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Die Erfindung betrifft ein Formwerkzeugtemperiersystem zur Abgabe von Wärme an ein temperierbares Formwerkzeug über mindestens ein Wärmemedium gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Formen von Werkstücken gemäß Anspruch 12. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Temperieren einer Vorrichtung zum Formen von Werkstücken gemäß Anspruch 18 und ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung gemäß Anspruch 21.
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Allgemein bekannt sind Temperiersysteme, wobei mittels eines Wärmemediums, welches in einem Speicher bevorratet, über einen Wärmetauscher bzw. einen Erhitzer auf eine Temperatur gebracht und über ein Leitungssystem unter Bildung eines Kreislaufs an weitere Einrichtungen abgegeben wird, anschließbare Einrichtungentemperiert werden.
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Weiter bekannt sind Temperiersysteme, die über zwei separate Kreisläufe mit je einem Speicher, einem Wärmetauscher, einem Erhitzer und einem Leitungssystem mittels mindestens einem Wärmemedium Wärme an anschließbare Einrichtungen abgeben und diese so temperieren. Durch die zwei Kreisläufe können zwei unterschiedliche Temperaturen an die anschließbare Einrichtung abgegeben werden. Beispielhaft wird auf die Druckschriften
WO 1997/016 274 A1 und
DE 102 55 900 A1 verwiesen.
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Aus der
WO 1997/016 274 A1 ist eine Temperiereinrichtung für eine dynamische oder variotherme Temperierung von Spritzgießwerkzeugen bekannt, die mit zwei getrennten Temperierkreisläufen arbeitet, nämlich einem ersten Temperierkreislauf mit einer Flüssigkeit einer ersten Temperatur (zum Beispiel relativ heißes Wasser oder Öl) und einem zweiten Temperierkreislauf mit einer Flüssigkeit einer zweiten Temperatur (zum Beispiel relativ kaltes Wasser oder Öl). Zu vorgegeben Zeitpunkten wird mittels einer Steuerungseinrichtung zwischen den beiden Temperierkreisläufen hin- und her geschaltet werden. Diese Zeitpunkte können durch bestimmte während des Spritzgießzyklus auftretende Ereignisse oder Zustände definiert sein, wie beispielsweise durch das Ereignis ”Form geöffnet” oder den Zustand ”Maximaldruck in Kavität erreicht” Auf diese Weise kann mit einer solchen Temperiereinrichtung ein Spritzgießwerkzeug innerhalb eines jeden Spritzgießzyklus zunächst erwärmt und nachfolgend abgekühlt werden. Signale für die Umschaltzeitpunkte zwischen kälterem und wärmerem Medium können prozessabhängig von der Steuerungseinrichtung über programmierbare Ein- und/oder Ausgänge bereitgestellt werden.
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Die
DE 102 55 900 A1 offenbart eine Anlage zur gleichzeitigen Erzeugung von elektrischer und thermischer Energie mit einem Brennstoffzellenheizgerät, vorzugsweise mit Reformer zur Herstellung von wasserstoffreichem Prozessgas aus Kohlenwasserstoffen, und einer Vorrichtung zum Speichern von thermischer Energie für Brauchwasser und Heizung, wobei die Vorrichtung zum Speichern thermischer Energie mindestens zwei Warmwasserspeicher mit integrierten Wärmeaustauschern umfasst. Dabei sind die Warmwasserspeicher bezüglich des oder der Speichermedien in Reihe geschaltet, wobei der Warmwasserspeicher auf der Eingangsseite des Brauchwassers über ein größeres Speichervolumen verfügt als der Warmwasserspeicher auf der Ausgangsseite des Brauchwassers.
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Nachteil derartiger Formwerkzeugtemperiersysteme mit zwei separaten Kreisläufen ist, dass diese relativ hohe Zeiten für das Bereitstellen unterschiedlicher Temperaturen an der angeschlossenen Einrichtung erfordern.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Formwerkzeugtemperiersystem zu schaffen, welches als eine integrierte Einheit mindestens zwei Temperaturen innerhalb kürzerer Zeit bereitstellt.
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Weiter ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Formen von Werkstücken zu schaffen, welche ein erfindungsgemäßes Formwerkzeugtemperiersystem und ein darüber temperierbares Formwerkzeug umfasst.
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Nicht zuletzt ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, welches ein Formwerkzeug auf mindestens zwei unterschiedliche Temperaturen in kürzerer Zeit temperiert.
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Die Aufgaben werden ausgehend von einem Formwerkzeugtemperiersystem gemäß dem Anspruch 1, einer Vorrichtung gemäß dem Anspruch 12, einem Verfahren gemäß dem Anspruch 18 und einem Verfahren gemäß Anspruch 21 in Verbindung mit deren Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass bei einem Formwerkzeugtemperiersystem zum Temperieren von anschließbaren Formwerkzeugen, durch Abgabe von Wärme über mindestens ein Wärmemedium, vorgesehen ist, dass dieses umfasst: einen ersten Wärmemediumkreislauf mit einem ersten Leitungssystem, durch welches das mindestens eine Wärmemedium bei einer ersten Temperatur transferiert werden kann, und einer ersten Einheit, insbesondere Wärmetauschereinheit, zum Temperieren des mindestens einen durch das erste Leitungssystem fließenden Wärmemediums, und einen zweiten Wärmemediumkreislauf mit einem zweiten Leitungssystem, durch welches das mindestens eine Wärmemedium bei einer zweiten Temperatur transferiert werden kann, und eine zweite Einheit, insbesondere eine Wärmetauschereinheit, zum Temperieren des durch das zweite Leitungssystem fließenden Wärmemediums, wobei der erste Wärmemediumkreislauf und der zweite Wärmemediumkreislauf über Kopplungsmittel zu einer integrierten Einheit gekoppelt sind, um umschaltbar mindestens zwei unterschiedliche Temperaturen für die anschließbare Einrichtung bereitzustellen.
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Das erfindungsgemäße Formwerkzeugtemperiersystem umfasst im Prinzip zwei Temperiereinheiten, die jeweils einen Wärmemediumkreislauf aufweisen und somit jeweils nur ein Wärmemedium mit einer vorgebbaren Temperatur bereitstellen. Diese beiden Ein-Kreislauf-Temperiereinheiten sind über Kopplungsmittel gekoppelt, so dass die Temperiereinheiten zu einer integrierten Einheit gekoppelt sind. Dazu weisen die Temperiereinheiten komplexe Kopplungsmittel, insbesondere Leitungen, Ventile, Verbindungen, Steuerungen etc., auf.
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Das Formwerkzeugtemperiersystem ist dafür ausgebildet, eine angeschlossene Einrichtung, d. h. insbesondere ein Formwerkzeug, wechselweise mit unterschiedlichen Temperaturen, bevorzugt mit zwei unterschiedlichen Temperaturen zu versorgen. Die Temperaturen sind dem jeweiligen Arbeitszyklus der Einrichtung angepasst. Die Temperaturen werden jeweils über ein Wärmemedium durch Wärmeübertragung bereitgestellt. Das Wärmemedium kann beispielsweise eine Flüssigkeit wie Wasser sein, bevorzugt Wasser mit einem entsprechenden Korrosionsschutz. Das Formwerkzeugtemperiersystem stellt über das Wärmemedium unterschiedliche Temperaturen bereit, bevorzugt in einem Bereich von >= +15°C bis <= 200°C, beim Einsatz von Wärmeträgeröl als Wärmemedium auch bis <= 350°C. Dabei wird das Medium durch den jeweiligen Kreislauf auf einer im Wesentlichen gleichen bzw. konstanten Temperatur gehalten, wobei geringe Wärmeverluste zu berücksichtigen sind.
