CN110997274B - 用于对注射成型模具进行变模温调温的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在使用调温设备的情况下对注射成型模具进行变模温调温的方法，所述方法至少具有以下步骤：在学习阶段中：确定至少包括所述注射成型模具和所述调温设备的要调温的系统的调温特性，以用于获得对于系统特定的参考值，利用所述参考值可以操控所述调温设备的调节件，以用于实现额定温度曲线；并且在生产阶段中：利用在所述学习阶段中确定的参考值对所述注射成型模具调温；确定在生产周期期间所述注射成型模具的实际温度曲线相对于所述额定温度曲线的偏差并且由所述偏差计算经修正的参考值；利用所述经修正的参考值实施随后的生产工艺。

Description

用于对注射成型模具进行变模温调温的方法和设备
技术领域
本发明涉及用于对注射成型模具进行变模温调温的一种方法和一种设备。
背景技术
由DE102007019389B4已知一种模具调温系统，该模具调温系统通过在模具调温设备的内部的混合两种热介质能够在短时间内为注射成型模具提供不同温度的热介质。
由EP2329332B1已知用于对注射成型模具进行变模温调温的一种方法和一种设备，其中，准备具有不同温度的两种温度介质并且交替地通过消耗器、例如模具来泵吸这两种温度介质，其中，较热的调温介质并且还有较冷的调温介质直接在消耗器上或中准备并且在那里直接或在中间连接有止回阀的情况下相遇，使得它们在那里直接或间接地相互接触。为此公开的设备提供对于实施所述方法必需的仪器结构。
由“Heiβmacht
Figure GDA0003221127910000011
–Hochwertige
Figure GDA0003221127910000012
durch variothermeWerkzeugtemperierung,Plastverarbeiter 2008年7月第36至38页已知：通过变模温模具调温能获得注射成型件上的高质量表面。在这种情况下，在注入过程之前将模具壁加热到塑料的玻璃临界温度以上。在填充型腔之后才进行模具冷却，直到成型件已经达到必需的脱模温度为止。为此，热通道和冷通道被交替地热通流和冷通流。
由“Variotherme Temperierung–Methoden und Einsatzmoeglichkeiten”，J.Giessauf，ENGEL Austria GmbH，2008年1月29至30日在德国巴登-巴登的VDI学术会议“Spritzgiessen 2008-Innovation und Produktivitaet”已知：利用模具的主调温回路持续地或脉冲地加热模具。在主回路的通道与型腔的表面之间设置有在冷却阶段期间以冷流体冲洗的其他冷却孔。这种处理方法也可以颠倒地实施。此外，给出用于对模具调温的不同物理基本原理。这例如是在打开的模具中以水、油或蒸汽以及借助于电阻加热装置、借助于感应、借助于热辐射和/或借助于红外线加热装置的调温。
变模温的工艺控制在此期间是在制造复杂的注射成型构件时的现有技术。在此，模具壁温度在注射成型周期期间运动到不同水平上。原则上，在填充模具时实现通过较高的模具壁温度改进的流动性能并且由此实现以下效果：
-微结构化表面的改进的成型；
-熔合纹的可见性的降低；
-改进的光泽；
-在加工被填充的材料时对条痕形成的降低；
-对反应塑料的硬化反应的辅助支持或加速；
-对注入压力和合模力的降低；
-所产生的成型件的改进的尺寸稳定性和公差。
在另一方面，较高的壁温度导致必需的冷却时间的延长并且因此由于产量较小使所述方法的经济性变差。通过使用变模温调温可以避免这个缺点，其方式是，将处于较低温度水平的其他调温回路用于主动冷却型腔和/或其部分区域并且由此加速从成型件的热导出。此外必需的可以是：用于较好的可脱模性将构件冷却到较低的温度水平。为了改进系统的能效和动力，经变模温调温的成型嵌件理想地设计有跟随轮廓的靠近型腔的调温系统，以便尽可能降低变模温程度。由此期望：例如将热通道或冷通道尽可能靠近型腔地设置在壁中，使得由于小模具壁厚能实现大动力。
在此期间，在市场上对于成型嵌件的变模温调温能使用不同技术。属于它的有：模具外部的或内部的电动和/或感应加热系统、具有水冷的系统、油基或水基的双回路和/或三回路流体系统、CO2调温系统、外部激光和具有蒸汽加热装置的系统。
为了进一步改进效率，在水-水系统中并且也在油-油系统中使用中间储存器，以便将闭合的加热和冷却回路中的调温介质液压地分开并且尽可能避免热介质与冷介质的混合。所有方法是共同的：必须为模具周期地输送能量并且接着又必须将能量从模具导出。
要变模温运行的模具的动力基本上由始流温度、每单位时间的流量、介质的压力、调温通道的布置结构和调温器的热功率以及模具的要变模温调温的物质得出。
所提及的水-水变模温系统不提供调节模具壁温度的可能性。仅在确定的前一次所确定的时刻上将热介质或冷介质送到模具回路中。因此，仅控制模具壁温度的变化。然而，每个模具对于变模温运行都适宜地在模具壁上具有温度传感器。在这个地方，对温度的控制从工艺技术的角度看是决定性的。
利用这种已知的系统，环境因素如厂房温度、厂房水的始流温度和模具或调温器的磨损例如钙化、腐蚀和/或改变的泵功率等对变模温设备的加热功率和冷却功率产生影响。在按照现有技术的已知的传统的受控运行中，这仅能通过对模具壁温度变化曲线的监控来识别。然而，设备本身不能补偿这种长时间变化，这导致模具上的温度变化曲线中的波动。这特别是在存在复杂的处理工艺并且要求系统的高精度时是不利的。
此外已知的是：当在模具壁传感器上实现可调节的温度水平时，给出所谓的注入释放。然而在实际中出现温度过冲，所述温度过冲特别是在具有长注入时间的制品中起决定性作用并且对成型件的质量产生负面影响。温度过冲超过必需的水平越大，从构件获取能量就越慢，这导致周期时间的延长。同样地，能耗变得较大，因为又必须从较高温度水平起进行冷却。
