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Gebiet der
Erfindung
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Diese Erfindung bezieht sich auf
ein Temperaturregulierungssystem für einen zyklischen Prozessor
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, auf eine Gießformanordnung,
die eine Form für
einen zyklischen Prozessor und ein solches Temperaturregulierungssystem
umfaßt,
und auf ein Verfahren zur Verwendung mit einer Kunststoffspritzgussmaschine nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
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Solche Prozessoren haben typischerweise eine
voreingestellte sich wiederholende Zyklusdauer und formen Standardprodukte
aus einem heißen
geschmolzenen Material, das in einer Form erstarrt.
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Obwohl das System wahrscheinlich
hauptsächlich
beim Einsatz von Kühlmittelströmen zur
Regelung gegen Überhitzung
Anwendung finden wird, sollen auch Systeme nicht ausgeschlossen
sein, die Heizströme
zur Regelung gegen Überkühlung einsetzen.
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Hintergrund
der Erfindung
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Typische zyklische Prozessoren sind
Spritzgießmaschinen,
Blasformmaschinen und Aluminiumspritzgussmaschinen. Der Zweckmäßigkeit
halber wird die Erfindung in Bezug auf das thermoplastische Spritzgießen beschrieben.
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Bei thermoplastischen Spritzgießmaschinen wird
das heiße
geschmolzene Material in einen Formhohlraum eingeleitet, typischerweise
eingespritzt, und die Form wird dann gekühlt, damit das Material zur
Bildung des Produkts mit der durch den Formhohlraum vorgegebenen
Form erstarrt; danach wird die Form geöffnet, das geformte Produkt
ausgeworfen, die Form wieder geschlossen, um den Hohlraum wieder
herzustellen, und der Zyklus wird wiederholt. Für einen effizienten Arbeitsablauf
muß die Arbeitstemperatur
der Gießform
innerhalb eines annehmbaren Bereichs gehalten werden, der durch spezifizierte
obere und untere Temperaturgrenzen definiert ist, da bei zu hoher
Formtemperatur das Material nur langsam erstarrt, und bei zu niedriger
Formtemperatur kann das Gießmaterial
ganz oder teilweise schon in den zum Formhohlraum führenden
Eingußkanal
erstarren, das heißt,
es kann eine vorzeitige Erstarrung mit entsprechendem Ansteigen
des erforderlichen Injektionspumpendrucks auftreten. Außerdem erscheint
es als gute Praxis, die Form innerhalb eines Temperaturbereichs
zu halten, der bei dem Produkt während
der Abbinde- bzw. Aushärtephase
nur eine minimale Schrumpfung und Verzerrung ermöglicht, sowohl aus Gründen der
Produktqualität
als auch der Gleichförmigkeit
unter den Exemplaren des geformten Produkts.
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Die vier Variablen, welche die Produktqualität beeinflussen,
sind Temperatur der Schmelze, Strömungsdurchsatz der Schmelze,
Druck der Schmelze (jeweils eine Funktion der Prozessor-Steuersysteme
und der eingestellten Bedingungen), und Abkühlgeschwindigkeit. Es ist normale
Praxis, die Aufrechterhaltung der Produktqualität durch wiederholte kleine
Nachstellungen der Prozessormaschinensteuerungen anzustreben, gewöhnlich in
Abhängigkeit
von externen Änderungen "außerhalb" der Maschinensteuerungen.
Ein zuverlässiges
und genaues Temperaturregelsystem ist notwendig, so dass die Betriebstemperatur,
und dadurch die Abkühlrate, innerhalb
eines vorgegebenen Bereichs gehalten werden kann.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Bei einem bekannten Formkühlsystem
wird eine Flüssigkeit
kontinuierlich durch in den Wänden der
Form gebildete Kanäle
zirkuliert. Ein Nachteil dieses Systems liegt darin, dass durch
Verwendung einer kontinuierlich zirkulierenden Flüssigkeit
die thermische Masse des Systems groß ist, so dass die Ansprechzeit
auf Temperaturänderungen
langsam ist; außerdem
bedarf es von Seiten der Bedienungsperson beträchtlichen Geschicks, die korrekte
externe Wärmezufuhr
oder Abkühlrate
für die
Flüssigkeit
einzustellen, um die Form innerhalb ihres Arbeitstemperaturbereichs
zu halten. Die manuelle Einstellung muß schnell und korrekt vorgenommen
werden, wenn Ausschussprodukte vermieden werden sollen.
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Bei einem alternativen System mit
kontinuierlicher Strömung
wird wiederum Strömungsmittel kontinuierlich
durch die Form zirkuliert, und zwar mittels eines Steuersystems.
Die Flüssigkeitstemperatur ist
niedriger als die Temperatur der Form. Wenn die Temperatur der Form
ansteigt, wird die Geschwindigkeit der Wasserzirkulation gesteigert.
Dieses System hat die Nachteile des obigen bekannten Systems einschließlich des
Nachteils, dass die Formtemperatur auch auf Grund von Umgebungstemperaturschwankungen
sich verändern kann
(mit unannehmbarer Ausschussrate, bis die Wasserzirkulationsgeschwindigkeit
manuell verändert
worden ist), und dass die Bedienungsperson beträchtliches Geschick benötigt, um
zu beurteilen, ob die Geschwindigkeit gesteigert oder verringert
werden muß und
um wie viel, und dass die Form während
der Chargeninjektion und sogar noch davor gekühlt wird.