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Weiter weist das Formwerkzeugtemperiersystem einen ersten Wärmemediumkreislauf mit einem ersten Leitungssystem auf. Das Leitungssystem kann Rohrleitungen und/oder flexible Schläuche und dergleichen umfassen. Bevorzugt umfasst das Leitungssystem eine Förder- und/oder Umwälzeinrichtung, bevorzugt eine Pumpe, genauer eine Umwälzpumpe. Die Fördereinrichtung fördert das Wärmemedium durch das Leitungssystem. Zum Speisen mit dem Wärmemedium umfasst das Leitungssystem mindestens einen ersten Einlass. Zum Abgeben des Wärmemediums an eine angeschlossene Einrichtung umfasst das Leitungssystem weiter mindestens einen ersten Auslass oder auch Vorlauf. Um das Medium aus dem Kreislauf zurückzuführen, weist das Leitungssystem entsprechend einen Rücklauf auf. Der Einlass, der Rücklauf und der Auslass sind steuerbar, insbesondere absperrbar.
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Um das Wärmemedium auf eine gewünschte erste Temperatur zu bringen, weist der erste Wärmemediumkreislauf vorzugsweise mindestens eine erste Wärmetauschereinheit und/oder einen ersten Erhitzer auf. Die Wärmetauschereinheit kann beispielsweise auch als Erhitzer oder Abkühleinrichtung oder dergleichen ausgebildet sein. Die Wärmetauschereinheit kann mehrere Wärmetauscher, Erhitzer und/oder dergleichen umfassen.
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Für das Temperieren des Wärmemediums weist der erste Wärmemediumkreislauf eine entsprechende Steuereinrichtung, zum Beispiel ein kombiniertes Steuer- und Regelgerät, oder eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), auf.
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Der zweite Wärmemediumkreislauf des Formwerkzeugtemperiersystems ist analog zu dem ersten Wärmemediumkreislauf ausgebildet.
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Um ein schnelles Bereitstellen von mindestens zwei unterschiedlichen Temperaturen zu ermöglichen, sind die zwei Wärmemediumkreisläufe über Kopplungsmittel zu einer integrierten Einheit gekoppelt. Die Kopplungsmittel sind so ausgebildet, dass ein schnelles Bereitstellen unterschiedlicher Temperaturen, zum Beispiel an der angeschlossenen Einrichtung, möglich ist. Hierdurch lässt sich das Formen eines Werkstücks, beispielsweise eines Kunststoffspritzwerkstücks mittels einer angeschlossenen Form-Einrichtung, beispielsweise einer Spritzvorrichtung, optimieren.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Formwerkzeugtemperiersystem, genauer der erste und/oder der zweite Wärmemediumkreislauf, eine erste Speichereinrichtung zum Speichern des Wärmemediums. Die Speichereinrichtung kann als Ausdehnungsbehälter und dergleichen ausgebildet sein. Zusammen mit dem Leitungssystem weist die Speichereinrichtung ein ausreichendes Volumen auf, um ausreichend Wärmemedium für eine angeschlossene Einrichtung bereitzustellen. Bei einem Umschalten von einer Temperatur auf die andere, kann auch das nicht mehr bereitzustellende Wärmemedium in diese Speichereinrichtung zurückfließen und dort gespeichert werden.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Kopplungsmittel so ausgebildet sind, dass die mindestens zwei unterschiedlichen Temperaturen innerhalb einer Zeitspanne von <= 10 s, bevorzugt <= 5 s und am meisten bevorzugt <= 3 s mittels Umschalten von einem Wärmemediumkreislauf auf den anderen bereitgestellt sind. Durch das Bereitstellen von zwei integrierten Wärmekreisläufen, die miteinander gekoppelt sind, können durch einfaches Umschalten von einem Kreislauf auf den anderen innerhalb kurzer Zeit unterschiedliche Temperaturen für angeschlossene Einrichtungen bereitgestellt werden.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Kopplungsmittel eine Umschaltstation umfassen, mit deren Eingängen Auslässe der Leitungssysteme gekoppelt sind. Jeder Wärmekreislauf weist einen Auslass auf. Diese Auslässe münden in je einen Eingang der Umschaltstation. Auf diese Weise lassen sich die beiden Wärmekreisläufe an eine Umschaltstation koppeln, wodurch die Wärmekreisläufe integriert miteinander ausgebildet sind. Die Eingänge bzw. die Auslässe sind steuerbar, insbesondere absperrbar. Die Auslässe können insbesondere die Vorläufe sein.
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Gleiches gilt analog für die Ausgänge der Umschaltstation und die Eingänge oder Rückläufe der Kreisläufe. Ein nicht mehr bereitzustellendes Medium kann über die Ausgänge der Umschaltstation in den Rückfluss der Kreisläufe münden und das Medium entsprechend in die jeweilige Speichereinrichtung rückführen.
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In einer weiteren Ausbildung der Erfindung weist die Umschaltstation mindestens einen Ausgang zum Anschluss an die weitere Einrichtung auf, wobei der Ausgang umschaltbar über einen Mechanismus mit mindestens einem der Eingänge fluidisch verbindbar ist. Die Umschaltstation weist für eine weitere Einrichtung einen Ausgang auf. Sollen mehrere Einrichtungen temperiert werden, so kann die Umschaltstation je einen weiteren Ausgang für jede Einrichtung aufweisen. Der Ausgang der Umschaltstation ist fluidisch mit den Eingängen gekoppelt. Hierzu weist die Umschaltstation entsprechende Kanäle, Leitungen, Ventile und dergleichen auf. Über einen Mechanismus ist der Ausgang derart mit den Eingängen fluidisch verbunden, dass entsprechend den Anforderungen für eine angeschlossene Einrichtung ein entsprechend temperiertes Wärmemedium zu dem Auslass durch die Umschaltstation strömen kann. Die Umschaltstation kann hierzu entsprechende Weichen-, Sperr- und/oder Umleiteinheiten wie Ventile etc. aufweisen, welche den Wärmemediumstrom entsprechend leiten.
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Die Umschaltstation weist bevorzugt eine Steuereinrichtung auf, welche in Abhängigkeit von den gewünschten Anforderungen, beispielsweise für eine angeschlossene Einrichtung, den Wärmemediumstrom entsprechend steuert und durchleitet. Denkbar ist, dass jeweils nur ein Wärmemediumstrom durch die Umschaltstation geleitet wird. Die Steuereinrichtung kann insbesondere in Abhängigkeit von der jeweiligen gewünschten Temperatur steuern.
