DE102020109595A1 - Method for classifying a plastic - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Klassifizieren eines Kunststoffs, wobei der Kunststoff durch Zuführen einer Plastifizierenergie in Form von mechanischer und/oder thermischer Energie unter Erhöhung einer Temperatur des Kunststoffs von einem Anfangstemperaturwert auf einen Endtemperaturwert plastifiziert wird, ein Volumen und/oder eine Masse des Kunststoffs sowie die zugeführte Plastifizierenergie als Messgrößen messtechnisch erfasst werden, in Abhängigkeit der erfassten Messgrößen, des Anfangstemperaturwerts und des Endtemperaturwerts zumindest eines der folgenden bestimmt wird: eine Wärmekapazität des Kunststoffs und/oder eine Enthalpieänderung des Kunststoffs und/oder eine aus der Wärmekapazität und/oder der Enthalpieänderung rechnerisch ableitbare Größe, und auf Basis der bestimmten Wärmekapazität und/oder der bestimmten Enthalpieänderung und/oder der daraus rechnerisch ableitbaren Größe eine den Kunststoff beinhaltende Kunststoffgruppe identifiziert wird.A method for classifying a plastic, wherein the plastic is plasticized by supplying plasticizing energy in the form of mechanical and / or thermal energy while increasing a temperature of the plastic from an initial temperature value to an end temperature value, a volume and / or a mass of the plastic and the supplied plasticizing energy are recorded as measured variables, depending on the recorded measured variables, the initial temperature value and the final temperature value, at least one of the following is determined: a heat capacity of the plastic and / or a change in enthalpy of the plastic and / or a variable that can be calculated from the heat capacity and / or the change in enthalpy , and on the basis of the determined heat capacity and / or the determined enthalpy change and / or the variable that can be calculated therefrom, a plastic group containing the plastic is identified.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Klassifizieren eines Kunststoffs.The present invention relates to methods for classifying a plastic.
Im Folgenden wird der Stand der Technik anhand von Formgebungsmaschinen beschrieben, wobei insbesondere auf das Beispiel einer Spritzgießmaschine eingegangen wird. Unter die Klasse der Formgebungsmaschinen fallen neben Spritzgießmaschinen aber auch Spritzpressen, Pressen und dergleichen. Die nachstehende Beschreibung des Stands der Technik gilt für sie analog.In the following, the prior art is described with the aid of molding machines, with the example of an injection molding machine being discussed in particular. In addition to injection molding machines, the class of molding machines also includes injection presses, presses and the like. The following description of the prior art applies analogously to them.
Beim Einrichten eines Spritzgießprozesses werden in der Praxis nach wie vor in aller Regel Grundeinstellungen von einem Bediener der Spritzgießmaschine vorgenommen. Dies gilt auch für Einstellungen des Plastifizierprozesses, mittels welchem ein Kunststoffgranulat, beispielsweise unter Verwendung einer Plastifizierschnecke, in eine formbare Masse verwandelt wird.When setting up an injection molding process, in practice, as before, basic settings are generally made by an operator of the injection molding machine. This also applies to settings of the plasticizing process, by means of which a plastic granulate is transformed into a malleable mass, for example using a plasticizing screw.
Dabei ist der Bediener auf seine Erfahrung und eine „Trial and Error“-Vorgehensweise eingeschränkt, weil die nicht-lineare Natur des Plastifizier- und Formgebungsprozesses ein automatisches Einstellen der Spritzgießmaschine im Stand der Technik weitgehend verhindert hat, obwohl es seit längerem Bestrebungen gibt, Spritzgießmaschinen zu einer automatischen (Selbst-)Einstellung zu befähigen. Wegen der Materialabhängigkeit des Prozesses und dessen erwähnter nicht-linearer Natur scheitert das automatisierte Einstellen der Spritzgießmaschine oft schon daran, dass der verwendete Kunststoff nicht bekannt ist oder diesbezügliche Eingaben von Bedienern nicht automatisiert überprüfbar sind.The operator is limited to his experience and a "trial and error" procedure because the non-linear nature of the plasticizing and shaping process has largely prevented automatic setting of the injection molding machine in the prior art, although efforts have been made for a long time to use injection molding machines to enable an automatic (self-) adjustment. Because of the material dependency of the process and its mentioned non-linear nature, the automated setting of the injection molding machine often fails because the plastic used is not known or the operator inputs cannot be checked automatically.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, mittels welchem ein Kunststoff klassifizierbar ist und welches mit vertretbarem Aufwand auch an oder zumindest in unmittelbarer Nähe zu einer Formgebungsmaschine durchführbar ist.The object of the present invention is to provide a method by means of which a plastic can be classified and which can also be carried out on or at least in the immediate vicinity of a molding machine with reasonable effort.
In einer ersten Ausprägung der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Dies geschieht, indem
- a) der Kunststoff durch Zuführen einer Plastifizierenergie in Form von mechanischer und/oder thermischer Energie unter Erhöhung einer Temperatur des Kunststoffs von einem Anfangstemperaturwert auf einen Endtemperaturwert plastifiziert wird,
- b) ein Volumen und/oder eine Masse des Kunststoffs sowie die zugeführte Plastifizierenergie als Messgrößen messtechnisch erfasst werden,
- c) in Abhängigkeit der erfassten Messgrößen, des Anfangstemperaturwerts und des Endtemperaturwerts zumindest eines der folgenden bestimmt wird: eine Wärmekapazität des Kunststoffs und/oder eine Enthalpieänderung des Kunststoffs und/oder eine aus der Wärmekapazität und/oder der Enthalpieänderung rechnerisch ableitbare Größe, und
- d) auf Basis der bestimmten Wärmekapazität und/oder der bestimmten Enthalpieänderung und/oder der daraus rechnerisch ableitbaren Größe eine den Kunststoff beinhaltende Kunststoffgruppe identifiziert wird.
- a) the plastic is plasticized by supplying plasticizing energy in the form of mechanical and / or thermal energy while increasing the temperature of the plastic from an initial temperature value to a final temperature value,
- b) a volume and / or a mass of the plastic as well as the supplied plasticizing energy are recorded as measured variables by measurement,
- c) at least one of the following is determined as a function of the recorded measured variables, the initial temperature value and the final temperature value: a heat capacity of the plastic and / or a change in enthalpy of the plastic and / or a variable that can be mathematically derived from the heat capacity and / or the change in enthalpy, and
- d) a plastic group containing the plastic is identified on the basis of the determined heat capacity and / or the determined enthalpy change and / or the variable that can be calculated therefrom.
Das heißt, über die Bestimmung der Wärmekapazität und/oder der Enthalpieänderung wird der Kunststoff klassifiziert. Dadurch, dass die Art des Kunststoffs und damit dessen Eigenschaften durch das erfindungsgemäße Verfahren - vorzugsweise automatisiert - ermittelt werden können, ist man einer automatischen Einstellung einer Formgebungsmaschine ein erhebliches Stück näher, da viele der Einstellungen bei Formgebungsmaschinen selbstverständlich stark vom verwendeten Material abhängen.This means that the plastic is classified by determining the heat capacity and / or the change in enthalpy. The fact that the type of plastic and thus its properties can be determined - preferably automatically - by the method according to the invention, one is a considerable step closer to an automatic setting of a molding machine, since many of the settings in molding machines are of course strongly dependent on the material used.
