AT515948A4 - Verfahren und Vorrichtung zur Temperierung eines Formwerkzeugs - Google Patents

Abstract

Temperiervorrichtung zur Temperierung eines Formwerkzeugs (3) mit zumindest einem Signaleingang (15) mittels welchem zumindest ein Parametersignal einem Prozessor zuführbar ist, wobei der Prozessor dazu ausgebildet ist, aus zumindest einem Temperierparameter, welcher das zumindest eine Parametersignal oder eine daraus abgeleitete Größe ist, eine für das Erreichen eines im Wesentlichen thermisch stationären Zustands des Formwerkzeugs (3) charakteristische Größe zu berechnen und an eine Ausgabevorrichtung (6) weiterzugeben, welche zur Ausgabe der charakteristischen Größe an einen Bediener und/oder an eine Maschinensteuerung geeignet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Temperiervorrichtung mit den Merkmalen desOberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen desOberbegriffs des Anspruchs 17.

Im Folgenden wird der Stand der Technik anhand eines Formwerkzeugs einerSpritzgießmaschine dargelegt. Analoge Aussagen gelten aber ebenfalls fürFormwerkzeuge bei Pressen, Spritzpressen und dergleichen. Für die Formteilqualität eines mittels einer Spritzgießmaschine hergestelltenFormteils ist unter Anderem die Temperatur des Formwerkzeugs, insbesondere ander Kavitätenoberfläche, wichtig. Ist die Temperatur hier zu niedrig, kann ein zuschnelles Aushärten der Schmelze beim Eintritt in die Formkavität zu Defekten,besonders an der Oberfläche des Formteils, führen.

Um dies zu vermeiden, wird im Stand der Technik eine Temperierung desFormwerkzeugs durchgeführt. Dies ist beispielsweise in der DE 10 2005 019 890 B3beschrieben. Es wird ein Temperiermedium durch zumindest einen Temperierkanalim Formwerkzeug gefördert, um das Formwerkzeug auf eine akzeptable Temperaturzu bringen.

Im Regelfall werden mehrere Temperierkanäle im Formwerkzeug vorgesehen,welche durch einen gemeinsamen Vorlauf gespeist werden. Bevorzugt ist dabei eineVariante, bei welcher der Strom an Temperiermedium im Vorlauf aufgeteilt wird undjeweils ein Teilstrom an einen Temperierkanal geliefert wird. Nach denTemperierkanälen werden die Teilströme wieder in einem gemeinsamen Rücklaufzusammengefasst.

Dieses Aufteilen und Zusammenfassen der Teilströme an Temperiermediumgeschieht häufig in sogenannten Temperierwasserverteilern an derFormgebungsmaschine. Für eine Beschreibung solcher Temperierwasserverteiler sei auf die DE 10 2012 013 643 A1 der Anmelderin, die DE 88 02 462 U1 oder dieDE 203 04 841 U1 verwiesen.

Es ist im Stand der Technik ebenfalls bekannt, die Zufuhr des Temperiermediums zusteuern oder zu regeln. Hierfür können Temperierwasserverteiler mit verschiedenenSensoren wie Temperatursensoren und Volumenstromsensoren ausgestattet sein,deren Messwerte als Grundlage für die Steuerung oder Regelung dienen. DieseSteuerung oder Regelung ist meist in eine Maschinensteuerung derFormgebungsmaschine integriert.

Es sind aber ebenfalls externe Temperiergeräte bekannt, welche unabhängig von derFormgebungsmaschine zur gesteuerten oder geregelten Temperierung vonFormwerkzeugen eingesetzt werden.

Bei der Aufheizung eines Werkzeuges handelt es sich um einen trägen Prozess.Aufheizzeiten von Werkzeugen reichen von einigen Minuten bis hin zu mehrerenStunden.

Im Sinne der Formteilqualität und der Prozessstabilität sollen Werkzeuge vorProduktionsstart möglichst gut durchgewärmt werden. Unter Bedacht aufEnergieeffizienz und eine hohe Verfügbarkeit von Werkzeugen ist aber eine unnötiglange Durchwärmung von Werkzeugen zu vermeiden.

Hierfür ist es im Stand der Technik bekannt, die Temperatur der Kavitätenoberflächeim Werkzeug direkt zu messen. Ist diese Temperatur zu niedrig, kann derProduktionsstart verschoben werden oder ein bereits gefertigtes Formteilautomatisch als Ausschuss deklariert werden.

Diese Methode hat den Nachteil, dass Temperatursensoren zur direkten Messungder Temperatur der Kavitätenoberfläche nicht routinemäßig in Formwerkzeugenverbaut werden, da sie kostenintensiv sind.

Es ist ebenfalls möglich, die thermische Situation im und um das Formwerkzeugbeim Beginn der Temperierung zu simulieren und aus der Simulation auf dieZeitdauer bis das Formwerkzeug durchwärmt ist zu bestimmen.