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Eine Ausführungsform des Formwerkzeugtemperiersystems sieht vor, dass die Kopplungsmittel eine Ausgleichsvorrichtung umfassen, um bei einem Umschalten einen Unterschied mindestens einer Eigenschaft des Wärmemediums des einen Wärmemediumkreislaufs in Bezug auf eine Eigenschaft des Wärmemediums des anderen Wärmemediumkreislaufs auszugleichen. Die Eigenschaften können beliebige Eigenschaften des Wärmemediums sein, umfassend Druck, Temperatur, Menge etc. Bei einem Umschalten von einem Wärmemediumkreislauf auf den anderen kommt es aufgrund der integrierten, gekoppelten Ausbildung der Wärmemediumkreisläufe zu nicht ausgeglichenen Zuständen. Diese werden entsprechend durch die Ausgleichsstation ausgeglichen. Die Ausgleichsstation kann wie die Umschaltstation Leitungen, Verbindungen, Abzweigungen, Ventile und dergleichen umfassen.
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Die Kopplungsmittel, über welche die Wärmemediumkreisläufe integriert miteinander ausgebildet sind, umfassen beispielsweise eine gemeinsame Druckluftüberlagerungseinrichtung, wodurch das Wärmemedium oder die Wärmemedien der Wärmemediumkreisläufe mit je einem Druck beaufschlagt werden können. Bei einem Umschalten von einem Wärmekreislauf auf den anderen erfolgt über die Ausgleichsvorrichtung beispielsweise ein Druckausgleich. Hierzu kann die Ausgleichsvorrichtung Ventile, Leitungen, Druckverminderer, Druckverstärker und dergleichen aufweisen.
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In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Ausgleichsvorrichtung eine Differenzmengenkompensationseinheit aufweisen, welche eventuell auftretende Differenzmengen bei einem Umschalten zwischen den Wärmemediumkreisläufen ausgleicht. Diese Differenzmengenkompensationseinheit kann Leitungen, Abzweigungen, Verbindungsstellen, Ventile, Drosseln, Vorratsbehälter etc. umfassen. Eventuell vorhandene Vorratsbehälter können in den Speichereinrichtungen der Wärmemediumkreisläufe integriert sein und/oder separat ausgebildet sein. Eventuell vorhandene Leitungen können fluidisch den einen Wärmemediumkreislauf mit dem anderen Wärmemediumkreislauf koppeln. Bei Verwendung des gleichen Wärmemediums in beiden Kreisläufen lässt sich so das Wärmemedium zwischen den Wärmemedienkreisläufen ausgleichen.
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Deshalb ist vorgesehen, dass in einem Ausführungsbeispiel die Kopplungsmittel ein weiteres Leitungssystem umfassen, um eines der Leitungssysteme eines der Wärmemediumkreisläufe vorgeschaltet zu der Umschaltstation mit dem anderen Wärmemediumkreislauf fluidisch zu verbinden. Das Leitungssystem umfasst entsprechend hydraulische und/oder pneumatische Einrichtungen, insbesondere Ventile, Abzweigungen, Verbindungsstellen, Steuerungen etc.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Ausgleichsvorrichtung mit dem weiteren Leitungssystem gekoppelt. Auf diese Weise lässt sich zum Beispiel ein Druckausgleich, ein Mengenausgleich etc. zwischen den Leitungen des ersten Wärmemediumkreislaufs und des zweiten Wärmemediumkreislaufs über die zusätzlichen Leitungen und den daran gekoppelten Ausgleichsvorrichtungen bewirken.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Ausgleichsvorrichtung eine Mediumrückflusssteuerung umfasst, um bei einem Wechsel von einem Medium auf das andere Medium das eine Medium zurückfließen zu lassen, so dass das andere Medium bereitgestellt werden kann. Beim Umschalten der Kreisläufe, d. h. beispielsweise von einem warmen Medium auf ein kaltes Medium, fließt das bereitgestellte Medium, das sich beispielsweise in der Umschaltstation oder einem externen Kreislauf befindet, zurück in den entsprechenden Kreislauf, zum Beispiel in die entsprechende Speichereinrichtung, einen Behälter oder dergleichen. Wird zum Beispiel gerade ein kaltes Medium bereitgestellt und wird von kalt auf warm umgeschaltet, so fließt das kalte Medium, das für den externen Kreislauf bereitgestellt ist und sich zumindest teilweise auch dort befindet, in den ”kalten” Kreislauf, genauer in die entsprechende Speichereinrichtung oder einen ”kalten” Kreislaufbehälter zurück.
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Analog fließt bei einem Umschalten von einem warmen Medium auf ein kaltes Medium, diejenige Menge des warmen Mediums, die sich gerade in dem externen Kreislauf befindet, zurück in den warmen Kreislauf, d. h. beispielsweise in den warmen Kreislaufbehälter.
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Um dies zu bewirken, ist ein Temperaturfühler vorgesehen. Der Temperaturfühler ist bevorzugt in einem Rücklauf von einem externen Verbraucher, für den das Medium bereitgestellt wird, zu der Umschaltstation angeordnet. Der Temperaturfühler erfasst die Temperaturen des jeweils vorhandenen Mediums. Dabei erfasst er insbesondere die fließende Temperaturgrenze zwischen dem einen, beispielsweise warmen, Medium und dem anderen, beispielsweise kaltem, Medium, und umgekehrt. Dieser erfasste Wert oder die erfassten Werte des Sensors werden entsprechend ausgewertet und es erfolgt bei Bedarf, das heißt bei einem Umschalten, eine entsprechende Steuerung des Formwerkzeugtemperiersystems. So werden bei einem Umschalten entsprechend Ventile im Rücklauf bei einem ”Temperaturwechsel” geschaltet. Insbesondere werden die Ventile im Rücklauf dabei verzögert zu den Ventilen im Vorlauf geschaltet.
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Vorteilhaft wird hierdurch bewirkt, dass die Menge oder das Volumen eines Wärmeträgermediums, das von dem externen Kreislauf zurückfließt, nicht erneut komplett aufgeheizt bzw. abgekühlt werden muss. Auf diese Weise wird bei dem Formwerkzeugtemperiersystem Energie eingespart, insbesondere im Dauerbetrieb. Die entsprechenden Heiz- und Kühlaggregate, welche der Wärmetauscher umfasst, können entsprechend kleiner ausgelegt werden, da diese nicht mehr eine so große Wärmemenge bereitstellen müssen.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kopplungsmittel mindestens eine Steuerung umfassen, um eine Wärmesteuerung mindestens einer Wärmetauschereinheit zu realisieren. Bevorzugt realisiert die Steuerung die Wärmesteuerung beider Wärmetauschereinheiten. Die Steuerung kann separat ausgebildet sein, zum Beispiel für jede einzelne auszuführende Funktion, oder als zentrale gemeinsame Steuerung für mehrere Funktionen.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Kopplungsmittel eine Steuerung zum Umschalten der Umschaltstation aufweisen, um ein geeignetes Umschalten zum schnellen Bereitstellen der unterschiedlichen Temperaturen zu realisieren. Die Steuerung kann manuell, halbautomatisch oder automatisch erfolgen. Je nach Bedarf lässt sich so eine angeschlossene Einrichtung temperieren. Die Steuerung kann als Zentralsteuerung, in eine Zentralsteuerung integriert oder als separate Steuerung ausgebildet sein.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass bei einer Vorrichtung zum Formen von Werkstücken ein erfindungsgemäßes Formwerkzeugtemperiersystem nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 12 und ein damit wirkverbindbares, temperierbares Formwerkzeug umfasst sind. Das Formwerkzeug kann ein beliebiges, temperierbares Formwerkzeug sein. Insbesondere kann das Formwerkzeug ein Formwerkzeug sein, welches eine konturfolgende Werkzeugtemperierung ermöglicht.
