WO2007033872A1 - Verfahren und vorrichtung zur überwachung einer elektrischen heizung - Google Patents

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WO2007033872A1
WO2007033872A1 PCT/EP2006/065264 EP2006065264W WO2007033872A1 WO 2007033872 A1 WO2007033872 A1 WO 2007033872A1 EP 2006065264 W EP2006065264 W EP 2006065264W WO 2007033872 A1 WO2007033872 A1 WO 2007033872A1
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electrical
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PCT/EP2006/065264
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Berthold Palm
Günter GROMMES
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • B29C45/72—Heating or cooling
    • B29C45/74—Heating or cooling of the injection unit

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring an electric heater, which has at least two heating elements.
  • the electrical heating current flowing through the heating elements to monitor. This is especially true when melting plastic, e.g. in the hot flow channels (hot runners) in the tool (shape) in a plastic injection molding machine of importance, since there a small temperature deviation of the melted by means of the heating elements plastic influences the material properties of the plastic melt. This may, for example, have a negative influence on an injection process in a plastic injection molding machine for the production of plastic parts.
  • a Kunststoffspritzg devismaschi- ne plastic granules for example, both in one
  • a tool may contain hot runners in which the temperature of the plastic melt must be maintained.
  • Such plasticizing units and hot runners have heating elements which are e.g. be powered by a zero-point switching semiconductor relay (current relay), wherein the temperature is regulated by the control of the electrical current passed through the heating elements.
  • current relay zero-point switching semiconductor relay
  • Other fields of use of electrical heating devices, which have heating elements are, for example, air conditioners for clean or pure streams, or heating systems, which are used for chemical processes, wherein, for example, a reaction chamber for a chemical process by means of an electric heater temperature-controlled is operable.
  • the electric heater so the electric heater, used in particular in an area which requires an accurate temperature control, so the heating effect of the electric heater is always to monitor exactly. Such monitoring should of course be feasible with little effort, as well as lead to safe results. Furthermore, the measurement should be carried out quickly in the case of sensitive zones and without any disturbance of the control process or the control quality with respect to the temperature control. This concerns in particular hot runners.
  • a known solution is the use of a summation current transformer for measuring the effective value of an alternating current.
  • a summation current control With a summation current control, the total current of the electric heater, that is to say the total current of the various electrical heating elements, is measured and evaluated.
  • This approach has the advantage of low technical effort.
  • the disadvantage of using a summation current regulator is that all heating elements are in operation during the temperature control and thus only the function of the entire heating elements can be checked. A single check of the heating elements is not possible. If a single check is to be made, then individual heating elements must always be switched on deliberately, while all other channels must be switched off. However, this causes a disturbance of the control process, since a cooling of the material to be heated can disadvantageously result in this time.
  • the invention has for its object to provide an improved method for monitoring an electric heater or a correspondingly improved device.
  • the method according to the invention serves to monitor an electric heating device, wherein the electric heating device has at least one heating element.
  • the electric heating device is provided, for example, for melting a synthetic material, for tempering the hot runners contained in the injection mold, for heating a liquid or as heating for a building or a room. Since high demands are placed on the control quality of a regulated electrical heating device in the case of plastic injection molding machines, the invention is advantageously used in such a machine.
  • a measured value dependent on the resistance and / or the inductance of the electrical heating element is measured, wherein the measurement is carried out by means of a rapid sampling of the measured value.
  • the sensor used is, for example, a passive current transformer, which supplies a measurable signal.
  • the sampling of the non-rectified measuring signal takes place via a fast analog-digital converter, which can scan the current profile of an alternating current.
  • the rectification of the signal, as well as the long-term analog value conversion by means of sawtooth method, which require a duty cycle of up to one second or more, is no longer necessary.
  • a measuring device can be used for measuring measured values of different heating elements.
  • heating currents can be measured even with a short duty cycle.
  • the electrical heating device has at least two heating elements, a measured value of at least two heating elements which is dependent on the resistance and / or the inductance of the electrical heating elements can be measured jointly by means of a measuring device, the current profile of the summation current is advantageously detected during the regulation and compared with a nominal value of the total current ,
  • the setpoint of the summation current results from the summation of the individual currents of the heating currents currently being activated by the control, for example by teaching.
  • This information transmits the control in real time to the monitoring device. This is advantageously done by a short and fast isochronous connection from the control unit to the monitoring device. It is no longer necessary to selectively switch on or off individual controllers for the purpose of measurement.
  • the energization of at least one heating element is completely or partially adjusted, this is done within one or a few half cycles of the alternating current, the measured value being compared with a comparison value.