Dabei müssen allerdings alle Randbedingungen beim Aufheizvorgang jenen derSimulation entsprechen (Anfangstemperatur des Werkzeuges,(konstante/schwankende) Medientemperatur, Umgebungstemperatur), wodurch dieAnwendbarkeit im konkreten Fall leidet. Außerdem ist hierbei nachteilig, dassSimulationen dieser Art recht aufwändig sind.

Insbesondere bei Produktionsunterbrechungen ist es außerdem bekannt, eineTemperaturmessung am Bauteil (z.B.: während oder unmittelbar nach derEntformung) durchzuführen oder den thermischen Haushalt der Formteile mittelsInfrarot-Sensorik (z.B.: Wärmebildkamera) zu ermitteln.

Diese Vorgehensweise ist jedoch sehr kostenintensiv. Außerdem ist die Handhabungdieser Methode in der Praxis nicht immer einfach.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Temperiervorrichtung und ein Verfahren zurTemperierung eines Formwerkzeuges bereitzustellen, welche eine gegenüber demStand der Technik vereinfachte Bestimmung der Durchwärmung des Formwerkzeugsbei Produktionsbeginn und/oder bei Produktionsunterbrechungen erlauben.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Temperiervorrichtung mit den Merkmalen desAnspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 17gelöst.

Dies geschieht indem ein Prozessor der Temperiervorrichtung dazu ausgebildet ist,aus zumindest einem Temperierparameter, welcher zumindest ein zugeführtesParametersignal oder eine daraus abgeleitete Größe ist, eine für das Erreichen einesim Wesentlichen thermisch stationären Zustands des Formwerkzeugscharakteristische Größe zu berechnen und an eine Ausgabevorrichtung weiterzugeben, welche zur Ausgabe der charakteristischen Größe an einen Bedienerund/oder an eine Maschinensteuerung geeignet ist.

Als abgeleitete Größen können jegliche Größen verwendet werden, welche durchRechenoperationen, Integration, Ableitung, Anwenden von Funktionen unddergleichen aus der ursprünglichen Größe (beispielsweise das zumindest eineParametersignal), gewonnen werden können.

Der thermisch stationäre Zustand kann durch eine im Wesentlichen zeitlich konstanteTemperatur des Formwerkzeugs gegeben sein. Hierbei ist jedoch zu beachten, dassEinflüsse der Produktion nicht berücksichtigt werden sollten, da beispielsweise dasEinbringen einer Schmelze in die Formkavität und die anschließende Kühlungderselben natürlich den thermischen Haushalt des Formwerkzeugs beeinflussen. ImFalle einer bereits begonnenen Produktion kann als Kriterium für den imWesentlichen thermisch stationären Zustand beispielsweise die Konstanz einer übereine Zykluszeit gemittelten Größe, insbesondere einer Temperaturdifferenz,herangezogen werden. Die Konstanz beispielsweise einer Temperatur oder einerTemperaturdifferenz zu einem definierten Zeitpunkt im Produktionszyklus übermehrere Zyklen hinweg kann ebenfalls als Kriterium für den thermisch stationärenZustand verwendet werden.

Wird die charakteristische Größe an einen Bediener ausgegeben, kann dies aufverschiedenste Weise geschehen. Neben der direkten, visuellen, numerischenAngabe eines Zeitpunkts des Erreichens oder einer Zeitdauer bis zum Erreicheneines im Wesentlichen thermisch stationären Zustands des Formwerkzeugs kann esbeispielsweise vorgesehen sein, Informationsleuchten oder dergleichen zuverwenden, welche für gewisse Restdauern stehen.

Im einfachsten Fall kann lediglich eine Information an den Bediener ausgegebenwerden, ob der im Wesentlichen thermisch stationäre Zustand bereits erreicht ist(Restdauer 0). Dies kann auch während der Produktion verwendet werden, um zuüberwachen, dass keine unerwünschten thermischen Einflüsse bestehen, die den imWesentlichen thermisch stationären Zustand im Formwerkzeug stören würden.

Die Ausgabe der charakteristischen Größe kann ebenfalls an die

Maschinensteuerung erfolgen, welche die entsprechende Aktionen (bspw.Produktionsbeginn starten oder abwarten) der Formgebungsmaschine einleitet.

Die Temperiervorrichtung kann in die Maschinensteuerung integriert sein.

Durch die Erfindung ist es auf einfache Weise möglich die Zeit abzuschätzen, wanneine gute Durchwärmung des Formwerkzeugs gegeben ist. Dies hilftAusschusszahlen zu minimieren.

Als Temperiermedium kann Wasser - unter Umständen mit Zusätzen - zum Einsatzkommen. Aber auch die Temperierung mit Öl oder dergleichen ist denkbar.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchendefiniert.

