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Die
Erfindung betrifft eine Spritzgießmaschine zur Herstellung von
Formteilen aus Kunststoff mit einem hydraulisch angetriebenen Werkzeug,
einer Plastifiziereinheit zum Aufschmelzen von Kunststoffgranulat
sowie einer Einspritzeinheit zum Füllen der Kavität des Werkzeuges
mit Kunststoffschmelze, wobei die Antriebseinheit des Werkzeugs
einen Wärmetauscher
aufweist, mittels dessen der Hydraulikflüssigkeit Wärme entzogen wird und der mit
einer Kühlwasser
gespeisten Kühleinrichtung
strömungsmäßig gekoppelt
ist, und wobei das Werkzeug an einen Kühl- oder Temperierkreis angeschlossen
ist, mittels dessen das Werkzeug und der im Werkzeug geformte Spritzling
gekühlt
oder das Werkzeug temperiert wird.
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Aus
der
EP 0331 826 A1 ist
eine entsprechende Spritzgießmaschine
bekannt. Es ist dort eine Spritzgussmaschine mit hydraulisch angetriebenen Komponenten
beschrieben, sowie mit einer Plastifiziereinheit und einer Einspritzeinheit.
Dem Hydrauliköl
des Antriebs wird über
einen Wärmetauscher Wärme entzogen,
um diese für
andere Zwecke einzusetzen, wobei der Wärmetauscher mit einer mit Kühlwasser
gespeisten Kühleinrichtung,
bestehend aus einer Pumpe und einer Kühlwasserschlange, gekoppelt
ist. Das Werkzeug ist ebenfalls an einen Kühl- oder Temperierkreis angeschlossen.
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Aus
der
DE 28 49 286 A1 ist
eine Kühlvorrichtung
für flüssige Arbeits-
und Kühlmedien,
auch für
Kunststoffspritzgießmaschinen,
bekannt, die eine Kältemaschine
mit Kompressor, Kondensator und im Wärmeaustausch mit den zu kühlenden
Medien stehenden Verdampfern aufweist. Dabei steht der Verdampfer,
der vom Kältemittel
des Kältekreislaufes durchströmt ist,
im Wärmeaustausch
mit dem zu kühlenden
Hydrauliköl,
das über
eine Leitung zu- und über
eine weitere Leitung abgeführt
wird, wobei das Kältemittel
durch die Wärmeaufnahme
verdampft. Das Kältemittel
durchläuft
den Kompressor, kühlt sich
am Kondensator ab und wird in flüssiger
Form dem Verdampfer zugeführt,
der im Wärmeaustausch mit
dem zweiten zu kühlenden
Kühlmedium
steht.
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Bei üblichen
Spritzgießmaschinen
erfolgt die Betätigung
des Werkzeuges mittels eines hydraulischen Antriebes, so dass insbesondere
die Formhälften
des Werkzeuges hydraulisch geöffnet
und geschlossen werden. Zur Plastifizierung eines Kunststoffgranulates
weist eine solche Spritzgießmaschine eine
Plastifiziereinheit, beispielsweise eine Schnecke, auf, die über einen
Befülltrichter
gefüllt
wird und die an einer vorzugsweise elektrisch beheizten Düse, vorzugsweise über einen
elektrisch beheizten Heißkanal
die aufgeschmolzene Kunststoffmasse in die Kavität des Werkzeuges gibt. Um die
Abkühlgeschwindigkeit
des Spritzlinges in kurzer Zeit zu erreichen, weist das Werkzeug
Kühlkanäle beziehungsweise
Temperierkanäle
auf, über
die ein entsprechendes Kühlmittel
zugeführt
wird, damit das Werkzeug und der darin befindliche Spritzling schnell
abgekühlt
werden kann, um dann das Werkzeug zu öffnen und den Spritzling abgeben
zu können.
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Beim
Betrieb einer solchen Spritzgießmaschine
zur Herstellung von Formteilen aus Kunststoff entsteht durch die
hydraulische Antriebseinheit Verlustwärme, die bisher durch eine
Kühlanlage
an die Atmosphäre
abgeführt
wird. Dies erfolgt bei hydraulischangetriebenen Spritzgießmaschinen über einen oder
mehrere Wärmetauscher,
die von einem Wärmeträgermedium
durchströmt
sind, beispielsweise von Wasser, und die andererseits von dem Hydrauliköl des Antriebs
durchströmt
sind. Das Hydrauliköl gibt über diesen
Kreislauf die Verlustwärme
an das Wärmeträgermedium,
beispielsweise Wasser, ab. Das Wärmeträgermedium
wird in eine externe Kühlanlage
geleitet und dort zurückgekühlt, beispielsweise über Kühltürme oder
Kältemaschinen.