  • the energization of a heating element it is possible to record the measured value of only one heating element.
  • the monitoring device can determine defective heating elements by means of an exclusion method.
  • a value dependent on the resistance and / or the inductance of the electrical heating elements is advantageously measured together in at least two heating elements, after which a measured value is compared with a comparison value.
  • a value of the electrical heating element dependent on the resistance is, for example, the current at a known voltage value or the voltage at a known current value.
  • the common measurement of the values dependent on the resistance or the inductance of the electrical heating elements takes place in particular by means of a sensor used for this purpose for measuring, for example, the current or the voltage.
  • This measured value is processed in a processing device, which in particular is a monitoring device, and which is, for example, a controller or a controller. The processing takes place, for example, by comparing the measured value or different measured values with stored nominal values.
  • a comparison can also be made such that a measured value of a first electrical heating element with the measured value of a second electrical heating element is compared, assuming identical electrical heating elements in the measurement, the measured values do not have to deviate significantly from each other.
  • a warning or fault message is generated.
  • the comparison takes place, for example, in a control or regulation device for a temperature control.
  • the measurement of individual values in the range of milliseconds is performed to monitor the electrical heating and the intended function of the individual electrical heating elements.
  • an alternating current or an alternating voltage is used to supply the heating elements, to measure the exact time course of current or voltage.
  • fast analog inputs are advantageously used for supplying the measured values recorded by the sensor in a control or regulation.
  • the measurement is synchronized to a trigger signal.
  • the synchronization to a trigger signal makes it possible to achieve reproducible measurement results.
  • An example of a trigger signal is the zero crossing of an alternating current or an alternating voltage.
  • the energization of at least one heating element or a group of heating elements is wholly or partially adjusted, as a result of the influence of a further group of electrical heating elements. If, for example, a trigger signal is used, the measurement can be carried out at a certain point in time as well as during this measurement the energization of a part of the electrical heating elements can be set. This is achieved, for example, when energized by converters by blocking the converter valves or by the control of a relay.
  • At least two electrical phases are used for energizing the electrical heating elements, it is advantageous that, for example, a sensor is provided for one phase, wherein two or more electrical heating elements can be energized, for example, by means of one phase.
  • the interconnection of the electrical heating elements takes place either serially or in parallel.
  • the current flow in the second phase can advantageously also be suppressed in this case during the measurement, for example of the current in the first phase.
  • this is used in the monitoring of heating elements, which are provided for melting a plastic or which serve for controlling the temperature of the hot runners in the tool.
  • This applies in particular to the use in a plastic injection molding machine. In such machines, the exact temperature control of the plastic melt is of particular importance, since the temperature has a great influence on the material properties of the plastic melt and thus also on the quality of the producible by the plastic injection molding plastic Spritzgg embgutes.
  • a monitoring device is used for the monitoring, which has an intelligent device for detecting a heating current, said intelligent device receives information about which zones of a heater in a plastic injection molding machine are active or inactive. Zones of an electric heater in a plastic injection molding machine are so switched on and ausaktbar.
  • a zone of an electrical heating device has at least one heating element.
  • the monitoring device can be implemented in such a way that it quickly scans the input current (alternating current connected at the zero point) in a few millisecond rhythm. Each switched heating shaft can be measured.
  • the monitoring device compares the setpoint sum heating current with the actual sum heating current in real time.
  • the monitoring device receives the information of the clocked heating currents. This can be done for example via a peripheral bus, such as the PROFIBUS.
  • the setpoints are also stored internally in the monitoring device. This information can be learned by the system. Every control process can be monitored. This ensures a fast fault message. Only in case of failure, the zones of an electric heater need to be individually clocked to locate the faulty zone.
  • the controller or the regulation of the temperature itself is advantageously neither influenced nor disturbed. This is achieved in particular by the use of short measuring times.
  • the method according to the invention makes it possible to monitor which allows little effort through the use of sampling values. Furthermore, this method of monitoring is safe and fast because the measurement can be done in real time. Furthermore, it is advantageous that the control Good is not disturbed because the zones of an electric heater can be clocked specifically for power monitoring.
  • the timing of the electric heating elements in a heater for controlling a temperature is used to simultaneously monitor these electrical heating elements.
  • the monitoring device is connected to a control and / or control device data technology.
  • the control and / or control device is provided for controlling or controlling the temperature.
  • the heating elements are switched on and / or off by means of this device, or supplied with different nominal currents.
  • the control and / or control device it is thus possible to determine the desired value of a summation current measurement. This setpoint is compared with the measured actual value. Since the time sequence of the energizing of the heating elements can also be determined and stored by means of the regulating and / or control device, monitoring can be carried out by a logical, time-dependent comparison of desired and actual values of the measured value.