In einer zweiten Ausprägung der Erfindung geschieht dies durch die Merkmale des Anspruchs 20, nämlich indem
- a) der Kunststoff durch Zuführen einer Plastifizierenergie in Form von mechanischer und/oder thermischer Energie unter Erhöhung einer Temperatur des Kunststoffs von einem Anfangstemperaturwert auf einen Endtemperaturwert plastifiziert wird,
- e) eine vom Kunststoff abgegebene Infrarotstrahlung messtechnisch erfasst wird und
- f) auf Basis der erfassten Infrarotstrahlung eine den Kunststoff beinhaltende Kunststoffgruppe identifiziert wird.
- a) the plastic is plasticized by supplying plasticizing energy in the form of mechanical and / or thermal energy while increasing the temperature of the plastic from an initial temperature value to a final temperature value,
- e) an infrared radiation emitted by the plastic is detected by measurement and
- f) a plastic group containing the plastic is identified based on the detected infrared radiation.
In einer dritten Ausprägung der Erfindung wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 22 gelöst. Dies geschieht, indem
- a) der Kunststoff durch Zuführen einer Plastifizierenergie in Form von mechanischer und/oder thermischer Energie unter Erhöhung einer Temperatur des Kunststoffs von einem Anfangstemperaturwert auf einen Endtemperaturwert plastifiziert wird und
- g) aus zumindest zwei verschiedenen Quellen Identifikationsinformationen über den Kunststoff bezogen werden, wobei zumindest eine der zumindest zwei verschiedenen Quellen eine Messung an der zum Plastifizieren des Kunststoffs verwendeten Vorrichtung ist, und dass auf Basis der Identifikationsinformationen eine den Kunststoff beinhaltende Kunststoffgruppe identifiziert wird und bevorzugt der Kunststoff identifiziert wird.
- a) the plastic is plasticized by supplying plasticizing energy in the form of mechanical and / or thermal energy while increasing a temperature of the plastic from an initial temperature value to a final temperature value, and
- g) identification information about the plastic is obtained from at least two different sources, at least one of the at least two different sources being a measurement on the device used to plasticize the plastic, and that on the basis the identification information a plastic group containing the plastic is identified and preferably the plastic is identified.
Gemeinsam ist diesen Ausprägungen der Erfindung, dass auf Basis von erfassten Informationen eine den Kunststoff beinhaltende Kunststoffgruppe oder sogar der Kunststoff selbst identifiziert wird und zwar an einer Vorrichtung zum Plastifizieren des Kunststoffs, d.h. im Rahmen des Plastifiziervorgangs. Ein Beispiel für eine solche Vorrichtung wäre natürlich ein Plastifizieraggregat, wie es z.B. mit einer Spritzgießmaschine eingesetzt wird, oder allgemeiner eine Formgebungsm aschine.What these versions of the invention have in common is that, on the basis of recorded information, a plastic group containing the plastic or even the plastic itself is identified on a device for plasticizing the plastic, i.e. as part of the plasticizing process. An example of such a device would of course be a plasticizing unit, such as is e.g. is used with an injection molding machine, or more generally a molding machine.
Eine Angabe, wonach ein Kunststoff oder eine Kunststoffgruppe auf Basis eines Parameters oder einer sonstigen Information identifiziert wird (bspw. Merkmale d), f) oder g)), bedeutet im Rahmen der Erfindung nicht, dass nur der angegebene Parameter oder die sonstige Information herangezogen wird, um den Kunststoff oder die Kunststoffgruppe zu identifizieren. Vielmehr können stets weitere Parameter, Messwerte oder zusätzliche Informationen für die Identifikation herangezogen werden. Die Identifikation des Kunststoffs oder der Kunststoffgruppe kann sich auch auf Mischungen von zwei oder mehr Kunststoffen oder auf Mischungen von Kunststoffen mit Füllstoffen beziehen.An indication that a plastic or a group of plastics is identified on the basis of a parameter or other information (e.g. features d), f) or g)) does not mean, within the scope of the invention, that only the specified parameter or other information is used is used to identify the plastic or group of plastics. Rather, further parameters, measured values or additional information can always be used for identification. The identification of the plastic or the plastic group can also relate to mixtures of two or more plastics or to mixtures of plastics with fillers.
Die Erfindung bietet weitere Vorteile. Beispielsweise ermöglicht es die Erfindung, die Belastung der Formgebungsmaschine einzuschätzen, die über die Zeit auftritt, oder ein weiteres Kontrollorgan bereitzustellen, mittels dessen der Betrieb und die Betriebssicherheit überwacht werden kann.The invention offers further advantages. For example, the invention makes it possible to estimate the load on the molding machine that occurs over time, or to provide a further control element by means of which the operation and operational safety can be monitored.
Zu den Kunststoffgruppen, die als Klassifikation für den verwendeten Kunststoff verwendet werden, zählen beispielsweise Polyethylene, Polypropylene, Polystyrole, Polyamide, Polycarbonate, Polymethylmethacrylate und dergleichen.The plastic groups that are used as a classification for the plastic used include, for example, polyethylenes, polypropylenes, polystyrenes, polyamides, polycarbonates, polymethyl methacrylates and the like.
Neben der Identifikation der den Kunststoff beinhaltenden Kunststoffgruppe kann auch der Kunststoff an sich ermittelt werden, d.h. um welchen Kunststoff im Speziellen es sich handelt (bspw. PE 0,95 ggf. sogar mit Herkunftsangabe (PE X des Herstellers Y)). Im Sinne der Erfindung wird die Bestimmung des Kunststoffs selbst auch als die Identifizierung der den Kunststoff beinhaltenden Kunststoffgruppe aufgefasst. Unter der Bestimmung des Kunststoffs kann auch verstanden werden, dass zusätzlich zur Klassifizierung des Kunststoffs an sich Füllstoffe (bspw. Fasern) identifiziert oder dessen Menge im Kunststoff bestimmt wird.In addition to the identification of the plastic group containing the plastic, the plastic itself can also be determined, i.e. Which plastic is involved in particular (e.g. PE 0.95, possibly even with an indication of its origin (PE X from manufacturer Y)). In the context of the invention, the determination of the plastic itself is also understood as the identification of the plastic group containing the plastic. The determination of the plastic can also be understood to mean that in addition to the classification of the plastic itself, fillers (for example fibers) are identified or their amount in the plastic is determined.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das erfindungsgemäße Verfahren automatisiert implementiert werden kann, sodass eine Plastifizieraggregat und/oder eine Formgebungsmaschine den verwendeten Kunststoff automatisch bestimmt.Another advantage of the invention is that the method according to the invention can be implemented in an automated manner, so that a plasticizing unit and / or a shaping machine automatically determines the plastic used.
Neben den erfindungsgemäßen Verfahren wird auch Schutz begehrt für
- - ein Formgebungsverfahren, wobei der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren plastifizierte und klassifizierte Kunststoff, insbesondere im Rahmen eines Spritzgießverfahrens, verwendet wird,
- - ein Plastifizieraggregat, welches zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist, sowie
- - eine Formgebungsmaschine, insbesondere eingerichtet zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, mit einem erfindungsgemäßen Plastifizieraggregat.
- - a shaping process in which the plastic plasticized and classified by the process according to the invention is used, in particular in the context of an injection molding process,
- - A plasticizing unit, which is set up to carry out a method according to the invention, and
- a shaping machine, in particular set up to carry out a method according to the invention, with a plasticizing unit according to the invention.
Im übertragenen Sinn kann durch die erfindungsgemäße Bestimmung der Wärmekapazität und/oder der Enthalpieänderung ein erfindungsgemäßes Plastifizieraggregat und/oder eine erfindungsgemäße Formgebungsmaschine als Kalorimeter verwendet werden.In a figurative sense, a plasticizing unit according to the invention and / or a shaping machine according to the invention can be used as a calorimeter by determining the heat capacity and / or the change in enthalpy according to the invention.
