DE102021102557A1 - manufacturing plant - Google Patents

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DE102021102557.5A
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Inventor
Klaus BRUNBAUER
Bernhard Zöhling
Florian Brinkmeyer
Sascha Kulas
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Wittmann Battenfeld GmbH
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Wittmann Battenfeld GmbH
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    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/0084General arrangement or lay-out of plants

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fertigungsanlage (1) umfassend mindestens eine Kunststoffverarbeitungsmaschine (2) und eine Energieversorgung (3). Um eine solche Fertigungsanlage so auszugestalten, dass eine verbesserte und ökologische Energieversorgung möglich ist, sieht die Erfindung vor, dass die Energieversorgung (3) umfasst: ein Wechselstromnetz (4), welches über einen Stromrichter (5) mit einem Gleichstromnetz (6) verbunden ist, und eine Gleichstromquelle (7), die mit dem Gleichstromnetz (6) verbunden ist, wobei die Kunststoffverarbeitungsmaschine (2) mit dem Gleichstromnetz (6) verbindbar ist, um aus diesem mit elektrischer Energie versorgt zu werden.The invention relates to a production plant (1) comprising at least one plastics processing machine (2) and an energy supply (3). In order to design such a production plant in such a way that an improved and ecological energy supply is possible, the invention provides that the energy supply (3) comprises: an AC network (4) which is connected to a DC network (6) via a converter (5). , and a direct current source (7) which is connected to the direct current network (6), the plastics processing machine (2) being able to be connected to the direct current network (6) in order to be supplied with electrical energy from it.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fertigungsanlage umfassend mindestens eine Kunststoffverarbeitungsmaschine und eine Energieversorgung.The invention relates to a production plant comprising at least one plastics processing machine and an energy supply.

Die effiziente Versorgung von Kunststoffverarbeitungsmaschinen und insbesondere von Spritzgießmaschinen mit Energie ist insbesondere unter dem Gesichtspunkt der Umweltverträglichkeit eine relevante Aufgabe. Dabei haben derartige Maschinen häufig drehzahlvariable Antriebe. Die Maschinen sind zum Anschluss an Wechselstromnetze ausgelegt. Das Wechselstromnetz speist dabei über einen Stromrichter (d. h. Gleichrichter) einen Gleichstromzwischenkreis, von dem aus die Maschine dann mit Energie versorgt wird. Eine solche Lösung ist aus der EP 2 276 165 B1 bekannt.The efficient supply of energy to plastics processing machines and in particular to injection molding machines is a relevant task, particularly from the point of view of environmental compatibility. Such machines often have variable-speed drives. The machines are designed for connection to AC networks. The AC network feeds a DC intermediate circuit via a converter (ie rectifier), from which the machine is then supplied with energy. Such a solution is from EP 2 276 165 B1 known.

Bei Kunststoffverarbeitungsmaschinen und insbesondere bei Spritzgießmaschinen mit drehzahlvariablen Antrieben ergeben sich durch die Umwandlung von Wechselstrom auf Gleichstrom in den Frequenzumrichtern nachteilige Eigenschaften, wobei insbesondere Umwandlungsverluste in den Gleichrichtern zu nennen sind; ferner verursacht die nicht sinusförmige Stromentnahme Beeinträchtigungen in der Netz-Versorgungsqualität und unter Umständen auch Probleme mit der elektromagnetischen Verträglichkeit sowie zusätzliche Verluste bzw. Belastungen in den Leitungen.In plastics processing machines and in particular in injection molding machines with variable-speed drives, the conversion from alternating current to direct current in the frequency converters results in disadvantageous properties, with conversion losses in the rectifiers being particularly noteworthy; Furthermore, the non-sinusoidal current draw causes impairments in the mains supply quality and, under certain circumstances, also problems with electromagnetic compatibility as well as additional losses or loads in the lines.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fertigungsanlage mit einer Kunststoffverarbeitungsmaschine, insbesondere mit einer Spritzgießmaschine, so fortzubilden, dass eine verbesserte und ökologische Energieversorgung möglich ist. Dabei sollen auch Maßnahmen vorgeschlagen werden, wie eine optimale Energieversorgung dann möglich ist, wenn regenerative Energiequellen nicht im benötigten Umfang zur Verfügung stehen. Weiterhin sollen die oben genannten Probleme vermieden werden.The invention is based on the object of developing a production plant with a plastics processing machine, in particular with an injection molding machine, in such a way that an improved and ecological energy supply is possible. Measures should also be proposed as to how optimal energy supply is possible when regenerative energy sources are not available to the required extent. Furthermore, the above problems should be avoided.

Die Lös u n g dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgung der Fertigungsanlage umfasst: ein Wechselstromnetz, welches über einen Stromrichter mit einem Gleichstromnetz verbunden ist, und eine Gleichstromquelle, die mit dem Gleichstromnetz verbunden ist, wobei die Kunststoffverarbeitungsmaschine mit dem Gleichstromnetz verbindbar ist, um aus diesem mit elektrischer Energie versorgt zu werden.The solution to this problem by the invention is characterized in that the energy supply of the production plant comprises: an AC network which is connected to a DC network via a converter, and a DC source which is connected to the DC network, with the plastics processing machine being able to be connected to the DC network is to be supplied from this with electrical energy.

