专利名称：操作注塑成型机的节能方法
技术领域：
本发明涉及一种操作注塑成型机的方法，该注塑机包括一液压装置，该装置有一驱动一液压泵的异步主驱动电动机；该注塑成型机在一注塑循环中有一冷却阶段和一继冷却阶段之后使注塑成型工具打开的阶段。本发明进一步涉及一种与权利要求1的前序部分一致的注塑成型机。
通常，将一个注塑循环分成许多阶段，它们按明显变化的功率要求来区分。当将注塑成型工具锁住并封闭时，需要在短时内有非常高的功率峰值，它必须用液压泵来施加，因而也就是由驱动液压泵的电动机来施加。另一方面，在冷却阶段只需要非常小的功率或不需要功率，除非例如在后继的注塑循环中，为了按计量供应注塑料而需要功率。
液压泵的容量和驱动电动机的容量必须按封闭和锁住工具时所需要的最大功率设计。电动机的名义输出通常要选成略低于此所需要的最大功率，以使用作主驱动装置的电动机短时间地在过载区内运行。由于尖峰载荷只占整个循环时间的较小部分，对于注塑循环的大部分来说，电动机的尺寸明显过大，从而造成效率低因而也带来不必要的能量损失。
DE4335403 C1公开了一种用于供应一工作单元特别是一在塑料注塑成型机中的工作单元的液压装置，其中，采用了其速度由一变频器控制的三相电机，以解决节能问题。所用的是三相同步电动机。在此专利说明书中提出的解决方案的成本比较高，因为一方面三相同步电动机比异步电动机贵，另一方面需要有比较复杂而且昂贵的电子控制系统。
因此，本发明的目的为借助于一种经济的解决方案来减少注塑成型机的能量消耗。
采用一种具有权利要求1所述特征的操作注塑成型机的方法和一种具有权利要求8所述特征的注塑机，就可以实现这个目的。
在本发明中，能量节约是由依赖于注塑循环的能量管理来达到的。在注塑循环开始之前，要确定冷却阶段的持续时间，该时间尤其取决于注塑成型材料和注塑模或注塑成型工具。接着要确定，冷却阶段的持续时间是否超过一最短持续时间，该时间取决于电动机的类型和液压泵的类型。最短持续时间是冷却阶段的这样一个持续时间，少于它，在冷却阶段切断主驱动不再会产生任何能量节约。在注塑循环过程中，如果冷却阶段的持续时间超过最短持续时间，异步主驱动电动机在冷却阶段开始以后被切断并在再次打开注塑工具的阶段开始之前被再次接通。
在一个注塑循环的冷却阶段中，通常用一供应装置按计量为后续的注塑循环供应注塑材料。如果供应装置也用液压系统驱动，则在计量供应的过程中，需要一定的功率。在此示例性的实施例中，如果计量供应过程在冷却阶段结束时进行，则主驱动电机只在计量供应过程之前切断，或者如果计量供应过程在冷却阶段开始时进行，则只在计量供应过程之后切断。为此，在确定切断时所需要的冷却阶段的最短持续时间时，要考虑计量供应过程的持续时间。如果计量供应过程基本上在整个冷却期间进行，则主驱动电动机将不被切断。
按照本发明的方法的一个有利的实施例的特征为，在一个注塑循环的冷却阶段，对于后续的注塑循环，借助于由旋转运动操作的供应装置以计量供应的方式供应注塑材料；此供应装置用另一个辅助的异步电动机驱动。在此实施例中，利用了这样一个事实，即通常构造成螺旋的用于计量供应的供应装置由旋转运动动作，而电动机则是最适合于产生旋转运动的。电动机可直接驱动供应装置，或是通过一合适的齿轮箱。驱动供应装置的辅助的异步电动机的功率可以与计量供应过程所需的功率作最佳的匹配。与液压马达相比，电动机的其它优点在于电动机有高的效率和低的噪声等级。可以将其特征为具有不复杂的和不用维修的结构、控制简单和价格低廉的标准电动机用作电动机。