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Insbesondere umfasst das Formwerkzeug in einem Ausführungsbeispiel ein Kanalsystem für eine konturfolgende Werkzeugtemperierung.
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Dabei ist das Formwerkzeug bevorzugt gemäß eines Verfahrens zur Herstellung eines mit wenigstens je einer Einlass- und Auslassöffnung und inneren Kanälen versehenen Werkzeuges bzw. einer entsprechenden Form hergestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Auftrennen des Werkzeuges bzw. der Form in den Ebenen der herzustellenden Kanäle, Herstellen der Kanäle entsprechend dem gewünschten Verlauf in Abhängigkeit des geplanten Volumenstroms des Wärmemediums und Temperaturprofils im Kunststoffformteil in den Trennflächen des aufgetrennten Werkzeugs bzw. der aufgetrennten Form durch Fräsen, Erodieren oder dergleichen und Verbinden der aufgetrennten Teile des Werkzeugs bzw. der Form durch Hart- oder Hochtemperaturlöten.
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Es lassen sich jedoch auch Formwerkzeuge für eine konturfolgende Werkzeugtemperatur verwenden, insbesondere nach einem anderen Verfahren hergestellte Formwerkzeuge. Andere Formwerkzeuge mit konturnahen Kühlkanälen können beispielsweise durch Laserschmelz- oder Lasersinterverfahren hergestellt sein.
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Das temperierbare Formwerkzeug umfasst: wenigstens ein Formnest zur Aufnahme der Form des herzustellenden Kunststoffformteils, wenigstens je eine Einlass- und Auslassöffnung, wobei die Einlass- und Auslassöffnung über Kanäle miteinander in Verbindung stehen und ein Wärmemedium-Kanalsystem zum Kühlen bzw. Beheizen des Formnestes bilden, wobei die Kanäle in mehreren Ebenen verlaufen, der Verlauf der Kanäle der äußeren Form des Formnestes angepasst ist und die Geometrie der Kanäle auf das Temperaturprofil im Kunststoffformteil abgestimmt ist. Insbesondere verläuft mindestens ein Kanal zumindest teilweise parallel zu einer Formteilkontur.
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In einer Ausführungsform ist das Kanalsystem über einen Kanaleinlass mit einem Auslass der Umschaltstation fluidisch verbunden ist. Auf diese Weise kann das Kanalsystem mit mindestens einem Wärmemedium des Formwerkzeugtemperiersystems gespeist werden. Durch Umschalten der Umschaltstation des Formwerkzeugtemperiersystems lässt sich das Kanalsystem mit einem hinsichtlich mindestens einer Eigenschaft (Temperatur, Druck etc.) unterschiedlichen Medium gegenüber dem anliegenden Medium im Wechsel speisen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Kanalsystem mehrere Kanäle. Auf diese Weise lässt sich ein optimaler Kanalverlauf, insbesondere nahe der Formoberfläche, realisieren, wobei der Abstand zwischen Formoberfläche und Kanal minimiert ist. Bevorzugt liegt der Abstand in einem Bereich von >= 0,1 mm und <= 10 mm, weiter bevorzugt von >= 0,2 mm und <= 9 mm und am meisten bevorzugt von >= 0,3 mm und <= 8 mm. Über die nahe Beabstandung lässt sich eine direkte, schnelle und intensive Wärmebeeinflussung einer Formwerkzeugwandtemperatur bewirken.
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Eine so mögliche konturfolgende Temperierung wird üblicherweise in Spritzgießwerkzeugen, insbesondere für thermoplastische und/oder duoplastische Formmassen eingesetzt. Ein stetig durch einen der Kanäle – Temperiermittelkanäle – fließender Wärmemittel- oder Temperiermittelstrom gewährleistet eine örtlich quasi gleichbleibende Temperatur an der Wand des Formnestes. Gleiches gilt auch für Metallgießformen, insbesondere für den Bereich Zinkguss, Aluminiumguss und/oder Magnesiumguss.
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Über das angeschlossene Formwerkzeugtemperiersystem kann innerhalb kürzester Zeit die Vorlauftemperatur für das Formwerkzeug verändert werden und somit auch die Wandtemperatur des Formnests. Insbesondere bei dickwandigen Formteilen aus Metall, Kunststoff etc. ergeben sich durch die Möglichkeit des schnellen Temperaturwechsels an der Formwerkzeugoberfläche viele Vorteile:
Beim Einspritzen von beispielsweise Kunststoff in das Formnest bildet sich im Moment des Kontaktes zwischen Kunststoffmasse und Werkzeugwand die Oberflächeneigenschaft sowie die oberflächennahe Eigenschaft des späteren Bauteils aus. Für viele Kunststoffe und/oder Metalle bedeutet dies, dass die Werkzeugwandtemperaturen im Moment eines Formfüllens sehr hoch sein müssen, zum Beispiel über 80°C für Polyamidwerkstoffe, um eine als qualitativ gut zu bezeichnende Oberfläche zu erhalten. Auf der anderen Seite bedeuten hohe Formwerkzeugwandtemperaturen, dass eine längere Abkühlzeit des Bauteils in der heißen Form in Kauf genommen werden muss. Durch das Formwerkzeugtemperiersystem kann die Abkühlzeit durch Bereitstellen von mindestens zwei unterschiedlichen Temperaturen drastisch verkürzt werden. So lässt dieses beim Füllen der Form eine hohe Temperatur an der Werkzeugwand zu, um für eine gute Oberflächenqualität des Bauteils zu sorgen.
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Durch die hohe Oberflächengüte eines zu fertigenden Werkstücks bei möglichst niedriger Zykluszeit geht zudem der weitere Vorteil mit einher, dass das Werkstück – ein Spritzteil – eine höhere Verzugsfreiheit aufweist. Zudem ergibt sich ein weiterer Vorteil.
