DE102011053125B4 - Vorrichtung zur Kühlung von Werkzeugen von Kunststoffverarbeitungsmaschinen - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur Regelung des Kühlmittelstromes in einem geschlossenen, mit einem Phase wechselnden Kühlmedium befüllten Kühlkreislauf, der wenigstens einen Verdichter-Verflüssiger-Satz (VVS) mit einem Verdichter (K), einem mit dem Verdichter (K) verbundenen Verflüssiger (F) mit Flüssigkeits- oder Luftkühlung, einem mit dem Verflüssiger (F) verbundenen Kühlmittelspeicher (KP) und einem dem Verdichter (K) vorgeschalteten Flüssigkeitsabscheider (FA) umfasst und der Verdichter-Verflüssiger-Satz (VVS) einen ersten Bypass-Zweig mit einer Absperreinrichtung (B1) zwischen Verdichterausgang und Eingang des Flüssigkeitsabscheiders (FA), einen zweiten Bypass-Zweig mit einer Absperreinrichtung (B2) zwischen Verflüssigerausgang und Eingang des Flüssigkeitsabscheiders (FA) und einen dritten Bypass-Zweig mit einer Absperreinrichtung (A) zwischen Ausgang (KA) und Eingang (KE) sowie eine Vorlaufabsperreinrichtung (V) am Ausgang des Kühlmittelspeichers (KP) aufweisend mit einer Mehrzahl mit Verdampfern (Di) bestückter Kühlstellen verbunden ist, und eine als Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ausgebildete Regeleinrichtung vorgesehen ist, zur Kühlung von Werkzeugen (W) von Kunststoffverarbeitungsmaschinen entsprechend der zeitlichen Abfolge des Verarbeitungsprozesses mit den Modi a) AUS b) NORMAL = Versorgung der Verdampfer (Di) mit Kühlmittel c) STAND-BY = kein Kühlmittelfluss zwischen dem Verdichter-Verflüssiger-Satz (VVS) und den Verdampfern (Di) bei Aufrechterhaltung des Kühlmitteldrucks im Verdichter-Verflüssiger-Satz (VVS) oder d) ABSAUGEN = Entleerung der Verdampfer (Di) und der Zu- und Abströmleitungen e) AUS, so dass die Umschaltung zwischen den Modi NORMAL und STAND-BY in Abhängigkeit vom Verarbeitungsprozesszustand derart erfolgt, dass STAND-BY zwischen dem Auswurf eines ersten Werkstücks aus dem Werkzeug (W) und dem Zuführen von Schmelze für ein zweites Werkstück eingenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (SPS) Eingangssignale, die von Istwertgebern für die Temperatur (TDi) des Werkzeugs (W) im Bereich jedes Verdampfers (Di), die Temperatur (TE) des Kühlmittels am Eingang (KE) des Verdichter-Verflüssiger-Satzes (VVS), die Temperatur (TK) des Kühlmittels am Ausgang des Verdichters (K), den ...
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung von Werkzeugen von Kunststoffverarbeitungsmaschinen. Die Anwendung der Erfindung ist indes nicht auf das Gebiet der Kunststoffverarbeitung beschränkt, sondern kann jedem Herstellungs- und Verarbeitungsprozess dienen, der durch zyklische Wärmezu- und -abfuhr gekennzeichnet ist.
- Es ist bekannt, die Kühlung von Werkzeugen von Kunststoffverarbeitungsmaschinen durch Regeleinrichtungen zu effektivieren. Eine solche Regelanordnung für die Temperatur eines von einem kühlenden Medium durchströmten Kunststoffverarbeitungswerkzeuges ist aus dem Patent
AT 381 272 B DE 25 05 348 A1 offenbart. - Daraus ergibt sich als Aufgabe der Erfindung, die Kühlung von Werkzeugen von Kunststoffverarbeitungsmaschinen durch Regelung des Kühlmittelflusses in geschlossenen Kühlkreisläufen zu verbessern, um die Zykluszeit des Verarbeitungsprozesses zu verkürzen.
- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Vorrichtung nach dem Patentanspruch gelöst. Die Regelung des Kühlmittelstromes erfolgt in einem geschlossenen, mit einem Phase wechselnden Kühlmedium befüllten Kühlkreislauf, der wenigstens einen Verdichter-Verflüssiger-Satz mit einem Verdichter, einem mit dem Verdichter verbundenen Verflüssiger mit Flüssigkeits- oder Luftkühlung, einem mit dem Verflüssiger verbundenen Kühlmittelspeicher und einem dem Verdichter vorgeschalteten Flüssigkeitsabscheider umfasst.
- Der Verdichter-Verflüssiger-Satz weist einen ersten Bypass-Zweig mit einer Absperreinrichtung zwischen Verdichterausgang und Eingang des Flüssigkeitsabscheiders, einen zweiten Bypass-Zweig mit einer Absperreinrichtung zwischen Verflüssigerausgang und Eingang des Flüssigkeitsabscheiders und einen dritten Bypass-Zweig mit einer Absperreinrichtung zwischen Ausgang und Eingang sowie eine Vorlaufabsperreinrichtung am Ausgang des Kühlmittelspeichers auf und ist mit einer Mehrzahl mit Verdampfern bestückter Kühlstellen verbunden. Eine als Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ausgebildete Regeleinrichtung weist entsprechend der zeitlichen Abfolge des Verarbeitungsprozesses zur Kühlung von Werkzeugen von Kunststoffverarbeitungsmaschinen die Modi
- a) AUS
- b) NORMAL = Versorgung der Verdampfer mit Kühlmittel
- c) STAND-BY = kein Kühlmittelfluss zwischen dem Verdichter-Verflüssiger-Satz und den Verdampfern bei Aufrechterhaltung des Kühlmitteldrucks im Verdichter-Verflüssiger-Satz oder
- d) ABSAUGEN = Entleerung der Verdampfer und der Zu- und Abströmleitungen
- a) AUS
- Die Umschaltung zwischen den Modi NORMAL und STAND-BY erfolgt in Abhängigkeit vom Verarbeitungsprozesszustand derart, dass STAND-BY zwischen dem Auswurf eines ersten Werkstücks aus dem Werkzeug und dem Zuführen von Schmelze für ein zweites Werkstück eingenommen wird, wobei die Regeleinrichtung Eingangssignale, die von Istwertgebern für die Temperatur des Werkzeugs im Bereich jedes Verdampfers, die Temperatur des Kühlmittels am Eingang des Verdichter-Verflüssiger-Satzes, die Temperatur des Kühlmittels am Ausgang des Verdichters, den Druck des Kühlmittels am Eingang des Verdichter-Verflüssiger-Satzes und den Druck des Kühlmittels am Ausgang des Verdichters und von der Steuerung der Verarbeitungsmaschine in Form von Start-Stop-Signalen geliefert werden, mittels eines Regelprogramms in Stellsignale für die Bypass-Absperreinrichtungen und die Vorlaufabsperreinrichtung und Start-Stop-Signale für den Verdichter sowie das Ventil oder den Ein-Aus-Schalter der Verflüssigerkühlung umsetzt.