Die Verwendung des Ausdrucks „Endtemperaturwert“ bedeutet nicht, dass keine weitere Temperaturveränderung - insbesondere Temperaturerhöhung - des Kunststoffs vorgenommen wird oder passieren kann. Der Ausdruck gibt lediglich an, dass es sich um die Temperatur im Wesentlichen zum Ende desjenigen Zeitintervalls handelt, über welchem die jeweilige Bestimmung der Wärmekapazität und/oder der Enthalpieänderung durchgeführt wird. Darauf folgende thermodynamische Vorgänge sind natürlich durchführbar und in gewissen Situationen sogar unumgänglich. Analoges gilt für den Anfangstem peratu rwert.The use of the expression “final temperature value” does not mean that no further temperature change - in particular an increase in temperature - is made or cannot happen to the plastic. The expression merely indicates that the temperature is essentially at the end of that time interval over which the respective determination of the heat capacity and / or the enthalpy change is carried out. The subsequent thermodynamic processes can of course be carried out and in certain situations are even unavoidable. The same applies to the initial temperature value.
Die erfassten Messgrößen (Volumen und/oder Masse, Plastifizierenergie) können direkt oder indirekt gemessen werden. Das gilt selbstverständlich auch für die Anfangstemperatur- und Endtemperaturwerte. Die aus der Wärmekapazität und/oder der Enthalpieänderung rechnerisch abgeleiteten Größen können ebenso entweder direkt oder indirekt gemessen werden (d.h. als eigenständige physikalische oder chemische Größe) oder es können die Wärmekapizität und/oder die Enthalpieänderung gemessen werden und die rechnerisch abgeleiteten Größen aus diesen Messwerten berechnet werden. Im Folgenden wird teilweise auf die explizite Anführung der rechnerisch aus der Wärmekapazität und/oder der Enthalpieänderung abgeleiteten Größe verzichtet. Sie ist aber in der Bedeutung immer mit erfasst, wenn von der (Bestimmung der) Wärmekapaziät und/oder der Enthalpieänderung die Rede ist.The measured variables (volume and / or mass, plasticizing energy) can be measured directly or indirectly. Of course, this also applies to the start and end temperatures. The values derived mathematically from the heat capacity and / or the change in enthalpy can also be measured either directly or indirectly (i.e. as an independent physical or chemical variable) or the heat capacity and / or the change in enthalpy can be measured and the mathematically derived values can be calculated from these measured values will. In the following, the explicit specification of the variable calculated from the heat capacity and / or the change in enthalpy is partly omitted. However, its meaning is always included when the (determination of) heat capacity and / or the change in enthalpy are discussed.
Das messtechnische Erfassen der von dem Kunststoff ausgesendeten Infrarotstrahlung (Verfahrensschritt e) ) kann bevorzugt am Beginn des Plastifiziervorgangs nach Verfahrensschritt a) durchgeführt werden, wenn der Kunststoff bspw. noch als Granulat vorliegt. Denkbar ist es aber auch, die Infrarotstrahlung während des Plastifiziervorgangs oder danach messtechnisch zu erfassen.The metrological detection of the infrared radiation emitted by the plastic (method step e)) can preferably be carried out at the beginning of the plasticizing process according to method step a) if the plastic is still present as granules, for example. However, it is also conceivable to measure the infrared radiation during the plasticizing process or afterwards.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.Further advantageous embodiments of the invention are defined in the dependent claims.
Es kann bevorzugt vorgesehen sein, dass auf Basis der erfassten Messgrößen eine Energiebilanz und/oder einer Leistungsbilanz für den Kunststoff aufgestellt wird und die bestimmte Wärmekapazität, die bestimmte Enthalpieänderung und/oder die daraus rechnerisch ableitbare Größe in Abhängigkeit der Energiebilanz und/oder der Leistungsbilanz bestimmt wird. Das Aufstellen einer die Realität zumindest ansatzweise abbildenden Energie- oder Leistungsbilanz kann die Genauigkeit der bestimmten Wärmekapazität und/oder Enthalpieänderung - und damit natürlich auch die Qualität der Klassifikation des Kunststoffs - dramatisch erhöhen. Alternativen bestehen aber prinzipiell in verschiedenen mehr oder minder präzisen Näherungen oder Schätzungen.Provision can preferably be made for an energy balance and / or a power balance for the plastic to be drawn up on the basis of the measured variables and for the specific heat capacity, the specific enthalpy change and / or the mathematically derived variable to be determined as a function of the energy balance and / or the power balance becomes. Setting up an energy or power balance that at least partially reflects reality can dramatically increase the accuracy of the determined heat capacity and / or enthalpy change - and thus of course also the quality of the classification of the plastic. In principle, however, alternatives consist of various more or less precise approximations or estimates.
Es wurde bereits erwähnt, dass auf Basis der Energiebilanz und/oder der Leistungsbilanz weitere Größen ermittelt werden können, nämlich beispielsweise ein Belastungskollektiv, ein Verschleißzustand und/oder ein Betriebszustand. Bei einem Belastungskollektiv handelt es sich um ein Maß für die gesamte Belastung über einen Zeitraum hin, vorzugsweise über die gesamte bisherige Lebensdauer der Anlage. Somit kann das Belastungskollektiv als direktes Maß für den Verschleiß der Anlage gelten. Natürlich lassen sich aus den erfindungsgemäß bestimmten Daten auch andere, insbesondere speziellere Verschleißmaße, beispielsweise für eine Plastifizierschnecke oder einen Plastifizierzylinder, bestimmen. Auch der Betriebszustand der Anlage kann durch die ermittelten Daten quantifiziert werden.It has already been mentioned that further variables can be determined on the basis of the energy balance and / or the power balance, namely, for example, a load spectrum, a state of wear and / or an operating state. A load collective is a measure of the total load over a period of time, preferably over the entire previous service life of the system. This means that the collective load can be used as a direct measure of the system's wear and tear. Of course, other, in particular more specific, wear dimensions, for example for a plasticizing screw or a plasticizing cylinder, can also be determined from the data determined according to the invention. The operating status of the system can also be quantified using the data obtained.
Die (bspw. mittels einer Heizvorrichtung) zugeführte und/oder abgeführte thermische Energie und/oder thermische Leistung und/oder ein Verlauf der zugeführten thermischen Energie und/oder thermischen Leistung ermittelt wird und bei der Energiebilanz und/oder Leistungsbilanz berücksichtigt wird. Die Energie- oder Leistungsbilanz lässt sich auf diese Weise besonders einfach aufstellen.The (for example. By means of a heating device) supplied and / or removed thermal energy and / or thermal power and / or a profile of the supplied thermal energy and / or thermal power is determined and taken into account in the energy balance and / or power balance. The energy or power balance can be drawn up particularly easily in this way.
Neben dem Zuführen von thermischer Energie beim Plastifizierprozess bei Kunststoffen ist es außerdem in manchen Fällen notwendig, den Kunststoff zu kühlen, bspw. um zu verhindern, dass die Temperatur des Kunststoffs so hoch wird, dass eine Degradation - im Sinne einer ungewollten chemischen oder physikalischen Veränderung bei zu hohen Temperaturen - des Kunststoffs auftritt.In addition to supplying thermal energy during the plasticizing process for plastics, in some cases it is also necessary to cool the plastic, e.g. to prevent the temperature of the plastic from becoming so high that it degrades - in the sense of an undesired chemical or physical change occurs if the temperature of the plastic is too high.