Bevorzugt vorgesehen kann es sein, dass der zumindest eine Temperierparameterzumindest eine Temperaturdifferenz, zumindest eine abgeführte Wärmemenge,zumindest eine Heizleistung oder eine aus diesen Parametern abgeleitete Größe ist.Größen dieser Klasse sind gut zur Erfassung des Wärmehaushaltes desFormwerkzeugs geeignet.

Es kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Temperiereinrichtung mittels deszumindest einen Signaleingangs mit zumindest einem Temperatursensor verbindbarist, wobei zumindeste ein mittels des zumindest einen Temperatursensorsgemessener Temperaturmesswert das Parametersignal ist.

Es kann weiterhin bevorzugt vorgesehen sein zumindest zwei Temperatursensorenzu verwenden. Insbesondere, wenn diese so angeordnet sind, dass sie -vorzugsweise für jeden Temperierkanal separat - eine Temperatur im Vorlauf undeine Temperatur im Rücklauf liefern, kann dadurch eine Temperaturdifferenz gebildetwerden, was es ermöglicht, die abgeführte Wärme relativ genau zu berechnen. Eine hohe Genauigkeit bei der Berechnung der charakteristischen Größe kann dadurcherreicht werden.

Es sind aber auch andere Ausführungsformen denkbar. Falls beispielsweise miteiner konstanten Temperatur des Temperiermediums im Vorlauf zu rechnen ist,können weniger Temperatursensoren zum Einsatz kommen (beispielsweise je einTemperatursensor pro Temperierkanal im Rücklauf).

Insbesondere dann, wenn Temperaturdifferenzen aus Vorlauftemperaturen undRücklauftemperaturen zur Berechnung der charakteristischen Größe verfügbar sind,kann die zusätzliche Verwendung der Messwerte eines Volumenstromsensors vonVorteil sein. Bei der Bestimmung des Temperierparameters, insbesondere derabgeführten Wärmemenge, können diese Volumenstrommesswerte die Genauigkeiterhöhen.

Bei einer einfachen Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dassdie Temperiervorrichtung mittels des zumindest einen Signaleingangs mit einemHeizelement zur Erwärmung eines Temperiermediums verbindbar ist, wobei eineaufgenommene elektrische Leistung und/oder eine Einschaltdauer des Heizelementsdas Parametersignal ist. Somit kann die Erfindung auch verwendet werden, wennkeine Temperatursensoren vorhanden sind oder deren Einsatz vermieden werdensoll.

Es ist ebenfalls möglich andere Parametersignale außer Temperaturmesswerte zuverwenden. Ein Beispiel wäre die Verwendung einer Einschaltdauer oder einerLeistungsaufnahme einer Heizeinrichtung zur Erwärmung des Kühlmediums imVerlauf als Parametersignal.

Bei vielen der bevorzugten Temperierparameter kann ein asymptotisches Verhaltenerwartet werden, das heißt die tatsächliche Gleichgewichtstemperatur wird erst nachsehr langer oder unendlicher Zeit erreicht. Dadurch kann es von Vorteil sein, wennein Toleranzbereich für den zumindest einen Temperierparameter, vorzugsweisegebildet durch einen Sollwert für die charakteristische Größe und einen Toleranzwert für davon erlaubte Abweichungen, in einem mit dem Prozessor verbundenenSpeicher hinterlegt ist.

Wenn in diesem Fall beispielsweise mit einer Ableitung, zum Beispiel einerTemperaturdifferenz, als Temperierparameter gearbeitet wird, kann es auch vonVorteil sein, dass ein Schwellenwert für den zumindest einen Temperierparameter ineinem mit dem Prozessor verbundenen Speicher hinterlegt ist.

Die charakteristische Größe kann in diesen Fällen relativ einfach als ein Zeitpunktoder ein Zeitraum bis zum Erreichen des Toleranzbereichs oder des Schwellenwertsfestgelegt werden.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass derProzessor dazu ausgebildet ist, zumindest einen Parameter einer das Verhalten deszumindest einen Temperierparameters vor dem Erreichen des thermisch stationärenZustands des Formwerkzeugs beschreibenden Funktion aus dem zumindest einenParametersignal zu bestimmen und vorzugsweise den Zeitraum bis zum Erreichendes Toleranzbereichs und/oder des Schwellenwerts durch den zumindest einenToleranzbereich unter Verwendung des zumindest einen Parameters zu bestimmen.

Insbesondere kann die Bestimmung des Parameters durch einen Kurvenfit an denzumindest einen Temperierparameter geschehen.

Bei dieser Ausführung ist es insbesondere durch die Bereitstellung einer Vielzahl vonTemperaturmesswerten - das heißt durch die Messung eines oder mehrererTemperaturverläufe - möglich, die Genauigkeit des Temperierparameters und/oderdes Kurvenfits zu verbessern.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können fürzumindest zwei Temperierkanäle jeweils zumindest ein separates Parametersignalvorgesehen sein. Dies ermöglicht es, dass der Prozessor dazu ausgebildet ist, für diezumindest zwei Temperierkanäle separate charakteristische Größen zu berechnenund an die Ausgabeeinrichtung weiterzugeben, welche zur Ausgabe der separaten charakteristischen Größe an den Bediener und/oder an die Maschinensteuerunggeeignet ist.