- Die Regelung des Kühlmittelstroms in einem geschlossenen, mit einem Phase wechselnden Kühlmittel befüllten Kühlkreislauf erfolgt damit durch Beeinflussung des von dem Verdichter-Verflüssiger-Satz dem wenigstens einen Verdampfer angebotenen Kühlmittel-Volumenstroms in Abhängigkeit vom Zyklus des Verarbeitungsprozesses und der Werkzeugtemperatur am Verdampfer. Der Kühlmittel-Volumenstrom wird während des Verarbeitungszyklusses mittels der Bypass-Zweige des Verdichter-Verflüssiger-Satzes variiert. Insbesondere wird im STAND-BY-Modus, d. h. bei fehlender oder verminderter Anforderung seitens der Kühlstelle, also des wenigstens einen Verdampfers, der Kühlmittel-Volumenstrom in einem inneren Kreis des Verdichter-Verflüssiger-Satzes unter Solltemperatur und Solldruck aufrechterhalten, um bei Bedarf, also unmittelbar nach Öffnung eines Verdampferventils, dem Verdampfer Kühlmittel zur Verfügung stellen zu können. Das Verdampferventil wird anhand der Werkzeugtemperatur gesteuert. Zur Aufrechterhaltung der Druck-/Temperatur-Lage des Volumenstroms im STAND-BY-Modus dienen die Bypass-Zweige des Verdichter-Verflüssiger-Satzes, wobei zunächst die Absperreinrichtung des ersten Bypass-Zweiges zwischen dem Verdichterausgang und dem Eingang des Flüssigkeitsabscheiders geöffnet wird und damit das Kühlmittel vom Verdichter über den Bypass und den Flüssigkeitsabscheider zurück in den Verdichter strömt. Für den Fall, dass die Kühlmitteltemperatur am Verdichterausgang einen Schwellwert überschreitet, wird der erste Bypass-Zweig geschlossen und die Absperreinrichtung des zweiten Bypass-Zweiges geöffnet sowie ggf. die Verflüssigerkühlung geöffnet bzw. eingeschaltet, so dass nunmehr das Kühlmittel vom Verdichter über den Verflüssiger, den zweiten Bypass-Zweig und den Flüssigkeitsabscheider zurück zum Verdichter fließt und dabei beim Passieren des Verflüssigers gekühlt wird. Bei Prozessende muss das System an den Trennstellen kühlmittelfrei sein. Um dies zu erreichen, wird der ABSAUGEN-Modus eingefügt, nachdem das STOP-Signal der Prozesssteuerung empfangen wurde, bevor die Freigabe für einen neuen Verarbeitungsprozess in Form eines START-Freigabe-Signals an die Prozesssteuerung erfolgt. Während des ABSAUGEN-Modus sind der erste und der zweite Bypass-Zweig und die Vorlaufabsperreinrichtung geschlossen, während die Absperreinrichtung des dritten Bypass-Zweiges geöffnet ist, so dass das gasförmige Kühlmittel vom Verdichter aus dem Kühlmittelkreis abgesaugt, im Verflüssiger verflüssigt und in den Kühlmittelspeicher eingebracht wird. Flüssiges Kühlmittel aus dem Kühlkreislauf verbleibt im Flüssigkeitsabscheider, so dass ein Eintritt in den Verdichter ausgeschlossen ist.
- Die Erfindung wird im Folgenden in Form eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt
- das Blockschaltbild der bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