Besonders einfach kann sich die Ermittlung der Wärmekapazität gestalten, wenn sie als spezifische Wärmekapazität bei konstantem Druck bestimmt wird und auf Basis der spezifischen Wärmekapazität bei konstantem Druck die den Kunststoff beinhaltende Kunststoffgruppe identifiziert wird. Alternativ dazu kann die Wärmekapazität bei konstantem Volumen oder in Mischformen bestimmt werden, was aber Herausforderungen in Form von teils komplexen Berechnungen bei der Datenauswertung und schwierig anzusteuernden Betriebszuständen bereithält.The determination of the heat capacity can be particularly simple if it is determined as the specific heat capacity at constant pressure and the plastic group containing the plastic is identified on the basis of the specific heat capacity at constant pressure. Alternatively, the heat capacity can be determined at constant volume or in mixed forms, but this poses challenges in the form of sometimes complex calculations for data evaluation and operating states that are difficult to control.
Der Anfangstemperaturwert und/oder der Endtemperaturwert und/oder ein Temperaturverlauf des Kunststoffs kann mittels zumindest eines Temperatursensors direkt und/oder indirekt gemessen werden, wobei vorzugsweise eine Temperaturregelung des Kunststoffs mit der zugeführten mechanischen Energie und/oder der zugeführten thermischen Energie als Stellgröße und Messwerten des zumindest einen Temperatursensors als Ist-Werten durchgeführt wird. Die Verwendung von Temperatursensoren ermöglicht eine besonders einfache und zuverlässige Temperaturbestimmung, wobei sowohl eine direkte Messung der Temperatur des plastifizierten oder noch nicht plastifizierten Kunststoffs vorgesehen sein kann, als auch die indirekte Messung über die Bestimmung der Temperatur eines Körpers, welcher mit dem Kunststoff in thermischem Kontakt steht. Wenn nur ein Temperaturverlauf gemessen wird, kann der Anfangs- und/oder Endtemperaturwert selbstverständlich aus dem Verlauf entnommen werden.The initial temperature value and / or the final temperature value and / or a temperature profile of the plastic can be measured directly and / or indirectly by means of at least one temperature sensor, with preferably a temperature control of the plastic with the supplied mechanical energy and / or the supplied thermal energy as the manipulated variable and measured values of the at least one temperature sensor is carried out as actual values. The use of temperature sensors enables a particularly simple and reliable temperature determination, whereby both a direct measurement of the temperature of the plasticized or not yet plasticized plastic can be provided, as well as the indirect measurement via the determination of the temperature of a body which is in thermal contact with the plastic stands. If only one temperature profile is measured, the start and / or end temperature value can of course be taken from the profile.
Der Kunststoff kann bei im Wesentlichen konstantem Druck plastifiziert werden, wobei der Druck vorzugsweise mit konstantem Soll-Wert unter Verwendung von Messwerten zumindest eines Drucksensors geregelt wird. Die Vorteile bei der Durchführung des Verfahrens bei konstantem Druck wurden bereits angesprochen. Eine Regelung des (Masse-)Drucks auf einen konstanten Soll-Wert wird in vielen Fällen bei Plastifizieraggregaten des Stands der Technik ohnehin durchgeführt, sodass das erfindungsgemäße Verfahren leicht implementierbar ist.The plastic can be plasticized at an essentially constant pressure, the pressure preferably being regulated with a constant setpoint value using measured values of at least one pressure sensor. The advantages of performing the method at constant pressure have already been mentioned. A regulation of the (mass) pressure to a constant target value is carried out in many cases in plasticizing units of the prior art anyway, so that the method according to the invention can be easily implemented.
Die thermische Energie kann mittels einer - vorzugsweise elektrischen - Heizvorrichtung zugeführt werden, was eine besonders einfache Erfindungsausführung ist, wobei eine durch die Heizvorrichtung erzeuge thermische Heizenergie und/oder eine Heizleistung und/oder ein Verlauf der Heizenergie und/oder der Heizleistung erfasst werden kann.The thermal energy can be supplied by means of a - preferably electrical - heating device, which is a particularly simple embodiment of the invention, wherein a thermal heating energy generated by the heating device and / or a heating power and / or a course of the heating energy and / or the heating power can be detected.
Es kann zumindest ein Antriebssensor verwendet werden, mittels dessen die über zumindest einen Antrieb zugeführte mechanische Energie und/oder eine vom zumindest einen Antrieb (am Kunststoff direkt oder indirekt) geleistete mechanische Leistung und/oder ein Verlauf der zugeführten mechanischen Energie und/oder der geleisteten mechanischen Leistung gemessen wird. Auch dies dient dem einfachen Aufstellen einer Energie- oder Leistungsbilanz. Verluste, die bspw. durch Reibung und andere Widerstände auftreten, können in der Energie- oder Leistungsbilanz durch Korrekturfaktoren - bspw. abhängig von Maschinenbaugröße und Wirkungsgrad - berücksichtigt werden.At least one drive sensor can be used, by means of which the mechanical energy supplied via at least one drive and / or a mechanical power provided by the at least one drive (directly or indirectly on the plastic) and / or a profile of the mechanical energy supplied and / or the mechanical performance is measured. This is also used to easily set up an energy or power balance. Losses that occur, for example, due to friction and other resistances, can be taken into account in the energy or power balance by means of correction factors - for example depending on the machine size and efficiency.
Sowohl für die Heizleistung- oder Energie als auch für die zugeführte mechanische Energie gilt, dass gemessene oder anderweitig erfasste Verläufe verwendet werden können, um die eigentlich gewünschten Größen zu entnehmen oder aus dem Verlauf (bspw. über Integration) zu berechnen.Both for the heating power or energy and for the supplied mechanical energy, it is true that measured or otherwise recorded curves can be used to extract the actually desired variables or to calculate them from the curve (e.g. via integration).
In einer besonders einfachen Implementierung der Erfindung kann zum Zuführen der mechanischen Energie eine Plastifizierschnecke und/oder ein Plastifizierkolben verwendet werden. Insbesondere Plastifizierschnecken stellen eine weit verbreitete Bauweise für Plastifizieraggregate dar, wodurch die Erfindung in manchen Fällen ohne konstruktive Änderung an der Anlage verwirklicht werden kann.In a particularly simple implementation of the invention, a plasticizing screw and / or a plasticizing piston can be used to supply the mechanical energy. Plasticizing screws, in particular, are a widespread design for plasticizing units, as a result of which the invention can be implemented in some cases without any structural changes to the system.
Im Regelfall kann dabei ein Plastifizierzylinder vorgesehen sein, in welchem die Plastifizierschnecke angeordnet ist, wobei die Plastifizierschnecke zum Plastifizieren des Kunststoffs mittels des zumindest einen Antriebs im Plastifizierzylinder drehend und axial bewegt wird. Durch die Drehung der Plastifizierschnecke wird der Kunststoff geschert, wobei durch den axialen Antrieb gleichzeitig ein - wie bereits erwähnt vorzugsweise konstant geregelter - Druck im Kunststoff aufrechterhalten wird. Bei diesem sogenannten Aufdosieren bewegt sich die Schnecke unter erwähnter Aufrechterhaltung des Drucks axial zurück.As a rule, a plasticizing cylinder can be provided in which the plasticizing screw is arranged, the plasticizing screw being moved axially and rotatingly for plasticizing the plastic by means of the at least one drive in the plasticizing cylinder. As a result of the rotation of the plasticizing screw, the plastic is sheared, with the axial drive simultaneously maintaining a pressure in the plastic that is preferably constantly regulated, as already mentioned. During this so-called metering-up, the screw moves back axially while maintaining the pressure mentioned.