在已知的控制中，需要操作者的显著的经验和责任根据成型件的复杂性和质量要求来手动调节对应的触发阈值，以使对应的通讯信号相协调。在这里不利的特别是：由于控制复杂性的增大在设置工艺时也要容忍在时间上的额外耗费。
发明内容
本发明的目的是：给出一种用于对注射成型模具进行变模温调温的方法，即使在边界条件、例如熔化温度和环境温度、如厂房温度或类似温度的波动时，所述方法在构件质量得到明显改进的同时也允许对工艺控制的明显改进。
所述方法应能够独立地使对注射成型模具的调温与在生产进程中变化的参数相适配，以便因此保证成型件的改进的质量稳定性。
此外，本发明的目的还在于：给出一种注射成型模具的变模温调温方法，该变模温调温方法很大程度与操作人员的专业知识和/或操作经验无关。特别是应能够从注射成型模具的或者调温系统的之前确定的温度变化曲线出发，在注射成型周期期间独立地并且全自动地在生产阶段期间尽可能靠近理想温度控制。
按照本发明的用于在使用调温设备的情况下对注射成型模具进行变模温调温的方法至少具有下列步骤：
A)在学习阶段中：
-确定要调温的系统的调温特性，所述要调温的系统至少包括所述注射成型模具和所述调温设备，以用于获得对于系统特定的调节值，利用所述调节值可以操控所述调温设备的调节件，以用于达到额定温度曲线；并且
B)在生产阶段中：
-利用在所述学习阶段中确定的调节值对所述注射成型模具调温；
-确定在生产周期期间所述注射成型模具的实际温度曲线相对于所述额定温度曲线的偏差并且由所述偏差计算用于所述调节件的经修正的调节值或者说调节时间；
-利用所述经修正的调节值实施随后的生产工艺。
由此，首先在学习阶段中根据所使用的调温设备和对于构件特定的注射成型模具来对于系统特定地表征要调温的系统的特征，这特别是在对注射成型模具进行加热或冷却的情况下一起包括调温动力、即注射成型模具的温度反应。在了解到这个对于系统特定的调温特性并且也了解到对于构件特定的调温要求(所述调温要求例如可以由工艺开发人员/工艺设计人员的经验值导出)的情况下，操控注射成型模具的额定温度曲线。这个额定温度曲线反应在对于系统特定的调节值中，所述调节值用于操控调温设备的调节件，以便实现额定温度曲线。
于是，从这些对于系统特定的调节值出发，在其利用注射成型模具制造成型件的生产阶段中实施对注射成型模具的调温。在这种情况下，通常形成注射成型模具的实际温度曲线与该注射成型模具的额定温度曲线的偏差。这些偏差在生产阶段期间从该生产阶段的第一周期起确定。在了解到要调温的系统的在学习阶段中确定的调温特性曲线的情况下，可以由注射成型模具的实际温度曲线与该注射成型模具的额定温度曲线的偏差计算良好近似地修正的调节值。于是，利用这些经修正的调节值实施随后的生产工艺、例如跟随第一生产工艺的第二生产工艺。在这个生产工艺期间也又确定实际温度曲线相对于额定温度曲线的偏差并且重新计算经修正的调节值，以用于操控调温设备的调节件。利用经重新修正的调节值在随后的生产工艺中操控调温设备。这种方式为进一步的生产工艺(周期)保留。由此，在生产阶段期间则重复地进行调节值的持续的进一步的适配过程，直到在生产阶段中实际温度曲线尽可能精确并且尽可能接近地与额定温度曲线重合。由此，在生产阶段中使实际温度曲线持续地重复地接近额定温度曲线。
现在，如果在包括多个依次进行的生产工艺(周期)的生产阶段期间出现边界条件的偏差，所述偏差可能对注射成型机的运行连同注射成型模具产生影响，则这反应在变化的实际温度曲线中。于是，这样的也缓慢变化的实际温度曲线可以利用按照本发明的方法又接近额定温度曲线。因此，例如降低质量的干扰影响例如熔体中的温度波动或环境温度的波动或类似干扰影响经由多个生产周期(生产工艺)来补偿和最小化。这导致：能实现提高的构件质量，而不必需操作者的手动干预。
由此，按照本发明的方法工作的注射成型机也可以在生产阶段期间的较长时间段上独立地、即全自动地确保最佳的变模温调温。
按照本发明的方法的特别实施方式的特征在于：
A1)为了确定所述要调温的系统的调温特性；
计算用于所述调温设备的加热和/或冷却装置的操控时间，以用于达到所述注射成型模具的用于要制造的成型件的在时间上的额定温度曲线；
A2)在至少一个评估周期中评估所述额定温度曲线并且根据需要对所述操控时间实施修正；并且
A3)至少将步骤A2)中的经修正的操控时间储存为用于所述要调温的系统、特别是所述要调温的系统的调节件的调节值；并且
B1)在第一生产阶段期间利用步骤A3)中的所述调节值对所述温度曲线进行调平；
B2)确定所述实际温度并且将其与所述注射成型模具的额定温度曲线的对应的额定温度进行比较；
B3)由在步骤B2)中确定的偏差计算经修正的调节值、即用于所述随后的生产周期的调节件的操控时间；并且
B4)利用步骤B3)中的所述经修正的调节值实施随后的生产周期；并且
B5)在进一步的生产周期期间重复步骤B2)至步骤B5)。
通过多级地确定操控时间、特别是与此相对应的调节值，在学习阶段中已经实现实际温度曲线与期望的额定温度曲线的相当精确的调配，其中，在生产阶段中此外优选在每个注射成型周期中实施已经在上面描述的运行的优化程序，该优化程序于是能够借助于精确适配的模具调温来补偿变化的和/或波动的环境条件(边界条件)，所述环境条件在可能情况下可能对构件质量产生负面影响。
作位调温设备的加热和/或冷却装置可以有利地使用选自以下组的至少一个或组合：
-水热和/或水冷装置；
-油热和/或油冷装置；
-电加热和/或电冷却装置；
-电热芯和/或电冷芯；
-基于感应或借助于激光的加热装置以及陶瓷加热装置；
-制冷剂冷却装置和/或CO2冷却装置和/或借助于气体、例如空气的冷却装置；