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Das US-Patent 4 354 812 beschreibt
eine weitere bekannte Anordnung, bei welcher intermittierend flüssiges Kühlmittel
entsprechend der augenblicklichen Temperatur der Form eingesetzt
wird, wobei die Strömung "eingeschaltet" wird, wenn die erfasste
Temperatur über
einen voreingestellten Wert ansteigt, und "ausgeschaltet" wird, wenn die erfasste Temperatur
unter einen niedrigeren voreingestellten Wert absinkt. Bei einer
typischen Produktionsausführungsform
wird die Temperatur der Form angrenzend an den Formhohlraum mittels
einer Sonde abgefühlt; die
Sonde ist daher in einer Sondenmulde untergebracht, die sich nahe
an den Formhohlraum erstrecken sollte, um die thermische Verzögerungszeit
zu verringern, jedoch nicht so nahe, dass die Formhohlraumwand geschwächt wird.
Das Sondensignal wird kontinuierlich überwacht.
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Betriebstechnische Nachteile dieses
bekannten Systems liegen darin, dass eine beträchtliche Zeitverzögerung auftritt,
bevor eine Hohlraumtemperatur des annehmbaren Bereichs gemessen und
darauf reagiert wird, so dass das korrigierende "Einschalten" bzw. "Ausschalten" des Kühlmittelstroms, obwohl es gleichzeitig
mit Formhohlraumtemperaturbewegungen außerhalb des vorgegebenen annehmbaren
Bereichs zu erfolgen beabsichtigt ist, ebenfalls einer Verzögerung unterliegt
und folglich einer Korrektur bedarf, dass weiter die Geschwindigkeit
des Wärmeübergangs
von dem heißen
Beschickungsmaterial durch die Formwand zur Sonde schwanken kann,
wenn sich die Position der Sonde in der Form verändert (beispielsweise aufgrund
von Vibration, wenn die Form sich öffnet oder schließt), so
dass auch die Zeitverzögerung
sich verändern kann,
und dass der Fühler
auch auf Umgebungstemperaturschwankungen, Wärmespitzen oder Wärmetäler (d.
h. plötzliche
Anstiege oder Abfälle
der Temperatur) ansprechen kann, was ein zu frühes Einsetzen des Kühlmittelstroms
(mit teilweiser Erstarrung im Eingusskanal) oder ein zu spätes Einsetzen
des Kühlmittelstroms
bewirkt (mit nur teilweiser Erstarrung des Produkts vor dem Öffnen der
Form).
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Anlagentechnische Nachteile dieses
bekannten Systems liegen darin, dass Torschaltungen erforderlich
sind, um zwischen "hohen" Temperaturen, die
oberhalb der oberen voreingestellten Temperatur liegen (so dass
Kühlmittel
bzw. zusätzliches Kühlmittel
erforderlich ist) und solchen Temperaturen zu unterscheiden, die
oberhalb der unteren Temperaturgrenze liegen (so dass das Kühlmittelventil
nun zu schließen
ist bzw. geschlossen zu halten ist). In gleiche Weise muß die Torschaltung
schnell innerhalb des gesamten Zyklus zwischen "niedrigen" Temperaturen, die unterhalb de unteren
voreingestellten Schwelle liegen und ein Schließen des Kühlmittelventils erfordern,
und solchen Temperaturen unterscheiden, die unterhalb der oberen
Schwelle liegen, so dass das Kühlmittelventil
geöffnet
wird (bzw. geöffnet
bleibt). Ein sorgfältiges
Positionieren der Sonde ist unbedingt erforderlich.
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Die JP-A-02 212 113 beschreibt ein
Temperatursteuersystem für
eine Spritzgussmaschine, in welcher eine Kühlmittelströmung unabhängig von der momentanen Temperatur
der Form initiiert wird. Die Kühlmittelströmung wird
initiiert, bevor das Einleiten von geschmolzenem Material in die
Form erfolgt, um so die Oberflächentemperatur
der Form so konstant wie möglich
zu halten.
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Beschreibung
der Erfindung
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Wir haben nun festgestellt, dass
ein Betrieb mit intermittierender Kühlmittelströmung nicht direkt von der genauen
Erfassung der gegenwärtigen Formtemperatur
abhängig
zu sein braucht, sondern statt dessen und vorteilhaft indirekt von
der Formtemperatur abhängig
gemacht werden kann, beispielsweise durch Verwendung der "historischen", mittleren Temperatur
der Form (oder eines äquivalenten oder
bezogenen Parameters wie beispielsweise der Austrittstemperatur
des Kühlmittels),
die während bzw. über einen
vorangegangenen vollständigen
Zyklus aufgezeichnet worden ist, oder zusätzlich oder alternativ durch
Steuerung des Kühlmittelstroms
in Abhängigkeit
von einem Temperaturtrend über
eine Anzahl von Maschinenzyklen.