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Bei komplexen Werkstücken, beispielsweise Kunststoffspritzteilen, wird die benötigte Formmasse/Kunststoffmasse durch mehrere Angüsse in das Werkzeug eingespritzt. Die eingespritzte Masse verteilt sich dann im Werkzeug und fließt an einer Stelle oder mehreren Stellen zusammen. Dort wo die Masse zusammenfließt, entstehen sogenannte ”Bindenähte”, die bei dem fertiggestellten Werkstück einen optischen und werkstofftechnischen Makel darstellen können. Durch das Formwerkzeugtemperiersystem lässt sich eine optimal gesteuerte Wechsel-Temperierung realisieren, mit der sich die Formmasse/das Formmaterial während des Fließzyklus aufheizen lässt, so dass eine hohe Viskosität der Masse sichergestellt ist und dadurch die Bindenähte zumindest weitestgehend verhindert sind oder gänzlich vermeidbar sind. Alternativ gibt es zur Vermeidung von Bindenähten neben der Temperierung des gesamten Werkzeugs im Wechsel auch die Möglichkeit, das gesamte Werkzeug konventionell auf einer konstanten Temperatur zu temperieren und nur den Teil, an dem Bindenähte auftreten, mittels lokalen Werkzeugeinsätzen mit konturnaher Kühlung wechselweise zu temperieren. Nach dem Zuführprozess lässt sich das Formwerkzeugtemperiersystem auf einen Kühlzyklus innerhalb kürzester Zeit umstellen und das zu fertigende Werkstück – das Spritzteil – erkaltet in kürzester Zeit. Mittels eines Umschaltens, beispielsweise ventilgesteuert, kann auf ein kälteres Wärmemedium – oder auch Temperiermedium – umgeschaltet werden, um während eines Form- oder Arbeitszyklus, nachdem eine gute Oberfläche erzeugt wurde, schnell für eine kältere Formwerkzeugwandtemperatur gesorgt werden, die zu einer deutlichen Verkürzung des Gesamtprozesses führt. Ein erneutes Umschalten auf das heißere Temperiermedium, kurz vor dem Öffnen der Form, sorgt dafür, dass die Formwerkzeugwandtemperatur wieder erhöht werden kann.
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Der Einsatz eines erfindungsgemäßen Formwerkzeugtemperiersystems lässt sich wirkungsvoll besonders bei einem Formwerkzeug mit konturnahen Kanälen einsetzen. Denn insbesondere durch die konturnahen Kanäle, durch welche das Temperiermedium strömt, lässt sich eine schnelle, für das Formen erforderliche Formwerkzeugwandtemperaturveränderung durchführen. Entsprechend dürfen die Kanäle im Wesentlichen in einem konturnahen Bereich angeordnet sein. Damit lässt sich eine konturfolgende Temperierung besonders vorteilhaft mit einem erfindungsgemäßen Formwerkzeugtemperiersystem kombiniert mit einem Formwerkzeug mit konturnahen Kanälen realisieren.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens einer der Kanäle zumindest teilweise nah beabstandet zu einer Konturoberfläche des Formwerkzeugs verläuft. Der Abstand zwischen Konturoberfläche und Kanal liegt in Abhängigkeit von den Kanalabmessungen und des zu erwartenden Forminnendrucks zwischen 1,5 mm und 10 mm, kann in bestimmten Ausführungsformen auch bevorzugt in einem Bereich von >= 0,1 mm bis <= 25 mm, weiter bevorzugt in einem Bereich von >= 0,75 mm bis <= 15 mm und am meisten bevorzugt in einem Bereich von >= 1,0 mm bis <= 12,5 mm liegt. Der Bereich ist so ausgewählt, dass eine ausreichend hohe Stabilität für den Betrieb gewährleistet ist, das heißt, die verbleibende Wandstärke ist ausreichend hoch, um den Belastungen während des Betriebs standzuhalten.
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Bevorzugt ist, dass mindestens einer der Kanäle, die nah beabstandet zu der Konturoberfläche verlaufen, durch Betätigung der Umschaltstation unterschiedlich temperierbar ist. Auf diese Weise lassen sich bei der Herstellung von Werkstücken mit der Vorrichtung optimierte Ergebnisse, insbesondere hinsichtlich der Oberflächengüte, erzeugen.
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Die Erfindung schließt zudem die technische Lehre ein, dass bei einem Verfahren zum Temperieren einer Vorrichtung zum Formen von Werkstücken nach einem der Ansprüche 12 bis 17, die Schritte umfasst sind: Speisen des Formwerkzeugtemperiersystems nach einem der Ansprüche 1 bis 11 mit mindestens einem Wärmemedium, Bereitstellen von zwei unterschiedlich Temperaturen durch das mindestens eine Wärmemedium, Koppeln des Formwerkzeugs an das Formwerkzeugtemperiersystem und Temperieren des Formwerkzeugs durch Durchleiten mindestens eines Wärmemediums durch das Kanalsystem des Formwerkzeugs.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Schritt Koppeln weiter umfasst: Koppeln mindestens eines Einlasses des Kanalsystems mit mindestens einem Auslass der Umschaltstation des Formwerkzeugtemperiersystems.
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In noch einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Schritt Temperieren weiter umfasst: Temperieren des Formwerkzeugs durch Durchleiten eines Wärmemediums mit einer ersten Temperatur, Umschalten der Umschaltstation und Temperieren des Formwerkzeugs durch Durchleiten eines Wärmemediums mit einer zweiten Temperatur. Die Schritte können dabei mehrfach hintereinander ausgeführt werden. Die Zeitspanne zwischen dem Durchleiten eines ersten Mediums und dem Durchleiten eines zweiten Mediums liegt dabei bevorzugt unter 10 Sekunden, weiter bevorzugt unter 5 Sekunden und am meisten bevorzugt unter 3 Sekunden.
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Die Erfindung schließt auch die technische Lehre ein, dass bei einem Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung die Schritte umfasst sind: Herstellen eines Formwerkzeugtemperiersystems, Herstellen eines Formwerkzeugs, Verbinden des Formwerkzeugtemperiersystems mit dem Formwerkzeug.
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In einer Ausführungsform umfasst das Herstellen des Formwerkzeugs ein Fügeverfahren. Verwendbar sind alle geeigneten Fügeverfahren zur Herstellung von temperierbaren Werkzeugen mit konturnahen Kanälen. Das Herstellen kann weiter wie folgt ausgeführt werden mit folgenden Schritten: Auftrennen des Werkzeuges bzw. der Form in den Ebenen der herzustellenden Kanäle, Herstellen der Kanäle entsprechend dem gewünschten Verlauf in Abhängigkeit des geplanten Volumenstroms des Wärmemediums und Temperaturprofils im Kunststoffformteil in den Trennflächen des aufgetrennten Werkzeugs bzw. der aufgetrennten Form durch Fräsen, Erodieren oder dergleichen und Verbinden der aufgetrennten Teile des Werkzeugs bzw. der Form durch Hart- oder Hochtemperaturlöten.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angegeben oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches in den Figuren schematisch dargestellt ist. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumliche Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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Die Fig. zeigen:
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1 schematisch eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Formwerkzeugtemperiersystems,
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2 schematisch eine Draufsicht auf das erfindungsgemäße Formwerkzeugtemperiersystem nach 1,
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3 schematisch eine Vorrichtung zum Formen von Werkstücken mit einem Formwerkzeugtemperiersystem nach 1 und 2 und einem Formwerkzeug,
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4 schematisch ein Schaltbild eines Heizkreislaufs,
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5 schematisch ein Schaltbild eines Kühlkreislaufs, und
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6 schematisch ein Schaltbild eines drucküberlagerten Formwerkzeugtemperiersystems.