  • a fault of a heating element can be determined by measurements with different combinations of active heating elements.
  • control and / or control device 15 for controlling and / or controlling the heating elements and the monitoring device can be by logical links on established Gutzuquest and detected bad states, which are collected and stored over time statements about the good condition or the bad state (defect) of one or more heating elements meet.
  • This logical connection takes place, for example, in the monitoring device.
  • the monitoring device can be completely or partially integrated in the control and / or control device.
  • Heating elements depends on the control and / or control device and is advantageously independent of any influence of the monitoring device.
  • a device for monitoring an electrical heating device which is a heating element or at least two electrically parallel or independently energizable heating elements is a sensor for sampling a measured value provided, wherein the measured value of the resistance and / or the inductance of the electric heating element is dependent.
  • an electrical heating device which has at least two electrically parallel or independently energizable heating elements, is a sensor for the common measurement of one of the resistance and / or the inductance of the electric heating elements dependent value, two heating elements intended. It is advantageous if at least two heating elements can be fed separately from each other by at least two relays. A corresponding device is advantageously used for carrying out one of the methods described above.
  • the device can be extended such that the monitoring device is connected to the control and / or control device by data technology, wherein the control and / or control device is provided for regulating and / or controlling the heating elements and the data transmission data on the sequence of switch-on Heating elements concerns.
  • both the method and the device is particularly advantageous in plastic injection molding machines. Especially with plastic injection molding machines accurate and exact temperature control and monitoring is necessary to improve the quality of the plastic product produced.
  • FIG. 1 shows an electric heater in a plastic injection molding machine.
  • the illustration according to the FIGURE shows an injection unit 25 of a symbolically represented plastic injection molding machine 20.
  • the injection unit 25 has an injection piston 26 on.
  • the injection piston 26 is linearly movable in a piston cylinder 28 by means of a linear drive unit 27.
  • the injection is separated from the plasticization.
  • plastic granulate 30 can be fed to a screw 31 by means of a funnel 29.
  • the plastic granules 30 can be conveyed towards a screw tip 32.
  • this can be melted by means of an electrical heating device 1.
  • the electrical heating device 1 has three heating elements 5, 6 and 7.
  • Each of the electrical heating elements 5, 6 and 7 can be supplied with electrical power via electrical connection lines 11.
  • the sensor 12 is connected to a monitoring device 14.
  • This monitoring device 14 compares the measured actual values of the electrical current with stored nominal values. If a heating element 5, 6 or 7 has, for example, heating coils which have burned out in the event of an error, then this error can be determined by comparing the actual values with the desired values.
  • the monitoring device 14 is connected via a data link to a control and / or control device 15 in terms of data technology.
  • the regulating and / or control device 15 is in turn connected to relay 19 by means of a data-technical connection 41.
  • the relays 19 are connected to a three-phase three-phase current 43.
  • heating devices are also used as a tool heater or as a nozzle heater. These heaters, however, are not shown in FIG.
  • the melting by the electric heater 1 plastic granules passes by means of a rotational movement of the
  • the screw 31 is operable continuously, since the melt in the melt memory 34 is temporarily stored and the melt memory 34 in the Piston cylinder can be transferred. This succeeds because the melt accumulator 34 can be enlarged or reduced via a storage piston 36. If the melt reservoir 34 is reduced, the melt is forced into the piston cylinder 28 via a reservoir opening 38. In the area of the piston cylinder 28, a further electric heating device 3 is positioned, with which the melt is still heatable.
  • the screw 31 advantageously conveys continuously the produced plastic melt into the melt reservoir 34 until the injection piston 26 has finished the injecting and repressing operations. For a new injection process, melt is again pressed into the piston cylinder 28 by means of the accumulator piston 36.
  • the electric heater 3 has as the electric
  • Heating device 1 heating elements 8, 9, 10 on.
  • the electrical heating elements 8, 9, 10 are connected by means of electrical connection lines 11 to relays 16, 17 and 18, wherein these each have a single-phase AC connection 42.
  • These relays 16, 17 and 18 are advantageously semiconductor relays, since they allow fast switching operations and frequent switching of switching states. In the place of relays also converters can be used.
  • the control and / or control device 15 for the control of the relay 16,17 and 18, the monitoring device 14 is advantageously integrated. An integration of the control and / or control device in one or more power converters or relays is possible, but not shown.
  • the relays of the electric heater 1 are shown symbolically only together in the FIG.
  • the relays 16, 17 and 18 can be controlled in a simple manner by means of a 2-point controller.