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Die intermittierende Strömung kann
mit einer gewählten
Geschwindigkeit erfolgen, um eine Überschusskühlung sicherzustellen, vorzugsweise
bei eher turbulenter als laminarer Strömung durch die Formkühlmittelkanäle, so dass
die erforderliche Kühlung
durch Wäh len
des Teils des Zyklus, über
welchen das Kühlmittel
strömt,
und durch Veränderung dieses
Zyklusteils nach Bedarf erhalten werden kann.
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Des weiteren kann die optimale Zeitsteuerung
der Kühlmittelströmung gemäß der bekannten Temperaturkurve
der Form gewählt
werden, z. B. indem die Kühlmittelströmung, wenn
erforderlich, stets 5 Sekunden nach dem Schließen der Form beginnt, oder
indem das erforderliche Kühlmittelvolumen während einer
langen Zykluszeit von vielleicht 90 Sekunden in kurze Strömungsperioden
unterteilt wird, um die Form besser innerhalb des annehmbaren Temperaturbereichs
zu halten.
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Weitere Vorteile unseres Systems
liegen darin, dass es keine komplizierte Instrumentierungsverbindung
der Sonde mit dem Ein-Aus-Ventil für "direkte sofortige Aktion" erfordert, und dass
der Ort der Sonde in der Form oder in der Flüssigkeitsauslassleitung nicht
kritisch ist.
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Vorzugsweise wird die mittlere Temperatur aus
einer Folge aufgezeichneter Temperaturerfassungen während des
Zyklus über
einen vollständigen Zyklus
berechnet, aber bei einer alternativen Ausführungsform kann auch eine andere
mathematische Ableitung (z. B. quadratischer Mittelwert) benutzt werden,
und bei einer weiteren, aber weniger bevorzugten Ausführungsform
können
eine oder mehrere Temperaturmessungen über nur einen ausgewählten Teil
des Maschinen- bzw. Formzyklus aufgezeichnet bzw. benutzt werden.
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Wir haben auch festgestellt, dass
die Temperaturmessungen ihrerseits kontinuierlich aufgezeichnet
werden können,
wie bei dem oben beschriebenen bekannten System, dass aber die zu
summierenden Werte in spezifizierten Intervallen erfasst werden können; alternativ
dazu kann der Fühler
selbst die Temperatur aus der vorhergehenden "Prüfung" ausmitteln, d. h.
während
des Intervalls bis zur nächsten Ablesungserfassung,
und kann so die Genauigkeit von empfindlicheren Fühlern erreichen,
obwohl er besser für
die raue Umgebung geeignet ist.
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Wir haben weiter festgestellt, dass
eine Änderung
des Kühlmittelströmungsbetriebs
in Abhängigkeit
von der Änderung
der mittleren Form- oder Auslaßtemperatur
entweder von Zyklus zu Zyklus oder vom Trend über mehrere Zyklen erfolgen
kann, so dass das System differenzabhängig arbeitet. Ein Vorteil
dieser Anordnung liegt darin, dass das System nicht "jagt" (mit schnell wiederholter
Kühlmittelventilbetätigung),
wenn die von der Sonde erfasste Formtemperatur um die eine oder
andere Grenze des voreingestellten Temperaturbereichs schwankt,
noch ist eine Ventilbetätigung
erforderlich, um auf kurzzeitige Wärmespitzen oder Wärmetäler zu reagieren,
die für die
mittlere Zyklustemperatur nicht repräsentativ sind.
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Wir haben weiterhin festgestellt,
dass die Kühlmittelströmung auch
nur über
einen vorgegebenen Teil eines Zyklus anstatt zufällig in direkter (augenblicklicher)
Antwort auf die Fühlermessungen
hoher oder niedriger Temperatur bewirkt werden kann. Insbesondere
können
wir das Kühlmittelsystem
so auslegen, dass während
der Materialeinspritzung keine Kühlmittelströmung stattfindet,
d. h. das Material wird nicht abgekühlt, während es eingespritzt wird,
oder während
der größte Teil
des Materials eingespritzt wird. Die Kühlmittelströmung wird daher auf die Periode
nach der Einspritzung konzentriert, wenn die Form sich aufgrund
des zugeführten
heißen
Materials erwärmt,
und die Formtemperatur kann folglich genauer gesteuert und ebenso
das Kühlmittel
effektiver eingesetzt werden, da es zu der Zeit zirkuliert wird,
wenn es am notwendigsten gebraucht wird.
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Bei einer modifizierten Anordnung
ist die erforderliche Kühlmittelströmung so
ausgelegt, dass sie als eine Anzahl von "Impulsen" auftritt, deren Dauer und Abstände auf
die Zykluszeit bezogen sind. Dieser Kühlmittelbetrieb ist folglich
so ausgelegt, dass das Problem einer nachfolgenden Aufwärmung der
Form vermieden wird, nachdem das spezifizierte Kühlmittelvolumen bereits vollständig verbraucht worden
ist (wie das bei Einfachimpulsbetrieb der Fall ist), und was bei
langen Zykluszeiten ein Problem darstellen kann.
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Umfang der
Erfindung
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Der Umfang der Erfindung ist in den
anliegenden Patentansprüchen
definiert.
