预降低了速度(可能在给出所述致动器的速度的情况下，在此已被干预)；
[0113]-效果:所述注射压力调节器降低了注射速度，所设定的注射速度可能因此并未达到。
[0114]-处理的可能性:
[0115]。检验型腔并且调整温度
[0116]。提高注射压力极限
[0117]ο降低所设定的注射速度(在调节器干预的范围内)
[0118]ο激活对所述过程的注射压力极限的优化
[0119]。去活提示通知
【主权项】
1.一种用于运行用于浇注过程的注射装置的方法，其中， -为了充填模具型腔，借助致动器从熔体容器中挤出熔体， -根据运动学参数对所述致动器的运动实施调节和/或控制， -测量表征熔体压力的测量值，以及 -由所述测量值预先计算出在未来的相应时刻存在于熔体内的压力， 其特征在于，在考虑在未来的相应时刻存在于熔体内的压力的情况下，预给定和/或修正用于调节和/或控制所述运动学参数的调整量。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，预给定压力极限，作为用于熔体压力的极限值。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，如果预先计算出的熔体压力大于所述压力极限，那么对所述调整量实施预给定和/或修正。4.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在预先计算在未来的相应时刻存在于熔体内的压力时，考虑熔体的粘度和/或可压缩性。5.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，对所述调整量的修正以针对按照运动学参数的调节和/或控制所进行的预控制来实施。6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述压力极限预给定为恒定的、与时间和/或行程相关的压力曲线。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，将速度、位置和/或加速度用作运动学参数。8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，如果在考虑在未来的相应时刻存在于熔体内的压力的情况下对所述调整量实施预给定和/或修正，那么向操作人员给出提示和/或声明所制造的构件为废品和/或停止制造。9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，如果预先计算出的熔体压力大于或等于所述压力极限，那么向操作人员给出提示和/或声明所制造的构件为废品和/或停止制造。10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，基于过程模型、测量值和/或运动学参数的测量，计算适配过的调节和/或控制参数和/或适配过的模型参数。11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在下一个注射过程中使用所述适配过的调节和/或控制参数和/或适配过的模型参数。12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述参数的适配由操作人员控制和/或向操作人员显示。13.注射装置，特别是按照权利要求1至12的方法来运行，包括: -熔体容器，在所述熔体容器内能提供熔体， -致动器，用于从所述熔体容器中挤出熔体以用于充填模具型腔， -与所述致动器连接的调节或控制单元，用于根据运动学参数来对所述致动器的运动进行调节和/或控制，以及 -与所述调节或控制单元连接的测量设备，用于测量表征熔体压力的测量值，其中，所述调节或控制单元被设计为用于由所述测量值预先计算出在未来的相应时刻存在于熔体内的压力， 其特征在于，所述调节或控制单元被设计为用于在考虑在未来的相应时刻存在于熔体内的压力的情况下预给定和/或修正用于调节和/或控制所述运动学参数的调整量。14.根据权利要求13所述的注射装置，其特征在于，设有与所述调节或控制单元连接的存储器，压力极限作为熔体压力的极限值能被存储在该存储器中。15.根据权利要求14所述的注射装置，其特征在于，所述调节和/或控制单元被设计为，如果预先计算出的熔体压力大于注射压力极限，那么对所述调整量实施预给定和/或修正。16.根据权利要求13至15中任一项所述的注射装置，其特征在于，在按照运动学参数进行调节和/或控制期间所实施的对所述调整量的预给定和/或修正能被停止。17.根据权利要求13至16中任一项所述的注射装置，其特征在于，所述致动器包括注射活塞。18.根据权利要求13至17中任一项所述的注射装置，其特征在于，所述致动器具有塑化螺杆。19.根据权利要求13至18中任一项所述的注射装置，其特征在于，所述熔体容器实施为塑化缸体。20.—种成型机，具有根据权利要求13至19中任一项所述的注射装置。
【文档编号】B29C45/77GK105904692SQ201610206186
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年2月16日
【发明人】H·伯恩哈德, C·安格曼
【申请人】恩格尔奥地利有限公司