-基于载热油和/或热蒸汽的加热装置和/或冷却装置。
按照本发明的方法能有利地与加热装置和/或冷却装置无关地使用。由此，按照本发明的方法在不同注射成型模具类型或注射成型模具概念中的可使用性方面的大变化性也是可能的。
就此而言给出：作为调节值确定用于加热和/或冷却装置的操控时间并且将其在进一步的进程中使用，因此不言而喻可以与所使用的加热和/或冷却装置有关地也将其他参数用作操控时间。因此，例如毫无问题地可能的是：在使用电加热装置和/或电冷却装置时取代操控时间例如使用电流强度或影响所使用的加热装置和/或冷却装置的加热功率/冷却功率的其他参数。因此例如也可行的是：在使用利用加热介质和/或冷却介质的加热装置和/或冷却装置时取代通常对加热介质和/或冷却介质的流经持续时间产生影响的操控时间也设置对介质的流量产生影响的措施。由此，在可能情况下可以得出形式为用于对应的泵或影响介质体积流的其他整套设备的操控信号的调节值。
此外证实为有利的是：在所述注射成型模具不以成形物质填充的情况下实施按照本发明的方法的步骤A)或者说所述学习阶段期间的步骤序列A1)至A3)。因此实现：仅能确定要调温的系统的调温特性，而这个确定不会妨碍对熔体的影响。
此外有利的是：这种对调温特性的确定可以在例如标准化的试验结构中实施。在这种情况下，不需要将要调温的系统装配到注射成型机上。由此，例如可以在实验室条件下在没有可能不利的和波动的外部情况的情况下确定要调温的系统的调温特性。
此外适宜的是：将在这样标准化的试验结构中确定的用于在学习工艺中处理的要调温的系统的调节值作为对于调温系统特定的调节值配设给要调温的系统并且必要时将其储存。于是，利用这样的对于调温系统特定的调节值可以毫无问题地在注射成型机初次投入运行时良好近似地运行所述要调温的系统、即至少注射成型模具和调温设备并且立即开始生产工艺。于是，在生产工艺期间(如前述那样)进一步重复地接近注射成型模具中的预给定的理想温度变化曲线。
在按照本发明的方法的另一种实施方式中，为了确定至少由加热装置、冷却装置、调节件和注射成型模具构成的要调温的系统的调温特性，确定和储存所述注射成型模具的型腔的最小可达到的壁温度(Tmin)。
此外，为了确定至少由加热器、冷却器、为此的至少一个调节件和注射成型模具构成的要调温的系统的调温特性，确定和储存所述注射成型模具的型腔的最大可达到的壁温度(Tmax)。
这两种措施示出第一步骤，以便限定要调温的系统在最大和最小可达到的温度方面的调温特性。由此，在这个在Tmin与Tmax之间的温度窗口的内部可以对要调温的系统、特别是注射成型模具进行变模温调温。
为了确定调温动力，此外有利地在加热过程期间确定加热曲线在Tmin与Tmax之间的处于其拐点处的最大斜度并且确定用于运行模式“脉冲加热”的单位为开尔文每秒(K/sheat)的最大斜度。
这例如可以通过以下方式实现，即，在加热曲线的拐点处将切线设置到所述加热曲线上并且构成该切线与横坐标的交点，其中，将在加热开始与该切线与横坐标的交点之间的时间间隔定义为延迟时间tuheat。通过这种措施并且特别是根据所形成的延迟时间tuheat可以确定要调温的系统的调温动力，该调温动力另外表示总调温特性的基本点。
类似于加热过程，从最大可达到的温度Tmax出发在关断加热时开始冷却，其中，在冷却曲线的拐点处确定单位为开尔文每秒的最大负斜度(K/Scool)并且在所述冷却曲线的拐点处设置切线。确定该切线与横坐标的交点，并且将延迟时间tucool定义为在冷却开始与该切线与横坐标的交点之间的时间间隔。
通过这种措施可以良好地确定用于要调温的系统的运行模式“脉冲冷却”的调温动力(冷却动力)。这允许关于要调温的系统的冷却特性的陈述。
此外有利的是：计算最小温度Tmin与最大温度Tmax之间的平均温度TBasis。这可以用作用于进一步计算的出发点。
例如可以由公式
tbasisheat＝((TBasis-Tmin)/K/sheat)+tuheat
计算用于从最小温度(Tmin)脉冲加热到平均温度(TBasis)的操控时间(tbasisheat)。
由此，利用这种算法算出用于运行加热装置的确定的时间段，以便从最小温度(Tmin)达到平均温度(TBasis)，其中，已经算入延迟时间(tuheat)并且由此所确定的操控时间已经考虑要调温的系统的调温动力方面。
此外有利的是：在关断加热之后、即在经过时间(tbasisheat)之后测量直到在模具壁传感器上不再出现其他显著温度变化为止的时间段，其中，测量和储存温度(Tbasisheat)和减幅时间(Nachschwingzeit)(停止时间)(tBasisheatdead)。
因此可以良好地确定在已经关断加热之后的再加热的效果并且进行预测：即使加热已经关断，模具还变热多长时间。
利用这样的得出的温度TBasisheat可以由公式
TBasisheaterror＝TBasisheat-TBasis
计算过冲温度TBasisheaterror。
上述的用于加热的情况的方法可以类似地反向地实施用于冷却的情况，其中，在关断冷却期间操控加热，直到在模具壁传感器上达到最大温度(Tmax)，然后在关断加热时激活冷却并且由公式
tbasiscool＝((Tmax-TBasis)/K/scool)+tucool
计算用于从最大温度(Tmax)脉冲冷却到平均温度(TBasis)的操控时间(tbasiscool)。由此可以开起Tmin与Tmax之间的每个任意温度。
因此实现：以类似的方式确定用于冷却装置的操控时间，利用该操控时间可能的是：将注射成型模具从最大温度Tmax冷却到平均温度TBasis。也以类似于加热周期中的过冲的方式和方法来确定位于后面的下冲(再冷却)，其中，从前面的学习步骤中的最大温度(Tmax)出发操控冷却并且在时间(tbasiscool)之后关断该冷却。在此之后测量直到在型腔中的模具壁传感器上不再可测量到显著温度变化为止的时间，其中，测量和储存温度(Tbasiscool)和减幅时间(停止时间)(tbasiscooldead)并且按照公式