Die Formlinge werden durch das aufgeschmolzene Kunststoffgranulat
in der Kavität
des Werkzeuges geformt und anschließend abgekühlt. Die hierbei erforderliche Prozesswärme/-kälte entsteht zum einem durch
die in der Plastifiziereinheit verursachte Friktionswärme und
die elektrische Fremdbeheizung der Düse beziehungsweise des Heißkanals
und zum anderen durch externe Kühl-
und Temperiergeräte
für die
Werkzeugtemperierung. Der Kühlkreislauf
ist wiederum mit einem Wärmeträgermedium,
beispielsweise Wasser, betrieben, wobei gegebenenfalls gekühlter Wärmeträger zugeführt und
nach Durchströmung
der Kanäle
des Werkzeuges abgekühlt
wird. Auch dieses Wärmeträgermedium
wird externen Kühl-/oder
Temperiergeräten
zugeführt
und von diesen wiederum dem Werkzeug zugeführt.
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Bei
einer derartigen Betriebsweise wird die Energiebilanz aus der Verlustwärme der
Antriebsenergie der Spritzgießmaschine
und der notwendigen Prozesswärme/-kälte für die Werkzeug-
und Heißkanaltemperierung
nicht abgeglichen.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine Spritzgießmaschine
gattungsgemäßer Art
zu schaffen, bei der die Energiebilanz verbessert wird.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, dass die Spritzgießmaschine
einen thermischen Kompressor in Form einer Adsorptionskältemaschine aufweist,
die eingangsseitig von dem vom Hydraulikkreis erwärmten Wärmeträgermedium,
insbesondere Kühlwasser,
durchströmt
ist und ausgangsseitig vom Kühlmedium
des Kühl-
oder Temperierkreises des Werkzeuges durchströmt ist, so dass die über das Kühlwasser
abgeführte
Verlustwärme
mittels des thermischen Kompressors zur Kühlung des Temperier- oder Kühlkreis-Mediums
dient und das gekühlte Medium
das Werkzeug kühlt.
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Obwohl
im Anspruch von „Kühlwasser” die Rede
ist, ist anstelle von Kühlwasser
auch jedes andere geeignete Wärmeträgermedium
durch diesen Begriff gemeint und erfasst.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausbildung wird
die Verlustwärme
aus der Antriebseinheit der Spritzgießmaschine vorzugsweise ohne
zusätzlichen Energieaufwand,
für die
Kühlung
und Temperierung der notwendigen Prozesskühlung genutzt und der Kühlbedarf
des Werkzeuges gedeckt. Die über
das Kühlwasser
oder einen entsprechenden Wärmeträger abgeführte Verlustwärme aus
dem Hydraulikkreis wird durch einen thermischen Kompressor, eine
so genannte Adsorptionskältemaschine,
in Kälte
umgewandelt und der notwendigen Prozesskühlung für das Werkzeug zugeführt. Die Übertragung
der Wärmeenergie
von dem Wärmeträgermedium,
welches mit dem Hydraulikkreis gekoppelt ist, auf den thermischen
Kompressor erfolgt beispielsweise durch einen Wärmetauscher. Ebenso kann die Übertragung der
Wärmeenergie
(Kälte)
vom dem thermischen Kompressor auf den Kühlkreis des Werkzeuges mittels
eines Wärmetauschers
erfolgen.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausbildung wird
die im Hydraulikkreis erzeugte Prozesswärme dazu genutzt, das Wärmeträgermedium
des Kühlkreises
zu kühlen.
Es wird damit mindestens annähernd
die Energiebilanz aus der Verlustwärme der Antriebsenergie der
Spritzgießmaschine
und der notwendigen Prozesswärme/-kälte für die Werkzeug und
Heißkanaltemperierung
abgeglichen.
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Bevorzugt
ist dabei vorgesehen, dass die Maschine eine Regeleinheit aufweist,
mittels derer der Kühlwasserstrom
für den
Hydraulikkreis und der Kühlmediumstrom
des Temperier- oder Kühlkreises des
Werkzeuges geregelt wird.
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Vorzugsweise
werden alle Wärmeerzeuger im
Werkzeug und alle Kühlkanäle im Werkzeug
mit ein und dergleichen Regeleinheit geregelt und ein Energiegleichgewicht
im Werkzeug erreicht.
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Gegebenenfalls
ist bevorzugt vorgesehen, dass in den Kühlwasserkreis für den Hydraulikkreis eine
Pumpe eingeschaltet ist.
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Hierdurch
wird über
das Wärmeträgermedium
und die zusätzliche
Pumpe die Verlustwärme
aus der Hydraulik zum thermischen Kompressor (vergleichbar einer
Wärmepumpe)
transportiert, um dort in einem Wärmeträgermedium eine niedrigere Temperatur
zu erzeugen, die zur Kühlung
des Werkzeuges dient.
