DE4436125B4

DE4436125B4 - Verfahren zur Temperierung von Zylindern von Spritzgießmaschinen für die Verarbeitung vernetzbarer Polymere

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Publication number: DE4436125B4
Application number: DE19944436125
Authority: DE
Inventors: Erich Dr. Liehr
Original assignee: Individual
Current assignee: Oni-Waermetrafo 51789 Lindlar De GmbH
Priority date: 1994-09-27
Filing date: 1994-09-27
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2014-09-28
Also published as: DE4436125A1

Abstract

Verfahren zur Temperierung von Zylindern von Spritzgießmaschinen für die Verarbeitung vernetzbarer Polymere, bei dem die jeweils je Temperierkreislauf gemessene Zylindertemperatur mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen wird und in Abhängigkeit vom Ergebnis des Ist-Sollwertvergleiches die Durchflußmenge des Temperiermediums in den Temperierkreisläufen verändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß kontinuierlich während der gesamten Zyklusdauer des Spritzgießvorganges die momentanen Zylindertemperaturen zwischen Zylinderaußen- und Zylinderinnenwand im mittleren Bereich zwischen Temperiermedieneingang und – ausgang des jeweiligen Temperierkreislaufes gemessen werden und der Temperierprozeß in eine Anfahrphase und eine stationäre Betriebsphase mit unterschiedlichen Temperierbedingungen getrennt wird, im allerersten Zyklus des Spritzgießvorganges, zum Zeitpunkt Z₁ ein Temperierimpuls t_init festgelegter Dauer eingeleitet wird und beim Erreichen eines definierten Abstandes der mittleren Zylindertemperatur zur vorgegebenen Solltemperatur zu diesem Zeitpunkt ein Temperierimpuls t_ann geringerer, aber konstanter Dauer eingeleitet wird, bis zum erstmaligen Überschreiten der Solltemperatur, wobei die Anfahrphase nach dem erstmaligen Erreichen oder Überschreiten der Solltemperatur beendet ist und während der stationären Betriebsphase...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperierung von Zylindern von Spritzgießmaschinen für die Verarbeitung vernetzbarer Polymere, wie elastomere oder duroplastische Werkstoffe.
Derartige Werkstoffe erfordern bei der Verarbeitung zu Formteilen durch Spritzgießen ein relativ niedriges Temperaturniveau während der Verweilzeit im Plastifizierzylinder, um eine vorzeitige Vernetzung bzw. Vulkanisation zu verhindern. Die genannten Kunststoffe werden während der Verarbeitung im Plastifizierzylinder in eine viskose Schmelze überführt und anschließend in an sich bekannter Weise in das auf der Spritzgießmaschine installierte Formwerkzeug gespritzt und härten nach Beendigung des Formfüllvorganges während der Nachdruck- und Standzeit aus. Während der Aushärtung findet zugleich die Vernetzungs- bzw. Vulkanisationsreaktion statt. Bedingt durch die Reaktionskinetik dieser Formmassen wird eine besonders genaue Regelung der Schmelzetemperatur über die Zylindertemperierung gefordert. Die Formmasse darf erst in den letzten Schneckengängen in den plastischen Zustand überführt werden. In den Bereichen davor im Plastifizierzylinder soll die Formmasse lediglich gefördert, vorgewärmt und verdichtet werden.
Die Temperaturführung der Formmasse bzw. Schmelze im System Schnecke/Zylinder muß so gesteuert werden, daß keine vorzeitigen Vernetzungsreaktionen infolge zu hoher Messetemperaturen auftreten. Die exakte Temperaturführung für die Formmasse über die Zylindertemperierung übt einen wesentlichen Einfluß auf die Qualität der heraustellenden Formteile aus.

In der Praxis konnte sich bisher nur die Arbeitsweise mit Temperiergeräten durchsetzen, die aber einige grundlegende Nachteile hat.

Das sind zum einen die energetisch ungünstige Arbeitsweise und die hohen Anschaffungskosten für die Temperiergeräte und zum anderen die ungenügende Prozeßstabilität während der Fertigung. Unvermeidbare Störungen des Fertigungsablaufes, wie z.B. Temperiermedientemperatur- und Temperiermediendurchsatzschwankungen, Änderungen hinsichtlich der Massetemperatur, insbesondere durch Unterschiede in der Plastifizierleistung, z.B. durch schwankende Schüttgewichte, und der Umgebungstemperatur, können in ihrer energetischen Auswirkung auf die Schmelzetemperatur nicht ausgeregelt werden und haben somit Auswirkungen auf die Formteilqualität. In Abhängigkeit von der Größe der energetischen Wirkung dieser Störgrößen kann sich der Zustand der Formmasse bzw. Schmelze mehr oder weniger stark ändern.

Aus der US 3,822,867 sind eine Einrichtung und Verfahren zur Regelung der Zylindertemperaturen von Spritzgießmaschinen bekannt.