TBasiscoolerror＝Tbasis-TBasiscool
计算(TBasis)与(TBasiscool)的偏差。
此外有利的是：在用于至少一个脉冲加热步骤或至少一个脉冲冷却步骤的工艺流程中，从型腔壁的当前温度(TactMld)出发测量和储存加热装置和/或冷却装置的操控时间，其中，由当前步骤确定额定温度(Tsoll)，并且当该额定温度(Tsoll)大于所述温度(TactMld)时，在第一优化进程中按照公式
tProzess1＝((Tsoll1-TactMld)/K/sheat)+tuheat+TBasisheaterror/K/sheat
计算时间(tProzess1)。
现在，通过这种措施测得型腔壁的当前温度、即实际温度(TactMld)并且因此当额定温度(Tsoll)大于实际温度(TactMld)时修正地作用到其上。
对于其他处于周围的情况，亦即额定温度Tsoll小于当前温度TactMld的情况，由公式
tProzess1＝((Tsoll1-TactMld)/K/scool)+tucool+TBasiscoolerror/K/scool
计算时间tProzess1。
为了更精确地确定时间tProzess1的时间计算而建议：类似地实施其他工艺并且获得大量重复改进的时间tProzess1。特别是为了确定用于脉冲加热工艺或脉冲冷却工艺的时间tProzess1，多次实施已经证实为有利的。
按照本发明的方法的其他实施方式的特征在于：在其他流程期间，以相对于额定时间(参考)的起始温度偏差(TstartOffset)和/或最终温度偏差(TendOffset)修正加热装置和/或冷却装置的操控时间，其中，使用公式：
TstartOffsetx＝TactMldx-T(actMldx)n-1
TendOffset＝tProzessx-T(Prozessx)n-1
并且其中，(n-1)是前面流程中的对应温度。
利用这种措施可以确定改变的起始温度，无论该起始温度高于还是低于对应的额定起始参考温度。这样的在工艺开始或工艺结束时的输出温度对加热装置和/或冷却装置的用于下一个随后的生产工艺的操控时间具有直接影响。
操控时间的这样的由此造成的变化特别是可以在所述方法的一个优选实施方式中确定，该方法的特征在于，根据脉冲加热(K/sheat)或脉冲冷却(K/scool)的动力计算与起始温度偏差(TstartOffset)和/或与最终温度偏差(TendOffset)相对应的时间(tstartOffset)和(tendOffset)，其中，适用：
对于脉冲加热：tstartOffset＝TstartOffset/K/sheat
tendOffset＝TendOffset/K/sheat
对于脉冲冷却：tstartOffset＝TstartOffset/K/scool
tendOffset＝TendOffset/K/scool。
由此考虑用于计算加热时间和/或冷却时间的起始或最终温度、即用于加热装置的操控时间(调节值)和/或用于冷却装置的操控时间(调节值)。
为了获得操控时间(tProzessx(x))，以适宜的方式确定瞬时工艺的时间(tstartoffset)的前一个工艺操控的时间(tProzess(x-1))和前一个工艺的时间(tendoffsetx-1)的和。
利用如此确定的可以用于脉冲加热(加热工艺)或脉冲冷却(冷却工艺)的操控时间(tProzessx(x))，考虑本系统的多个特性以及在可能情况下在生产工艺期间的偏差。
本发明的另一目的在于：给出一种用于实施用于对注射成型模具进行变模温调温的方法的设备。
这个目的利用一种具有权利要求23所述特征的设备得以实现。有利实施方式在权利要求21的从属权利要求中给出。
上述目的通过一种用于实施所述方法的设备得以实现，所述设备包括至少一个具有加热装置的调温器、至少一个具有冷却装置的调温器以及注射成型模具、调节件和调整单元，所述调整单元可以有规律地作用到所述调节件上，其中，所述调整单元根据所述注射成型模具的型腔的型腔壁温度提供信号，以用于调整所述调节件。
利用这种基本结构可以以有利且简单的方式和方法实施按照本发明的方法。对于按照本发明的方法特别是不需要不寻常的构件，从而按照本发明的方法可以无大的仪器附加耗费地加装备在注射成型机上或者通过加装备少量部件来实现。
作为所述加热装置特别是可以使用选自以下组的一个或多个装置：
-水热装置；
-油热装置；
-电热装置；
-电热芯；
-基于感应或借助于激光的加热装置以及陶瓷加热装置；
-基于载热油和/或热蒸汽的加热装置。
作为所述冷却装置特别是可以使用选自以下组的至少一个装置：
-水冷装置；
-油冷装置；
-电冷却装置；
-电冷芯；
-借助于冷却剂和/或CO2和/或借助于气体例如空气的冷却装置；
-基于载热油和/或二氧化碳的冷却装置。
由此也可以也相互组合地使用多个加热和/或冷却装置类型，以便实施按照本发明的方法。
特别有利的是：所述设备附加地具有缓冲器，所述缓冲器设置和构造用于提供冷调温介质和/或热调温介质，并且在需要时将附加的热温度介质或冷温度介质供应到所述要调温的系统的调温回路中。这样的缓冲器特别是可以当在确定部位处或在工艺的确定时刻上需要特别高的加热和/或冷却功率时有意义。对于这种情况可以通过提供缓冲器来将冷却装置的有效功率保持得小，因为例如对于短的加热和/或冷却阶段，仅在缓冲器中储存热调温介质或冷调温介质就足够了。由此，这有助于节省能量并且降低系统的成本，因为在可能情况下可以使用较小的调温设备。