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1 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Formwerkzeugtemperiersystems 1. Das Formwerkzeugtemperiersystem 1 umfasst einen ersten Wärmemediumkreislauf 2 und einen zweiten Wärmemediumkreislauf 2' (hier nicht sichtbar). Bauteile und Komponenten des zweiten Wärmekreislaufs werden in der Regel mit einem, „'” gekennzeichnet, wohingegen Bauteile und Komponenten des ersten Kreislaufs ohne „'” gekennzeichnet sind. Beide Wärmemediumkreisläufe 2, 2' sind analog zueinander aufgebaut, so dass in Bezug auf 1 nur die Beschreibung des in 1 sichtbaren, ersten Wärmemediumkreislaufs 2 ausgeführt ist. Für den zweiten Wärmemediumkreislauf 2' gilt analog das gleiche.
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Der erste Wärmemediumkreislauf 2 umfasst ein erstes Leitungssystem 3, eine erste Wärmetauschereinheit 4 und eine erste Speichereinrichtung 5. Das Leitungssystem 3 umfasst einen ersten Einlass 3a und einen ersten Auslass 3b. Über den ersten Einlass 3a ist ein erstes Wärmemedium dem Wärmemediumkreislauf 2 zuführbar. Das erste Wärmemedium ist bevorzugt eine Flüssigkeit und weiter bevorzugt Wasser, insbesondere Wasser mit einem Korrosionsschutz. Über das Leitungssystem 3 gelangt das Wärmemedium in die Speichereinrichtung 5. Dort wird das Wärmemedium über die in Wirkverbindung mit der Speichereinrichtung 5 stehende Wärmetauschereinheit 4 auf eine gewünschte erste Temperatur erwärmt. Die Wärmetauschereinheit 4 kann auch an einer anderen Stelle in dem Leitungssystem 3 in wärmeübertagender Wirkverbindung zu dem Wärmemedium angeordnet sein. Dabei können auch mehrere Wärmetauschereinheiten vorgesehen sein.
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Das Formwerkzeugtemperiersystem 1 umfasst weiter Kopplungsmittel 6, über welche die beiden Wärmemediumkreisläufe 2, 2' integriert miteinander gekoppelt sind. Dabei ist der Auslass 3b des ersten Wärmemediumkreislaufs 2 fluidisch mit dem Kopplungsmittel 6 gekoppelt. Die Kopplungsmittel 6 umfassen einen Ausgang 7, über welchen weitere Einrichtungen, wie zum Beispiel ein Formwerkzeug, anschließbar sind.
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2 zeigt schematisch eine Draufsicht auf das erfindungsgemäße Formwerkzeugtemperiersystem 1 nach 1. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich auf gleiche Bauteile und eine ausführliche Beschreibung bereits beschriebener Bauteile kann weggelassen werden. Grundsätzlich kennzeichnet auch hier ein „'” in dem Bezugszeichen Bauteile des zweiten Wärmemediumkreislaufs, wohingegen Bezugszeichen ohne „'” Bauteile des ersten Wärmemediumkreislaufs oder Komponenten bei der Wärmemediumkreisläufe kennzeichnen.
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Das Formwerkzeugtemperiersystem 1 umfasst einen ersten Wärmemediumkreislauf 2 und einen zweiten Wärmemediumkreislauf 2'. Beide Wärmemediumkreisläufe 2, 2' sind im Wesentlichen baugleich ausgeführt und das für einen Wärmemediumkreislauf beschriebene gilt analog für den anderen, es sei denn, es wird ausdrücklich auf Unterschiede hingewiesen. Erste Bauteile beziehen sich auf den ersten Wärmemediumkreislauf 2 und zweite Bauteile beziehen sich auf den zweiten Wärmemediumkreislauf 2'.
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Jeder Wärmemediumkreislauf 2, 2' umfasst ein Leitungssystem 3, 3', eine Wärmetauschereinheit 4, 4' und eine Speichereinrichtung 5, 5'. Die Leitungssysteme 3, 3' umfassen jeweils einen Einlass 3a, 3a' und einen Auslass 3b, 3b'. Über den Einlass 3a, 3a' lässt sich ein Wärmemedium dem Wärmemediumkreislauf 2, 2' zuführen. Das Wärmemedium ist bevorzugt eine Flüssigkeit und am meisten bevorzugt Wasser. Der Auslass 3b, 3b' ist mit Eingängen 8, 8' der Koppelmittel 6 gekoppelt, wobei der Eingang 8 dem ersten Wärmemediumkreislauf 2 und der Eingang 8' dem zweiten Wärmemediumkreislauf 2' zugeordnet ist. Die Kopplungsmittel 6 umfassen vorliegend eine Umschaltstation 6a. Die Umschaltstation 6a weist die Eingänge 8, 8', den als Vorlauf ausgebildeten Ausgang 7 und den als Rücklauf ausgebildeten Ausgang 9 auf. Die Umschaltstation 6a weist Leitungen 10 auf, welche die Eingänge 8, 8' mit den Ausgängen 7, 9 fluidisch verbinden, so dass ein Wärmemedium von den Wärmemediumkreisläufen 2, 2' zu den Ausgängen 7, 9 durchgeführt werden kann. Um gezielt ein Wärmemedium eines der Wärmemediumkreisläufe 2, 2' zur Durchführung durch die Umschaltstation 6a auszuwählen, oder um Teilströme der Wärmemediumkreisläufe 2, 2' durch die Umschaltstation 6a durchzuführen, weist die Umschaltstation 6a einen entsprechenden Mechanismus (nicht dargestellt) auf. Der Mechanismus kann eine Schaltung aus Ventilen, Umlenkeinrichtungen, Schiebern und dergleichen umfassen.
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Weiter umfassen die Kopplungsmittel 6 in der dargestellten Ausführungsform ein weiteres Leitungssystem 10 (schematisch durch die gestrichelte Linie bei 10 dargestellt). Über das weitere Leitungssystem 10, welches mehrere Leitungen umfassen kann, sind die beiden Wärmemediumkreisläufe 2, 2' für einen Ausgleich, beispielsweise beim Umschalten, gekoppelt. Für den Ausgleich zwischen den Wärmemediumkreisläufen 2, 2' ist eine Ausgleichsvorrichtung 11 vorgesehen. Die Ausgleichsvorrichtung 11, die hier über das weitere Leitungssystem 10 eingebunden ist, gleicht unterschiedliche Eigenschaften der Wärmemedien aus, beispielsweise den Druck, die Temperatur, die Menge etc., so dass ein einfaches Umschalten von einem Wärmemediumkreislauf 2, 2' auf den anderen Wärmemediumkreislauf 2', 2 schnell und problemlos möglich ist.
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Um das Formwerkzeugtemperiersystem 1 zu steuern, weist dieses eine Steuerung auf, welche in 3 dargestellt ist.