Die Gleichstromquelle ist vorzugsweise eine Photovoltaikanlage. Das Gleichstromnetz ist bevorzugt mit einem Energiespeicher (Batterie) verbindbar.The direct current source is preferably a photovoltaic system. The DC network can preferably be connected to an energy store (battery).

Die Kunststoffverarbeitungsmaschine weist bevorzugt mindestens einen drehzahlvariablen Antrieb auf.The plastics processing machine preferably has at least one variable-speed drive.

Die Kunststoffverarbeitungsmaschine weist bevorzugt einen Gleichstromzwischenkreis auf, der mit dem Gleichstromnetz über ein Anschaltmodul elektrisch verbindbar ist.The plastics processing machine preferably has a direct current intermediate circuit which can be electrically connected to the direct current network via a connection module.

Die Kunststoffverarbeitungsmaschine weist bevorzugt mindestens ein Heizelement auf, wobei dieses vom Gleichstromzwischenkreis aus über ein Halbleiterschaltelement, insbesondere durch einen Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT), mit Energie versorgt werden kann.The plastics processing machine preferably has at least one heating element, which can be supplied with energy from the DC intermediate circuit via a semiconductor switching element, in particular by a bipolar transistor with an insulated gate electrode (insulated gate bipolar transistor, IGBT).

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor,

  • - dass die Kunststoffverarbeitungsmaschine mindestens einen Verbraucher aufweist, der mit Wechselstrom betreibbar ist, und
  • - dass die Gleichstromquelle und/oder der Energiespeicher mit einem Bestimmungs- oder Messelement in Verbindung steht, mit dem die Verfügbarkeit von Gleichspannung aus der Gleichstromquelle und/oder dem Energiespeicher gemessen werden kann,
wobei das Bestimmungs- oder Messelement mit einem Schaltelement in Verbindung steht, welches in einem ersten Schaltzustand die Versorgung des Verbrauchers aus dem Gleichstromnetz veranlassen kann und in einem zweiten Schaltzustand die Versorgung des Verbrauchers aus dem Wechselstromnetz veranlassen kann, wobei das Schaltelement ausgebildet ist, den zweiten Schaltzustand einzunehmen, wenn die Verfügbarkeit von Gleichspannung aus der Gleichstromquelle und/oder dem Energiespeicher unter ein vorgegebenes Niveau fällt (insbesondere unter eine vorgegebene Spannung im Gleichstromnetz). Der Verbraucher ist dabei insbesondere ein Heizelement. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Durchführung dieser Betriebsweise.A particularly preferred embodiment of the invention provides
  • - That the plastics processing machine has at least one consumer that can be operated with alternating current, and
  • - that the direct current source and/or the energy store is connected to a determination or measuring element with which the availability of direct current from the direct current source and/or the energy store can be measured,
wherein the determining or measuring element is connected to a switching element which, in a first switching state, can cause the load to be supplied from the direct current network and, in a second switching state, can cause the load to be supplied from the alternating current network, the switching element being designed to provide the second To take switching state when the availability of DC voltage from the DC source and / or the energy storage falls below a predetermined level (in particular below a predetermined voltage in the DC network). The consumer is in particular a heating element. The invention also relates to a method for carrying out this mode of operation.

Zu dem Bestimmungs- oder Messelement sei angemerkt, dass es bevorzugt als klassisches Messelement ausgeführt sein kann, allerdings auch beispielsweise als digitale Logikschaltung oder auch als manueller Schalter/Taster. Die Ausgestaltung des Elements ist auch vom Aufstellort der Anlage (also z. B. in einer Produktionshalle) und der dort vorhandenen Infrastruktur abhängig. Die Umschaltung kann durch ein digitales Signal erfolgen, aber auch in anderer Weise.It should be noted with regard to the determination or measuring element that it can preferably be designed as a classic measuring element, but also, for example, as a digital logic circuit or as a manual switch/button. The design of the element also depends on the installation location of the system (e.g. in a production hall) and the infrastructure available there. The switching can be done by a digital signal, but also in other ways.

Die Kunststoffverarbeitungsmaschine ist bevorzugt eine Spritzgießmaschine; das Heizelement ist in diesem Falle bevorzugt die Zylinderheizung einer Plastifiziereinheit der Spritzgießmaschine.The plastics processing machine is preferably an injection molding machine; the heating element in this case is preferably the cylinder heater tion of a plasticizing unit of the injection molding machine.

Weiterhin ist bevorzugt mindestens ein Speicherelement für elektrische Energie, insbesondere ein Kondensator, mit dem Gleichstromzwischenkreis elektrisch verbunden.Furthermore, preferably at least one storage element for electrical energy, in particular a capacitor, is electrically connected to the DC intermediate circuit.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass ein Steuerstromkreis elektrisch über ein Schaltnetzteil mit dem Gleichstromzwischenkreis in Verbindung steht, wobei die elektrischen Verbraucher der Kunststoffverarbeitungsmaschine vom Gleichstromzwischenkreis aus mit Energie versorgt werden können und vom Steuerstromkreis aus angesteuert werden können. Der elektrische Verbraucher ist beispielsweise eine Maschinensteuerung (CPU), eine Bedieneinheit (MMI), ein Steuerteil eines Servoumrichters, ein Sensor, eine Meldelampe, ein Schütz, ein Schalter, ein Ventil, ein Magnet oder ein Lüfter.A further development provides that a control circuit is electrically connected to the DC link via a switched-mode power supply, with the electrical consumers of the plastics processing machine being able to be supplied with energy from the DC link and controlled by the control circuit. The electrical consumer is, for example, a machine controller (CPU), a control unit (MMI), a control part of a servo converter, a sensor, an indicator lamp, a contactor, a switch, a valve, a magnet or a fan.