Ein Drucksensor kann aber auch direkt den Druck im Kunststoff erfassen, beispielsweise in Form eines Massedrucksensors im Plastifizierzylinder.A pressure sensor can, however, also directly detect the pressure in the plastic, for example in the form of a mass pressure sensor in the plasticizing cylinder.
Es kann vorgesehen sein, dass zur Erfassung der zugeführten mechanischen Energie ein auf die Plasitifizierschnecke ausgeübtes Drehmoment und/oder eine Drehzahl der Plastifizierschnecke gemessen wird.Provision can be made for a torque exerted on the plasticizing screw and / or a speed of the plasticizing screw to be measured in order to record the mechanical energy supplied.
Sowohl die Drehung als auch die axiale Bewegung kann über einen oder mehrere elektrische oder hydraulische Antriebe realisiert werden. Drehmoment und axiale Bewegung sowie axiale Kraftausübung können über entsprechende Sensoren gemessen werden. Beispielsweise kann das ausgeübte Drehmoment aus an einer die Drehbewegung antreibenden elektrischen Maschine anliegenden Ströme und Spannungen bestimmt werden. Die von einem hydraulischen Antrieb ausgeübte axiale Kraft kann beispielsweise über den Druck eines Hydraulikfluids erfasst werden.Both the rotation and the axial movement can be implemented using one or more electrical or hydraulic drives. Torque and axial movement as well as the axial exertion of force can be measured using appropriate sensors. For example, the exerted torque can be determined from the currents and voltages applied to an electrical machine driving the rotary movement. The axial force exerted by a hydraulic drive can be detected, for example, via the pressure of a hydraulic fluid.
Es kann ein Schneckenpositionssensor verwendet werden, mittels dessen das Volumen des im Plastifizierzylinder plastifizierten Kunststoffs erfasst wird. Durch die bekannte (zylindrische) Geometrie kann aus der Schneckenposition nämlich das Volumen - bspw. vor und nach dem Plastifizieren des Kunststoffs - im Plastifizierzylinder erfasst werden.A screw position sensor can be used, by means of which the volume of the plastic plasticized in the plasticizing cylinder is recorded. Because of the known (cylindrical) geometry, the volume in the plasticizing cylinder can be recorded from the screw position - for example before and after the plasticizing of the plastic.
Es kann ein Trichter zum Zuführen des zu plastifizierenden Kunststoffs in den Plastifizierzylinder verwendet werden, wobei vorzugsweise ein Trichtertemperatursensor in und/oder am Trichter verwendet wird. Über einen solchen Trichtertemperatursensor kann der Anfangstemperaturwert des Kunststoffs leicht ermittelt werden, ohne dass dafür ein bedeutsamer verfahrenstechnischer oder konstruktiver Aufwand getrieben werden müsste. A funnel can be used to feed the plastic to be plasticized into the plasticizing cylinder, a funnel temperature sensor preferably being used in and / or on the funnel. The initial temperature value of the plastic can easily be determined by means of such a funnel temperature sensor without the need for significant procedural or constructional expenditure.
Theoretisch ist es auch denkbar am Trichter eine Waage zu verbauen, mittels welcher die Masse des zu plastifizierenden Kunststoffs gemessen werden kann.Theoretically, it is also conceivable to install a scale on the funnel, by means of which the mass of the plastic to be plasticized can be measured.
Es können mehrere Zylindertemperatursensoren verwendet werden, die am Plastifizierzylinder axial verteilten Heizzonen zugeordnet sind, wobei die Heizzonen unabhängig voneinander beheizt werden, wobei die Heizung in den Heizzonen jeweils unter Verwendung von Messwerten der den Heizzonen zugeordneten Zylindertemperatursensoren geregelt wird. Auch solche geregelten Heizzonen sind bei vielen existierenden Plastifizieraggregaten bereits vorhanden, was die Realisierung der Erfindung erleichtert. Ähnlich wie bei der mechanischen Energieeinbringung können auch hier Verluste auftreten, die durch Korrekturfaktoren - bspw. abhängig von Maschinenbaugröße und Wirkungsgrad - berücksichtigt werden können. Letztlich gilt dies allgemein für jegliche Verluste, die bei der Energieeinbringung (oder auch Energieabfuhr) auftreten.Several cylinder temperature sensors can be used, which are assigned to axially distributed heating zones on the plasticizing cylinder, the heating zones being heated independently of one another, the heating in the heating zones being controlled using measured values from the cylinder temperature sensors assigned to the heating zones. Such regulated heating zones are also already present in many existing plasticizing units, which facilitates the implementation of the invention. Similar to the mechanical input of energy, losses can also occur here, which can be taken into account by means of correction factors - for example, depending on the machine size and efficiency. Ultimately, this generally applies to any losses that occur during the introduction (or removal of energy).
Diese geregelten Heizzonen können zur Ermittlung des Endtemperaturwerts besonders vorteilhaft eingesetzt werden, indem die Regelung einer bestimmten - insbesondere der im Sinn der Förderdung des Kunststoffs letzten - Heizzone temporär abgeschaltet wird und ein Messwert des der bestimmten Heizzone zugeordneten Zylindertemperatursensors als Endtemperaturwert verwendet wird. Dabei kann nach Möglichkeit einige Zeit abgewartet werden, bis zu erwarten ist, dass sich die bestimmte Heizzone im thermischen Gleichgewicht befindet, sodass der Plastifizierzylinder im Bereich der bestimmten Heizzone die Temperatur des plastifizierten Kunststoffs annimmt. Dadurch kann der Endtemperaturwert mit hoher Genauigkeit, aber ohne Verwendung eines im Regelfall relativ kostenintensiven Massetemperatursensors, gemessen werden. Die Genauigkeit kann dabei noch erhöht werden, wenn das Plasifizieraggregat dabei im Extrusionsbetrieb - d.h. bei kontinuierlichem und daher für den thermisch stationären Zustand förderlichen Austritt des Kunststoffs aus dem Plastifizierzylinder - betrieben wird.These regulated heating zones can be used particularly advantageously to determine the final temperature value by temporarily switching off the regulation of a specific heating zone - especially the last one in the sense of conveying the plastic - and using a measured value from the cylinder temperature sensor assigned to the specific heating zone as the final temperature value. If possible, you can wait some time until it can be expected that the specific heating zone is in thermal equilibrium so that the The plasticizing cylinder assumes the temperature of the plasticized plastic in the area of the specific heating zone. As a result, the final temperature value can be measured with a high degree of accuracy, but without the use of a generally relatively expensive mass temperature sensor. The accuracy can be further increased if the plasticizing unit is operated in extrusion mode, ie with the plastic emerging from the plasticizing cylinder continuously and therefore conducive to the thermally steady state.
Die bereits erwähnte Alternative eines dedizierten Massetemperatursensors, der die Temperatur des plastifizierten Kunststoffs direkt misst, besteht natürlich trotzdem.
Es kann des Weiteren vorgesehen sein, dass zur Identifizierung der den Kunststoff beinhaltenden Kunststoffgruppe
- - Enthalpie-Temperatur-Kurven für eine Vielzahl von Kunststoffen mittels für diese Kunststoffe bekannten Zusammenhängen zwischen der Temperatur einerseits und dem spezifischen Volumen und/oder der Dichte andererseits korrigiert werden,
- - die Wärmekapazität des Kunststoffs und/oder die Enthalpieänderung des Kunststoffs und/oder die aus der Wärmekapazität und/oder der Enthalpieänderung rechnerisch ableitbare Größe mit den korrigierten Enthalpie-Temperatur-Kurven - insbesondere mit Steigungen der korrigierten Enthalpie-Temperatur-Kurven - abgeglichen werden und
- - auf Basis des Abgleichs die den Kunststoff beinhaltende Kunststoffgruppe identifiziert wird.