- Die Zeichnung zeigt ein stilisiert dargestelltes Werkzeug W, das eine Reihe mit Verdampfern D1 bis Dn bestückte Kühlstellen aufweist, einen Verdichter-Verflüssiger-Satz VVS, der über eine Zuströmleitung LZ und eine Abströmleitung LA mit den Verdampfern D1 bis Dn verbunden ist, so dass die Verdampfer D1 bis Dn parallel mit Kühlmittel versorgt werden. Jeder Verdampfer D1 bis Dn verfügt über ein Eingangsventil, das in Abhängigkeit vom Kühlmittelbedarf der Kühlstelle geöffnet oder geschlossen wird. Die Zuströmleitung LZ ist an den Ausgang KA und die Abströmleitung LA ist an den Eingang KE des Verdichter-Verflüssiger-Satzes VVS angeschlossen. Der Verdichter-Verflüssiger-Satz VVS besteht aus einem Verdichter K, der über einen Ein-Aus-Schalter KS ansteuerbar ist, mit vorgeschaltetem Flüssigkeitsabscheider FA, einem Verflüssiger F, dessen Primärkreis mittels eines Schaltgliedes FS zugeschaltet oder abgeschaltet werden kann, einem dem Verflüssiger F nachgeschaltetem Kühlmittelspeicher KP und einem Vorlaufventil V, das den Kühlmittelspeicher KP mit dem Ausgang KA verbindet, sowie einem ersten Bypass-Zweig mit einem Absperrventil B1 zwischen dem Ausgang des Verdichters K und dem Eingang des Flüssigkeitsabscheiders FA, einem zweiten Bypass-Zweig mit einem Absperrventil B2 zwischen dem Ausgang des Verflüssigers F und dem Eingang des Flüssigkeitsabscheiders FA und einem Absaugzweig mit einem Absperrventil A zwischen dem Ausgang KA und dem Eingang KE, der mit dem Eingang des Flüssigkeitsabscheiders FA identisch ist. Die Absperrventile A, V, B1, B2, die Eingangsventile der Verdampfer D1 bis Dn sowie die Schaltglieder FS des Verflüssigerprimärkreises und KS des Verdichters K werden von einer Speicherprogrammierbaren Steuerung SPS mit Schaltsignalen beaufschlagt. Zur Generierung der Schaltsignale werden an die Speicherprogrammierbare Steuerung SPS Istwerte von Messgrößen übertragen und entsprechend dem Maschinenzyklus verarbeitet. Es werden erfasst die Werkzeugtemperaturen TD1, TD2, TDn an den Kühlstellen, die Druck-Temperatur-Lage pK, TK am Ausgang des Verdichters K sowie die Druck-Temperatur-Lage pE, TE am Eingang KE und die Druck-Temperatur-Lage pA, TA am Ausgang KA des Verdichter-Verflüssiger-Satzes VVS. Für die Steuerung des Verdichter-Verflüssiger-Satzes VVS werden daneben Start-Stop-Signale ZS der Maschinen- bzw. Prozesssteuerung MPS, die den Verarbeitungszyklus beschreiben, verwendet. Ebenso werden der Maschinen- bzw. Prozesssteuerung MPS ggf. Alarmsignale AS übermittelt. Schaltsignale und Istwertsignale werden vorteilhaft über einen Signalbus SB übertragen, der an die Speicherprogrammierbare Steuerung SPS einerseits und die Schalteingänge der Absperrventile und Schaltglieder sowie die Istwertgeber andererseits angeschlossen ist.
- Die Erfindung ist nicht auf eine Anordnung wie im vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel beschränkt. Anstelle eines geschlossenen Kühlkreislaufs mit einem Verdichter-Verflüssiger-Satz VVS und einer Mehrzahl Verdampfern D1 bis Dn kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch aus der Anordnung von mehreren Verdichter-Verflüssiger-Sätzen VVS mit jeweils einem oder mehreren angeschlossenen Verdampfern Di bestehen. Von der Erfindung umfasst sind sowohl die Verwendung je einer Steuer- bzw. Regeleinrichtung für den Verarbeitungsprozess und die Kühlvorrichtung mit entsprechenden Verbindungen, wobei diese jeweils oder eine von ihnen als Speicherprogrammierbare Steuerung SPS ausgebildet sein können, als auch die Verwendung einer gemeinsamen Steuer- bzw. Regeleinrichtung für beide Aufgabenbereiche gemeinsam, die wiederum als Speicherprogrammierbare Steuerung ausgebildet sein kann.