Betreffend der weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung wird ausdrücklich auf die bereits oben genannte EP 2 276 165 B1 Bezug genommen.Regarding the further possible embodiment of the invention, reference is expressly made to the one already mentioned above EP 2 276 165 B1 referenced.

Die Erfindung erlaubt somit eine effektive Nutzung der Potentiale der Gleichstrom-Technologie (DC-Technologie) und sieht zur Stromversorgung ein industrielles Gleichstromnetz vor, welches mit regenerativer Energie gespeist wird. Es kann eine direkte Anschaltung einer Kunststoffverarbeitungsmaschine, insbesondere einer Spritzgießmaschine, mit drehzahlvariablen Antrieben und sämtlichen Verbrauchern an ein Gleichstromnetz erfolgen (wie insbesondere der Zylinderheizung einer Plastifiziereinheit) einschließlich der Steuerspannungserzeugung.The invention thus allows effective use of the potential of direct current technology (DC technology) and provides an industrial direct current network for the power supply, which is fed with regenerative energy. A plastics processing machine, in particular an injection molding machine, with variable-speed drives and all consumers can be directly connected to a direct current network (such as in particular the cylinder heating of a plasticizing unit), including the control voltage generation.

Der Gleichstromzwischenkreis der Kunststoffverarbeitungsmaschine wird dabei durch ein Anschaltmodul vorzugsweise inklusive Ladeschaltung und EMV-Filter verlustfrei mit dem DC-Netz verbunden. Dadurch ist auch das verlustfreie Einspeisen rekuperativer Bremsenergie aus dem Herstellungsprozess, insbesondere aus dem Spritzgießprozess, in das DC-Netz ermöglicht.The DC intermediate circuit of the plastics processing machine is connected loss-free to the DC network by a connection module, preferably including a charging circuit and an EMC filter. This also enables the loss-free feeding of recuperative braking energy from the manufacturing process, in particular from the injection molding process, into the DC network.

Nicht rekuperative Verbraucher, wie insbesondere die Zylinderheizung der Plastifiziereinheit, können mittels Halbleiterschaltelementen, beispielsweise IGBTs, direkt aus dem Gleichstromzwischenkreis gespeist werden.Consumers that are not recuperative, such as the cylinder heating of the plasticizing unit in particular, can be fed directly from the DC intermediate circuit by means of semiconductor switching elements, for example IGBTs.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

  • 1 schematisch das elektrische Schaltbild einer Fertigungsanlage umfassend eine Energieversorgung und eine Spritzgießmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung und
  • 2 das Schaltbild gemäß 1 nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing. Show it:
  • 1 schematically shows the electrical circuit diagram of a production plant comprising a power supply and an injection molding machine according to a first embodiment of the invention and
  • 2 according to the circuit diagram 1 according to a second embodiment of the invention.

In 1 ist ein elektrisches Schaltbild dargestellt, welches eine Fertigungsanlage 1 zeigt, die eine Spritzgießmaschine 2 umfasst, die über eine Energieversorgung 3 mit elektrischer Energie versorgt wird.In 1 An electrical circuit diagram is shown, which shows a production plant 1 that includes an injection molding machine 2 that is supplied with electrical energy via a power supply 3 .

Die Energieversorgung 3 umfasst dabei zwei Komponenten: Die erste Komponente ist ein Wechselstromnetz 4 (angedeutet sind drei Phasen L1, L2 und L3), welches über einen Stromrichter 5 (Gleichrichter) elektrische Energie in ein Gleichstromnetz 6 einspeist. Die zweite Komponente ist eine Gleichstromquelle 7 zusammen mit einem (optionalen) Energiespeicher 8, welche elektrische Energie in das Gleichstromnetz 6 einspeisen. Die Gleichstromquelle 7 ist hier als Photovoltaikanlage ausgebildet, die aus Sonnenenergie Gleichstrom generiert. Der Energiespeicher 8 ist eine Batterie, in der überschüssige Energie gespeichert und bei Bedarf wieder abgerufen werden kann.The energy supply 3 comprises two components: The first component is an AC network 4 (three phases L1, L2 and L3 are indicated), which feeds electrical energy into a DC network 6 via a converter 5 (rectifier). The second component is a direct current source 7 together with an (optional) energy store 8 which feeds electrical energy into the direct current network 6 . The direct current source 7 is designed here as a photovoltaic system that generates direct current from solar energy. The energy store 8 is a battery in which excess energy is stored and can be called up again when required.

Die Spritzgießmaschine 2 kann mit einem Gleichstromzwischenkreis 21 über ein Anschaltmodul 9 elektrisch verbunden werden (dieses umfasst auch eine Ladeschaltung, ein Überbrückungsrelais sowie einen EMV-Filter). Angedeutet ist auch ein Hauptschalter HS zum Einschalten der Maschine.The injection molding machine 2 can be electrically connected to a DC intermediate circuit 21 via a connection module 9 (this also includes a charging circuit, a bridging relay and an EMC filter). A main switch HS for switching on the machine is also indicated.