It can also be provided that for identification of the plastic group containing the plastic
- - Enthalpy-temperature curves for a large number of plastics are corrected by means of correlations between the temperature on the one hand and the specific volume and / or density on the other hand, which are known for these plastics,
- - the heat capacity of the plastic and / or the enthalpy change of the plastic and / or the variable that can be mathematically derived from the heat capacity and / or the enthalpy change with the corrected enthalpy-temperature curves - in particular with slopes of the corrected enthalpy-temperature curves - are compared and
- - The plastic group containing the plastic is identified on the basis of the comparison.
Insbesondere die Wärmekapazität kann in (korrigierten) Enthalpie-Temperatur-Kurven die Rolle einer Kurvensteigung übernehmen, wodurch der rechnerische oder grafische Abgleich der Kurven mit den bestimmten Werden für die Wärmekapazität und/oder die Enthalpieänderung besonders einfach durchzuführen ist.In particular, the heat capacity can take on the role of a curve slope in (corrected) enthalpy-temperature curves, whereby the computational or graphic comparison of the curves with the determined values for the heat capacity and / or the enthalpy change is particularly easy to carry out.
In jenen Fällen, in denen die Dichte oder die Masse des zu plastifizierenden Kunststoffs schwierig zu beschaffen ist, erlaubt diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine zuverlässige Bestimmung des Kunststoffs oder der den Kunststoff beinhaltenden Kunststoffgruppe.In those cases in which the density or the mass of the plastic to be plasticized is difficult to obtain, this embodiment of the method according to the invention allows a reliable determination of the plastic or the plastic group containing the plastic.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann mehrmals durchgeführt werden, wobei vorzugsweise ein Druck und/oder eine zugeführte mechanische Leistung - variiert wird. Letztere kann beispielsweise durch ein Variieren der Schneckendrehzahl variiert werden. Dies eröffnet eine besonders einfache Möglichkeit, die Versuchsbedingungen zu variieren, ohne tiefgreifende Veränderungen in der Regelung der Heizung (insbesondere der Heizzonen) vornehmen zu müssen.The method according to the invention can be carried out several times, preferably varying a pressure and / or an applied mechanical power. The latter can be varied, for example, by varying the screw speed. This opens up a particularly simple possibility of varying the test conditions without having to make profound changes in the control of the heating (especially the heating zones).
Zum Erfassen der Infrarotstrahlung kann ein Nahinfrarotsensor (NIR-Sensor) verwendet werden. Denkbar ist prinzipiell auch die Verwendung eines (NIR-) Spektrometers.A near-infrared sensor (NIR sensor) can be used to detect the infrared radiation. In principle, the use of a (NIR) spectrometer is also conceivable.
Informationen über den Kunststoff können aus zumindest einer der folgenden Quellen bezogen und für die Identifizierung der Kunststoffgruppe und bevorzugt des Kunststoffs herangezogen werden:
- - Verfahren nach der ersten Ausprägung der Erfindung unter Bestimmung einer Wärmekapazität des Kunststoffs und/oder einer Enthalpieänderung des Kunststoffs und/oder einer aus der Wärmekapazität und/oder der Enthalpieänderung rechnerisch ableitbaren Größe,
- - Verfahren nach der zweiten Ausprägung der Erfindung unter messtechnischer Erfassung der vom Kunststoff abgegebenen Infrarotstrahlung,
- - Maschineneinstellungen und/oder Messwerte und/oder Maschinenkonfiguration, insbesondere Einspritzdrücke (oder daraus abgeleitete Größen wie Viskositäten oder Fließzahlen), maximale und/oder minimale Verarbeitungstemperaturen, Massezylindertemperaturen an der Spitze oder über den gesamten Verlauf des Plastifizierzylinders, Granulattemperaturen, Kühlflüssigkeitstemperaturen, eine Dichte der Schmelze, Informationen über ein eingesetztes Formwerkzeug,
- - Verfahren zum Bestimmen eines für ein Kompressionsverhalten des Kunststoffs charakteristischen Parameters, insbesondere eines Kompressionsmoduls oder einer Kompressibilität,
- - Kameraabbildung des zu plastifizierenden Kunststoffs, insbesondere Kunststoffgranulats.
- - The method according to the first embodiment of the invention, determining a heat capacity of the plastic and / or a change in enthalpy of the plastic and / or a variable that can be calculated from the heat capacity and / or the change in enthalpy,
- - Method according to the second aspect of the invention with the measurement of the infrared radiation emitted by the plastic,
- - Machine settings and / or measured values and / or machine configuration, in particular injection pressures (or variables derived therefrom such as viscosities or flow numbers), maximum and / or minimum processing temperatures, mass cylinder temperatures at the top or over the entire course of the plasticizing cylinder, granulate temperatures, cooling liquid temperatures, a density of Melt, information about a used molding tool,
- - Method for determining a parameter characteristic of a compression behavior of the plastic, in particular a compression module or a compressibility,
- - Camera image of the plastic to be plasticized, in particular plastic granulate.
Für das Kompressionsverhalten eines Kunststoffs charakteristische Parameter, wie der Kompressionsmodul oder die Kompressibilität, können beispielsweise gemäß einem in der
Zu Maschineneinstellungen und/oder Messwerten und/oder Maschinenkonfiguration: Beispielsweise weisen gewisse Kunststoffgruppen recht besondere minimale oder maximale Verarbeitungstemperaturen auf. Treten solche besonderen Verarbeitungstemperaturen auf, kann dadurch die Kunststoffgruppe oder der Kunststoff bereits bestimmt oder zumindest eingeschränkt werden. Daten weiterer Komponenten oder externer Geräte können für die Identifizierung des Kunststoffs oder der Kunststoffgruppe ebenfalls herangezogen werden. Relevante Daten können beispielsweise in Trocknern, Materialförderern und/oder Speichern anfallen. Jeder Kunststoffgruppe weist eine bestimmte Charakteristik im Hinblick auf alle oben genannten Parameter auf. Gemeinsam mit der Erfindung nach der ersten Ausprägung (Bestimmung einer Wärmekapazität des Kunststoffs und/oder einer Enthalpieänderung des Kunststoffs und/oder einer aus der Wärmekapazität und/oder der Enthalpieänderung rechnerisch ableitbaren Größe) und/oder der zweiten Ausprägung (messtechnischer Erfassung der vom Kunststoff abgegebenen Infrarotstrahlung) und/oder einem für ein Kompressionsverhalten des Kunststoffs charakteristischen Parameter kann so nach einem Ausschlussverfahren die vorliegende Kunststoffgruppe ermittelt werden und in vielen Fällen der Kunststoff samt Beladung (Füllstoffe) identifiziert werden.Regarding machine settings and / or measured values and / or machine configuration: For example, certain plastic groups have very special minimum or maximum processing temperatures. If such special processing temperatures occur, the plastic group or plastic can already be determined or at least restricted. Data from other components or external devices can be used to identify the plastic or the Plastic group can also be used. Relevant data can arise, for example, in dryers, material conveyors and / or storage. Each plastic group has a certain characteristic with regard to all of the above parameters. Together with the invention according to the first characteristic (determination of a heat capacity of the plastic and / or a change in enthalpy of the plastic and / or a variable that can be calculated from the heat capacity and / or the change in enthalpy) and / or the second characteristic (metrological detection of the amount emitted by the plastic Infrared radiation) and / or a parameter characteristic of a compression behavior of the plastic, the existing plastic group can be determined according to an exclusion process and in many cases the plastic including the load (fillers) can be identified.