In der US 4,197,070 ist ein Regelsystem für Kunststoff-Extruder beschrieben, das zur Überwachung der Schmelzentemperatur und des Schmelzendruckes im Zylinder bestimmt ist.

Weiterhin ist eine Vorrichtung zum Austragen thermoplastischer Massen, vorzugsweise ein Extruder, bekannt ( DE 33 43 777 C2 ), die mit mehreren Heizeinrichtungen und diesen zugeordneten Steuereinrichtungen ausgerüstet ist.

Eine Vorrichtung zur Regelung der Heiztemperatur, insbesondere für Spritzgießmaschinen und Extruder, ist in der US 5,272,644 beschrieben.

In den vorgenannten Druckschriften sind Verfahren zur Temperierung von Zylindern, insbesondere von Spritzgießmaschinen, für die Verarbeitung vernetzbarer Polymere offenbart, bei denen die im jeweiligen Temperierkreislauf gemessene Zylindertemperatur mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen und in Abhängigkeit vom Ergebnis des Ist-Sollwertvergleiches die Durchflußmenge des Temperiermediums in den Temperierkreisläufen verändert wird.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Temperierung von Zylindern von Spritzgießmaschinen für die Verarbeitung vernetzbarer Polymere zu schaffen, das unter Berücksichtigung der momentanen Parameter des Plastifiziervorganges, einschließlich auftretender Störungen des Prozesses eine hinreichend gute Anpassung der mittleren Zylindertemperatur an eine vorgegebene Solltemperatur je Temperierkreislauf bei gleichzeitig selbsteinstellender Regelung gewährleistet, das nur geringe Mengen Heizenergie ausschließlich während des Anfahrens und bei Fertigungsunterbrechungen benötigt, bei dem Qualitätsunterschiede der Formteile weitestgehend vermieden werden und die Ausschußquote gesenkt wird.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungsvarianten der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 9 angegeben.

Der Temperierprozeß wird in zwei Phasen, eine Anfahrphase und eine stationäre Betriebsphase, mit jeweils unterschiedlichen Temperierbedingungen getrennt, wobei die Anfahrphase nach dem erstmaligen Erreichen oder Überschreiten der vorgegebenen Zylindersolltemperatur beendet ist. Während der gesamten Zyklusdauer wird kontinuierlich die mittlere Zylindertemperatur an dem für den jeweiligen Temperierkreislauf, thermisch sowohl von der plastifizierten Masse als auch der Temperierung gleichwertig beaufschlagtem Ort gemessen, wobei dieser Ort sich im Bereich der geometrischen Mitte zwischen Zylinderinnenwand und Temperierkanal bzw. -fläche und im Bereich der Mitte zwischen Temperiermedieneingang und -ausgang in einem hinreichend großem Abstand zur Zylinderinnenwand befindet. Zum Zeitpunkt Z₁, der durch ein Signal der Maschinenablaufsteuerung festgelegt wird, wird ein Temperiermedienimpuls, der die Temperierung in den zurückliegenden Zyklen berücksichtigt, in zeitlicher Nähe des Beginns des Plastifiziervorganges eingeleitet – Beginn des Plastifiziervorganges bedeutet der Beginn der Schneckenrotation nach jedem Einspritzvorgang – , um im Zeitbereich der größten Friktionswärmeentwicklung innerhalb der eingebrachten Masse die erforderliche Wärmeableitung zu bewirken. Weitere Temperiermedienimpulse werden als Resultat eines bis zu einem Zeitpunkt Z₂ stattfindenden Soll-Ist- Vergleiches bei Uberschreitung der vorgegebenen Solltemperatur eingeleitet, wobei der Zeitpunkt Z₂ durch ein Signal der Maschinenablaufsteuerung festgelegt wird, das zu einem definierten Zeitpunkt in zeitlicher Nähe des Zyklusendes ausgelöst wird.

In der Anfahrphase erfolgt im ersten Zyklus, zum Zeitpunkt Z₁ beginnend, ein Initalimpuls t_init mit festgelegter Dauer, um eine erst vollständige Durchspülung des betreffenden Temperierkreislaufes zu erzielen. Bereits vor dem ersten Maschinenzyklus kann eine Zusatzheizung zugeschaltet werden, die in den für den Temperaturzustand der zu plastifizierenden Masse wichtigen Zylinderzonen die Zeitdauer der Erwärmung des Plastifizierzylinders auf die vorgegebene Solltemperatur minimiert. Bei Nutzung der Zusatzheizung wird diese in einem vorgegebenen Abstand zur Solltemperatur abgeschaltet.

Nach Erreichen eines definierten Abstandes der mittleren Zylindertemperatur zur vorgegebenen Solltemperatur oberhalb der Ausschalttemperatur einer eventuellen Zusatzheizung wird im Folgezyklus zum Zeitpunkt Z₁ ein zeitlich konstanter Temperierimpuls t_ann geringerer zeitlicher Dauer eingeleitet, wobei der Temperierimpuls t_ann in allen nachfolgenden Zyklen bis zur erstmaligen Uberschreitung der vorgegebenen Solltemperatur eingeleitet wird und ein gedämpftes Annähern der mittleren Zylindertemperatur an die gewählte Solltemperatur gewährieistet.