Die Spritzgießmaschine ist vorliegend als rein elektrische Spritzgießmaschine ausgebildet. Demgemäß sind alle Antriebe der Maschine elektrisch ausgebildet, vorzugsweise mit Servomotoren. Dargestellt sind drei Motoren 17, 18 und 19, mit denen die benötigten Verstell-Bewegungen der Maschine bewerkstelligt werden. Der Motor 17 dient zum Antrieb der Schließeinheit der Spritzgießmaschine. Der Motor 18 dient zum Antrieb der Spritzeinheit. Der Motor 19 dient vorliegend zum Antrieb einer weiteren Achse, die z. B. diejenige eines Auswerfers sein kann. Die Motoren 17, 18, 19 sind auch geeignet, um generatorisch betrieben zu werden, d. h. aus kinetischer Energie elektrische Energie zu gewinnen.In the present case, the injection molding machine is designed as a purely electric injection molding machine. Accordingly, all drives of the machine are designed electrically, preferably with servo motors. Shown are three motors 17, 18 and 19, with which the required adjustment movements of the machine are accomplished. The motor 17 is used to drive the clamping unit of the injection molding machine. The motor 18 is used to drive the injection unit. The motor 19 is used here to drive another axis z. B. can be that of an ejector. The motors 17, 18, 19 are also suitable to be operated as a generator, i. H. to generate electrical energy from kinetic energy.

Weiter dargestellt ist ein Heizelement 10, welches hier die Zylinderheizung einer Plastifiziereinheit ist. Das Heizelement 10 ist für hohe Spannungen geeignet, insbesondere für Spannungen von größer oder gleich 900 VDC. Ferner ist das Heizelement 10 geeignet zur Aufnahme von hohen, jedoch nur kurzzeitig wirksamen Leistungsspitzen, insbesondere von mindestens 30 kW über einen Zeitraum von mindestens 250 ms.Also shown is a heating element 10, which here is the cylinder heater of a plasticizing unit. The heating element 10 is suitable for high voltages, in particular for voltages greater than or equal to 900 VDC. Furthermore, the heating element 10 is suitable for absorbing high power peaks that are only effective for a short time, in particular of at least 30 kW over a period of at least 250 ms.

Die Motoren bzw. das Heizelement sind alle elektrisch mit dem Gleichstromzwischenkreis 21 verbunden.The motors and the heating element are all electrically connected to the DC intermediate circuit 21 .

Über diesen Gleichstromzwischenkreisverbund kann ein Energieaustausch stattfinden, wenn z. B. ein Antrieb verzögert (gebremst) wird, hierdurch generatorisch arbeitet und Energie in den Gleichstromzwischenkreis 21 einspeist, die von einem anderen Verbraucher entnommen werden kann, z. B. zum Beschleunigen einer anderen Achse der Maschine mittels eines anderen Verbrauchers.Energy can be exchanged via this DC intermediate circuit network if, e.g. B. a drive is delayed (braked), thereby working as a generator and feeds energy into the DC intermediate circuit 21, which can be removed from another consumer, z. B. to accelerate another axis of the machine by means of another consumer.

Der Gleichstromzwischenkreis 21 ist mit einem elektrischen Speicherelement 14 (Energiespeicher) in Form eines Kondensators hoher Kapazität elektrisch verbunden. Bei Bremsvorgängen kann der Kondensator 14 geladen werden, was Vorteile im rekuperativen Arbeitsmodus bringt.The DC intermediate circuit 21 is electrically connected to an electrical storage element 14 (energy store) in the form of a high-capacity capacitor. When braking, the capacitor 14 can be charged, which has advantages in the recuperative working mode.

Ein für den Betrieb der Spritzgießmaschine 2 erforderlicher Steuerstromkreis 15 wird über ein Schaltnetzteil 16 zur Erzeugung einer Steuerspannung (z. B. 24 VDC) aus dem Gleichstromzwischenkreis 21 mit elektrischer Energie versorgt. Der Steuerstromkreis 15 versorgt eine Vielzahl von elektrischen Verbrauchern, wie z. B. Maschinensteuerungen (CPU; Steuerung bzw. Recheneinheit), eine Bedieneinheit (MMI; Bildschirm, Eingabeeinheit), ein Steuerteil eines Servoumrichters (CPU), Sensoren, Meldelampen, Schütze, Schalter, Ventile, Magnete etc.. Diese elektrischen Verbraucher stellen einen gewissen Anteil am Gesamtenergieverbrauch dar (z. B. 500 W).A control circuit 15 required for the operation of the injection molding machine 2 is supplied with electrical energy from the DC intermediate circuit 21 via a switching power supply 16 for generating a control voltage (eg 24 VDC). The control circuit 15 supplies a variety of electrical consumers such. B. Machine controls (CPU; control or computing unit), an operating unit (MMI; screen, input unit), a control part of a servo converter (CPU), sensors, indicator lamps, contactors, switches, valves, magnets, etc.. These electrical consumers represent a certain proportion of the total energy consumption (e.g. 500 W).