Bei dieser Ausführungsform ist es dann möglich, aufgrund der für dieTemperierkanäle separaten charakteristischen Größen denjenigen Temperierkanalzu identifizieren, der zur Durchwärmung am längsten benötigt. DieserTemperierkanal kann dann gezielt beeinflusst werden, beispielsweise durchErhöhung des Volumenstroms in diesem Temperierkanal. Beispielsweise durchiterative Weiterführung dieses Schemas, kann sogar die Gesamtdauer bis zurDurchwärmung des Formwerkzeugs minimiert werden.

Es wird auch Schutz für ein Temperiergerät mit einem Vorlauf zur Zufuhr desTemperiermediums zu zumindest einem Temperierkanal eines Formwerkzeugs,einem Rücklauf zur Abfuhr des Temperiermediums von zumindest einemTemperierkanal, einer Steuer- oder Regeleinheit, zumindest einem mit der Steuer¬oder Regeleinheit verbundenem Stellglied zur Einstellung eines Volumenstromsund/oder einer Temperatur des durch den zumindest einen Temperierkanalgeförderten Temperiermediums sowie einer erfindungsgemäßenTemperiervorrichtung begehrt.

Bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass der zumindest eine TemperatursensorTemperaturen des Temperiermediums misst. In bestimmten Fällen kann es aberauch Sinn machen, Temperaturen beispielsweise am Formwerkzeug zu messen.

Außerdem wird Schutz für eine Formgebungsmaschine mit einemerfindungsgemäßen Temperiergerät oder einer erfindungsgemäßenTemperiervorrichtung begehrt.

Unter Formgebungsmaschinen können dabei Spritzgießmaschinen, Spritzpressen,Pressen und der gleichen verstanden werden.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind anhand der Figuren und derdazugehörigen Figurenbeschreibung ersichtlich. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen

Temperiervorrichtung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Erfindung bei einer

Spritzgießmaschine,

Fig. 3 und 4 zwei schematische Darstellungen der Erfindung bei

Temperiergeräten und

Fig. 5a, 5b und 6 drei Diagramme zur Verdeutlichung der thermischen Situation ineinem Formwerkzeug vor der vollständigen Durchwärmungdesselben.

In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Temperiervorrichtung 1 rein symbolischdargestellt. Sie weist einen Prozessor 4, eine damit verbundene Ausgabevorrichtung6 sowie einen Speicher 7 auf. Ebenfalls dargestellt ist die Verbindung derTemperiervorrichtung 1 mit Temperatursensoren 2 und Volumenstromregelventilen 5sowie die Anordnung der verschiedenen Sensoren in Relation zum Formwerkzeug 3.

Die Ausgabevorrichtung 6 weist in diesem Fall einen Bildschirm sowie einenSchnittstelle auf (beides nicht dargestellt). Über den Bildschirm wird für Bedienerunter anderem die charakteristische Größe tToi visuell dargestellt. Natürlich könnenauch alle anderen auftretenden Größen (siehe unten) ausgegeben werden. Über die (in diesem Fall softwaremässige) Schnittstelle teilt die Ausgabevorrichtung 6außerdem die charakteristische Größe tToi der Maschinensteuerung mit, in welcherdie Temperiervorrichtung 1 integriert ist. Der Bediener kann vorab entscheiden, obbei Erreichen des im Wesentlichen thermisch stationären Zustands automatisch dieProduktion durch die Maschinensteuerung aufgenommen wird, oder ob hierfür einBefehl des Bedieners notwendig ist.

Im Formwerkzeug 3 sind einige Temperierkanäle 8 vorgesehen. Diese werden auseinem Vorlauf 11 gespeist, wobei sich der Vorlauf 11 aus zunächst einer einzigenLeitung besteht, welche sich dann zur Speisung der einzelnen Temperierkanäle 8aufspaltet. Ähnlich verhält es sich mit dem Rücklauf 12. Hier wird zunächst

Temperiermedium aus den Temperierkanälen 8 abgeführt und dann im Rücklauf ineiner Leitung zusammengefasst. Das Aufspalten und Zusammenführen desKühlmediumstroms in Vorlauf 11 und Rücklauf 12 erfolgt in an sich bekanntenT emperiermediumverteilern. Für jeweils einen Zweig von Vorlauf 11 und Rücklauf 12 ist ein separaterTemperatursensor 2 vorgesehen. Dies ermöglich die individuelle Erfassung einerTemperaturdifferenz ΔΤ für jeden Temperierkanal 8. Die Temperatursensoren 2 sindmit der Temperiervorrichtung 1 und insbesondere mit deren Prozessor 4 verbunden,welcher die Berechnung der für das Erreichen eines im Wesentlichen thermischstationären Zustands des Formwerkzeugs 3 charakteristischen Größe tr0i durchführt.Für die Funktionsweise der Temperiervorrichtung 1 sei auf Figuren 5a, 5b und 6sowie die dazugehörige Beschreibung verwiesen.