有利地，按照本发明的设备具有调整装置，所述调整装置是或者包括数据处理装置，所述数据处理装置可以实施按照本发明的方法的方法步骤。
附图说明
下面借助附图示例性地详细阐述本发明。附图中：
图1示意性示出注射成型模具在学习阶段期间从最小温度直到最大温度为止的加热曲线；
图2示意性示出注射成型模具在学习阶段期间从最大温度直到最小温度为止的冷却曲线；
图3示例性示出模具壁或者说注射成型模具在生产阶段期间的温度变化曲线；
图4示意性示出用于实施用于对注射成型模具进行变模温调温的方法的设备。
具体实施方式
用于实施按照本发明的方法的设备1在图4中示意性示出并且包括具有加热装置的调温器2、至少一个具有冷却装置的调温器3以及注射成型模具4、调节件5和调整单元6。调整单元6可以有规律地作用到调节件5上，其中，调整单元6根据例如由温度传感器7确定的型腔壁温度处理信号，该温度传感器位于注射成型模具4的型腔8中。
具有加热装置的调温器2提供与具有冷却装置3的调温器相比相对热的调温介质9，该具有冷却装置的调温器提供相对冷的调温介质10。
调温器2、3经由适当的管道(通过箭头11示意性示出)与调节件5连接。调节件5经由适当的配管或软管(箭头12)与注射成型模具4连接。注射成型模具4具有至少一个调温回路13，通过该调温回路能交替地引导热调温介质9或冷调温介质10。备选地也可能的是：注射成型模具4具有两个调温回路13，这两个调温回路在液压方面彼此分开。两个调温回路13中的一个调温回路用于引导冷调温介质10、另一个调温回路用于引导热调温介质9穿过注射成型模具4或注射成型模具半部。
优选地，设备1具有缓冲器14，该缓冲器保存一定的热调温介质9储备和冷调温介质10储备。缓冲器14例如配备有可移动的柱塞元件15，该柱塞元件分成用于热调温介质9的子腔和用于冷调温介质10的子腔。包含热调温介质9的子腔以及包含冷调温介质10的子腔分别经由适当的管道16与调节件5的对应的输入端连接。通过柱塞15沿双箭头方向17的运动可以短暂地将附加量的冷调温介质10(柱塞15在图4中向下运动)或热调温介质9(柱塞15在图4中向上运动)经由调节件5供应到调温回路13中。
调节件15例如是由不同阀构成的布置结构，所述阀仅示意性示出。阀18例如是能电动操控的阀，这些阀与调整单元6连接并且能由该调整单元操控。根据对阀18的操控可以将冷调温介质10或热调温介质9供应到调温回路13中，其中，例如为了达到高的冷却或加热梯度，在需要时可以通过缓冲器14供应附加的冷调温介质10或热调温介质9。设置缓冲器14能实现：为调温器2、3使用较小的加热/冷机组和/或泵机组，并且尽管如此仍借助于缓冲器14截住在学习和/或生产周期中出现的最大负荷。这有助于节省能量并且降低设备成本。
温度传感器7经由适当的信号线19与调整单元6连接。不言而喻可能的是：多个温度传感器7分布地设置在型腔8的型腔壁上并且将代表局部型腔壁温度的分开信号发送或者说提供给调整单元6。
在按照图4的当前实施例中，为了简化所示出的原理而仅示出温度传感器7。不言而喻也可能的是：例如在型腔壁的不同部位上使用多个温度传感器7。
此外，在按照图4的实施方式中提出液压调温，其中，使用液态的冷调温介质10和液态的热调温介质9。
不言而喻也可考虑其他类型的加热/冷却。例如也可以使用电的加热和/或冷却元件或者作为调温介质可以使用气体。
现在，如果例如在具有冷调温介质的调温器3关断或断开时通过冷却回路13泵吸热调温介质9，则型腔8的型腔壁变热。
相反地，当取代热调温介质9通过调温回路13发送冷调温介质10时，型腔壁变冷。
利用这种设备可以有利地实施下面描述的按照本发明的方法。
按照本发明的用于对注射成型模具4进行变模温调温的方法在两个阶段(学习阶段A和生产阶段B)中实施。在学习阶段A中确定要调温的系统的调温特性，该要调温的系统至少具有注射成型模具4、调温设备2、3以及对应的(管)道连接和调节件5以及调整单元6。不言而喻，在注射成型模具4的型腔8中应设置有温度传感器7。
这个应被调温的(注射成型模具4)或者说应用于调温的(调温器2、3、调节件5以及与注射成型模具4连接的对应连接结构)整个系统具有确定的调温特性，该调温特性例如由注射成型模具4中的型腔8的型腔形状影响。其他影响因素可以是调温器2、3的有效功率和冷调温介质10和/或热调温介质9的可能的最大流量。
这种由上述组成部分构成的系统具有确定的调温特性，亦即对调温器2或3的确定行动进行注射成型模具4中的型腔8的型腔壁的确定的温度反应。这在学习阶段中A中适于确定。
图1示出其第一子步骤。
在确定系统的调温特性的范畴中，从当前模具温度(型腔壁温度TactMld)出发，在关断具有冷却装置的调温器3时接通具有加热装置的调温器2。加热调温的接通在按照图1的所示出的实例中在时间t1进行。曲线VH(阀-加热)在图1中示出并且给出设备1加热注射成型模具的时间段。作为对加热的反应，曲线TW给出对型腔8的型腔壁的温度反应，其由温度传感器7测量。在接通(时间t1)之后，首先在模具壁上进行越来越陡峭地升高的温度升高，其在进一步的走向中缓慢地接近最大可达到的温度Tmax，该最大可达到的温度能利用现有系统(注射成型模具4、调温器2、3)达到。
曲线TW在其走向中具有拐点W。为了确定用于系统的调温特性的表征特征的参数，已经证实：在拐点W中将切线T放到曲线TW上。在拐点W中存在加热曲线(曲线TW)的最大斜度。该切线构成与横坐标的交点S。在加热开始(时刻t1)与该交点S之间的时段定义为延迟时间tuheat。切线T的最大斜度通过由温度和加热时间构成的单位为“开尔文每加热时间(K/sheat)”给出的商定义。
利用这种处理方式，从注射成型模具4的当前温度TactMld出发能确定其直到温度Tmax为止的加温特性并且由此能确定值K/sheat和tuheat。