Ein Verbraucher, im Ausführungsbeispiel exemplarisch dargestellt für den Verbraucher 10 in Form des Heizelements, kann mittels eines Halbleiterschaltelements 11 an den Gleichstromzwischenkreis 21 geschaltet werden. Das Halbleiterschaltelement 11 kann innerhalb der Maschinensteuerung angeordnet sein. Bei dem Halbleiterschaltelement handelt es sich im Ausführungsbeispiel um einen Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (insulated-gate bipolar transistor, kurz IGBT). Dies ist ein Halbleiterbauelement, das in der Leistungselektronik verwendet wird, da es Vorteile des Bipolartransistors (gutes Durchlassverhalten, hohe Sperrspannung, Robustheit) und Vorteile eines Feldeffekttransistors (nahezu leistungslose Ansteuerung) vereinigt. Vorteilhaft ist auch eine gewisse Robustheit gegenüber Kurzschlüssen, da der IGBT den Laststrom begrenzt.A load, shown as an example for the load 10 in the exemplary embodiment in the form of the heating element, can be connected to the DC intermediate circuit 21 by means of a semiconductor switching element 11 . The semiconductor switching element 11 can be arranged within the machine control. In the exemplary embodiment, the semiconductor switching element is a bipolar transistor with an insulated gate electrode (insulated-gate bipolar transistor, IGBT for short). This is a semiconductor component that is used in power electronics because it combines the advantages of the bipolar transistor (good conduction behavior, high blocking voltage, robustness) and the advantages of a field effect transistor (almost powerless control). A certain robustness against short circuits is also advantageous since the IGBT limits the load current.

Das Heizelement 10 ist dabei so beschaffen, dass er für die hohe bzw. höchst zulässige Spannung des Gleichstromzwischenkreises (z. B. 900 VDC) geeignet ist, kurzzeitig (z. B. für 250 ms) hohe Leistungsspitzen (z. B. 30 kW) aufnehmen kann und dabei seinen eigentlichen Zweck (vorliegend: das Heizen einer Zone des Plastifizierzylinders) hinsichtlich der Nennleistung erfüllen kann.The heating element 10 is designed in such a way that it is suitable for the high or maximum permissible voltage of the DC intermediate circuit (e.g. 900 VDC), short-term (e.g. for 250 ms) high power peaks (e.g. 30 kW ) and can fulfill its actual purpose (here: the heating of a zone of the plasticizing cylinder) with regard to the rated output.

Das Halbleiterschaltelement 11 kann in Abhängigkeit der Temperatur T des Heizelements 10 von einer entsprechenden Steuerung (im geschlossenen Regelkreis) angesteuert werden, um eine Soll-Temperatur aufrechtzuerhalten; hierzu ist dann ein entsprechender Temperatursensor am Heizelement 10 vorzusehen, der die Ist-Temperatur Tist erfasst. Zur diesbezüglichen genauen Vorgehensweise wird ausdrücklich auf die EP 2 276 165 B1 Bezug genommen. The semiconductor switching element 11 can be controlled as a function of the temperature T of the heating element 10 by a corresponding controller (in a closed control loop) in order to maintain a target temperature; For this purpose, a corresponding temperature sensor is then to be provided on the heating element 10 , which detects the actual temperature T actual . For the exact procedure in this regard, reference is expressly made to the EP 2 276 165 B1 referenced.

In 1 geben die Pfeile die Richtung an, in denen Energie fließt. Demgemäß kann die Gleichstromquelle 7 nur Energie liefern, während der Energiespeicher 8 sowohl Energie abgeben als auch aufnehmen kann. Überschüssige Energie, die insbesondere aus Rekuperation gewonnen wurde oder die bei Überschuss aus der Photovoltaikanlage resultiert, kann auch in das Wechselstromnetz 4 abgegeben werden.In 1 the arrows indicate the direction in which energy is flowing. Accordingly, the direct current source 7 can only supply energy, while the energy store 8 can both supply and absorb energy. Excess energy, which was obtained in particular from recuperation or which results from the photovoltaic system in the event of a surplus, can also be released into the AC network 4 .

Das Wechselstromnetz 4 hat typischer Weise eine Spannung von 400 VAC. Im Gleichstromnetz 6 und im Gleichstromzwischenkreis 21 werden beispielsweise Spannungen von ca. 600 VDC angestrebt. Der Steuerstromkreis 15 wird zumeist mit 24 VDC betrieben.The AC network 4 typically has a voltage of 400 VAC. In the direct current network 6 and in the direct current intermediate circuit 21, for example, voltages of approximately 600 VDC are sought. The control circuit 15 is mostly operated with 24 VDC.

In 2 ist eine Weiterentwicklung der vorgeschlagenen Anlage dargestellt. Die dort dargestellte Anlage erlaubt einen Hybrid-Betrieb.In 2 a further development of the proposed system is shown. The system shown there allows hybrid operation.