此外，为按计量供应材料提供单独的驱动具有这样的优点，即计量供应有可能平行于所有其它的用液压驱动的运动进行，而且在极端情况下可以进行到注塑开始的时候。由于在整个注塑循环内计量供应过程所占的时间较长，供应装置(螺旋)有可能采取能起着减少材料的应力的作用的低旋转速度。此外，计量供应可以如此调节，以使不产生较长的注塑材料的停留时间。
本发明另一有利的实施例的特征为，在冷却阶段结束以前，在异步主驱动电机再次接通前不久或在再次接通时，通过将贮存在液压装置中的机械能转换成异步主驱动电机的轴的旋转能而启动电机。如果异步主驱动电机在一足够长的冷却阶段被切断，则它必须在冷却阶段完成之前在正确的时间再次被接通，以便使后续的用液压致动的运动(打开工具)成为可能。由于电动机的被转动部分的惯性，与电动机的连续运行相比，启动电动机需要有较大的功率。为了限制启动目的所需要的电功率，从而减少能量消耗，采用了贮存在液压系统中的液压能，以便有助于启动主驱动电动机。
有一个有利的实施例中，通过反向驱动联接在驱动轴上的液压泵而将贮存在液压装置中的机械能转换成驱动轴的旋转能，这可以通过在冷却期结束时用一合适的阀装置突然释放贮存在液压系统中的能量和将以涌动的方式流出的液压用液体导入液压泵来达到。这样，在电流供应同时接通时使液压泵因而也就是主驱动电机旋转，以有助于电动机的启动。
当再次接通异步主驱动电动机时，最好用一特殊的控制电路来限制启动电流，由此，最好将电流限制为名义电流的两倍。
按照本发明的注塑成型机专门用于实现按照本发明的方法，其中，当主驱动电动机在冷却阶段被切断时，用于计量供应注塑材料的供应装置由另一个异步电动机驱动，用于驱动供应装置的第二异步电动机是一种经济的标准电机，其特征为结构不复杂和不用维修并且控制简单。它的名义输出可以与供应装置的要求相匹配。按照本发明的注塑成型机允许驱动液压泵的异步电动机在一足够长的冷却阶段中被切断，从而可以显著地节约能量。
注塑成型机的一个有利的实施例的特征为，驱动液压泵的第一异步电动机设有一飞轮质量。该飞轮质量允许进一步减小驱动具有功率变化的液压泵的异步电动机的名义输出，而这种功率变化在注塑循环中对注塑成型机而言是典型的。高的功率负载只在注塑循环中短时间地发生，由此这些短时的功率峰值可以由贮存在飞轮质量中的动能得到补偿。通过利用贮存在飞轮质量中的动能，可以使电动机短期地负载至其实际名义容量的若干倍。飞轮质量越大，则电动机的输出可越接近于整个注塑循环的功率要求的平均值。另一方面，具有大飞轮质量的电动机在冷却阶段结束时可能需要的接通过程中需要有较长的启动时间或较大的起动能量。飞轮质量的尺寸应当考虑这些要求而予以优化。
本发明的较佳实施例的特征在从属权利要求中限定。
下面将参考附图中所示的示例性实施例更详细地描述本发明，在图中
图1是注塑循环中的功率变化的简图；以及图2是按照本发明的注塑成型机的重要组成部分的简图。
图1示出了在一个典型的注塑循环中功率要求的基本变化。功率要求P是按与时间t的关系示出的。从图中可以看出，注塑循环的八个阶段具有非常不同的功率要求。
在阶段I，注塑成型工具借助于一液压驱动装置封闭。为了保持总循环时间短，封闭过程要以较高的速度进行。这就需要在短时间内有大的功率。该工具在阶段II被锁紧。这也要借助于液压驱动装置来执行，由此也在短时间内需要大功率。在阶段III，开始操作注塑单元时，短时间地需要小功率。当在阶段IV注射注塑材料时，整个注射过程需要中等的功率。在后加压阶段V，需要较小的功率。在冷却阶段VI，由于不产生用液压动作的运动，不需要功率或只需要很小的功率。当注塑件已经在工具中冷却以后，在阶段VII打开工具。此用液压动作的短而快的运动要求有中等高度的短时功率脉冲。根据注塑件的形状和所用的材料，在阶段VII之后可能需要有一个送出注塑件的阶段VIII，它需要一个或更多的短时移动脉冲因而也就是功率脉冲。