类似地，对注射成型模具4的冷却特性的确定从最大可达到的温度Tmax出发进行(参见图2)。以与加热类似的方式和方法，在确定冷却特性的范畴中确定冷却曲线(曲线TK)，该冷却曲线能够从最大注射成型模具温度Tmax下降到最小可达到的温度Tmin。为此，在关断调温器2(热调温器)时接通具有冷调温介质10的调温器3。所接通的冷却以曲线VK示出。在确定冷却特性的范畴中，将切线T设置到拐点W处，该切线的斜度反映最大冷却梯度。这个冷却梯度可以以单位开尔文每冷却时间给出(K/scool)。
这个切线同样与横坐标相交于交点S，从而得出冷却延迟时间tucool，该冷却延迟时间从时刻t1(接通冷却机组)直到切线T与横坐标的交点S为止得出。
系统的预热或冷却行为的特性优选在空注射成型模具中、亦即还完全没有熔体的情况下进行。因此不必需的是：学习阶段利用装配在注射成型机上的注射成型模具实施。另一个优点在于：使用塑料熔体不影响模具调温特性或者说系统调温特性。
系统的所确定的调温特性优选以对于模具特定的、特别是对于系统特定的用于调节件的调节值的形式储存或者另外配设给模具/系统。
学习阶段A的其他步骤是：
由这个调温特性例如可以通过在最大可达到的温度Tmax与最小可达到的温度Tmin之间构成差来计算平均温度TBasis。利用平均温度TBasis可以确定用于对应的加热阀的操控时间，该操控时间在从最小温度Tmin加热(脉冲加热)到平均温度TBasis时是必需的。这在使用所确定的加热梯度K/sheat和对应确定的延迟时间tuheat的情况下按照公式：
tbasisheat＝((TBasis-Tmin)/K/sheat)+tuheat
进行。
已经证实：在关断加热之后在注射成型模具4的温度在最大可达到的温度Tmax以下时发生温度的超过期望的目标值的过冲。为了平衡这个过冲，测量直到在关断加热之后不再出现显著温度变化的时间段。同样测量和储存在此出现的温度过剩(Tbasisheat)和所测量的减幅时间(tbasisheatdead)。由此，平均温度TBasis与温度Tbasisheat之间的偏差按照公式：
TBasisheaterror＝TBasisheat-TBasis。
计算。
类似地确定在冷却情况下的下冲，由此测量和储存在冷却情况下的减幅时间(tbasiscool)与在下冲情况下出现的最小温度Tbasiscool。由此，平均温度TBasis与最小出现的下冲温度Tbasiscool之间的偏差按照公式：
TBasiscoolerror＝Tbasis-TBasiscool。
计算。
利用温度TBasiscoolerror或者说利用温度TBasiscoolheaterror可以在考虑加热/冷却时的过冲/下冲现象的情况下较精确地确定用于加热情况和冷却情况的工艺时间tProzess1，以便从当前注射成型模具温度(型腔壁温度TactMld)出发尽可能精确地达到额定温度Tsoll1。
为了较好地限制和较精确地确定误差温度TBasisheaterror和TBasiscoolerror，多次实施上述对用于冷却情况以及用于加热情况的时间tProzess1的确定。在这种情况下多次重复已经证实为有利的。
加热装置和/或冷却装置的操控时间从一个工艺到下一个工艺通过对应的起始偏移温度TstartOffset或者说最终温度偏差TendOffset来修正，以便在一个工艺的起始/最终时同时考虑前一个工艺的起始/最终温度。利用这些偏移温度TstartOffset和TendOffset能够确定用于加热以及用于冷却的相对应的偏移时间tstartOffset和tendOffset。这按照公式：
对于脉冲加热：tstartOffset＝TstartOffset/K/sheat
tendOffset＝TendOffset/K/sheat
对于脉冲冷却：tstartOffset＝TstartOffset/K/scool
tendOffset＝TendOffset/K/scool
进行。
由此能够由前一个工艺的工艺时间tProzess(x-1)和当前工艺的起始偏移时间tstartOffset(x)和前一个工艺的最终偏移时间tendOffset(x-1)计算用于当前工艺的工艺时间tProzess(x)，该工艺时间应用于当前的加热/冷却情况。因此，用于当前工艺的知识由环境条件和前一个工艺的流程得到。
因此，利用按照本发明的方法和适用于实施所述方法的设备1实现：对额定温度曲线的有针对性的调平能特别是在达到明确的额定温度Tsoll1、Tsoll2、Tsoll3的情况下非常精确地且可适配于变化的环境条件地实现(参见图3)。
关于时间t给出模具温度的曲线TW在图3中示出。同样给出目标温度Tsoll1和Tsoll2以及Tsoll3。在按照图3的所示出的图表的下半部中示出用于运行具有加热装置的调温器2和具有冷却装置的调温器3的接通时间。从左向右观察，在大约10秒的时间t中接通具有加热装置的调温器2，使得曲线TW从这个时间起(在考虑时间tuheat的情况下)直到额定温度T1为止上升，该额定温度在所述实施例中约处于109°。在温度水平Tsoll1上，注射成型模具4的温度在一段时间内保持大致恒定。在大约20秒的时间t中，通过接通具有冷却装置的调温器3开始冷却，使得模具从Tsoll1冷却到处于其以下的温度Tsoll2。从Tsoll2(在达到该温度之前已经关断具有冷却装置的调温器3)出发，通过接通具有加热装置的调温器2重新加热模具，使得达到在所述实施例中处于额定温度Tsoll1与Tsoll2之间的另一个额定温度(Tsoll3)。
由此，为了达到温度Tsoll1进行所述脉冲加热。从温度Tsoll1出发，为了达到温度Tsoll2进行所述脉冲冷却，反之，从温度Tsoll2出发借助于脉冲加热来达到温度Tsoll3。