Die dort dargestellte Ausführungsform stellt eine vorteilhafte Lösung zu folgender Problematik dar:

  • Zur Stabilisierung des Gleichstromnetzes 6 erfolgt, wie oben dargelegt, dessen Ankopplung an das Wechselstromnetz 4; im Falle einer Unter- oder Überversorgung wird Energie über den Stromrichter 5 entweder vom Wechselstromnetz 4 in das Gleichstromnetz 6 eingespeist oder Energie aus dem Gleichstromnetz 6 über den Stromrichter (in diesem Falle fungierend als Wechselrichter) an das Wechselstromnetz 4 abgegeben.
The embodiment shown there represents an advantageous solution to the following problem:
  • To stabilize the direct current network 6, as explained above, it is coupled to the alternating current network 4; In the event of undersupply or oversupply, energy is fed via the converter 5 either from the AC grid 4 into the DC grid 6 or energy is released from the DC grid 6 via the converter (acting as an inverter in this case) to the AC grid 4.

Steht genügend Gleichstromenergie (insbesondere aus Photovoltaik) zur Verfügung, kann also neben der Versorgung der Verbraucher 10, 17, 18, 19 und der Einspeisung in den Energiespeicher 8 weitere überschüssige Energie in das Wechselstromnetz 4 eingespeist werden.If sufficient direct current energy (particularly from photovoltaics) is available, additional excess energy can be fed into the alternating current network 4 in addition to supplying the consumers 10, 17, 18, 19 and feeding it into the energy store 8.

Im umgekehrten Fall, also bei Mangel an Gleichstromenergie, stützt Energie aus dem Wechselstromnetz 4 die Spannung im Gleichstromnetz 6. Hierbei fallen jedoch unerwünschte Transformationsverluste infolge der Gleichrichtung an.In the opposite case, ie when there is a lack of direct current energy, energy from the alternating current network 4 supports the voltage in the direct current network 6. In this case, however, there are undesirable transformation losses as a result of the rectification.

Daher ist es zweckmäßig, solche Verbraucher (insbesondere das Heizelement 10), die nicht notwendigerweise eine Gleichstromversorgung benötigen, direkt aus dem Wechselstromnetz 4 zu speisen.It is therefore expedient to feed consumers (in particular the heating element 10) that do not necessarily require a direct current supply directly from the alternating current network 4.

Hierfür ist gemäß der Lösung nach 2 ein Bestimmungs- oder Messelement 12 vorgesehen, welches den Energiestatus der Gleichstromquelle 7 bzw. des Energiespeichers 8 erfasst und feststellt, ob hinreichend Energie zur Verfügung steht, um die benötigte Spannung im Gleichstromnetz 6 aufrechtzuerhalten.For this, according to the solution 2 a determination or measuring element 12 is provided, which detects the energy status of the direct current source 7 or of the energy store 8 and determines whether sufficient energy is available to maintain the required voltage in the direct current network 6 .

Ist dies der Fall, erfolgt die Versorgung der Verbraucher direkt mit Gleichstrom aus dem Gleichstromnetz 6.If this is the case, the consumers are supplied directly with direct current from the direct current network 6.

Ist dies jedoch nicht der Fall (und fällt folglich die Spannung der Gleichstromquelle 7 bzw. des Energiespeichers 8 unter einen vorgegebenen Grenzwert), veranlasst ein Schaltelement 13, welches mit dem Bestimmungs- oder Messelement 12 verbunden ist, eine Umschaltung dergestalt, dass der Verbraucher (hier also das Heizelement 10) direkt an das Wechselstromnetz 4 angekoppelt und von diesem mit Energie versorgt wird. Das Schaltelement 13 umfasst ein AC-Halbleiterschaltelement 20 bzw. es wirkt mit einem solchen zusammen, wobei das Halbleiterschaltelement 20 bevorzugt als TRIAC (Triode for Alternating Current) ausgebildet ist.However, if this is not the case (and consequently the voltage of the direct current source 7 or of the energy storage device 8 falls below a predetermined limit value), a switching element 13, which is connected to the determination or measuring element 12, causes a switchover in such a way that the consumer ( So here the heating element 10) is coupled directly to the AC mains 4 and is supplied with energy by this. The switching element 13 comprises an AC semiconductor switching element 20 or it interacts with one, with the semiconductor switching element 20 preferably being embodied as a TRIAC (Triode for Alternating Current).

Mittels des Bestimmungs- oder Messelements 12 (Detektoreinheit) wird also im Gleichstromnetz ein nahender oder akuter Mangel an Gleichstrom erkannt und ein Umschaltsignal generiert. Die Steuerung der Spritzgießmaschine reagiert darauf und schaltet (über das Schaltelement 13) einzelne oder alle Zonen der Zylinderheizung von DC- auf AC-Versorgung um.By means of the determining or measuring element 12 (detector unit), an approaching or acute shortage of direct current is thus detected in the direct current network and a switching signal is generated. The controller of the injection molding machine reacts to this and switches (via the switching element 13) individual or all zones of the cylinder heating from DC to AC supply.

Dies kann generell für all die Verbraucher vorgesehen werden, die nicht notwendigerweise eine DC-Versorgung erfordern.This can generally be provided for all consumers that do not necessarily require a DC supply.