Eine als Sonderfall in der Anfahrphase auftretende Variante besteht darin, daß bei Vorgabe einer Solltemperatur, die unter der gemessenen isttemperatur liegt, in allen nachfolgenden Zyklen zwischen den Zeitpunkten Z₁ und Z₂ so lange eine sandige Temperierung erfolgt, bis die gemessene Isttemperatur die vorgegebene Solltemperatur erstmalig unterschreitet. Nach Unterschreitung der Solltemperatur wird die Anfahrphase mit der Einleitung des Temperiermedienimapulses der Dauer t_ann zum Zeitpunkt Z₁ des auf die erste Unterschreitung folgenden Zyklus fortgesetzt und mit der erneuten Überschreitung der Solltemperatur beendet.

In der stationären Betriebsphase findet das erfindungsgemüße Verfahren mit seiner adaptiven oder "selbsteinstellenden" Regelung seinen Niederschlag einerseits in der ständig aktualisierten Vorgabe eines errechneten Temperiermittelimpulses und andererseits in einer vom aktuellen Soll-Istwert-Vergleich abhängigen Temperlerphase. Aus der Gesamtdauer der Temperiermedienimpulse einer festgelegten Anzahl unmittelbar vorausgegangener Zyklen wird über eine angeschlossene Recheneinheit das arithmetische Mittel der Temperierdauer je Zyklus ermittelt, mit einem Faktor K₁, der den Ausgleich der praktisch unvermeidbar auftretenden thermischen Störungen auf den Temperaturzustand des Zylinders ermöglicht, bewertet und als errechnete Impulsdauer t_E für die Einleitung des Temperiermediums im Folgezyklus zum Zeitpunkt Z₁ genutzt.

Nach Einleitung des Temperiermedienimpulses der Zeitdauer t_E erfolgt im Ergebnis des kontinuierlich durchgeführten Soll-Ist-Vergleiches der Zylindertemperatur für die Dauer der jeweiligen Solltemperaturüberschreitung und damit temperaturabhängig spätestens bis zum Zeitpunkt Z₂ des aktuellen Zyklus die Einleitung weiterer Temperiermittelimpulse, deren Gesamtdauer durch die errechnete maximale Gesamtdauer t_max begrenzt ist.

Die Zeitdauer dieses Temperierimpulses der Länge t_E wird nach der im Anspruch 3 angegebenen Berechnungsformel ermittelt.

Für die Berechnung gelten folgende Anfangsbedingungen ab Zyklus 1 der stationären Phase:

(1) t_Ei = t_ann
(2) Die Berechnung von (·) erfolgt für j < n , indem n durch j ersetzt wird.
(3) K1(j) = a₀ + a₁ · j für j ≥ n K1(j) = a₂ für j > n K1(j) < 1, K1 (j + 1) ≥ K1 (j) für alle j

Die möglichen temperaturabhängigen Temperierimpulse je Zyklus werden durch eine maximale Gesamtdauer t_max zeitlich begrenzt. Die maximale Gesamtdauer t_max korreliert mit der errechneten Impulsdauer t_E in folgender Weise: tmax = K2 · tE wobei gilt: (1 – K1(j)) < K2 < 3, K2 = const. für alle j.

Diese in ständiger Korrelation zur Vorgeschichte der Temperierung der vorangegangenen n Zyklen stehende maximale Temperierdauer t_max für den aktuellen Zyklus verhindert als zeitliche Grenze der temperaturabhängigen Temperierimpulsdauer Impulslängen, die in den Folgezyklen zu einer Unterschreitung der Solltemperatur führen könnten. Impulslängen solcherart werden u.a. möglich durch eine eventuelle nicht optimale Lage der Temperaturfühler, die eine Trägheit der Messung der Temperaturverhältnisse am Meßort und damit der Reaktion darauf bewirkt.

Erstmalig wird die Zeitschranke t_max im zweiten Zyklus nach der Erstüberschreitung von T_soll wirksam, da erst für diesen Zyklus ein errechneter Temperierimpuls t_E vorliegt. Im Extremfall kann die Temperierdauer für den ersten Zyklus nach Solltemperaturüberschreitung identisch sein mit der Zeitspanne von Z₁ bis Z₂. Die mit der errechneten Impulsdauer korrelierende maximale Gesamtdauer tmax der temperaturabhängigen Temperierimpulse bringt gleichzeitig eine temperierkreisspezifische Komponente in die Temperierung ein, da auf Grund der beschriebenen Berechnung eine Einbeziehung von Temperierkreisverlauf, Temperaturfühlerlage, Medientemperatur, -volumen u.a erfolgt.