Ebenfalls im Vorlauf 11 für jeden Zweig separat sind Stellglieder 5 zur einstellungbzw. Beeinflussung der Volumenströme vorgesehen, welche auch mit demProzessor 4 verbunden sind. Während des normalen Betriebs - also nach Erreichendes im Wesentlichen thermisch stationären Zustands - werden diese als Stellglieder5 für eine Temperaturdifferenzregelung der Durchflussmengen durch die einzelnenTemperierkanäle 8 verwendet. Für die Regelung der Temperaturdifferenz beim imWesentlichen thermisch stationären Zustand kommen außerdemVolumenstromsensoren 9 zum Einsatz. Natürlich können die Temperaturdifferenzenebenfalls gesteuert werden, weshalb die Volumenstromsensoren nicht zwingendnotwendig sind.

Der Prozessor 4 berechnet hierzu aus in sehr kurzen zeitlichen Abständengelieferten Temperaturmesswerten der Temperatursensoren 2 eine über einengewissen Zeitraum (beispielsweise eine Zykluszeit) gemittelte TemperaturdifferenzΔΓ nach folgender Formel: η

Hierbei bezeichnen V* den gemessenen Volumenstrom, p* die Dichte und cp* diespezifische Wärmekapazität des Temperiermediums, AT* die Differenzen dergemessenen Temperaturmesswerte zwischen Vorlauf 11 und Rücklauf 12 für dieeinzelnen Temperierkanäle 8 sowie Q die abgeführte Wärmemenge.

Die gemittelte Temperaturdifferenz ΔΤ wird dann als rückgeführte Größe für dieRegelung des Volumenstroms mittels der Volumenstromregelventile 5 verwendet.Diese Regelung kann ebenfalls vom Prozessor 4 durchgeführt werden.

Im Gegensatz zu einer reinen Mittelwertbildung von Temperaturdifferenzen werdenauf diese Weise Schwankungen im Volumenstrom, in der spezifischenWärmekapazität und in der Dichte mit berücksichtigt. Die Berechnung der mittlerenTemperaturdifferenz aus der Wärmemenge bietet alle Vorteile der Verwendung derWärmemenge (Erfassung des Wärmehaushalts im Formwerkzeug 3), wobei diemittlere Temperaturdifferenz im Gegensatz zur Wärmemenge eine einfachverständliche und greifbare Größe ist.

Es ist zu bemerken, dass die Temperaturdifferenzregelung für die Erfindung nichtwesentlich ist. Die Erfindung kann auch mit jeglicher anderer Regelung oderSteuerung der Temperierung des Formwerkzeugs eingesetzt werden.

In Figur 2 ist teilweise schematisch dargestellt, wie die Ausführungsform aus Figur 1bei einer Spritzgießmaschine 13 zum Einsatz kommt. Die Temperiervorrichtung 1 istwie in Figur 1 dargestellt ausgeführt. Die Ausführungsform aus Figur 2 unterscheidetsich von derjenigen aus Figur 1 dadurch, dass die Volumenstromsensoren 9 sowiedie Stellglieder 5 im Rücklauf 12 statt im Vorlauf 11 angeordnet sind.

Eine alternative Ausführungsform zu Figur 2 ergibt sich, indem die im Vorlauf 11befindlichen Temperatursensoren 2 durch einen mit dem Bezugszeichen 2‘versehenen Temperatursensor im gemeinsamen Vorlauf ersetzt werden.

Figur 3 zeigt eine Ausführungsform, wobei die Erfindung bei einem Temperiergerät14 eingesetzt wird. Das Temperiergerät 14 ist von der Formgebungsmaschineseparat ausgeführt. In diesem Fall liegt nur ein Temperierkreis 8 vor, welcher zurTemperierung des Formwerkzeugs 3 dient. Natürlich können Temperiergeräte 14auch bei mehreren Temperierkreisen 8 verwendet werden. Die Temperiervorrichtungverfügt analog zu Figur 1 über einen Prozessor 4, eine Ausgabevorrichtung 6 sowieeinen Speicher 7. Hierbei ist zu bemerken, dass die Ausgabevorrichtung 6 direkt andem Temperiergerät 14 ausgbildet sein kann - beispielsweise ein Bildschirm. Es istaber auch möglich als Ausgabevorrichtung 6 eine bereits an derFormgebungsmaschine vorhandene Ausgabevorrichtung 6 zu verwenden, wobeidann eine wie auch immer geartete Datenverbindung zwischen dem Temperiergerät14 und der Formgebungsmaschine bestehen muss.