Die entsprechende Verfahrensweise sieht also vor:

  1. a) Messen der Verfügbarkeit von Gleichspannung aus der Gleichstromquelle 7 und/oder dem Energiespeicher 8, insbesondere der elektrischen Spannung im Gleichstromnetz 6;
  2. b) Speisung aller elektrischen Verbraucher aus dem Gleichstromnetz 6, falls die Verfügbarkeit von Gleichspannung oberhalb eines vorgegebenen Niveaus liegt, insbesondere oberhalb einer vorgegebenen elektrischen Spannung im Gleichstromnetz 6 (erster Schaltzustand des Schaltelements 13);
  3. c) Falls die Verfügbarkeit von Gleichspannung unter das vorgegebene Niveau, insbesondere unterhalb die vorgegebene elektrische Spannung, im Gleichstromnetz 6 fällt: Umschalten der Stromversorgung für mindestens einen Verbraucher, der für den Betrieb mit Wechselstrom geeignet ist, so dass dieser direkt aus dem Wechselstromnetz 4 versorgt wird (zweiter Schaltzustand des Schaltelements 13).
The corresponding procedure is therefore:
  1. a) measuring the availability of direct voltage from the direct current source 7 and/or the energy store 8, in particular the electrical voltage in the direct current network 6;
  2. b) feeding all electrical loads from the DC network 6 if the availability of DC voltage is above a predetermined level, in particular above a predetermined electrical voltage in the DC network 6 (first switching state of the switching element 13);
  3. c) If the availability of direct voltage falls below the specified level, in particular below the specified electrical voltage, in the direct current network 6: switchover of the power supply for at least one consumer that is suitable for operation with alternating current so that it is supplied directly from the alternating current network 4 is (second switching state of the switching element 13).

Am Rande sei erwähnt, dass an das Gleichstromnetz natürlich auch mehrere Kunststoffverarbeitungsmaschinen, insbesondere Spritzgießmaschinen, angeschlossen werden können. Ebenfalls ist es möglich, hier andere Verbraucher mit anzuschließen.As an aside, it should be mentioned that several plastics processing machines, in particular injection molding machines, can of course also be connected to the direct current network. It is also possible to connect other consumers here.

BezugszeichenlisteReference List

11
Fertigungsanlagemanufacturing plant
22
Kunststoffverarbeitungsmaschine (Spritzgießmaschine)Plastic processing machine (injection molding machine)
33
Energieversorgungpower supply
44
Wechselstromnetz (AC-Netz)Alternating current grid (AC grid)
55
Stromrichterpower converter
66
Gleichstromnetz (DC-Netz)direct current network (DC network)
77
Gleichstromquelle (Photovoltaikanlage)Direct current source (photovoltaic system)
88th
Energiespeicher (Batterie)energy storage (battery)
99
Anschaltmodulconnection module
1010
Heizelementheating element
1111
Halbleiterschaltelement (IGBT)Semiconductor switching element (IGBT)
1212
Bestimmungs- oder Messelementdetermining or measuring element
1313
Schaltelementswitching element
1414
Speicherelement (Kondensator)storage element (capacitor)
1515
Steuerstromkreiscontrol circuit
1616
Schaltnetzteilswitching power supply
1717
Motorengine
1818
Motorengine
1919
Motorengine
2020
AC-Halbleiterschaltelement (TRIAC)AC semiconductor switching element (TRIAC)
2121
GleichstromzwischenkreisDC intermediate circuit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • EP 2276165 B1 [0002, 0015, 0031]EP 2276165 B1 [0002, 0015, 0031]

Claims (12)