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Besondere
Ausführungsformen
der Erfindung
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Die Erfindung wird unter Bezugnahme
auf die anliegenden schematischen Zeichnungen näher beschrieben, in denen zeigt:
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1 ein
Blockdiagramm, das die grundsätzlichen
Funktionselemente des zyklischen Prozessors mit einem Temperatursteuersystem
nach der Erfindung zeigt,
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2 eine
erläuternde
Grafik, welche die typischen Temperaturänderungen in einer Form während aufeinanderfolgender
Injektionen von geschmolzenem thermoplastischem Material zeigt,
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3 eine
erläuternde
Zeichnung eines zyklischen Prozessors, der mit einer 3-Zonen-Steuerung ausgestattet
ist,
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4 eine
Grafik des Wärmeeingangs
der Form während
eines Zyklus durch eingespritztes Material und der Kühlmittelzeitströmung für die Zone 1 einer
Form,
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5 eine
Darstellung ähnlich 4, aber für die Zone 2 der
Form, und
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6 eine
Darstellung ähnlich 4, aber für die Zone 3 der
Form.
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Das System und Gerät wird anhand
der 1 und 2 in Bezug auf eine Formzone beschrieben,
obwohl klar ist, dass das System und Gerät auch zur Steuerung einer
Anzahl von Zonen eingesetzt werden kann, wie in den 3 bis 6,
von denen eine oder mehrere in den verschiedenen trennbaren Abschnitten
sein können,
die zur Bildung einer Form verbunden sind. In den verschiedenen
Figuren sind für ähnliche
Teile ähnliche
Bezugszeichen verwendet.
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Die Form 10 ist Teil eines
zyklischen Prozessors, der bei dieser Ausführungsform zur Herstellung thermoplastischer
Produkte in einem inneren Formhohlraum 7 (3) dient. Die Form kann entlang einer
Trennlinie 11 getrennt werden, um ein Auswerfen oder Herausnehmen
des geformten Produkts zu ermöglichen.
Im Betrieb wird heißes
Produktmaterial in den Formhohlraum durch eine Leitung 8 und
einen Eingusskanal 6 zugeführt.
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Die Form kann auf die Betriebstemperatur durch
elektrischen Strom durch Drähte 9 vorgeheizt werden,
die vorzugsweise aus einer einstellbaren Stromquelle gespeist werden
und zweckmäßig innerhalb
der Form angeordnet sind, die aber bei einer alternativen Ausführungsform
ummantelt sind. Nach dem Anfahren kann der Strom in den Drähten 9 dann für eine Zusatzheizung
eingestellt werden, um die Form oberhalb der voreingestellten minimalen
Arbeitstemperatur zu halten, beispielsweise wenn die Umgebung plötzlich kühler wird,
oder wenn der Zustrom des heißen
flüssigen
thermoplastischen Materials in die Form unterbrochen wird. Bei einer
alternativen Ausführungsform
kann die Formvorheizung und die Zusatzbeheizung während des
Gießens
durch Zufuhr vorgewärmter
Flüssigkeit
in die Form bewirkt werden, wobei die Heizkanäle gewöhnlich andere als die für die Kühlmittelzirkulation
verwendeten Kanäle sind
(aber in bestimmten Ausführungsformen
auch die gleichen sein können).
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Bei einer typischen Formauslegung,
die für einen
kontinuierlichen zyklischen Betrieb geeignet ist, ist die Formwärmezufuhr 5 (4) während eines Maschinenzyklus
durch Einspritzen der heißen
Produktflüssigkeit
so ausgelegt, dass sie gleich oder geringfügig größer als die maximalen Formwärmeverluste
durch Konvektion, Wärmeleitung
und Strahlung ist, so dass eine Zwangskühlung notwendig ist, um sicherzustellen,
dass die Form sich nicht überhitzt, insbesondere
wenn Wärmeverluste
durch Konvektion, Wärmeleitung
und Strahlung auf einem Minimum sind.
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Bei der Einfachzonen-Ausführungsform nach 1 kann die Form 10 durch
einen Kühlmittelstrom
durch eine Leitung 12 gekühlt werden, die daher eine
Flüssigkeitszufuhr
darstellt. Im Betrieb steuert ein Ein-Aus-Ventil 14 die
Zufuhr von Kühlmittel aus
der Flüssigkeitszufuhr 12 zu
der Verbindung 15 und den inneren Kanal 17 und
so zum Auslaß 13.
Bei dieser Ausführungsform
ist das Kühlmittelwasser
mit Umgebungstemperatur, aber bei einer alternativen Ausführungsform
ist es auf unter Umgebungstemperatur vorgekühlt, und bei noch einer weiteren
Ausführungsform
ist es über
Umgebungstemperatur vorgewärmt.
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Das Ventil 14 befindet sich
entweder in geöffnetem
oder geschlossenem Zustand, was durch den Zeitgeber C2 bestimmt
wird; bei dieser Ausführungsform
trägt das
Ventil seinen eigenen Antrieb, aber der Antrieb kann auch einer
energiegespeisten Zeitgeber-Antriebseinheit
zugeordnet oder in diese einbezogen sein.