  • the relays 16, 17 and 18 are connected to sensors 12 for measuring the electric current in the electrical connection lines 11. With the help of the sensor 12, not only the electric current through the relay 16, 17 and 18 can be controlled, since the sensor 12 detects the actual value, moreover, can be with the sensor 12th also check the functionality of the heating elements 8, 9, 10. If a heating element 8, 9, 10 is defective, then, for example, the setpoint resistance differs from an actual resistance calculated from the measured actual values.
  • the monitoring of the heating elements 8, 9, 10 is integrated in the electric heating device 3 in one or more relays 16, 17 or 18. Each heating element 8, 9, 10 is provided for heating a particular zone 22, 23 and 24.
  • Heating is regulated, whereby a high control quality must be observed when controlling the heating temperature.
  • the monitoring function is activated to monitor the function of the heating elements 5, 6, 7, 8, 9 and 10 only during the period of one or less half cycles of the alternating current. During activation, only one heating element is energized, so that with a sensor 12, only the measured value for this energized heating element 5, 6, 7 is measured. For the monitoring of several heating elements 5, 6, 7 so only one sensor 12 is necessary, as shown in the electric heater 1.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer elektrischen Heizvorrichtung (1,3), bzw. eine entsprechende Vorrichtung. Die elektrische Heizvorrichtung (1,3) weist zumindest ein Heizelement (5,6,7,8,9,10) auf. Ein vom Widerstand und/oder der Induktivität des elektrischen Heizelementes (5,6,7,8,9,10) abhängiger Messwert wird gemessen, wobei die Messung mittels einer Abtastung des Messwertes durchgeführt wird. Durch die Verwendung von Abtastwerten kann die Messung verkürzt werden.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung einer elektrischen Heizung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer elektrischen Heizung, welche zumindest zwei Heizelemente aufweist. Um beispielsweise die Heizwirkung bzw. den Ausfall eines Heizelementes feststellen zu können, ist der elektrische Heizstrom, welcher durch die Heizelemente fließt, zu überwachen. Dies ist insbesondere beim Schmelzen von Kunststoff z.B. in den heißen Fließkanälen (Heißkanälen) im Werkzeug (Form) bei einer KunststoffSpritzgießmaschine von Bedeutung, da dort eine geringe Temperaturabweichung des mittels der Heizelemente geschmolzenen Kunststoffes die Materialeigenschaften der Kunststoffschmelze beeinflusst. Dies kann beispielsweise einen negativen Einfluss auf einen Spritzvorgang bei einer KunststoffSpritzgießmaschine zur Herstellung von Kunststoffteilen haben. Bei einer Kunststoffspritzgießmaschi- ne wird Kunststoffgranulat beispielsweise sowohl in einer
Vorplastifizierungseinheit wie auch in einer nachgelagerten Plastifizierungseinheit geschmolzen. In einem Werkzeug können sich Heißkanäle befinden, in denen die Temperatur der Kunststoffschmelze aufrechterhalten werden muss. Derartige Plasti- fizierungseinheiten und Heißkanäle weisen Heizelemente auf, welche z.B. von einem nullpunktschaltendem Halbleiterrelais (Stromrelais) gespeist werden, wobei die Temperatur durch die Regelung des durch die Heizelemente geleiteten elektrischen Stromes regelbar ist. Andere Einsatzgebiete von elektrischen Heizvorrichtungen, welche Heizelemente aufweisen, sind beispielsweise Klimaanlagen für Rein- oder Reinströme, oder auch Heizungsanlagen, welche für chemische Prozesse verwendet werden, wobei auch beispielsweise eine Reaktionskammer für einen chemischen Prozess mittels einer elektrischen Heizung tempe- raturgeregelt betreibbar ist.
Wird die elektrische Heizung, also die elektrische Heizvorrichtung, insbesondere in einem Bereich eingesetzt, welcher eine genaue Temperaturregelung erfordert, so ist die Heizwirkung der elektrischen Heizung stets genau zu überwachen. Eine derartige Überwachung sollte natürlich mit geringem Aufwand realisierbar sein, sowie zu sicheren Ergebnissen führen. Wei- terhin sollte die Messung bei empfindlichen Zonen schnell und ohne eine Störung des Regelvorganges bzw. der Regelgüte bzgl. Der Temperaturregelung erfolgen. Dies betrifft insbesondere Heißkanäle .