Bei der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform kommen ebenfallsTemperatursensoren 2 sowie eine Volumenstromsensor 9 zum Einsatz. Das heißt,das zumindest eine Parametersignal umfasst in diesem Fall, wie bei denAusführungsformen aus Figur 1 und Figur 2 mehrere Temperaturmesswerte.

Die in Figur 4 dargestellte Ausführung ist analog zu der aus Figur 3 mit demUnterschied, dass keine Temperatursensoren 2 zum Einsatz kommen, sondern, dasszumindest ein Parametersignal eines Heizelementes 10 verwendet wird. Daszumindest eine Parametersignal kann in diesem Fall eine Einschaltdauer desHeizelementes 10 oder eine elektrische Leistungsaufnahme des Heizelementes 10sein. Es ist zu bemerken, dass das Heizelement 10 in diesem Fall innerhalb desTemperiergerätes 14 angeordnet ist. Das heißt, innerhalb des Temperiergerätes 14wird das Temperiermedium aus dem Rücklauf 12 mittels einer Pumpe (nichtdargestellt) in den Vorlauf 11 gefördert. Vor oder nach der Pumpe im Kreislauf ist das

Heizelement 10 angeordnet. Dieses Innenleben des Temperiergerätes 14 ist derzeichnerischen Einfachheit halber nicht dargestellt.

Um die thermische Situation im Formwerkzeug 3 vor dem Erreichen des imWesentlichen thermisch stationären Zustands zu verdeutlichen, sind in den Figuren5a und 5b die Temperatur an der Kavitätenoberfläche T«o im Formwerkzeug 3, die

dP beim Aufheizen des Formwerkzeugs 3 erbrachte Heizleistung P, deren Ableitung — sowie die Vorlauftemperatur TVo des Temperiermediums (in diesem Fall Wasser) imVorlauf 11 idealisiert dargestellt.

Wie zu erkennen ist, stellt sich nach einer gewissen Zeit eine im Wesentlichenkonstante thermische Situation bzw. ein im Wesentlichen thermisch stationärerZustand ein. Auch im thermisch stationären Zustand fließt ständig ein Wärmestrom.

In dieser dargestellten Situation ist der Wärmestrom konstant und erbringt dieVerlustleistung Pveriust- Dieser Wert ist abhängig von den durch Strahlung, Konvektionund Wärmeleitung auftretenden Verlusten beim im Wesentlichen stationärenZustand.

Jegliche abgeleitete Größe, an welcher sich dieser im Wesentlichen thermischstationäre Zustand ablesen lässt, kann als Temperierparameter verwendet werden.

Wie bereits erwähnt, kann durch Fortsetzung bzw. Beginn der Produktion eineperiodische (entsprechend der Zykluszeit) Änderung im Wärmehaushalt demstationären Zustand überlagert sein. Während der Produktion kann unter einem imWesentlichen thermisch stationären Zustand verstanden werden, dass ein über eineZykluszeit gemittelter Temperierparameter im Wesentlichen konstant bleibt oder dasszu einem definierten Zeitpunkt im Zyklus oder über den Zyklus gemittelt eine imWesentlichen gleiche thermische Situation vorherrscht.

Einige Beispiele für die Berechnung der für das Erreichen des im Wesentlichenthermisch stationären Zustands charakteristischen Größe tr0i werden im Folgendengegeben.

Besipiele für dabei verwendete Temperierparameter sind eine TemperaturdifferenzΔΤ, eine Heizleistung P sowie aus diesen Größen abgeleitete Größen, wie zum

Beispiel zeitliche Ableitungen <^- und —. dt dt

Aus der gemessenen Temperaturdifferenz ΔΤ kann die Heizleistung P beimVorwärmen des Formwerkzeugs 3 berechnet werden:

P = Vp(T)cp(T)AT

Hierbei bezeichnet V den Volumenstrom und p(T) sowie cp(T) die im Allgemeinentemperaturabhängige Dichte beziehungsweise spezifische Wärmekapazität desTemperiermediums.

dP

Aus der Steigung (ersten Ableitung nach der Zeit) der Leistungskurve — bzw. der dt

1 dP normierten Steigung — ·— kann ermittelt werden, wie weit der Aufheizvorgangfortgeschritten ist. Bei konstantem Volumenstrom und als konstant angenommener 1. ii Τ'

Dichte und Wärmekapazität kann der Einfachheit halber auch - oder--- dt AT dt für diesen Zweck herangezogen werden.

Alternativ kann eine volumenstrombereinigte Form von Temperaturdifferenzenverwendet werden, wie dies in Gleichung (*) dargelegt ist. Dies ist von Vorteil, daTemperaturdifferenzen für den Bediener leichter erfassbar sind und gleichzeitig alleVorteile der Leistung als Temperierparameter beibehalten werden.

Der beispielhafte Verlauf der Temperaturdifferenz ΔΤ beim Aufheizen desWerkzeugs kann im Allgemeinen für jeden Temperierkanal 8 durch folgendeFunktion beschrieben werden: AT(t) = (AT0 -AT„)·e~^ + AT„ .