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Die Temperatur entweder der Form 10 oder des
austretenden Kühlmittels
in der Leitung 13 wird durch einen Kühler 16a bzw. 16b in
eingestellten Intervallen während
jedes Zyklus gemessen. Diese Temperaturen werden aufsummiert, und
es wird eine ausgemittelte Zyklustemperatur mittels eines Rechners 20 gewonnen,
der den aufsummierten Wert durch die Anzahl der Eingaben teilt;
bei einer alternativen Ausführungsform
wird die quadratisch ausgemittelte Temperatur oder eine andere abgeleitete
indikative Temperatur erhalten, und diese kann auf einer Anzeige 22 dargestellt
werden. Der Fühler 16a bzw. 16b ist
typischerweise ein Thermoelement, ein Widerstandsthermometer oder
eine Thermistorsonde mit zugeordneter bekannter Schaltung zur Erzeugung
eines Signals, das die augenblickliche Formtemperatur darstellt.
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Das Ausgangssignal vom Rechner 20 wird auf
einen Vergleicher oder einen Fehler-Differenzmesser 30 übertragen,
der außerdem
ein Eingangssignal von einer Bezugstemperatureinheit 32 erhält. Der
Differenzmesser 30 spricht auf die Differenz zwischen den
Eingangssignalen vom Rechner 20 und der Bezugstemperatureinheit 32 an.
Die Bezugseinheit 32 kann manuell auf eine vorgegebene
Temperatureinstellung eingestellt werden, die für unterschiedliche Betriebsbedingungen
und unterschiedliche eingespritzte Materialien verändert werden
kann. Das Differenzsignal vom Vergleicher 30 wird einem
Vergleicher 40 zugeführt
sowie auch einem Speicher 42. Wenn dieses Differenzsignal,
das analog oder digital sein kann, größer als ein voreingestellter
Schwellenwert ist (was beim Anfahren oder nach einer Unterbrechung
sehr wahrscheinlich ist) wird das Signal (bzw. ein entsprechendes
abgeleitetes Signal) vom Vergleicher 40 direkt einem Betriebsartgenerator 50 zugeführt.
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Wenn jedoch das Differenzsignal kleiner
als der Schwellenwert ist (was während
des normalen Betriebs am wahrscheinlichsten ist), wird es vom Vergleicher 4 nicht
angenommen. Der Vergleicher 4 dient folglich zum Einfügen eines "toten Bereichs", um ein "Flattern" des Systems aufgrund
jedes Differenzsignals zu verhindern helfen. Es ist klar, dass die komplexe
Zusammenwirkung zwischen den normalen Wärmeverlusten der Form und der
Wärmezufuhr vom
Produktmaterial selbst zu einer Formtemperaturkorrektur ohne Notwendigkeit
von zwei korrektiven Änderungen
am Ventil 14 führen
könnte;
ein übermäßiger Verschleiß des Ventils 14 wird
vermieden.
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Das System kann stets auf einen Trend
(Steigerung oder Abnahme) der Differenz zwischen 3 oder mehr aufeinanderfolgenden
Differenzsignalen ansprechen, um eine notwendige Temperaturkorrektur
anzubringen; eine solche Korrektur wird gewöhnlich eine "sanftere" Korrektur sein,
wobei das Ventil 14 für
einen kleineren Zeitabschnitt in und aus dem "offen-" bzw. "geschlossen"-Zustand geschaltet wird. Bei dieser
Ausführungsform
adressiert also der Vergleicher 40 den Speicher 42,
um die letzten drei von der Differenzeinheit 30 aufgezeichneten
Differenzsignale festzustellen, obwohl in einer alternativen Ausführungsform
eine unterschiedliche Anzahl von Speichersignalen im Speicher 42 adressiert
werden kann. Wenn die Speichersignale einen bestehenden Trend zeigen,
d. h. eine Steigerung oder eine Abnahme der Differenz von einem
Zyklus zum nächsten,
wird ein Instruktionssignal vom Vergleicher 40 erzeugt
und an den Betriebsartgenerator 50 übertragen; wenn jedoch die
Signale vom Speicher 42 keinen bestehenden Trend zeigen,
beispielsweise aufeinanderfolgend größer und kleiner werden, wird
kein vom Speicher ausgehendes Signal vom Vergleicher 40 erzeugt.
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Wenn der Differenzmesser 30 nicht
angeschlossen oder unwirksam ist, empfängt die Speichereinheit Signale
direkt vom Rechner 20, wobei das System dann nur auf Trendsignale
reagiert, und zwar nach einer Verzögerung, um Anfahrtemperaturablesungen
zu eliminieren bzw. zu ignorieren; die Speichereinheit gibt ein
Signal an den Vergleicher 40, das auf einem Trend basiert,
der Ablesungen von mindestens 2 vorhergehenden Zyklen ausmittelt.
Wenn der Rechner 20 weggelassen ist, kann die Speichereinheit
individuelle Temperatursignale empfangen einschließlich vielleicht
eines vom gegenwärtigen
Zyklus, z. B. wenn Einzelablesungen an einer spezifizierten Zykluszeit
durch die Speichereinheit 42 abgefragt werden. Die Speichereinheit 42 setzt
also eine Verzögerung,
bevor das Steuersignal für
eine Ventiländerung
abgegeben wird.