Zum Erstellen der Kameraabbildung des zu plastifizierenden Kunststoffs, insbesondere Kunststoffgranulats, kann eine in oder an einem Trichter einer Plastifiziereinheit angeordnete Kamera vorgesehen sein, um bspw. die Granulatform des Kunststoffgranulats zu erkennen.To create the camera image of the plastic to be plasticized, in particular plastic granulate, a camera arranged in or on a funnel of a plasticizing unit can be provided in order, for example, to recognize the granulate shape of the plastic granulate.
Die Bestimmung der Granulatform (oder sonstigen Form, wie bspw. Pulver) kann mittels einer Bilderkennungssoftware - vorzugsweise automatisch - vollzogen werden. So kann bspw. Stäbchengranulat (Langglasfasern) von herkömmlichem Granulat (bspw. zylindrischer Kaltabschlag, wie typischerweise bei technischen Kunststoffen, oder bspw. bei Unterwassergranulierung entstehendes rundes oder linsenförmiges Granulat, typisch bei Polyolefinen) oder Pulver (bspw. PVC Dryblend) unterschieden werden.The granulate form (or other form, such as powder) can be determined - preferably automatically - by means of image recognition software. For example, rod granules (long glass fibers) can be differentiated from conventional granules (e.g. cylindrical cold cut, as is typically the case with engineering plastics, or, for example, round or lenticular granules that result from underwater granulation, typically with polyolefins) or powder (e.g. PVC dry blend).
Zum Durchführen von Verfahrensschritten zum Erfassen und/oder Berechnen von Parametern und die Identifizierung des Kunststoffs oder der den Kunststoff beinhaltenden Kunststoffgruppe kann das Plastifizieraggregat und/oder die Formgebungsmaschine eine Auswertevorrichtung beinhalten.To carry out method steps for acquiring and / or calculating parameters and identifying the plastic or the plastic group containing the plastic, the plasticizing unit and / or the shaping machine can contain an evaluation device.
Die Auswertevorrichtung kann dazu ausgebildet sein, auf Basis der identifizierten Kunststoffgruppe konkrete Schritte einzuleiten, beispielsweise:
- - Hinweise in Bezug auf verbesserte Maschineneinstellungen und/oder verbesserte Maschinenkonfigurationen - vorzugsweise nach vorheriger automatischer Identifizierung einer vorliegender Maschineneinstellungen und/oder verbauter und/oder verwendeter Komponenten - auszugeben und/oder
- - Maschineneinstellungen automatisch zu verändern und/oder
- - Warnungen und/oder Hinweise in Bezug auf eintretende und/oder zu erwartende unzulässige Betriebszustände auszugeben und/oder
- - bei unzulässigen Betriebszuständen Abschaltsignale zum automatischen Abschalten auszugeben.
- - to output and / or notices relating to improved machine settings and / or improved machine configurations - preferably after prior automatic identification of an existing machine setting and / or installed and / or used components
- - to change machine settings automatically and / or
- - to issue warnings and / or notices regarding occurring and / or expected impermissible operating states and / or
- - output shutdown signals for automatic shutdown in impermissible operating states.
Die Auswerteeinheit kann in eine zentrale Maschinensteuerung der Formgebungsmaschine integriert sein. Alternativ kann die Auswerteeinheit fern von der Formgebungsmaschine und/oder dem Plastifizieraggregat angeordnet sein und mit dieser beispielsweise über eine Datenfernübertragungsverbindung verbunden sein (Stichwort: Cloud-Computing).The evaluation unit can be integrated into a central machine control of the molding machine. Alternatively, the evaluation unit can be arranged remotely from the molding machine and / or the plasticizing unit and connected to it, for example, via a remote data transmission connection (keyword: cloud computing).
Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl im Rahmen eines Referenzzyklus als auch während der Produktion durchgeführt werden. Wird die Kunststoffgruppe bereits vor Produktionsbeginn bekannt, kann die korrekte automatische Einstellung des Formgebungsprozesses sichergestellt werden. Aber auch während des Betriebs kann das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft eingesetzt werden, um beispielsweise zu überprüfen, dass sich das Verarbeitungsmaterial (der Kunststoff) nicht geändert hat.The method according to the invention can be carried out both in the context of a reference cycle and during production. If the plastic group is known before the start of production, the correct automatic setting of the molding process can be ensured. However, the method according to the invention can also be used advantageously during operation, for example to check that the processing material (the plastic) has not changed.
Der Referenzzyklus kann vor Produktionsbeginn mit einem gewissen, zu identifizierenden Kunststoff durchgeführt werden. Dafür könne auch spezielle Einstellungen an der Maschine vorgenommen werden, um die Messungen unter in Bezug auf gewisse Aspekte definierten Bedingungen durchführen zu können.The reference cycle can be carried out with a certain plastic to be identified before the start of production. For this purpose, special settings can also be made on the machine in order to be able to carry out the measurements under conditions defined in relation to certain aspects.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der Figuren sowie der dazugehörigen Figurenbeschreibung. Dabei zeigen:
-
1 Enthalpie-Temperatur-Kurven für verschiedene Kunststoffe, -
2 eine Darstellung eines Plastifizieraggregats mit einer Verdeutlichung einer erfindungsgemäßen Leistungsbilanz, -
3 einen Abgleich der Enthalpie-Temperatur-Kurven mit einer bestimmten Wärmekapazität, -
4 zwei Diagramme zum Verdeutlichen des Plastifizierens / Aufdosierens sowie -
5 ein Beispiel für eine bekannte Temperaturabhängigkeit des spezifischen Volumens für einen bestimmten Kunststoff.
-
1 Enthalpy-temperature curves for various plastics, -
2 a representation of a plasticizing unit with an illustration of a power balance according to the invention, -
3 a comparison of the enthalpy-temperature curves with a certain heat capacity, -
4th two diagrams to clarify the plasticizing / dosing and -
5 an example of a known temperature dependence of the specific volume for a certain plastic.
Bei gegebener Konfiguration eines Plastifizieraggregats sollen einerseits die Lebensdauer der verbauten Komponenten optimiert werden und andererseits die Verarbeitungsparameter hinsichtlich der Erfordernisse an den zu verarbeitenden Kunststoff autonom angepasst oder empfohlen werden.With a given configuration of a plasticizing unit, on the one hand the service life of the installed components should be optimized and on the other hand the processing parameters should be autonomously adapted or recommended with regard to the requirements of the plastic to be processed.
Um Optimierungsalgorithmen zum Einsatz zu bringen ist die Kenntnis der verarbeitenden Kunststoffe / Kunststoffgruppen zwingend erforderlich oder zumindest von wesentlichem Nutzen.In order to be able to use optimization algorithms, knowledge of the plastics / groups of plastics that are being processed is essential or at least of considerable benefit.
Ein weiterer Nutzen der Erfindung nach der ersten Ausprägung liegt in der Berechnung eines Belastungskollektives: Es lassen sich Kennwerte berechnen, die Aufschluss über die bestimmungsgemäße Verwendung geben. Diese Werte könnten auch als Kalkulationsbasis für ein Leasinggeschäftsmodell eingesetzt werden.Another benefit of the invention according to the first embodiment lies in the calculation of a collective load: characteristic values can be calculated which provide information about the intended use. These values could also be used as a calculation basis for a leasing business model.