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3 zeigt schematisch eine Vorrichtung 12 zum Formen von Werkstücken mit einem Formwerkzeugtemperiersystem 1 nach 1 und 2 und einem Formwerkzeug 13. Das Formwerkzeug 13 weist ein Kanalsystem 14 für eine konturfolgende Werkzeugtemperierung auf. Das Kanalsystem 14 umfasst unterschiedliche Kanäle 14a, die hier nur schematisch angedeutet sind. Das Kanalsystem 14 ist an den in 1 und 2 dargestellten Ausgang 7 der Umschaltstation 6a des Formwerkzeugtemperiersystems 1 gekoppelt, so dass das Wärmemedium des Formwerkzeugtemperiersystems 1 durch die Kanäle 14a des Kanalsystems 14 strömen kann. Die Kanäle 14a können dabei, wie dargestellt, in unterschiedliche Richtungen verlaufen. Die Kanäle 14a verlaufen dabei konturfolgend, nahe beabstandet zu einer konturbildenden Oberfläche 15 des Formwerkzeugs 13, welche für das zu formende Werkstück maßgeblich ist. Dabei sind die Kanäle 14a in den für die Formgebung maßgeblichen Bereich nahe beabstandet zu der Konturoberfläche 15, das heißt in einem Bereich, der schematisch durch die gestrichelte Linie dargestellt ist. Der Bereich ist so ausgebildet, dass die konturfolgenden Kanäle 14 bevorzugt in einem Bereich von >= 0,1 mm bis <= 25 mm, bevorzugt von >= 0,75 mm bis <= 15 mm und am meisten bevorzugt in einem Bereich von >= 1,0 mm bis <= 12,5 mm von der Oberfläche 15 entfernt liegen, bevorzugt etwa zwischen 1,5 und 10 mm.
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Das Formwerkzeugtemperiersystem 1 umfasst mindestens eine Steuerung 16. Über die Steuerung 16 lässt sich die Temperierung, d. h. die Temperatur des Wärmemediums oder der Wärmemedien regeln. Zudem lässt sich über die Steuerung 16, integriert als eine gemeinsame Steuerung oder als separate Steuerung, das Umschalten zwischen den Wärmemedienkreisläufen 2, 2' steuern. Die Steuerung 16 kann in Abhängigkeit von dem Formwerkzeug 13 die Temperierung des Formwerkzeugs 13 steuern, beispielsweise durch entsprechendes Schalten der Umschaltstation 6a, durch Regeln der Temperatur der Wärmemedien, durch Einstellen eines Drucks etc..
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Um nun ein Formwerkstück mittels der Vorrichtung 12 zu formen, wird das Formwerkzeugtemperiersystem 1 mit einem Wärmemedium, bevorzugt mit einer Flüssigkeit, hier Wasser, gespeist. Dabei weist das Wasser in den beiden Wärmemedienkreisläufen 2, 2' unterschiedliche Eigenschaften, hier unterschiedliche Temperaturen auf. Das Wasser als Wärmemedium kann in der in 1 und 2 dargestellten Speichereinrichtung 5 und/oder dem Leitungssystem 3 und dergleichen bereitgestellt sein. Das Formwerkzeug 13 wird an das Formwerkzeugtemperiersystem 1 gekoppelt. Nach dem Ankoppeln kann das temperierte Wärmemedium durch das Kanalsystem 14 des Formwerkzeugs 13 durchgeleitet werden. Durch die zumindest teilweise konturnahen Kanäle 14a erfolgt eine schnelle Temperierung der Oberfläche 15. Für eine optimierte Ausbildung des Formwerkstücks wird bei entsprechendem Bedarf durch Umschalten das andere Wärmemedium in das Kanalsystem 14 des Formwerkzeugs 13 geleitet. Das zuvor vorhandene Wärmemedium wird entsprechend über nicht dargestellt Leitungen in den Rücklauf des Formwerkzeugtemperiersystems 1 geleitet.
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Die Leitungssysteme können verschiedene Leitungsabschnitte, zum Beispiel Parallelleitungen, Verzweigungen, Sammelleitungen, Bypassleitungen, sich verjüngende Leitungsabschnitte, sich verbreitende Leitungsabschnitte, sperrbare Leitungsabschnitte, Drosselstellen und dergleichen umfassen. Auf diese Weise lassen sich komplexe Leitungssysteme erzeugen, die entsprechend dem jeweiligen Bedarf anpassbar sind.
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4 zeigt schematisch ein Schaltbild eines Heizkreislaufs, d. h. eines ersten Wärmemediumkreislaufs 2, in welchem das erste Medium eine gegenüber dem zweiten Medium höhere Temperatur aufweist.
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Über einen Einlass E wird ein erstes Medium, beispielsweise Wasser, einer ersten Speichereinrichtung 5 zugeführt. Die Speichereinrichtung 5 weist einen Schwimmerschalter 17 auf, welcher in Abhängigkeit von der Menge des eingefüllten Mediums schaltet. In die Speichereinrichtung 5 mündet weiter ein Rücklauf B, über welchen das Medium von einem Verbraucher kommend in die Speichereinrichtung 5 eingespeist werden kann. Weiter ist an die dargestellte Speichereinrichtung 5 ein Magnetventil 18 angeschlossen. Zudem ist an die dargestellte Speichereinrichtung 5 ein Sicherheitsventil 19 angeschlossen. Im oberen Bereich der Speichereinrichtung 5 führt eine Leitung von der Speichereinrichtung 5 zu einer Leitung G. Die Leitung G verbindet über ein weiteres Magnetventil 18 den Heizkreislauf mit einem hier nicht dargestellten Kühlkreislauf (siehe 2). Von dem unteren Bereich der Speichereinrichtung 5 führt eine Leitung über eine Pumpeneinheit 20 zu einem Erhitzer 21. Der Erhitzer 21 weist einen Temperatursensor 22 auf, welcher eine Filmtemperatur des Mediums in dem Erhitzer 21 erfasst. Der Erhitzer 21 wird über eine Steuerung 27 eingestellt. Von dem Erhitzer führt eine Leitung über eine Drossel 23 zu einem Wärmetauscher 24, über welchen dem Medium Wärme zu- und/oder abgeführt werden kann. In die Leitung, welche zu der Drossel 23 führt, mündet eine Leitung, die bei O und F mit dem zweiten Kreislauf verbunden ist. Die Leitung von O kommend, weist einen Temperatursensor 22 auf und ist über ein Magnetventil 18 mit der Leitung, die von F kommt und ein Rückschlagventil 25 aufweist, verbunden. Von dem Wärmetauscher 24 führt der Vorlauf A weg. Dabei ist der Vorlauf A unmittelbar hinter dem Wärmetauscher 24 mit dem Abschnitt unmittelbar vor dem Erhitzer 21 beispielsweise über einen Differenzdrucktransmitter 26 mit einer PDS-Regeleinheit rückgekoppelt. Die Temperatur in dem Vorlauf A hinter dem Wärmetauscher (gesehen in Strömungsrichtung) wird durch zwei Temperatursensoren 22 erfasst. Gestrichelt als Box ist eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) bzw. eine Temperaturregelung bei 27 dargestellt. Über diese SPS werden die erfassten Daten, z. B. der Temperatursensoren erfasst, in der SPS verarbeitet und entsprechende Stellsignale, wie beispielsweise für die Pumpeneinheit (bei 20) oder Magnetventile (bei 18) ausgegeben.