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Zudem
kann vorgesehen sein, dass in den Kühlkreis für das Werkzeug eine Pumpe eingeschaltet
ist, wobei über
ein oder mehrere Regeleinheiten Temperierkreise mit unterschiedlichen
Temperaturen im Werkzeug steuerbar sind.
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Demgemäß wird das
Kühlmedium über eine Pumpe
zum Werkzeug gefördert
und über
eine oder mehrere Regeleinheiten können Temperierkreise mit unterschiedlichen
Temperaturen im Werkzeug betrieben werden.
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Zudem
kann vorgesehen sein, dass vor den Eingang des thermischen Kompressors
ein Regelventil geschaltet ist, mittels dessen das erwärmte Kühlwasser
in den Kompressor oder bei überhöhtem Wärmeanfall
in eine externe Kühlanlage
geleitet wird.
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Über entsprechende
Regelventile kann bei überhöhtem Wärmeanfall
die überschüssige Wärme in eine
externe Kühlanlage
abgegeben werden.
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Zudem
kann vorgesehen werden, dass vor den Eingang des thermischen Kompressors
ein Regelventil geschaltet ist, über
das zusätzlich
oder alternativ von einem externen Wärmeerzeuger erwärmtes Kühlwasser
dem Kompressor zugeführt
wird.
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Bei
zu geringem Wärmeanfall
kann über
entsprechende Regelventile die notwendige zusätzliche Wärme über einen externen Wärmeerzeuger
zugeführt
werden.
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Gemäß der Erfindung
erfolgt der Energietransport des Wärmeträgermediums durch einen thermischen
Kompressor, der somit bisher übliche elektrisch
angetriebene Kompressoren ersetzt. Alle Wärmeerzeuger und -verbraucher
innerhalb des Hydraulikkreises und innerhalb des Werkzeuges werden
miteinander über
eine zentrale Steuerung verknüpft
und geregelt, wobei ein oder mehrere Regelkreise möglich sind.
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Ein
schematisches Ausführungsbeispiel
ist in der Zeichnung gezeigt und im Folgenden näher beschrieben.
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Die
einzige Zeichnungsfigur zeigt eine Spritzgießmaschine mit entsprechenden
Aggregaten.
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In
der Zeichnung ist eine Spritzgießmaschine 1 mit einem
hydraulisch angetriebenen Werkzeug 2 (im Ausführungsbeispiel
ein Zwei-Backenwerkzeug) gezeigt. Es ist dabei eine Plastifiziereinheit 3 zum
Aufschmelzen des Kunststoffgranulat vorgesehen, wobei bei 4 ein
Einfülltrichter
für Kunststoffgranulat
gezeigt ist. Die Plastifiziereinheit 3 geht über einen
Heißkanal 5 und über eine
Spritzdüse
in die Kavität
des Werkzeuges 2 über.
Die Antriebseinheit 6, mittels derer das Werkzeug 2 verstellt
wird, ist nur schematisch angedeutet. Der Antrieb erfolgt über eine
Hydraulik. Die Hydraulikflüssigkeit
wird über
einen Wärmetauscher 7 geführt, der
andererseits von einem Wärmeträgermedium,
insbesondere Kühlwasser
durchströmt
ist. Die Kühlwasserzuleitung
ist mit 8 und die Kühlwasserableitung
mit 9 bezeichnet.
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Des
Weiteren ist das Werkzeug 2 an einem Kühl- oder Temperierkreis angeschlossen.
Die Zuläufe
sind mit 10 und die Rückläufe mit 11 bezeichnet. Zusätzlich ist
die Spritzgießmaschine
mit einem thermischen Kompressor 12 in Form einer Adsorptionskältemaschine
bestückt.
Diese wird eingangsseitig von dem vom Hydraulikkreis erwärmten Kühlwasser (9)
durchströmt.
Eine entsprechende Anschlussleitung ist bei 13 angegeben.
Das warme Kühlwasser wird
also über
die Leitung 9, 13 zugeführt und über die Leitung 14 zurückgeführt und
gegebenenfalls wieder über
die Leitung 8 in den Wärmetauscher 7 eingeleitet.
Die Wärme
des zugeführten
Kühlwasser wird
im thermischen Kompressor zur Umwandlung in Kühlenergie genutzt. Der Kompressor 12 weist
dazu einen Kühlkreis
mit einer Ausgangsleitung 15 und einer Zuflussleitung 16 auf.