已经证实为适宜的是：仅通过接通具有加热装置的调温器2或具有冷却装置的调温器3来实现调温。优选不进行调温介质的混合。具有分开的冷调温介质10和热调温介质9的系统总体上看比通过混合冷调温介质和热调温介质试图达到确定的温度的系统有动力得多。由此可以通过分开的调温回路实现更有动力的脉冲加热和脉冲冷却过程。
附图标记列表
1 设备
2、3 调温器
4 注射成型模具
5 调节件
6 调整单元
7 温度传感器
8 型腔
9 热调温介质
10 冷调温介质
11、12 箭头
13 调温回路
14 缓冲器
15 可移动的柱塞元件
16 管道
17 双箭头方向
18 阀
19 信号线
A 学习阶段
B 生产阶段
S 交点
VH 曲线
TK 曲线
TW 曲线
Tmax 最大可达到的温度
t1 接通时刻
Tmin 最小可达到的温度
T 切线
W 拐点

Claims (29)

1.用于在使用调温设备的情况下对注射成型模具进行变模温调温的方法，所述方法至少具有以下步骤：
A)在学习阶段中：
-确定至少包括所述注射成型模具和所述调温设备的要调温的系统的调温特性，以用于获得对于系统特定的调节值，利用所述调节值能够操控所述调温设备的调节件，以用于达到额定温度曲线；并且
B)在生产阶段中：
-利用在所述学习阶段中确定的调节值对所述注射成型模具调温；
-确定在生产周期期间所述注射成型模具的实际温度曲线相对于所述额定温度曲线的偏差并且由所述偏差计算用于所述调节件的经修正的调节值；
-利用所述经修正的调节值实施随后的生产工艺。
2.按照权利要求1所述的方法，其中，
A)在所述学习阶段中：
A1)为了确定所述要调温的系统的调温特性；
计算用于所述调温设备的加热和/或冷却装置的操控时间，以用于达到所述注射成型模具的用于要制造的成型件的在时间上的额定温度曲线；
A2)在至少一个评估周期中评估所述额定温度曲线并且根据需要对所述操控时间实施修正；并且
A3)至少将步骤A2)中的经修正的操控时间储存为用于所述要调温的系统的调节值；并且
B)在生产阶段中
B1)在第一生产阶段期间利用步骤A3)中的所述调节值对所述温度曲线进行调平；
B2)确定所述实际温度并且将其与所述注射成型模具的额定温度曲线的对应的额定温度进行比较；
B3)由在步骤B2)中确定的偏差计算经修正的调节值、即用于随后的生产周期的调节件的操控时间；并且
B4)利用步骤B3)中的所述经修正的调节值实施所述随后的生产周期；并且
B5)在进一步的生产周期期间重复步骤B2)至步骤B5)。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，至少将步骤A3)中的所述经修正的操控时间储存为用于所述要调温的系统的调节件的调节值。
4.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将选自以下组的至少一个或组合用作所述调温设备的加热和/或冷却装置：
-水热和/或水冷装置；
-油热和/或油冷装置；
-电加热和/或电冷却装置；
-电热芯和/或电冷芯；
-基于感应或借助于激光的加热装置以及陶瓷加热装置；
-制冷剂冷却装置和/或CO2冷却装置和/或借助于气体的冷却装置；
-基于载热油和/或热蒸汽的加热装置和/或冷却装置。
5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，所述气体是空气。
6.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述注射成型模具不以成形物质填充的情况下实施步骤A。
7.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为了确定至少由加热装置、冷却装置、调节件和注射成型模具构成的要调温的系统的调温特性，确定和储存所述注射成型模具的型腔的最小可达到的壁温度(Tmin)。
8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，为了确定至少由加热器、冷却器、调节件和注射成型模具构成的要调温的系统的调温特性，确定和储存该注射成型模具的型腔的最大可达到的壁温度(Tmax)。
9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，在按照权利要求7的加热过程期间确定加热曲线在其拐点(W)处的单位为开尔文每秒(K/Sheat)的最大斜度。
10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，在加热曲线的拐点处将切线(T)设置到所述加热曲线上并且构成该切线(T)与横坐标的交点，其中，将在加热开始与该切线(T)与横坐标的交点之间的时间间隔定义为延迟时间(tuheat)。
11.按照权利要求10所述的方法，其特征在于，从温度(Tmax)出发在关断加热时开始冷却，其中，在冷却曲线(TK)的拐点(W)处确定单位为开尔文每秒的最大负斜度(K/scool)并且在所述冷却曲线(TK)的拐点(W)处设置切线(T)，其中，确定该切线(T)与横坐标的交点，并且将延迟时间(tucool)定义为在冷却开始与该切线(T)与横坐标的交点之间的时间间隔。
12.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，计算最小温度(Tmin)与最大温度(Tmax)之间的平均温度(TBasis)。
13.按照权利要求12所述的方法，其特征在于，由公式
tbasisheat＝((TBasis-Tmin)/K/sheat)+tuheat
计算用于从最小温度(Tmin)脉冲加热到平均温度(TBasis)的操控时间(tbasisheat)。