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5 zeigt schematisch ein Schaltbild eines Kühlkreislaufs. Der Kühlkreislauf ist mit dem Heizkreislauf gekoppelt. Der Kühlkreislauf weist eine Speichereinrichtung 5' auf, welche über eine Befüllungsleitung X mit einem Medium (z. B. Wasser) speisbar ist. Die Befüllungsleitung X weist einen Schmutzfänger 28, einen Temperatursensor 22', ein Magnetventil 18', eine Pumpeneinheit 20' sowie ein Rückschlagventil 25' in der Abfolge in Strömungsrichtung, auf. Weiter führt in die Speichereinrichtung 5' ein Rücklauf C von einem Verbraucher. Zudem ist die Speichereinrichtung 5' und somit der Kühlkreislauf über die Leitung F mit dem Heizkreislauf gekoppelt. Die dargestellte Speichereinrichtung 5' weist ebenso wie die Speichereinrichtung 5 der 4 einen Schwimmerschalter 17' sowie ein Sicherheitsventil 19' auf. Im oberen Bereich der Speichereinrichtung führt eine Leitung in die Leitung G, von welcher einem Manometer 29, einem Rückschlagventil 25', einer Druckerhöhung 30 und einem Magnetventil 18' nachgeschaltet einmal die Leitung O, welche eine Kopplung zu dem ersten Heizkreislauf darstellt, und eine Leitung P abzweigt. Im unteren Bereich der Speichereinrichtung 5' führt eine Leitung über eine Pumpeneinheit 20' zu einem Erhitzer 21'. Dieser weist einen entsprechenden Temperatursensor 22' auf und ist ausgelegt, um das in ihn transportierte Medium entsprechend zu erhitzen. Von dem Erhitzer 21' führt eine Leitung über eine Drossel 23' zu einem Wärmetauscher 24'. Die Leitung ist hinter der Drossel 23' über eine weitere Leitung mit einem Kühlwasserabfluss K gekoppelt, wobei ein Magnetventil 18' und ein Rückschlagventil 25' zwischengeschaltet sind. Weiter ist die Leitung zwischen Drossel 23' und Wärmetauscher 24' über eine Leitung mit einem Magnetventil 18' und einem Rückschlagventil 25' mit der Leitung E gekoppelt, wodurch eine Kopplung zwischen Heiz- und Kühlkreislauf realisiert ist. Der Wärmetauscher 24' ist zudem mit einem Kühlwasserzufluss J, der einen Schmutzfänger 28 und zwei Magnetventile 18' aufweist, gekoppelt. Von dem ersten Magnetventil 18' in Strömungsrichtung hinter dem Schmutzfänger 28 zweigt eine Leitung zu der Leitung Q ab. Q führt zu dem Wärmetauscher 24 des Heizkreislaufs. Ebenso ist der Wärmetauscher 24 des Heizkreislaufs über eine Leitung bei R mit einem zwischengeschalteten Rückschlagventil 25' mit dem Kühlwasserabfluss K gekoppelt. Von dem Wärmetauscher 24' des Kühlkreislaufs führt der Vorlauf D zu dem Verbraucher. Von dem Vorlauf D ist eine Leitung über einen Differenzdrucktransmitter 26' mit einer PDS-Regelung mit dem Leitungsabschnitt zwischen Pumpeneinheit 20' und Erhitzer 21' rückgekoppelt. Weiterhin werden über zwei Temperatursensoren 22' die Temperatur des Mediums in dem Vorlauf D erfasst. Die erfassten Werte werden über eine entsprechende Kopplung an eine SPS 27' weitergeleitet, dargestellt durch die strichpunktierten Linien. In der SPS 27' werden die erfassten Werte verarbeitet und entsprechende Signale, Stellsignale und dergleichen, beispielsweise bei 17' oder 20', ausgegeben.
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6 zeigt schematisch ein Schaltbild eines drucküberlagerten Formwerkzeugtemperiersystems. Der Kern der Kopplung der zwei Kreisläufe ist in dem strichpunktierten Kasten umfasst. Mit dem Kern verbunden sind die beiden Vorläufe A, D und die beiden Rückläufe B, C der beiden Kreisläufe. Die beiden Vorläufe A, D sind über Leitungen mit pneumatischen Ventilen 31 koppelbar. Analog sind die beiden Rückläufe B, C über Leitungen mit pneumatischen Ventilen 31 koppelbar. Die entsprechenden Vor- und Rückläufe A, D und B, C sind vor den korrespondierenden pneumatischen Ventilen 31 über eine Leitung, die ebenfalls ein pneumatisches Ventil 31 aufweist, koppelbar. Jedes dieser insgesamt sechs pneumatischen Ventile 31 ist über je ein Magnetventil 18 mit einer Druckluftleitung P koppelbar. Der Kern TWS wird im Wesentlichen durch die Leitungen mit den sechs pneumatischen Ventilen 31 gebildet. Über eine Steuerung PS lässt sich das entsprechende Medium an einen Verbraucher V, wie ein Formwerkzeug, weiterleiten. Hierzu führt eine Leitung von der Leitung zwischen den zwei pneumatischen Ventilen 31 der zwei Vorläufe A, D über eine Drossel 23, die entsprechend über einen Differenzdrucktransmitter 26 mit PDS-Regler rückgekoppelt ist, zu dem Verbraucher V. Dem Verbraucher V nachgeschaltet führt über einen Schmutzfänger 28 eine Leitung zu der Leitung zwischen den zwei pneumatischen Ventilen 31 der Rückläufe B, C. Diese Leitung zu den Rückläufen B, C weist einen Temperatursensor 22 auf, der ein erfasstes Signal an die Steuerung PS weiterleitet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Formwerkzeugtemperiersystem
- 2, 2'
- Wärmemediumkreislauf (erster/zweiter)
- 3, 3'
- Leitungssystem (erstes/zweites)
- 3a, 3a'
- Eingang (erster, zweiter)
- 3b, 3b'
- Ausgang (erster, zweiter)
- 4, 4'
- Wärmetauschereinheit (erste/zweite)
- 5, 5'
- Speichereinrichtung (erste/zweite)
- 6
- Kopplungsmittel
- 6a
- Umschaltstation
- 7
- Ausgang
- 8, 8'
- Eingang
- 9
- Rücklauf
- 10
- weiteres Leitungssystem
- 11
- Ausgleichsvorrichtung
- 12
- Vorrichtung
- 13
- Formwerkzeug
- 14
- Kanalsystem
- 14a
- Kanäle
- 15
- (Kontur-)Oberfläche
- 16
- Steuerung
- 17, 17'
- Schwimmerschalter
- 18, 18'
- Magnetventil
- 19, 19'
- Sicherheitsventil
- 20, 20'
- Pumpeneinheit
- 21, 21'
- Erhitzer
- 22, 22
- Temperatursensor
- 23, 23'
- Drossel
- 24, 24'
- Wärmetauscher
- 25, 25'
- Rückschlagventil
- 26, 26'
- Differenzdrucktransmitter
- 27, 27'
- SPS
- 28, 28'
- Schmutzfänger
- 29, 29'
- Manometer
- 30, 30'
- Druckerhöhung
- 31, 31'
- pneumatisches Ventil
- A, D
- Vorlauf
- B, C
- Rücklauf
- TWS
- Kern
- PS
- Steuerung
- E
- Einlass
- P
- Druckluftleitung
- G, O, F, R, Q
- Leitungen
- K
- Kühlwasserabfluss
- J
- Kühlwasserzufluss
- X
- Befüllung