Diese Kurve ist Figur 6 dargestellt.

Aus der Messung von AT zu verschiedenen Zeitpunkten können die Konstanten AT0,AT^ und r berechnet werden. ΔΓ0 ist die zum Zeitpunkt t = t0 vorliegendeTemperaturdifferenz. ΔΓ„ ist jene Temperaturdifferenz, die nach ausreichend langerHeizzeit asymptotisch erreicht wird. Dieser Wert ist abhängig von den durchStrahlung, Konvektion und Wärmeleitung auftretenden Verlusten beim imWesentlichen stationären Zustand.

Unter Kenntnis dieser Konstanten kann der Zeitpunkt tTol berechnet werden, zu demdie absolute Abweichung der Temperaturdifferenz AT(t)\iom asymptotischen WertΔΓ„ einen vorbestimmten, im Speicher 7 hinterlegten Toleranzwert ATTol erreichenwird. Dies ist gleichbedeutend mit

Woraus sich folgende Berechnung von tToi ergibt:

Zum Zeitpunkt t wäre die verbleibende Zeitdauer bis zum Erreichen der Toleranz tToI — t .

Alternativ könnte auch eine Toleranzschwelle für die zeitliche Änderung derTemperaturdifferenz AT - also das dAT/dt - festgelegt werden:

Für den Zeitpunkt des Erreichens des im Speicher 7 hinterlegten Schwellenwerts

gilt in diesem Fall

Alternativ oder zusätzlich kann für diese Beurteilung der Verlauf der Heizleistung mitzuvor ermittelten Referenzkurven verglichen werden. Während des Aufheizens kann ebenfalls eine Durchflussregelung durchgeführtwerden, um die Aufheizzeit zu minimieren. Hierbei können dieVolumenstromregelventile 5 vom Prozessor 4 so beeinflusst werden, dass diejenigenTemperierkanäle 8, welche erwartungsgemäß am längsten zur Durchwärmungbenötigen, einen höheren Volumenstrom an Temperiermedium erfahren. Dies kannunter anderem dadurch erreicht werden, dass jene Kreise, die eine schnelleDurchwärmung erfahren, gedrosselt werden oder dass Drosselungen in langsamdurchwärmenden Kreisen entfernt werden.

Es ist zu bemerken, dass die hier verwendeten Ableitungen und Integrale, soweit siediskrete Messwerte betreffen, als deren diskrete Pendants aufzufassen sind.

Claims (17)