Erfolgt während der stationären Betriebsphase ein Absinken der aktuellen Zylindertemperatur unter einen festgelegten Abstand unter die Solltemperatur, so wird die Zusatzheizung so lange zugeschalten bis eine weitere Temperaturschranke unterhalb der Solltemperatur wieder überschritten ist.

Das Verfahren ermöglicht es, daß dann, wenn die Zylindertemperatur zum Zeitpunkt Z₂ einer festzulegenden Anzahl aufeinanderfolgender Zyklen höher als die vorgegebene Solltemperatur Tsoll ist, d.h. wenn die zur Verfügung stehende Zeitspanne zwischen Z₁ und Z₂ nicht genügt, um die Zylindertemperatur am Meßort auf die vorgegebene Solltemperatur zu temperieren, vom Steuergerät die Meldung "Solltemperatur zu niedrig" für den betreffenden Temperierkreis abgesetzt wird.

Hinsichtlich der Signale aus der Maschinenablaufsteuerung, die für die Zeitpunkte Z₁ und Z₂ herangezogen werden, kann z.B. der Beginn des Plastifiziervorganges als Z₁ und das Ende der Werkzeugöffnung als Z₂ gewählt werden.

Durch das erfindungsgemäße Temperierverfahren wird die Prozeßstabilität der gesamten Fertigung wesentlich erhöht. Die Ausschußquote kann gegenüber den bekannten Verfahren gesenkt werden, Temperiergeräte im herkömmlichen Sinne werden nicht benötigt. Durch die zeitlich geringen Intervalle der Zuschaltung der Zusatzheizung bei niedrigem Stromverbrauch verringert sich der spezifische Energieverbrauch des Formgebungsprozesses.