Fertigungsanlage (1) umfassend mindestens eine Kunststoffverarbeitungsmaschine (2) und eine Energieversorgung (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgung (3) umfasst: - ein Wechselstromnetz (4), welches über einen Stromrichter (5) mit einem Gleichstromnetz (6) verbunden ist, und - eine Gleichstromquelle (7), die mit dem Gleichstromnetz (6) verbunden ist, wobei die Kunststoffverarbeitungsmaschine (2) mit dem Gleichstromnetz (6) verbindbar ist, um aus diesem mit elektrischer Energie versorgt zu werden.Manufacturing plant (1) comprising at least one plastics processing machine (2) and an energy supply (3), characterized in that the energy supply (3) comprises: - an AC network (4) which is connected to a DC network (6) via a converter (5). and - a direct current source (7) which is connected to the direct current network (6), the plastics processing machine (2) being able to be connected to the direct current network (6) in order to be supplied with electrical energy from it. Fertigungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichstromquelle (7) eine Photovoltaikanlage ist.manufacturing plant claim 1 , characterized in that the direct current source (7) is a photovoltaic system. Fertigungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstromnetz (6) mit einem Energiespeicher (8) verbindbar ist.manufacturing plant claim 1 or 2 , characterized in that the direct current network (6) can be connected to an energy store (8). Fertigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffverarbeitungsmaschine (2) mindestens einen drehzahlvariablen Antrieb (17, 18, 19) aufweist.Production plant according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that the plastics processing machine (2) has at least one variable-speed drive (17, 18, 19). Fertigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffverarbeitungsmaschine (2) einen Gleichstromzwischenkreis (21) aufweist, der mit dem Gleichstromnetz (6) über ein Anschaltmodul (9) elektrisch verbindbar ist.Production plant according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the plastics processing machine (2) has a direct current intermediate circuit (21) which can be electrically connected to the direct current network (6) via a connection module (9). Fertigungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffverarbeitungsmaschine (2) mindestens ein Heizelement (10) aufweist, wobei dieses vom Gleichstromzwischenkreis (21) aus über ein Halbleiterschaltelement (11), insbesondere durch einen Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT), mit Energie versorgt werden kann.manufacturing plant claim 5 , characterized in that the plastics processing machine (2) has at least one heating element (10), this being heated from the DC intermediate circuit (21) via a semiconductor switching element (11), in particular by a bipolar transistor with an insulated gate electrode (Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT) , can be supplied with energy. Fertigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, - dass die Kunststoffverarbeitungsmaschine (2) mindestens einen Verbraucher aufweist, der mit Wechselstrom betreibbar ist, und - dass die Gleichstromquelle (7) und/oder der Energiespeicher (8) mit einem Bestimmungs- oder Messelement (12) in Verbindung steht, mit dem die Verfügbarkeit von Gleichspannung aus der Gleichstromquelle (7) und/oder dem Energiespeicher (8) gemessen werden kann, wobei das Bestimmungs- oder Messelement (12) mit einem Schaltelement (13) in Verbindung steht, welches in einem ersten Schaltzustand die Versorgung des Verbrauchers aus dem Gleichstromnetz (6) veranlassen kann und in einem zweiten Schaltzustand die Versorgung des Verbrauchers aus dem Wechselstromnetz (4) veranlassen kann, wobei das Schaltelement (13) ausgebildet ist, den zweiten Schaltzustand einzunehmen, wenn die Verfügbarkeit von Gleichspannung aus der Gleichstromquelle (7) und/oder dem Energiespeicher (8) unter ein vorgegebenes Niveau, insbesondere unter eine vorgegebene Spannung im Gleichstromnetz (6), fällt.Production plant according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that - that the plastics processing machine (2) has at least one consumer that can be operated with alternating current, and - that the direct current source (7) and/or the energy store (8) is connected to a determination or measuring element (12). , with which the availability of direct voltage from the direct current source (7) and/or the energy store (8) can be measured, the determining or measuring element (12) being connected to a switching element (13) which, in a first switching state, can cause the load to be supplied from the DC network (6) and can cause the load to be supplied from the AC network (4) in a second switching state, the switching element (13) being designed to assume the second switching state when the availability of DC voltage from the Direct current source (7) and/or the energy store (8) below a predetermined level, in particular below a predetermined spa nection in the DC network (6), falls. Fertigungsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbraucher ein Heizelement ist.manufacturing plant claim 7 , characterized in that the consumer is a heating element. Fertigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffverarbeitungsmaschine (2) eine Spritzgießmaschine ist.Production plant according to one of Claims 1 until 8th , characterized in that the plastics processing machine (2) is an injection molding machine. Fertigungsanlage nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement die Zylinderheizung einer Plastifiziereinheit der Spritzgießmaschine ist.manufacturing plant claim 8 and 9 , characterized in that the heating element is the cylinder heater of a plasticizing unit of the injection molding machine. Fertigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Speicherelement (14) für elektrische Energie, insbesondere ein Kondensator, mit dem Gleichstromzwischenkreis (21) elektrisch verbunden ist.Production plant according to one of Claims 1 until 10 , characterized in that at least one storage element (14) for electrical energy, in particular a capacitor, is electrically connected to the DC intermediate circuit (21). Fertigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerstromkreis (15) elektrisch über ein Schaltnetzteil (16) mit dem Gleichstromzwischenkreis (21) in Verbindung steht, wobei die elektrischen Verbraucher der Kunststoffverarbeitungsmaschine (2) vom Gleichstromzwischenkreis (21) aus mit Energie versorgt werden können und vom Steuerstromkreis (15) aus angesteuert werden können.Production plant according to one of Claims 1 until 11 , characterized in that a control circuit (15) is electrically connected to the DC intermediate circuit (21) via a switched-mode power supply (16), it being possible for the electrical consumers of the plastics processing machine (2) to be supplied with energy from the DC intermediate circuit (21) and from the control circuit (15) can be controlled from.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2276165B1 (en) 2009-07-14 2012-09-19 Wittmann Battenfeld GmbH Plastic processing machine and method for operating the same
CN206273582U (en) 2016-11-09 2017-06-23 天津十环科技有限公司 A kind of electric saving of injection machine control system
CN108032486A (en) 2018-01-10 2018-05-15 海天塑机集团有限公司 A kind of dual power supply injection (mo(u)lding) machine
CN109466037A (en) 2017-09-07 2019-03-15 海天塑机集团有限公司 A kind of direct current injection molding machine

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2276165B1 (en) 2009-07-14 2012-09-19 Wittmann Battenfeld GmbH Plastic processing machine and method for operating the same
CN206273582U (en) 2016-11-09 2017-06-23 天津十环科技有限公司 A kind of electric saving of injection machine control system
CN109466037A (en) 2017-09-07 2019-03-15 海天塑机集团有限公司 A kind of direct current injection molding machine
CN108032486A (en) 2018-01-10 2018-05-15 海天塑机集团有限公司 A kind of dual power supply injection (mo(u)lding) machine

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Maschinenübersetzung der Druckschrift CN 1 08 032 486 A, DPMA, Übersetzung erstellt am 20.09.2021
Maschinenübersetzung der Druckschrift CN 1 09 466 037 A, DPMA, Übersetzung erstellt am 20.09.2021
Maschinenübersetzung der Druckschrift CN 2 06 273 582 U, DPMA, Übersetzung erstellt am 20.09.2021

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