Die Ausgangsleitung 15 ist über ein Ventil mit den Leitungen 10 des
Werkzeuges gekoppelt, so dass das kalte Medium zur Kühlung des
Werkzeuges 2 genutzt werden kann. Das zurückfließende erwärmte Kühlmedium
fließt
durch die Leitungen 11 und gegebenenfalls über die
Leitung 16 im Kreislauf zurück. Auf diese Weise wird das
vom Hydraulikkreis erwärmte
Kühlwasser
zur Kühlung
des Temperier- oder Kühlkreismediums
benutzt. Gegebenenfalls können
für die
Auslaufführung
des Mediums Pumpen 17 beziehungsweise 18 in den
Kreisen vorgesehen sein sowie diverse Schaltventile. Zusätzlich kann
bei 19 zusätzliche
Wärmeenergie
zugeführt werden
oder überschüssige Wärmeenergie
abgeführt
werden. Auch kann bei 20 zusätzlich Wärmeträgermedien abgezogen oder zugeführt werden.
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Bei „T” sind diverse
Temperaturfühler
angegeben, deren Messwerte in einer nicht dargestellten Steuerungseinheit
verarbeitet werden und zur Steuerung des Betriebsablaufes genutzt
werden.
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Im
Ausführungsbeispiel
ist die Betriebsweise der Vorrichtung näher veranschaulicht. Das Hydrauliköl der hydraulischen
Antriebseinheit 6 der Spritzgießmaschine 1 wird über den
Wärmetauscher 7 gekühlt, vorzugsweise
einen Ölwärmetauscher,
indem die Verlustwärme über eine
externe Kühlanlage
bei 21 an die Atmosphäre
abgegeben wird.
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Über ein
Dreiwegeventil 22 wird ein geregelter Teilstrom der Hydraulikwärme zum
thermischen Kompressor 12 gesteuert. Der thermische Kompressor 12 kühlt den
Wärmeteilstrom
um ca. 5° Kelvin
ab und führt über den
Rücklauf 14 das
abgekühlte
Medium wieder dem Hydraulikkreislauf zu.
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Durch
die Wärmeaufnahme
im Kompressor 12 verdampft das dort befindliche Kältemittel
unter Vakuum und kühlt
sich am Kondensator ab. Das kondensierte Kältemittel wird mit niedriger
Temperatur im Kondensatraum gesammelt. Hier wird durch einen Wärmetauscher 23 ein
Kühlmedium
niedriger Temperatur erzeugt und mit einer Pumpe 17 für die Werkzeugkühlung zum
Wärmetauscher 24 gefördert und somit
dem Werkzeugkühlkreislauf
(Leitungen 10) zur Verfügung
gestellt.
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Die
vom Kondensator aufgenommene Wärme
wird über
ein Dreiwegeventil 25 gesteuert und im Rückkühler wieder
an einen weiteren Verbraucher oder Rückkühler abgeführt. Alternativ kann die Regelung über drehzahlgeregelte
Lüfter
erfolgen.
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Mit
einer Pumpe 18 wird das Kühlwasser durch den Wärmetauscher 24 gefördert und
vom Werkzeug 2 kommend (über Leitung 11) rückgekühlt. Hierbei
durchströmt
das Kühlwasser
ein oder mehrere Durchflussregelventile 26, wodurch die
jeweiligen Kühlkanäle temperaturgeregelt
werden (Durchströmung
der Leitungen 10 beziehungsweise 11).
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Die
notwendige Wärme
für den
Verdampfungsprozess im Kompressor 12 wird über die
Temperaturmesser 27, 28 durch einen Zentralrechner 29 gesteuert,
der mit den entsprechenden Messelementen und Regelelementen in Verbindung
steht. Die Verbindungen sind der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.
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Bei
zu geringem Wärmeangebot
aus der Hydraulikkühlung,
zum Beispiel im Anfahrbetrieb der Vorrichtung, kann über ein
Motorventil zusätzliche Wärme aus
einem Wärmespeicher
einer Zusatzheizung zugeführt
werden, beispielsweise über
einen Anschluss an die Leitung 13. Alternativ kann zusätzlicher
Kältebedarf
oder Wärmebedarf
durch externe Kältemaschinen
beziehungsweise Temperiergeräte über Ventile 30 eingesteuert
werden.
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Der
Kühlbedarf
für die
Werkzeugkühlung wird über Temperaturmessgeber 31, 32 vom
Werkzeugrücklauf
(11), am Heißkanal 5,
an der Plastifiziereinheit (3) und/oder am Kühlwasservorlauf
durch den Zentralrechner 29 ermittelt und über den
Wärmetransport
im thermischen Kompressor 12 gedeckt. Mittels des Zentralrechners
wird der Wärme-
und Kühlbedarf
der Produktionseinheit überwacht
und abgeglichen.