Die Erfindung soll im folgenden näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt ein Funktionsschaltbild.
In dem Funktionsschaltbild ist eine Spritzgießmaschine 1 mit dem Plastifizierzylinder 2 sowie dem Steuergerät 3 dargestellt. Die Temperierung des Plastifizierzylinders 2 erfolgt über Temperierkreisläufe K₁ bis K_n, wobei der Durchfluß des Temperiermediums für jeden Temperierkreislauf mittels der Magnetventile M₁ bis M_n unterbrochen oder freigegeben werden kann. Die Zylinderzonen, die den Temperierkreisen K₁ bis K_n zugeordnet werden, können durch die Heizkreise H₁ bis H_n auf eine von der vorgegebenen Solltemperatur abhängige Mindesttemperatur erwärmt werden.
Ist die durch den Plastifiziervorgang erzeugte Wärmemenge ausreichend hoch genug, was u.a. von der zu verarbeitenden Formmasse abhängig ist, so kann auf das Zuschalten der Zusatrheizung verzichtet werden.
Das Steuergerät 3 besteht aus den Baugruppen Anpasstufe, Analog-Digitalumwandler (ADU), Recheneinheit (CPU), Eingabeeinheit, Ausgabeeinheit und verschiedene Schnittstellen. Die funktionelle Einbindung der einzelnen Baugruppen in dieses Gerät und damit in das System Spritrgießvorgang, Temperaturmessung und Anpassung des Temperiermedienstromes ist folgende:
Je Temperierkreislauf K₁ (i = 1,....., n) des Plastifizierzylinders wird an einem, thermisch sowohl durch die eingespritzte Schmelze als auch durch die Temperierflächen gleichwertig beaufschlagtem Meßort möglichst im Bereich der geometrischen Mitte zwischen Zylinderinnen- und -außenwand und im Bereich der Mitte zwischen Temperiermedieneingang und Temperiermedienausgang ein Thermosensor Th_j (i = 1,......., n) in den Zylinder eingebracht, der flexibel mit der Anpasstufe des Steuergerätes verbunden ist. Durch die Anpasstufe werden die anliegenden thermischen Signale entsprechend der gewählten Sensoren und Übertragungsmittel an den angeschlossenen Analog-Digital-Umwandler (ADU) angepaßt. Dieser übermittelt die empfangenen thermischen Signale als elektrische Signale an eine Recheneinheit (CPU), auf der sie, wie nachfolgend erläutert, verarbeitet werden. Dabei bestimmt die auf der CPU installierte Software, ausgehend von der Temperaturentwicklung in einer festgelegten Anzahl zurückliegender Zyklen und der momentan gemessenen Temperatur, die Zeiten, für die der Durchfluß des Temperiermediums im jeweiligen Temperierkreislauf freigegeben wird.
Beginn und Ende des Temperiermediendurchflusses legt die CPU durch Ausgabe von Schaltsignalen an das Magnetventil des jeweiligen Temperierkreislaufes fest. Ebenfalls durch Ausgabe von Schaltsignalen können im Bedartsfalle Zusatzheizungen zugeschaltet werden. Die Zuordenbarkeit von Meßwerten, Rechenergebnissen und Temperierkreisen ist gewährleistet.
An die CPU gleichfalls angeschlossen sind eine Eingabeeinheit zur Eingabe der Stellgrößen und eine Ausgabeeinheit für die Bedienerführung. In die CPU eingeleitete Signale Z₁ und Z₂ aus der Ablaufsteuerung der Spritzgießmaschine liefern die zeitlichen Bezüge zum Spritzgießprozeß.
Der Verfahrensablauf gilt in seiner Abfolge für jeden einzelnen der zu regelnden Temperierkreisläufe und läuft in zyklischer Folge für jeden dieser Temperierkreisläufe ab.
Mit der Eingabe der Solltemperatur über die Eingabetastatur des Steuergerätes wird die Zylindertemperierung gestartet. Die Anfahrphase beginnt mit einem Vergleich der aktuellen Zylindertemperaturen mit der vorgegebenen Solltemperatur und dem gegebenenfalls daraus resultierenden Einschalten der zur entsprechenden Zylinderzone gehörigen Zusatrheizung. Im ersten Maschinenzyklus nach dem Start löst das Signal "Zeitpunkt Z₁" der Ablaufsteuerung der Spritzgießmaschine die Einleitung des Erstimpulses t_init aus. Im weiteren Ablauf wird ein ständiger Vergleich zwischen den Isttemperaturen der einzelnen Zylinderbereiche und der vorgegebenen Solltemperatur so lange durchgeführt, bis ein definierter Abstand zur Solltemperatur erreicht ist, daraufhin erfolgt im Falle der Nutzung der Zusatzheizung das Abschalten der entsprechenden Zusatzheizung. In den diesem Ereignis folgenden Maschinenzyklen wird nach Empfang des Signals "Zeitpunkt Z₁" der Temperierimpuls der Länge tann eingeleitet. Diese Einleitung zu diesem Zeitpunkt wiederholt sich in allen nachfolgenden Zyklen des Spritzgießvorganges bei ständigem Soll-Ist-Temperaturvergleich und wird ebenfalls in dem Zyklus durchgeführt, in welchem die vorgegebene Solltemperatur Tsoll erstmalig überschritten wird. Mit Überschreitung der Solltemperatur endet die Anfahrphase. Im ersten Zyklus der stationären Betriebsphase wird der Temperierimpuls der Länge t_ann nach Empfang des Maschinensignals "Zeitpunkt Z₁" als Anfangswert für den errechneten Impuls t_E letztmalig eingeleitet, als mögliche temperaturabhängige Temperierdauer für den ersten Zyklus der stationären Betriebsphase wird die gesamte Zeitspanne zwischen Z₁ und Z₂ vorgegeben. Ergibt der Soll-Ist-Temperaturvergleich nach Einleitung des jeweils in den Folgezyklen errechneten Impulses eine andauernde bzw. erneute Überschreitung der vorgegebenen Solltemperatur T_soll, werden für die Dauer der Solltemperaturüberschreitung, aber höchstens bis zur Gesamtdauer t_max, ein oder mehrere temperaturabhängige Temperierimpulse eingeleitet.
Spätestens mit dem Maschinensignal "Zeitpunkt Z₂" wird das zugehörige Magnetventil geschlossen und die Errechnung des Impulses t_E sowie der zeitlichen Obergrenze t_max für die möglichen temperaturabhängigen Temperierimpulse für den Folgeryklus beginnt. Mit der Einleitung des Impulses t_E, d.h. mit der Ventilöffnung für die Dauer t_E zum Zeitpunkt Z₁ des Folgezyklus, wird die Temperierung fortgesetzt.
Beispiel 1
Fertigung des Formteiles "Dichtungsmanschette 03" aus einer Gummimischung auf EPDM – Kautschukbasis im Spritzgießverfahren.
Die verfahrenstechnischen Parameter sind folgende:
Der Plastifizierzylinder ist mit drei Temperierkreisläufen ausgerüstet, die über Temperaturfühler mit der Steuereinheit gekoppelt sind. Kreis 1 (Masseeinzug) und Kreis 3 (Düsenbereich) sind mit Zusatzheizungen ausgestattet.
Als Zylindersolltemperaturen T_soll werden für

Temperierkreis 1 (Einzugszone): 45° C

Temperierkreis 2 (Erwärmungs- und Verdichtungszone und Beginn Ausstoßzone): 52° C