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Der Betriebsartgenerator 50 wird
daher aktiviert, wenn von der Differenzeinheit 30 ein über der Schwelle
liegendes Differenzsignal vorliegt, bzw. wenn ein Trendsignal vom
Speicher 42 vorliegt. Solange der Betriebsartgenerator 50 nicht
aktiviert wird, wird kein Signal zur Auslöseeinheit 54 übertragen,
so dass der Kühlmittelbetrieb
für die
Form 10 unverändert
bleibt. Wenn jedoch der Betriebsartgenerator 50 aktiviert
wird, wird mittels der Auslöseeinheit 54 ein Signal über die
Leitung 52 zum Zeitgeber T2 abgegeben, um die Dauer des
Offenzustands des Ventils 14 zu ändern.
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Bei dieser Ausführungsform wird das Ventilöffnungssignal
vom Zeitgeber T2 mit Bezug auf die jeweilige Stufe eines Zyklus
durch den Betriebsartgenerator 50 zeitgesteuert, wobei
das Signal von der Leitung 52 die "Dauer vor der Änderung" bzw. Schließzeit verändert, die in der Einheit 54 eingestellt ist,
und folglich die Periode, während
welcher das Ventil 14 offen bleibt.
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Bei der normalen Anordnung bleibt
das Ventil 14 während
der spezifizierten Periode während
eines Einfachzyklus ständig
geöffnet.
Bei einer alternativen Ausführungsform
jedoch kann die erforderliche Ventilöffnungsperiode in eine Mehrzahl
von Öffnungsperioden
unterteilt sein, um so besser die Zyklusdauer umfassen zu können. Diese
Alternative kann bei längeren
Zyklen besonders geeignet sein, typischerweise bei Zyklen bis zu
300 Sekunden, und bei denen ein einzelner Kühlmittelschub bzw. Strömungsstoß wegen
anfänglicher Überkühlung und
anschließender Überhitzung
der Form nicht bestens geeignet ist. Für eine Kühlmittelstromunterteilung kann
die Betriebsartwähleinheit 56 manuell
oder automatisch so voreingestellt werden, dass sie die Öffnungsperiode des
Ventils 14 in eine Mehrzahl gleicher (oder ungleicher)
offen-geschlossen-Perioden unterteilt, beispielsweise in drei gleichlange
Offenperioden oder fünf
gleichlange Offenperioden während
jedes Zyklus, mit dazwischenliegenden Ventilschließperioden.
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Wie oben beschrieben, steuert der
Betriebsartgenerator 50 den Zeitpunkt der ersten Öffnung des Ventils 14 während eines
bestimmten Zyklus, so dass das Ventil 14 beispielsweise
nur geöffnet
wird, nachdem das heiße
Material ganz oder weitestgehend in die Form 10 eingespritzt
worden ist. Die Auslöseeinheit 54 muß bei jedem
Zyklus rückgestellt
bzw. getriggert werden, um ein Driften der Öffnungszeit des Ventils 14 über eine
Reihe von Zyklen, d. h. um eine Änderung
der Dauer vom Zyklusbeginn bis zur Kühlmittelventilöffnung zu
verhindern. Der Betriebsartgenerator 50 empfängt von
Wiederholungszykluszeitgeber T1 einen Zykluszeitwiederholungs-Intervallimpuls über eine
Leitung 60. Bei einer Ausführungsform wird das Rückstellen
bzw. Triggern des Zeitgebers T2 alle 14 Sekunden wiederholt, entsprechend
der Zyklusdauer von T1, die auf der manuellen Einstellpunktanzeige 62 entsprechend
dem automatischen Zeitsteuerzyklus der Form 10 eingestellt
ist.
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Bei einer alternativen Anordnung
zur Berücksichtigung
von Änderungen
im Wiederholungsintervall, beispielsweise wenn die Formmaschine
manuell zyklusgesteuert wird, oder wenn ihre Betriebsanordnung Schwankungen
der elektrischen Stromzufuhr unterworfen ist, kann der Zeitgeber
T1 ein Signal von einer externen Quelle abfragen, welches er über eine Leitung 72 erhält, beispielsweise
ein extern erzeugtes synchronisierendes Triggersignal; dieses Triggersignal
kann direkt von der Schließbewegung
der Form oder von der Druckerzeugung an einer das heiße (flüssige) Produktmaterial
zuführenden
Pumpe oder vom Maschinensteuersystem abgeleitet werden.
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Der Zeitgeber T1 definiert für den Betriebsartgenerator 50,
die Speichereinheit 42 und den Rechner 20 jeden
vervollständigten
Zyklus um eine richtige Berechnung der jeweiligen Fehlerdifferenzen und
mittleren Zyklustemperaturen zu ermöglichen, und veranlasst den
Betriebsartgenerator 50, den Zeitgeber T2 für die anfängliche Öffnung des
Ventils 14 für
diesen Zyklus zu triggern.