- Bezugszeichenliste
-
-
- A
- Absaug-Absperrventil
- AS
- Alarmsignal
- B1,
- B2 Bypass-Absperrventile
- Di
- Verdampfer
- F
- Verflüssiger
- FA
- Flüssigkeitsabscheider
- FS
- Ein-Aus-Schalter des Verflüssigerprimärkreises
- K
- Verdichter
- KA
- Ausgang des Verdichter-Verflüssiger-Satzes
- KE
- Eingang des Verdichter-Verflüssiger-Satzes
- KP
- Kühlmittelspeicher
- KS
- Verdichter-Ein-Aus-Schalter
- LA
- Abströmleitung
- LZ
- Zuströmleitung
- MPS
- Maschinen-Prozess-Steuerung
- SPS
- Speicherprogrammierbare Steuerung des Verdichter-Verflüssiger-Satzes
- V
- Vorlaufventil
- VVS
- Verdichter-Verflüssiger-Satz
- W
- Werkzeug
- ZS
- Zyklus-Start-Stop-Signal
- TDi
- Werkzeugtemperaturen an Kühlstellen
- pA,
- TA Druck-Temperatur-Lage am Ausgang des Verdichter-Verflüssiger-Satzes
- pE,
- TE Druck-Temperatur-Lage am Eingang des Verdichter-Verflüssiger-Satzes
- pK,
- TK Druck-Temperatur-Lage am Verdichterausgang
Claims (1)
- Vorrichtung zur Regelung des Kühlmittelstromes in einem geschlossenen, mit einem Phase wechselnden Kühlmedium befüllten Kühlkreislauf, der wenigstens einen Verdichter-Verflüssiger-Satz (VVS) mit einem Verdichter (K), einem mit dem Verdichter (K) verbundenen Verflüssiger (F) mit Flüssigkeits- oder Luftkühlung, einem mit dem Verflüssiger (F) verbundenen Kühlmittelspeicher (KP) und einem dem Verdichter (K) vorgeschalteten Flüssigkeitsabscheider (FA) umfasst und der Verdichter-Verflüssiger-Satz (VVS) einen ersten Bypass-Zweig mit einer Absperreinrichtung (B1) zwischen Verdichterausgang und Eingang des Flüssigkeitsabscheiders (FA), einen zweiten Bypass-Zweig mit einer Absperreinrichtung (B2) zwischen Verflüssigerausgang und Eingang des Flüssigkeitsabscheiders (FA) und einen dritten Bypass-Zweig mit einer Absperreinrichtung (A) zwischen Ausgang (KA) und Eingang (KE) sowie eine Vorlaufabsperreinrichtung (V) am Ausgang des Kühlmittelspeichers (KP) aufweisend mit einer Mehrzahl mit Verdampfern (Di) bestückter Kühlstellen verbunden ist, und eine als Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ausgebildete Regeleinrichtung vorgesehen ist, zur Kühlung von Werkzeugen (W) von Kunststoffverarbeitungsmaschinen entsprechend der zeitlichen Abfolge des Verarbeitungsprozesses mit den Modi a) AUS b) NORMAL = Versorgung der Verdampfer (Di) mit Kühlmittel c) STAND-BY = kein Kühlmittelfluss zwischen dem Verdichter-Verflüssiger-Satz (VVS) und den Verdampfern (Di) bei Aufrechterhaltung des Kühlmitteldrucks im Verdichter-Verflüssiger-Satz (VVS) oder d) ABSAUGEN = Entleerung der Verdampfer (Di) und der Zu- und Abströmleitungen e) AUS, so dass die Umschaltung zwischen den Modi NORMAL und STAND-BY in Abhängigkeit vom Verarbeitungsprozesszustand derart erfolgt, dass STAND-BY zwischen dem Auswurf eines ersten Werkstücks aus dem Werkzeug (W) und dem Zuführen von Schmelze für ein zweites Werkstück eingenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (SPS) Eingangssignale, die von Istwertgebern für die Temperatur (TDi) des Werkzeugs (W) im Bereich jedes Verdampfers (Di), die Temperatur (TE) des Kühlmittels am Eingang (KE) des Verdichter-Verflüssiger-Satzes (VVS), die Temperatur (TK) des Kühlmittels am Ausgang des Verdichters (K), den Druck (pE) des Kühlmittels am Eingang (KE) des Verdichter-Verflüssiger-Satzes (VVS) und den Druck (pK) des Kühlmittels am Ausgang des Verdichters (K) und von der Steuerung (MPS) der Verarbeitungsmaschine in Form von Start-Stop-Signalen (ZS) geliefert werden, mittels eines Regelprogramms in Stellsignale für die Bypass-Absperreinrichtungen (A, B1, B2) und die Vorlaufabsperreinrichtung (V) und Start-Stop-Signale (KS) für den Verdichter (K) sowie das Ventil (FS) oder den Ein-Aus-Schalter (FS) der Verflüssigerkühlung umsetzt.
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