Temperierkreis 3 (Ausstoßzone und Düsenstock): 60° C

vorgegeben.
Die Einschalttemperatur für die Heizung beträgt T_soll – 2,5 K, die Ausschalttemperatur beträgt T_soll – 2,0 K.
Die Zylindertemperaturen im Bereich der betreffenden Temperierkreisläufe werden in etwa im Masseschwerpunkt der Zylinderwandung, d.h. bei gegebenem Innendurchmesser von 45 mm und gegebenem Zylinderaußendurchmesser von 90 mm, etwa 15 mm von der Außenwand in radialer Richtung und in der etwaigen Mitte zwischen Temperiermedieneingang und -ausgang des jeweiligen Kreises gemessen. Die Messungen erfolgen kontinuierlich über die gesamte Zyklusdauer. Als Reaktion auf die gemessenen Werte werden Temperiermittelimpulse begrenzter zeitlicher Dauer in den zugehörigen Temperierkreislauf eingeleitet.
Mit Inbetriebnahme werden die Solltemperaturen der geregelten Zylinderzonen vorgegeben, die mit Heizung versehenen Zonen werden als solche gekennzeichnet. Es erfolgt ein Vergleich zwischen Zylindersoll- und Isttemperaturen. Die Zusatrheizung wird zugeschaltet bei einer Zylindertemperatur die kleiner ist als die Einschalttemperatur T_soll – 2,5 K, also unterhalb von 42,5° C für den Temperierkreis 1 und unterhalb von 57,5° C für den Temperierkreis 3. Unabhängig vom Maschinenryklus wird die Zusatrheizung nach Erreichen der Ausschalttemperatur T_soll – 2,0 K (43° C/58° C) abgeschalten.
Dm ersten Zyklus der Anfahrphase erfolgt, zum Zeitpunkt Z₁ ("Plastifizierbeginn") (beginnend, ein Initialimpuls t_init festgelegter Dauer mit dem eine erste vollständige Durchspülung des betreffenden Temperierkreises erzielt wird. Die Dauer des Initialimpulses t_init wird jeweils empirisch aus vorliegenden Erfahrungswerten festgelegt, wobei für dieses Beispiel 3 Sekunden als ausreichend angesehen werden. Im Folgeryklus erfolgt bei Erreichen eines definierten Abstandes der gemessenen mittleren Zylindertemperatur zu den vorgegebenen Solltemperaturen von 2 K in den jeweiligen Kühlkreisläufen zum Zeitpunkt Z₁ ("Beginn Nachdruck) die Einleitung eines Temperierimpulses t_ann über eine Zeitdauer von 1,0 Sekunden. Dieser Temperierimpuls von 1,0 Sekunden wird in allen nachfolgenden Zyklen bis zur erstmaligen Überschreitung der vorgegebenen Solltemperatur eingeleitet. Mit Erreichen bzw. Überschreiten der Solltemperatur wird die Anfahrphase als abgeschlossen betrachtet und es folgt die stationäre Betriebsphase. In dieser wird zum Zeitpunkt Z1 ein Temperiermittelimpuls t_E eingeleitet, der als Mittelwert aus der Gesamttemperierdauer der vorhergehenden drei Zyklen errechnet und mit einem Faktor K1 bewertet wird, nach der Formel

mit n = 3, wobei für K1(j) gilt:
K1(j) = a₀ + a₁ · j für j ≤ 3
K1(j) = a₂ für j > 3
K1(j) < 1 für j > 0 .
Unter Beachtung der thermischen Trägheit der Wärmeübertragungsvorgänge zu Beginn der stationären Betriebsphase und der daraus häufig resultierenden "Überschwingvorgänge" in der Temperaturregelung wurden für die Konstanten a₀, a₁ und a₂ folgende Werte gewählt:
a₀= 0.1; a₁ = 0.2; a₂ = 0.5;
Für K1(j) ergibt sich ein monoton wachsender Verlauf in Abhängigkeit von j, der gewährleistet, daß erst nach Erreichen der für die Berechnung von t_E notwendigen Zykluszahl n innerhalb der stationären Phase eine Bewertung des Temperierzeitmittels im allgemein gültigen Maße erfolgt.
Unter Berücksichtigung der Anzahl der vorangegangenen Zyklen und der Summe aus errechneten und temperaturabhängigen Temperierimpulsen im jeweiligen Zyklus wird eine Temperierimpulsdauer t_E berechnet. Für jeden Zyklus wird t_E über einen Rechner neu berechnet und die so ermittelte Temperierimpulsdauer ausgelöst. Aus den Rechenergebnissen werden beispielhaft die Werte t_E für den 21., 30., 50. und 70. Zyklus der Temperierkreisläufe 1 und 3 angegeben.
Im Ergebnis des kontinuierlich stattfindenden Soll-Ist-Vergleiches werden bei Überschreitung der vorgegebenen Solltemperatur bis zum Zeitpunkt Z₂, dem "Ende der Werkzeugöffnung", einer oder mehrere temperaturabhängige Temperierimpulse mit einer maximalen Zeitdauer je Zyklus, die nach der Formel tmax = K2 · tE berechnet wird, eingeleitet.
Im vorliegenden Fall ist K2 = 1.5 und es ergeben sich die in der nachfolgenden Tabelle angegebenen Werte für den 21., 30., 50. und 70. Zyklus.
Temperierimpulsdauer (in Sekunden) und die gemessene Zylindertemperatur (in °C) für den Temperierkreislauf 1 (Solitemperatur 45° C) und den Temperierkreislauf 3 (Solltemperatur 45 °C):
Alle Temperierkreisläufe werden mit Brauchwasser aus dem geschlossenen Kühlwassernetr des Betriebes gespeist, das im Vorlauf eine Temperatur von 14° C aufweist. Der Einsatz eines Temperiergerätes ist nicht erforderlich.
Nach der erfindungsgemäßen Verfahrensweise wurden im Dauerbetrieb die eingangs genannten Formteile qualitätsgerecht unter folgenden Parametern hergestellt:

Zykluszeit: 50 s

Ausschußquote: 2,1 %

spezifischer Energieverbrauch: 0,62 KWh/kg

zusätzlicher Bedienaufwand für Nachstellarbeiten je Schicht: 16 min.
Beispiel 2
Fertigung des Formteiles "Dämpfungspuffer" aus einer Gummimischung auf SBR/NR – Kautschukbasis im Spritzgießverfahren.
Die verfahrenstechnischen Parameter sind folgende:
Der Plastifizierzylinder ist mit drei Temperierkreisläufen ausgerüstet, die über Temperaturfühler mit der Steuereinheit gekoppelt sind. Kreis 1 (Masseeinzug) und Kreis 3 (Düsenbereich) sind mit Zusatzheizungen ausgestattet.
Als Zylindersolltemperaturen Tsoll werden für

Temperierkreis 1 (Einzugszone): 50° C

Temperierkreis 2 (Erwärmungs- und Verdichtungszone und Beginn Ausstoßzone): 57° C

Temperierkreis 3 (Ausstoßzone und Düsenstock): 65° C

vorgegeben.
Der Verfahrensablauf ist analog wie im Beispiel 1.
In der Anfahrphase wurde bereits nach wenigen Minuten die Ausschalttemperatur der Zusatzheizungen erreicht, von dem ab zu den jeweiligen Zeitpunkten Z₁ der einzelnen Zyklen Temperierimpulse t_ann von 0,3 s eingeleitet wurden, um ein gedämpftes Erreichen von T_soll zu bewirken. Mit Erreichen von T_soll endete die Anfahrphase. Für die stationäre Betriebsphase wurden die gleichen Regelungsparameter n, K1 und K2 wie in Beispiel 1 verwendet.
Nach der erfindungsgemäßen Verfahrensweise wurden im Dauerbetrieb die eingangs genannten Formteile qualitätsgerecht unter folgenden Parametern hergestellt:

– Zykluszeit: 45 s

– Ausschußquote: 2,9 %

– spezifischer Energieverbrauch: 0,60 kWh/kg

– zusätzlicher Bedienaufwand für Nachstellarbeiten je Schicht: 22 min
Vergleichsbeispiel 1
Analog wie im Beispiel 1 werden die Formteile unter Anwendung der konventionellen Temperierung bei folgenden Temperierbedingungen hergestellt:

– Temperiermethode: ein Beistelltemperiergerät, stetige Temperierung über den gesamten Plastifizierzylinder

– Temperiermedium: Wasser

– Temperiermedientemperatur: 60° C
Im Dauerbetrieb wurden die in Beispiel 1 genannten Formteile unter folgenden Parametern hergestellt:

– Zykluszeit: 54 s

– Ausschußquote: 3,2 %

– spezifischer Energieverbrauch: 0,70 kWh/kg

– zusätzlicher Bedienaufwand für Nachstellarbeiten je Schicht: 28 min
Vergleichsbeispiel 2
Analog wie im Beispiel 2 werden die Formteile unter Anwendung der konventionellen Temperierung bei folgenden Temperierbedingungen hergestellt:

– Temperiermethode: ein Beistelltemperiergerät, stetige Temperierung über den gesamten Plastifizierzylinder

– Temperiermedium: Wasser

– Temperiermedientemperatur: 75° C
Im Dauerbetrieb wurden die In Beispiel 2 genannten Formteile unter folgenden Parametern hergestellt:

