Zur Dynamik von Kniehebelschließeinheiten schnelllaufender Spritzgießmaschinen

Abstract

Ziel dieser Arbeit ist es, die Trockenlaufzeit der Kniehebelschließeinheit einer Spritzgießmaschine bei gleich bleibender Laufruhe zu verringern. Um das Verhalten der Kniehebelschließeinheit zu analysieren, wird ein Simulationsmodell des Kniehebelmechanismus erstellt. Dieses Modell beinhaltet neben den Massenträgheiten der starr angenommenen Kniehebelteile die wesentlichen Komponenten, wie Hydrospeicher, Proportionalventil und Schließzylinder der schließseitigen Hydraulik, da diese einen wesentlichen Einfluss auf das Systemverhalten ausüben. Eine Verbesserung der Kniehebelkinematik hinsichtlich einer für die Bewegung charakteristischen Größe wird mittels Parameterstudien der Kniehebelgeometrie erzielt. Weiters wird zur Erreichung obiger Ziele ein zweistufiger Ansatz gewählt: In einem ersten Schritt wird eine unter Berücksichtigung von Bewegungsrestriktionen zeitoptimale Sollbewegung geplant (path planning). Dabei werden nur die Kniehebelkinematik und -dynamik ohne die Dynamik des Antriebes berücksichtigt. Als Optimierungsverfahren werden der Entwurf zeitoptimaler Bewegungstrajektorien mittels Planung in der Phasenebene und die lineare Programmierung auf das Kniehebelsystem angewandt. In einem zweiten Schritt ist die Istbewegung des Kniehebelsystems an die gewünschte Sollbewegung heranzuführen (path tracking). Anhand eines vereinfachten Modells der Kniehebelschließeinheit wird ein nichtlineares Regelkonzept basierend auf der Theorie der Eingangs-/Ausgangslinearisierung angewandt, erweitert und an einem Prototypen getestet. Wie Simulationsstudien und Messungen zeigen, folgt das Kniehebelsystem den Referenztrajektorien sehr genau. Der Einfluss der Kniehebelbewegung auf die Rahmengestellschwingungen wird mittels Simulationsstudien und Messungen untersucht. Es zeigt sich, dass durch die in dieser Arbeit gewählte Vorgehensweise eine Verkürzung der Trockenlaufzeit trotz Einhaltung von Beschleunigungs- und Ruckbegrenzungen im Kniehebelsystem möglich ist.

The goal of this doctoral thesis is to improve the dynamic characteristics of the clamping unit of an injection moulding machine.<br />To predict the dynamic behaviour of the machine in real-life a multibody simulation of the toggle mechanism is developed. Since the characteristics of the hydraulic system play an important role, the simulation model also contains hydraulic components, such as accumulator, proportional valve and hydraulic cylinder. An improvement of the toggle mechanism's kinematic is achieved by a parameter study of the toggle geometry. In this thesis a two step approach is performed to achieve the above mentioned goals: First, reference motion trajectories are planned taking under consideration only the kinematic and dynamic restrictions of toggle mechanism (path planning). Therefore, the planning of time-optimal motion trajectories is performed via linear programming and searching in the phase-plane. Second, tracking of the planned reference trajectories by the toggle mechanism has to be guaranteed (path tracking). Therefore, a nonlinear control scheme based on the method of feedback linearization is introduced and extended to the clamping unit's demands. As simulations and tests on a prototype show a good tracking behaviour can be achieved. The influence of the toggle mechanism's movement on the oscillation of the machine's frame is analyzed via simulations and measurements. It can be shown that a reduction in the dry cycle time is obtained without violating the restrictions of motion and without increasing the amplitude of the frame oscillation.