在这个注塑循环之后通常是另一个注塑循环。用于后续的注塑循环的注塑材料通常是在前面的注塑循环中供应的。注塑材料的计量供应需要用于通常构造成一个螺旋的形式的供应装置的驱动能，该供应装置在一经过加热的机筒中输送并压缩材料，由此使其熔化。在计量供应过程中驱动供应装置所需的功率用虚线示于图1的阶段VI’中。如果供应装置借助于已有的液压系统用液压驱动，则在冷却阶段VI进行计量供应过程(如图1所示)。
在示例性的优选实施例中，用于计量供应过程的供应装置由一辅助的异步电动机电驱动。在此情况下，计量供应过程不仅可以在冷却阶段VI进行，而且可以基本上延伸至相邻的阶段V、VII和VIII，甚至可延伸至下一循环的阶段I至III。这样，可允许在操作注塑机时有较大的灵活性。由于延长的计量供应阶段VI’，有可能使计量螺旋的速度较低，这样有使材料受到较低的应力的作用。此外，通过将计量供应阶段移至紧接在注射阶段IV之前，就有可能减少材料的停留时间。
主驱动电动机的名义输出用标以Pn的水平线示于图1中。电动机的名义输出要选择成在阶段I和II中处于功率峰值期间产生电机的短期过载。例如，一15KW的电动机在使用时具有高达22KW的功率峰值。不过，在注塑循环的大部分中，电动机容量要比所需要的功率大很多。这样，就导致低的效率。因此，在优选的示例性实施例中，主驱动电机在冷却阶段VI开始时被切断，这在图1中用点划线表示。主驱动电机是否切断的决定要借助于一按控制程序操作的微处理机控制器来作出。所需的冷却阶段的持续时间、电动机的类型和液压泵的类型都要考虑在内。如果冷却阶段的持续时间大于最小持续时间，控制器会作出决定切断主驱动电机。由于能量方面的原因，在循环时间非常短时，不值得切断。如果由注塑机操作人员选择的冷却阶段持续时间只略少于值得切断的临界时间，就会引起操作人员的注意并向他建议一较长的冷却阶段，这样，就可由切断主驱动来达到附加的能量节约。与此同时，控制软件会通知操作人员如何可以通过缩短其它阶段，例如通过使移动更快去缩短已经被较长的冷却阶段延长的循环时间。
图2是本发明注塑机的重要元件的基本视图。该注塑机有一带有一液压泵2的液压装置1(图2中的液压装置包括用点划线分开的部分)。液压装置1的作为在一机筒中被导向的活塞象征性地示出的部分3的特点为，它是可以将液压能贮存在其中的部分。液压装置1的这个部分3通过管路4与液压泵2相连。第二管路5从液压泵2通至含有一液压用液体贮池的油箱。液压泵2由驱动轴11与一电动机10相连。电动机10最好是一经济的异步标准电机。用作主驱动电机的电动机10有一飞轮质量14。电动机10通过一控制装置12供应以电流。控制装置12还与用于注塑机的电压供应接线相连。
除去其它许多东西之外，控制装置12还包括一微处理机或其它中央处理单元和至少一个用于程序和数据的存贮装置并和一用于操作人员的显示和输入装置13相联。控制程序在微处理机上运行。控制装置12控制包括循环的进程的注塑机的整个运行。操作人员可通过装置13输入不同的参数。他还可以从显示装置得到与循环的进程和注塑机的运行状况有关的信息。
在示例性的优选实施例中，除去用于接通或切断电动机的开关装置以外，控制装置12包括一特殊的控制装置，它能限制经过电动机10的电流。电流最好被限制为名义电流的两倍。此外，控制装置12包括一用于接通或切断驱动计量供应装置的辅助的第二电动机的装置。用于电动机10的电流限制电路在其在冷却阶段结束而接通时与一特殊的启动电动机的方法配合运行。在供给电动机10的受到电流限制的电流接通前不久或接通的同时，驱动轴11借助于反向驱动的液压泵2旋转。为了驱动驱动轴11，在冷却期结束时，通过打开合适的阀门，使液压用液体沿相反方向经过管路4进入液压泵2并经过管路5从液压泵2流出，进入油箱，使贮存在液压系统(象征性地用装置3表示)中的能量突然释放。电流限制电路和液压设备的尺寸要如此确定，并如此控制时间顺序，以使用于启动电动机10所需的电能为最小。