Als Basis für die Ermittlung dient das aus der Literatur bekannte Enthalpie (H) Diagramm in
Das Diagramm aus
Dividiert man die Werte der Funktionen H punktweise mit den Werten des spezifischen Volumens v bei gleicher Temperatur unter Maßgabe eines konstanten Druckes, so ergibt sich aus diesem Zusammenhang eine Funktion H(px) = f (T) mit der Einheit J/cm3. Diese Funktion ist in
Dieser funktionale Zusammenhang wird für ausgewählte Kunststoffgruppen datentechnisch aufbereitet und steht der Steuerung der Maschine zur Verfügung.This functional relationship is processed in terms of data for selected plastic groups and is available to the control of the machine.
Beim Aufdosieren im Spritzgießprozess wird die Plastifizierschnecke
Die in den Plastifizierprozess mechanisch eingebrachte Leistung ist proportional zum Produkt aus dem Drehmoment M und der Drehzahl n. Diese kann an der Spritzgießmaschine anhand der Auswertung der elektrischen oder hydraulischen Antriebsparameter ermittelt werden.When the injection molding process increases the dosage, the plasticizing screw
The power mechanically introduced into the plasticizing process is proportional to the product of the torque M and the speed n. This can be determined on the injection molding machine by evaluating the electrical or hydraulic drive parameters.
In Bezug auf
In
Weiteres wird die Heizleistung Q in der Leistungsbilanz eingebracht. Der Anteil der Heizleistung wird ebenfalls ermittelt und zum mechanischen Leistungseintrag addiert. Um die Enthalpieerhöhung ermitteln zu können, wird die eingebrachte Leistung um die Druckaufbauleistung vermindert. Dieser errechnet sich aus dem Produkt des über den Hub ermittelten Volumenstroms V und dem Druck px, welcher über den Schneckenhub konstant gehalten wird. Der so ermittelte Leistungseintrag in den Kunststoff kann nun mit den in der Steuerung verfügbaren Kurvenscharen abgeglichen werden. Ist nun die Massetemperatur T aus einer Messung an der Maschine bekannt, kann ein Schnittpunkt des Energieinhaltes mit der Massetemperatur in
In Bezug auf die dritte Ausprägung der Erfindung werden nachstehend noch vier Ausführungsbeispiele angegeben. Generell gilt, dass die Kunststoffe oder Kunststoffgruppen im Rahmen der Erfindung über eine logische Kombination der an sich bekannten chemischen und physikalischen Eigenschaften identifiziert werden.
- 1. Der gesuchte Kunststoff enthält neben 30% Glasfasern noch „Carbon-Black“ als schwarzen Farbstoff. Die Bestimmung der chemischen Struktur des Kunststoffes mittels eines NIR-Sensors ist nicht eindeutig, da die Füllstoffe (insbesondere Graphit) die Strahlung im Nahinfrarot-Bereich absorbieren und der Kunststoff dadurch für diese Charakterisierungsmethode unsichtbar wird. Durch weitere Prozessgrößen wie die Verarbeitungs- oder Trocknungstemperatur können manche Kunststoffe ausgeschlossen werden. Gängige Kunststoffe wie Polyolefine (Polyethylen, Polypropylen) werden nicht vorgetrocknet und bei unter 260°C verarbeitet. Andere Kunststoffe wie Polyamide werden bei mindestens 80°C vorgetrocknet und bei über 260°C verarbeitet. Mit Charakterisierungsmethoden wie der Energieaufnahme (Enthalpie) oder dem Kompressionsvermögen (K-Modul) kann aus Kalibrierkurven auf einen bestimmten Füllstoffgehalt geschlossen oder die Kunststoffgruppe weiter eingeschränkt werden.
- 2. Der gesuchte Kunststoff enthält einen spezifischen Aufbau der Molekülketten, wie z.B. bei PA6 oder PA66. Bei PA 66 liegen sich die Carbonamidgruppen immer so gegenüber, dass jede funktionelle Gruppe ohne Deformation der Moleküle eine Wasserstoffbrücke bilden kann. Bei PA6 ist dies nur bei jeder zweiten Carbonamidgruppe möglich. Der höhere Schmelzpunkt von PA 66 und die geringere Wasseraufnahme sind auf den unterschiedlichen Molekülaufbau zurückzuführen. Mittels eines konventionellen NIR-Sensors, der auf einzelne Wellenlängen kalibriert ist, ist die Unterscheidung zwischen PA6 und PA66 nicht eindeutig und es muss entweder auf ein NIR-Spektrometer oder eine andere Charakterisierungsmethode zurückgegriffen werden. Die Auswertung von Prozessdaten wie der Verarbeitungstemperatur und der Energieaufnahme in Abhängigkeit der Temperatur auf Basis von Kalibrierkurven kann hier zur Unterscheidung genutzt werden.
- 3. Der gesuchte Kunststoff weist einen bekannten chemischen Aufbau und eine spezifische Dichte auf, wie z.B. PE-HD (high density) und PE-LD (low density). Die Grundstruktur kann mittels eines NIR-Sensors erkannt werden. Die Auswertung von Prozessdaten, wie der Verarbeitungstemperatur und der Energieaufnahme, in Abhängigkeit der Temperatur auf Basis von Kalibrierkurven sowie Charakterisierungsmethoden wie die Bestimmung des Kompressionsmoduls können hier ergänzend verwendet werden.
- 4. Der gesuchte Kunststoff weist einen bekannten chemischen Aufbau und eine spezifische Viskosität auf, wie z.B. ein Polypropylen mit einer Schmelze-Massefließrate MFR = 5 g/10 min und ein anderes Polypropylen mit 50 g/10 min (gemessen nach
DIN EN ISO 1133
- 1. In addition to 30% glass fibers, the plastic we are looking for also contains “carbon black” as a black dye. The determination of the chemical structure of the plastic by means of an NIR sensor is ambiguous because the fillers (especially graphite) absorb the radiation in the near-infrared range and the plastic is therefore invisible for this characterization method. Through other process variables such as Processing or drying temperature can be excluded for some plastics. Common plastics such as polyolefins (polyethylene, polypropylene) are not pre-dried and are processed at temperatures below 260 ° C. Other plastics such as polyamides are pre-dried at at least 80 ° C and processed at over 260 ° C. With characterization methods such as energy absorption (enthalpy) or compressibility (K-module), calibration curves can be used to infer a specific filler content or to further restrict the plastic group.
- 2. The plastic you are looking for contains a specific structure of the molecular chains, such as PA6 or PA66. In PA 66, the carbonamide groups are always opposite each other in such a way that each functional group can form a hydrogen bond without deforming the molecules. With PA6, this is only possible for every second carbonamide group. The higher melting point of PA 66 and the lower water absorption are due to the different molecular structures. Using a conventional NIR sensor that is calibrated to individual wavelengths, the distinction between PA6 and PA66 is not clear and either a NIR spectrometer or another characterization method must be used. The evaluation of process data such as the processing temperature and the energy consumption depending on the temperature on the basis of calibration curves can be used here to differentiate.
- 3. The plastic we are looking for has a known chemical structure and a specific density, such as PE-HD (high density) and PE-LD (low density). The basic structure can be recognized by means of an NIR sensor. The evaluation of process data, such as the processing temperature and the energy consumption, depending on the temperature on the basis of calibration curves as well as characterization methods such as the determination of the compression modulus can be used here in addition.
- 4. The plastic we are looking for has a known chemical structure and a specific viscosity, such as a polypropylene with a melt mass flow rate MFR = 5 g / 10 min and another polypropylene with 50 g / 10 min (measured according to
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102016005780 A1 [0048]DE 102016005780 A1 [0048]
- DE 102007030637 A1 [0048]DE 102007030637 A1 [0048]
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