1. Patentansprüche: 1. Temperiervorrichtung zur Temperierung eines Formwerkzeugs (3) mitzumindest einem Signaleingang (15) mittels welchem zumindest einParametersignal einem Prozessor zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet,dass der Prozessor dazu ausgebildet ist, aus zumindest einemTemperierparameter, welcher das zumindest eine Parametersignal oder einedaraus abgeleitete Größe ist, eine für das Erreichen eines im Wesentlichenthermisch stationären Zustands des Formwerkzeugs (3) charakteristischeGröße zu berechnen und an eine Ausgabevorrichtung (6) weiterzugeben,welche zur Ausgabe der charakteristischen Größe an einen Bedienerund/oder an eine Maschinensteuerung geeignet ist.
2. 2. Temperiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass derzumindest eine Temperierparameter zumindest eine Temperaturdifferenz(AT), zumindest eine abgeführte Wärmemenge, zumindest eine Heizleistung(P) oder eine aus diesen Parametern abgeleitete Größe ist.
3. 3. Temperiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass die Temperiervorrichtung (1) mittels des zumindest einenSignaleingangs (15) mit zumindest einem Temperatursensor (2),vorzugsweise zumindest zwei Temperatursensoren (2), verbindbar ist, wobeizumindest ein mittels des zumindest einen Temperatursensors (2)gemessener Temperaturmesswert das Parametersignal ist.
4. 4. Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurchgekennzeichnet, dass dem Prozessor (4) zumindest zweiTemperaturmesswerte als Signalparameter zuführbar sind und der Prozessor (4) dazu ausgebildet ist, aus den zumindest zwei Temperaturmesswertenzumindest eine Temperaturdifferenz (AT) zu bilden und bei der Berechnungder charakteristischen Größe zu berücksichtigen.
5. 5. Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurchgekennzeichnet, dass die Temperiervorrichtung (1) mittels des zumindesteinen Signaleingangs (15) mit einem Heizelement (10) zur Erwärmung einesTemperiermediums verbindbar ist, wobei eine aufgenommene elektrischeLeistung und/oder eine Einschaltdauer des Heizelements (10) dasParametersignal ist.
6. 6. Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurchgekennzeichnet, dass die Temperiervorrichtung (1) mittels des zumindesteinen Signaleingangs (15) mit zumindest einem Volumenstromsensor (5)verbindbar ist, wobei mittels des zumindest einen Volumenstromsensors (5)gemessene Volumenstrommesswerte dem Prozessor (4) zuführbar sind.
7. 7. Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurchgekennzeichnet, dass ein Toleranzbereich für den zumindest einenTemperierparameter, vorzugsweise gebildet durch einen Toleranzwert (ΔΤΤθι)für vom Wert des Temperierparameters im thermisch stationären Zustanderlaubte Abweichungen, in einem mit dem Prozessor (4) verbundenenSpeicher (7) hinterlegt ist.
8. 8. Temperiervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass diecharakteristische Größe ein Zeitraum bis zum Erreichen desToleranzbereichs durch den zumindest einen Temperierparameter und/oderein Zeitpunkt des Erreichens des Toleranzbereichs durch den zumindesteinen Temperierparameter ist.
9. 9. Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurchgekennzeichnet, dass ein Schwellenwert (Ts) für den zumindest einenTemperierparameter in einem mit dem Prozessor (4) verbundenen Speicher (7) hinterlegt ist.
10. 10. Temperiervorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass diecharakteristische Größe ein Zeitraum (ts) bis zum Erreichen des Schwellenwertes (Ts) durch den zumindest einen Temperierparameterund/oder ein Zeitpunkt des Erreichens des Schwellenwertes (Ts) durch denzumindest einen Temperierparameter ist.
11. 11. Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurchgekennzeichnet, dass der Prozessor (4) dazu ausgebildet ist, zumindesteinen Parameter (τ, ΔΓ„, AT0) einer das Verhalten des zumindest einen Temperierparameters vor dem Erreichen des thermisch stationärenZustands des Formwerkzeugs (3) beschreibenden Funktion aus demzumindest einen Parametersignal zu bestimmen und vorzugsweise denZeitraum bis zum Erreichen des Toleranzbereichs und/oder desSchwellenwerts (Ts) durch den zumindest einen Toleranzbereich unterVerwendung des zumindest einen Parameters (τ,ΔΓ„, ΔΓ0) zu bestimmen.
12. 12. Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurchgekennzeichnet, dass zumindest ein Temperatursensor (2) vorgesehen ist,wobei vorzugsweise zumindest zwei Temperatursensoren (2) vorgesehensind und vorzugsweise je einer an einem zu Temperierkanälen (8) desFormwerkzeugs (3) führenden Vorlauf (11) und einer an einem von denTemperierkanälen (8) wegführenden Rücklauf (12) angeordnet ist.
13. 13. Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurchgekennzeichnet, dass für zumindest zwei Temperierkanäle (8) jeweilszumindest ein separates Parametersignal vorgesehen ist und dass derProzessor (4) dazu ausgebildet ist, für die zumindest zwei Temperierkanäle (8) separate charakteristische Größen zu berechnen und an dieAusgabevorrichtung (6) weiterzugeben, welche zur Ausgabe der separatencharakteristischen Größe an den Bediener und/oder an dieMaschinensteuerung geeignet ist.
14. 14. Temperiervorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass derProzessor (4) mit zumindest zwei Stellgliedern (5) zur Regelung oderSteuerung von Volumenströmen in den zumindest zwei Temperierkanälen (8) verbindbar ist und der Prozessor (4) dazu ausgebildet ist, die Volumenströmein denjenigen Temperierkanälen (8), deren separate charakteristische Größeein späteres Durchwärmen anzeigen, zu erhöhen.
15. 15. Temperiergerät mit einem Vorlauf (11) zur Zufuhr des Temperiermediums zuzumindest einem Temperierkanal (8) eines Formwerkzeugs (3), einemRücklauf (12) zur Abfuhr des Temperiermediums vom zumindest einenTemperierkanal (8), einer Steuer- oder Regeleinheit sowie zumindest einemmit der Steuer- oder Regeleinheit verbundenen Stellglied (5) zur Einstellungeines Volumenstroms und/oder einer Temperatur des durch den zumindesteinen Temperierkanal (8) geförderten Temperiermediums, dadurchgekennzeichnet, dass eine Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche1 bis 14 vorgesehen ist.
16. 16. Formgebungsmaschine mit einer Temperiervorrichtung nach einem derAnsprüche 1 bis 14 odereinem Temperiergerät nach Anspruch 15.
17. 17. Verfahren zur Temperierung eines Formwerkzeugs (3), wobei - ein Temperiermedium durch wenigstens einen Temperierkanal (8) imFormwerkzeug (3) gefördert wird und - zumindest ein Parametersignal bereitgestellt wird,dadurch gekennzeichnet, dass - aus dem zumindest einen Parametersignal zumindest einTemperierparameter, welcher das zumindest eine Parametersignaloder eine daraus abgeleitete Größe ist, bestimmt wird, - aus dem zumindest einen Temperierparameter eine für das Erreicheneines im Wesentlichen thermisch stationären Zustands desFormwerkzeugs (3) charakteristische Größe berechnet wird und - die charakteristische Größe an einen Bediener und/oder eineMaschinensteuerung ausgegeben wird.