权利要求
1.一种操作具有一液压装置(1)的注塑机的方法，该注塑机具有一驱动一液压泵(2)的异步主驱动电动机(10)，所述注塑机在一注塑循环中具有一冷却阶段(VI)和一继冷却阶段之后的打开注塑工具的阶段(VIII)，其特征为，在注塑循环开始之前确定冷却阶段(VI)的持续时间是否超过最短持续时间；以及如果冷却阶段的持续时间超过最短持续时间，则在冷却阶段(VI)开始以后或在开始时切断异步主驱动电动机(10)并在打开注塑成型工具的阶段开始之前再次接通所述电动机(10)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征为，在注塑循环的冷却阶段，借助于一由旋转运动操作的供应装置以按计量供应的方式供应用于后续的注塑循环的注塑成型材料；以及供应装置由一辅助的异步电动机驱动。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征为，在冷却阶段结束之前，在再次接通异步主驱动电动机之前不久或在接通时，主驱动电动机通过将贮存在液压装置(1)中的机械能转变为异步主驱动电动机(10)的轴(11)的旋转能而被启动。
4.如权利要求3所述的方法，其特征为，贮存在液压装置(1)中的机械能通过反向驱动与驱动轴(11)相连的液压泵(2)而被转变成驱动轴(11)的旋转能。
5.如权利要求3或4所述的方法，其特征为，当异步主驱动电动机(10)再次被接通时，最好将启动电流限制为是名义电流的两倍。
6.如权利要求1至5中的任一项所述的方法，其特征为，最短持续时间根据液压泵和异步主驱动电动机的技术参数确定；接着将最短持续时间与冷却阶段的持续时间进行比较；以及向注塑机的操作人员显示比较结果。
7.如权利要求6所述的方法，其特征为，如果冷却阶段的持续时间只略短于最短持续时间或大约与之相等，则要使操作人员认识到有改变注塑循环的可能性。
8.一种注塑机，特别是用于实施如权利要求2所述的方法的注塑机，包括一用于供给一工作单元的液压装置(1)，该液压装置(1)有一由一异步主驱动电动机(10)驱动的液压泵(2)和一可借助于旋转运动动作的用于计量供应注塑材料的供应装置，其特征为，用一辅助的异步电动机驱动供应装置。
9.一种如权利要求8所述的注塑机，其特征为，异步主驱动电动机(10)有一飞轮质量(14)。
全文摘要
一种操作注塑机的方法，该机器包括有一驱动液压泵的异步主驱动电机的液压装置。注塑机在注塑循环中有一冷却阶段和随后的打开注塑工具的阶段。在注塑循环开始之前确定是否冷却阶段的持续时间超过最短持续时间。如果超过，则在冷却阶段开始以后或开始时切断异步主驱动电机，并在后一阶段开始之前再次被接通。根据循环切断主驱动电机可节约电能。用于随后的注塑循环的注塑材料最好以按计量供应的方式由用一辅助的异步电机驱动的供应装置供应。在冷却阶段结束之前，在再次接通异步主驱动电机之前不久或在接通时，通过将贮存在液压装置中的机械能转变为主驱动电机的轴的旋转能而启动主驱动电机，这样就节约了用于启动驱动电机的附加能量。当主驱动电机被再次接通时用特殊的控制电路将启动电流限制为名义电流的两倍。
文档编号B29C45/76GK1167675SQ9711316
公开日1997年12月17日 申请日期1997年5月30日 优先权日1996年5月31日
发明者弗朗茨·约瑟夫·路德维希 申请人:Dr·宝伊有限公司