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Es ist auch ein Vergleicher 80 mit
einer ersten Ausgangsleitung 81 zu einem "Hochtemperatur"-Alarmgeber und einer
zweiten Ausgangsleitung 82 zu einem "Niedertemperatur"-Alarmgeber
vorgesehen. Um eine einfache Prüfung
zu erlauben, dass der Vergleicher 80 arbeitet, ist auch
eine Ausgangsleitung 83 vorgesehen, die einen "normal"-Anzeiger für innerhalb
eines annehmbaren Bereichs liegende Formtemperaturen speist. Als
ein Beispiel, falls aus irgend einem Grund das Ventil 14 sich
im Schließzustand
verklemmen sollte und auf entsprechend Differenzsignale vom Vergleicher 40 nicht
anspricht, während
die Form 10 sich überhitzt,
würde eine
visuelle oder hörbare
Warnung an die Maschinenbedienungsperson vom "Hochtemperatur"-Alarmgeber aufgrund eines Signals über die
Leitung 81 gegeben werden, und/oder dieses Signal könnte auch
das Abschalten der Maschine bewirken.
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In dieser Ausführungsform vergleicht der Vergleicher 80 das
von dem Mitteltemperaturgenerator 20 abgeleitete Eingangssignal
mit oberen und unteren voreingestellten Werten aus entsprechenden Eingabeeinheiten 84, 85;
eine normale Temperatur bzw. ein Temperaturbereich ist in der Einheit 86 voreingestellt.
Die tatsächlichen
voreingestellten Werte werden in Verbindung mit einer Änderung
am Einstellpunktanzeiger 32 geändert.
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Die variable Heizsteuerung 90 spricht
auf Eingangssignale von den Ausgangsleitungen 81, 82, 83 bzw.
den zugeordneten Gebern an, um den elektrischen Strom in den Drähten 9 einzustellen,
die zur Form 10 führen.
Ein größerer Strom
wird zur Form 10 zugeführt,
wenn dort beispielsweise ein wesentlicher Abfall der Umgebungstemperatur
stattfindet, beispielsweise in einem solchen Ausmaß, dass
der Zeitgeber T2 nicht benötigt
wird, d. h. die Wärmezufuhr vom
heißen
thermoplastischen Material nicht ausreicht, die Umgebungsverluste
auszugleichen. Ein hoher elektrischer Strom wird auch zum Vorheizen der
Form beim Anfahren statt eingespritzten Materials benutzt.
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Der Strom durch die Drähte 9 kann
eine konstante Stromstärke
haben, jedoch während
variabler Perioden oder der Strom kann während voreingestellter Perioden
fließen,
aber mit variabler Stromstärke.
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Die Form, für welche die Grafik nach 2 repräsentativ
ist, weist keine Vorheizung auf, so dass die Injektionsströme während der
ersten wenigen Anfahrzyklen aus dem kalten Zustand zum Erwärmen der
Form auf die Betriebstemperatur benutzt werden und die dort hergestellten
Produkte Ausschuß sind. Nachfolgend
findet eine Kühlung
statt, und die augenblickliche Temperatur des entsprechenden Teils der
Form wiederholt sich während
jedes Zyklus nach einem gemeinsamen Muster; wenn jedoch die mittlere
Temperatur einen ständigen
Anstieg über
eine voreingestellte Anzahl von Zyklen, beispielsweise 3 Zyklen,
zeigt, so dass ein Anstieg stattfindet, wie durch die Line "A" angedeutet ist, wird das Ventil 14 an
der vorgegebenen Stelle in dem Zyklus nach Beginn des Einleitens
von Material in die Form geöffnet,
und zwar während
entweder einer voreingestellten Zeit oder eine von dem Ausmaß des Anstiegs
der "mittleren Zyklustemperatur" abhängigen Zeit,
wodurch der nächste
Zyklus 100 mit gleichzeitigem Kühlmittelstrom niedrigere Augenblickstemperaturen
und folglich eine niedrigere mittlere Temperatur aufweist und den
Mittelwert näher
zur Ideallinie "B" bringt.
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Das System nach der Erfindung fasst
also eine wirksame und effiziente Zeitsteuerung der Kühlmittelströmung durch
die Form während
jedes Zyklus, um überschüssige Prozesswärme (vom
Abkühlen
des heißen
Produktmaterials) abzuführen;
und ermöglicht
auch kleinere Umgebungsänderungen von
Zyklus zu Zyklus (beispielsweise geringfügige Umgebungsabkühlung, wenn
eine Tür
geöffnet
wird) ohne Notwendigkeit einer Änderung
der Öffnungsperiode
des Ventils 14. Wir haben also erkannt, dass kleine Temperaturschwankungen
durch die thermische Masse und die thermische Trägheit des Systems ausgeglichen
werden können,
so dass nur kumulative Veränderungen
entweder positiver oder negativer Natur identifiziert und beantwortet
werden müssen,
mit der Möglichkeit
eines vereinfachten und robusten Systems, das zur Steuerung zyklischer
Prozessoren geeignet ist, die wiederholten thermischen Beanspruchungen
ausgesetzt sind.