– Zykluszeit: 52 s

– Ausschußquote: 4,2 %

– spezifischer Energieverbrauch: 0,70 kWh/kg

– zusätzlicher Bedienaufwand für Nachstellarbeiten je Schicht: 37 min

Claims

Verfahren zur Temperierung von Zylindern von Spritzgießmaschinen für die Verarbeitung vernetzbarer Polymere, bei dem die jeweils je Temperierkreislauf gemessene Zylindertemperatur mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen wird und in Abhängigkeit vom Ergebnis des Ist-Sollwertvergleiches die Durchflußmenge des Temperiermediums in den Temperierkreisläufen verändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß kontinuierlich während der gesamten Zyklusdauer des Spritzgießvorganges die momentanen Zylindertemperaturen zwischen Zylinderaußen- und Zylinderinnenwand im mittleren Bereich zwischen Temperiermedieneingang und – ausgang des jeweiligen Temperierkreislaufes gemessen werden und der Temperierprozeß in eine Anfahrphase und eine stationäre Betriebsphase mit unterschiedlichen Temperierbedingungen getrennt wird, im allerersten Zyklus des Spritzgießvorganges, zum Zeitpunkt Z₁ ein Temperierimpuls t_init festgelegter Dauer eingeleitet wird und beim Erreichen eines definierten Abstandes der mittleren Zylindertemperatur zur vorgegebenen Solltemperatur zu diesem Zeitpunkt ein Temperierimpuls t_ann geringerer, aber konstanter Dauer eingeleitet wird, bis zum erstmaligen Überschreiten der Solltemperatur, wobei die Anfahrphase nach dem erstmaligen Erreichen oder Überschreiten der Solltemperatur beendet ist und während der stationären Betriebsphase im ersten Zyklus dieser Phase ein Temperierimpuls der Zeitdauer t_ann nach Empfang des Signals Zeitpunkt Z₁ letztmalig eingeleitet wird und in den Folgezyklen zum Zeitpunkt Z₁ Temperierimpulse t_E eingeleitet werden und bei weiteren Solltemperaturüberschreitungen weitere temperaturabhängige Temperierimpulse bis zum Zeitpunkt Z₂, der sich in zeitlicher Nähe des Zyklusendes befindet, eingeleitet werden, deren Gesamtdauer je Zyklus durch eine maximale Gesamtdauer t_max begrenzt wird, wobei die Zeitdauer der Temperierimpulse t_E und die Gesamtdauer tmax aus der Gesamtdauer der Temperierimpulse einer festgelegten Anzahl unmittelbar vorausgegangener Zyklen nach einem vorgegebenen Algorithmus ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der Anfahrphase bei Vorgabe einer Solltemperatur, die unter der ermittelten Isttemperatur liegt, in allen nachfolgenden Zeitpunkten Z₁ und Z₂ so lange eine ständige Temperierung erfolgt, bis die gemessene Isttemperatur die vorgegebene Solltemperatur erstmalig unterschreitet, wobei nach Unterschreitung der Solltemperatur die An fahrphase mit der Einleitung des Temperierimpulses tann zum Zeitpunkt Z₁ des auf die erste Unterschreitung folgenden Zyklus fortgesetzt wird und mit der erneuten Überschreitung der Solltemperatur beendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer des Temperierimpulses t_E nach folgender Berechnungsformel
ermittelt wird, wobei n die vorgegebene Anzahl von aufeinanderfolgenden Zyklen, deren Gesamttemperierdauer nach erstmaliger Überschreitung der vorgegebenen Plastifizierzylindersolltemperatur in die Berechnung von t_E einbezogen werden soll, t_Ei der für den Zyklus i der n Zyklen errechnete Temperierimpuls, t_Vi die Summe der temperaturabhängigen Temperlerimpulse des Zyklus i der n Zyklen j die Zykluszahl nach Beginn der Phase des stationären Betriebes und K1(j) die von j abhängige maschinen- und verfahrensabhängige Größe, die zur Bewertung der mittleren Temperierzeit aus den n Zyklen dient und die folgenden Bedingungen genügt: K1(j) = a₀ + a₁ · j für j ≤ n K1(j) = a₂ für j > n K1(j) < 1, K1 (j + 1) ≥ K1(j) für alle j a₀, a₁, a₂ > 0, das heißt, K₁(j) genügt einer Geradengleichung für j ≤ n mit a1 als Anstieg, a₀ konstantem Glied und im Bereich j ≤ n + 1 streng monoton wachsendem Verlauf, für j > n ist K₁(j) konstant a₂, wobei gilt, a₂ > a₀ + a₁ · j für j ≤ n und gewährleistet ist, daß die Summe der Temperierimpulse bis zum Zyklus n schwächer gewichtet in die Berechnung von t_E eingeht als nach Erreichen von n, bedeuten und folgende Anfangsbedingungen ab Zyklus 1 der stationären Phase für die Berechnung gelten: (1) t_Ei = t_ann (2) Die Berechnung von (·) erfolgt für j < n , indem n durch j ersetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die maximal mögliche Summe der temperaturabhängigen Temperierimpulse nach folgender Berechnungsformel tmax = K2 · tE ermittelt wird, wobei gilt: K2 eine Konstante, die der Bedingung (1 – K1(j)) < K2 < 3, K2 = const, für alle j genügt und
bedeuten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Zeitpunkt Z₁ der Plastifizierbeginn und als Z₂ das Ende der Werkzeugöffnung gewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt Z₁ und der Zeitpunkt Z₂ durch die gleichen Signale der Maschinenablaufsteuerung festgelegt werden, wobei Z₂ mit dem Signal Z₁ des Folgezyklus identisch ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zusatrheizung vorgesehen ist, die wahlweise vor der Anfahrphase, während der Anfahrphase und der stationären Betriebsphase zuschaltbar ist und nach Erreichen des erforderlichen thermischen Niveaus wieder abgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Zu- und Abschalten der Zusatrheizung in der Anfahrphase, zu den jeweiligen Zeitpunkten Z₁ der einzelnen Zyklen der Temperierimpuls tann eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die vor der Anfahrphase zugeschaltete Zusatzheizung nach Erreichen eines vorgegebenen Abstandes zur Solltemperatur abgeschaltet wird.