14.按照权利要求13所述的方法，其特征在于，在关断加热之后、即在经过时间(tbasisheat)之后测量直到在温度传感器(7)上不再出现其他显著温度变化为止的时间段，其中，测量和储存温度(Tbasisheat)和减幅时间(停止时间)(tBasisheatdead)。
15.按照权利要求14所述的方法，其特征在于，按照公式
TBasisheaterror＝TBasisheat-TBasis
计算平均温度(TBasis)与温度(TBasisheat)之间的偏差。
16.按照权利要求15所述的方法，其特征在于，在关断加热期间操控冷却，直到在温度传感器(7)上达到最大温度(Tmax)，并且由公式
tbasiscool＝((Tmax-TBasis)/K/scool)+tucool
计算用于从最大温度(Tmax)脉冲冷却到平均温度(TBasis)的操控时间(tbasiscool)。
17.按照权利要求16所述的方法，其特征在于，从前面的学习步骤中的最大温度(Tmax)出发操控冷却并且在时间(tbasiscool)之后关断该冷却，其中，在此之后测量直到在型腔(8)中的温度传感器(7)上不再可测量到显著温度变化为止的时间，其中，测量和储存温度(Tbasiscool)和减幅时间(停止时间)(tBasiscoldead)，并且由公式
TBasiscoolerror＝TBasis-TBasiscool
计算(TBasis)与(TBasiscool)的偏差。
18.按照权利要求17所述的方法，其特征在于，在用于至少一个脉冲加热步骤或至少一个脉冲冷却步骤的工艺流程中，从型腔壁的当前温度(TactMld)出发测量和储存加热装置和/或冷却装置的操控时间，其中，由当前步骤确定额定温度(TSoll)，并且当该额定温度(TSoll)大于所述温度(TactMld)时，在第一优化进程中按照公式
tProzess1＝((Tsoll1-TactMld)/K/sheat)+tuheat+TBasisheaterror/K/sheat
计算时间(tProzess1)。
19.按照权利要求18所述的方法，其特征在于，对于额定温度(TSoll)小于当前温度(TactMld)的情况，由公式
tProzess1＝((Tsoll1-TactMld)/K/scool)+tucool+TBasiscoolerror/K/scool
计算时间(tProzess1)。
20.按照权利要求19所述的方法，其特征在于，类似地实施对用于其他工艺步骤的时间(tProzess1)的计算。
21.按照权利要求20所述的方法，其特征在于，重复地实施对用于脉冲加热工艺或用于脉冲冷却工艺的时间(tProzess1)的确定。
22.按照权利要求21所述的方法，其特征在于，在其他流程期间，以起始温度偏差(TstartOffset)和/或最终温度偏差(TendOffset)修正加热装置和/或冷却装置的操控时间，其中，使用以下列出的公式：
TstartOffsetx＝TactMldx-T(actMldx)n-1
TendOffset＝TProzessx-T(Prozessx)n-1
其中，(n-1)是前面流程中的对应温度。
23.按照权利要求22所述的方法，其特征在于，根据脉冲加热(K/sheat)或脉冲冷却(K/scool)计算与起始温度偏差(TstartOffset)和/或与最终温度偏差(TendOffset)相对应的时间(tstartOffset)和(tendOffset)，其中，适用：
对于脉冲加热：tstartOffset＝TstartOffset/K/sheat
tendOffset＝TendOffset/K/sheat
对于脉冲冷却：tstartOffset＝TstartOffset/K/scool
tendOffset＝TendOffset/K/scool。
24.按照权利要求23所述的方法，其特征在于，用于一个加热工艺和/或一个冷却工艺的操控时间(tprozess(x))由前一个工艺中的操控时间(tprozess(x-1))加当前工艺中的时间(tstartOffset)加前一个工艺中的时间(tendOffset)确定，这能够按照公式示出为：
tProzessx(x)＝tprozess(x-1)+tstartOffsetx+tendoffset(x-1)。
25.用于实施按照权利要求1至24中任一项所述的方法的设备，所述设备包括至少一个具有加热装置的调温器(2、3)、至少一个具有冷却装置的调温器(2，3)以及注射成型模具(4)、调节件(5)和调整单元(6)，所述调整单元能够有规律地作用到所述调节件(5)上，其中，所述调整单元(6)根据注射成型模具(4)的型腔(8)的型腔壁温度提供信号，以用于调整所述调节件(5)。
26.按照权利要求25所述的设备，其特征在于，所述加热装置是选自以下组的至少一个装置：
-水热装置；
-油热装置；
-电加热装置；
-电热芯；
-基于感应或借助于激光的加热装置以及陶瓷加热装置；
-基于载热油和/或热蒸汽的加热装置，
和/或冷却装置是选自以下组的至少一个设备：
-水冷装置；
-油冷装置；
-电冷却装置；
-电冷芯；
-借助于冷却剂和/或CO2和/或借助于气体的冷却装置；
-基于载热油和/或二氧化碳的冷却装置。
27.按照权利要求26所述的设备，其特征在于，所述气体是空气。
28.按照权利要求25或26所述的设备，其特征在于，所述设备附加地具有缓冲器(14)，所述缓冲器设置和构造用于提供冷调温介质(10)和热调温介质(9)并且在需要时将附加的冷调温介质(10)和/或附加的热调温介质(9)供应到调温回路中。
29.按照权利要求25或26所述的设备，其特征在于，所述调整装置(6)是或者包括数据处理装置，所述数据处理装置能够实施计算步骤和/或储存步骤。
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