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Wie außerdem in 3 dargestellt ist, ist es bei Formen
der beschriebenen Bauart üblich,
mindestens zwei trennbare Abschnitte zu haben, wobei jeder Abschnitt
einen Teil des Formhohlraum bildet, in welchen das thermoplastische
Material eingespritzt wird. Des weiteren kann jeder Abschnitt mehr als
eine Zone haben, und diese Zonen erfordern jeweils ein unterschiedliches
Betriebstemperaturverhalten für
optimales Gießen,
wie in den 4 bis 6 mehr im einzelnen dargestellt
ist. Wenn also die Kühlmittelströmung (falls
erforderlich) eine spezifizierte Zeit nach Beginn des Einspritzens
der heißen Flüssigkeit
beginnt und bei den Zonen 2 und 3 (Kern bzw. Eingusskanäle) als
bei der Zone 1 (Hohlraum) andauert, wird die pulsierende
Strömung
zur Zone 3 segmentiert.
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In 3 sind
gestrichelt die Temperaturfühler
für die
Zonen 2, 3 dargestellt, die im Rücklaufwasserverteiler
angeordnet sind. Eine vom Vergleicher erhaltene berechnete Temperatur
eines Teils einer Zone der Form 10 ist am Anzeiger 70 dargestellt,
und die Einheiten (Celsius bzw. Fahrenheit) bei 71; die betreffende
Zone ist bei 72 angegeben. Die Zone bzw. der jeweilige
Zonentemperaturzustand (hoch, normal, niedrig) wird bei 74 visuell
angezeigt. Die Tafel 75 stellt eine Tastatur zum Einstellen
der gewünschten
Temperaturen dar.
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Ein nach der Erfindung aufgebautes
und betriebenes System kann zur Steuerung einer Anzahl von Ventilen
eingesetzt werden, wobei jedes Ventil den Kühlmittelstrom zu einer entsprechenden
Formzone reguliert; bei einem alternativen System können die
Signale vom Temperaturfühler 16a, 16b in
Zeitsegmente aufgespalten werden, wobei die Signale von einer oder
mehreren anderen Formen oder Formzonen in die dazwischen befindlichen
Zeiträume
passen, so dass der Mikroprozessor, der die Komponenten 20 bis 90 nach 1 enthält, die Signale gesondert zu
einer Mehrzahl von Zeitgebern C2 auf einer Signal- Abstand-Basis weiter
gibt, so dass unterschiedliche Instruktionen von jedem Zeitsegment
gegeben werden können.
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Es wurde auch ein zyklischer Prozessor
mit einem Kühlsystem
beschrieben, das für
eine Überkühlung des
Teils ausgelegt ist, in welchem das Kühlsystem pulsierend betrieben
wird und die heiße
Materialeinspritzung komplementiert (um ein "Setzen und Vergessen" zu ermöglichen) wobei die Form die größte "Drosselung" des Kühlmittelstroms
in dem System (Ventil vollständig
geöffnet)
bildet, und das eine "Rückführungs"-Schleife von der
Form benutzt, um die vom inneren Kühlkanal der Form erhaltene Flüssigkeitsmenge
zu variieren.
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Obwohl es bevorzugt wird, die vom
Kühlkanal
aufgenommene Flüssigkeitsmenge
durch Änderung
der Dauer der vollen Flüssigkeitsströmung (Ventil
vollständig
geöffnet)
zu variieren, da der volle Flüssigkeitsstrom
den Wärmegradienten über der Form
verringert, ist nicht ausgeschlossen, dass alternativ oder zusätzlich dazu
auch der Strömungsdurchsatz
verändert
wird oder von der Flüssigkeit
auf eine Flüssigkeit
mit anderer Temperatur oder Zusammensetzung gewechselt wird, um
eine unterschiedliche Wärmeaufnahme
von der Form mittels des gleichen Flüssigkeitsvolumens zu ermöglichen,
beispielsweise mit Wasser bei 5, 15 und 25°C. Das Ventil 14 kann also
ein Vierwegeventil (Einstellungen zu, 5, 15, 25) sein, oder es können drei "ein-aus"-Ventile mit einem Einlassverteiler
verbunden sein.
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Vorzugsweise wird die Flüssigkeitsströmung zu
dem Kanal (den Kanälen)
stromauf der Form gesteuert, wobei in der bevorzugten Ausführungsform die
Flüssigkeit
in der Form verweilen kann, bevor sämtliche oder einige Flüssigkeit
durch den nächsten Flüssigkeitsstoß durch
den Auslaß ausgestoßen wird,
entsprechend dem Flüssigkeitsvolumen
dieses Stoßes.
Zweckmäßiger Weise
befindet sich der Flüssigkeitsauslaß der Form
ein einer Höhenposition oberhalb
derjenigen des Flüssigkeitseinlasses
der Form. Bei einer alternativen Ausführungsform wird in der Form
verweilende Flüssigkeit
beim Öffnen
eines oder mehrerer stromabwärtiger
Ventile ausgestoßen (oder
unter Schwerkraft ausfließen
lassen), wodurch ein entsprechendes Volumen frischer temperaturregulierender
Flüssigkeit
in den Kanal eintreten kann, um diesen zu füllen; das Ventil wird während einer Periode
geöffnet,
die aus einem oder mehreren früheren
Zyklen bestimmt wird, wie oben beschrieben.