Ein bekannter Lösungsansatz ist der Einsatz eines Summen- stromwandlers zur Messung des Effektivwertes eines Wechselstromes. Bei einer Summenstromregelung wird der Summenstrom der elektrischen Heizung, das heißt der Summenstrom der verschiedenen elektrischen Heizelemente gemessen und ausgewer- tet. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil des geringen technischen Aufwands. Nachteilig beim Einsatz eines Summenstrom- reglers ist es, dass während der Temperaturregelung alle Heizelemente im Betrieb sind und somit nur die Funktion der gesamten Heizelemente überprüft werden kann. Eine Einzelüber- prüfung der Heizelemente ist nicht möglich. Soll eine Einzelüberprüfung vorgenommen werden, so sind einzelne Heizelemente stets gezielt einzuschalten, während alle anderen Kanäle auszuschalten sind. Dies verursacht jedoch eine Störung des Regelvorgangs, da sich in dieser Zeit eine Abkühlung des zu heizenden Materials nachteiligerweise ergeben kann. Dieses
Problem verschärft sich auch dadurch, wenn schnell reagierende Regelstrecken vorhanden sind und wenn temperaturempfindliches Material verarbeitet wird.
Eine schnelle und sichere Überwachung des Heizstromes ist bei einer Einzelstromerfassung möglich. Dies ist eine sichere Überwachungsmethode ohne eine Störung eines Temperaturregelvorganges zu verursachen. Nachteilig dabei ist jedoch der hohe Aufwand, welcher hierfür notwendig ist, da jedes Heizele- ment der elektrischen Heizung einen Sensor wie z.B. einen Stromwandler benötigt. Die zur Überwachung der elektrischen Heizvorrichtung bekannten Methoden haben jeweils bestimmte Nachteile. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Überwachung einer elektrischen Heizvorrichtung bzw. eine ent- sprechend verbesserte Vorrichtung zu schaffen.
Die Lösung der Aufgabe gelingt bei einem Verfahren, welches die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Weiterhin gelingt diese Aufgabe mittels einer Vorrichtung, welche die Merkmale nach Anspruch 7 aufweist, sowie bei einer Kunststoffspritz- gießmaschine gemäß Anspruch 11. Die abhängigen Ansprüche 2 bis 6 bzw. 8 bis 10 offenbaren weitere vorteilhafte erfinderische Ausgestaltungen des entsprechenden Verfahrens bzw. der entsprechenden Vorrichtung.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Überwachung einer elektrischen Heizvorrichtung, wobei die elektrische Heizvorrichtung zumindest ein Heizelement aufweist. Die elektrische Heizvorrichtung ist beispielsweise zum Schmelzen eines Kunst- Stoffes, zum Temperieren der im Spritzwerkzeug enthaltenen Heißkanäle, zum Erhitzen einer Flüssigkeit oder als Heizung für ein Gebäude bzw. einen Raum vorgesehen. Da bei KunststoffSpritzgießmaschinen hohe Anforderungen an die Regelgüte einer geregelten elektrischen Heizvorrichtung gestellt wer- den, ist die Erfindung vorteilhaft bei einer derartigen Maschine eingesetzt.
Bei einem Verfahren zur Überwachung einer elektrischen Heizvorrichtung, welche zumindest ein Heizelement aufweist, wird ein vom Widerstand und/oder der Induktivität des elektrischen Heizelementes abhängiger Messwert gemessen, wobei die Messung mittels einer schnellen Abtastung des Messwertes durchgeführt wird. Als Sensor dient z.B. ein passiver Stromwandler, der ein messbares Signal liefert. Die Abtastung des nicht gleich- gerichteten Messsignals erfolgt über einen schnellen Analogdigitalwandler, der den Stromverlauf eines Wechselstromes abtasten kann. Durch die Verwendung einer Abtastung des Messwertes, welcher beispielsweise ein elektrischer Strom oder eine elektrische Spannung ist, kann der Signalverlauf des Messwertes aufgezeichnet werden. Die Gleichrichtung des Signals, sowie die lang dauernde Analogwertwandlung mittels Sägezahnverfahren, die eine Einschaltdauer von bis zu einer Sekunde und mehr erforderlich machen, ist nicht mehr notwendig. Dadurch kann beispielsweise eine Messeinrichtung zur Messung von Messwerten verschiedener Heizelemente genutzt werden. Des Weiteren können Heizströme auch bei kurzer Einschaltdauer gemessen werden.
Weist die elektrische Heizvorrichtung zumindest zwei Heizelemente auf, wobei ein vom Widerstand und/oder der Induktivität der elektrischen Heizelemente abhängiger Messwert zumindest zweier Heizelemente gemeinsam mittels einer Messeinrichtung messbar ist, wird vorteilhaft während der Regelung der Stromverlauf des Summenstromes erfasst und mit einem Sollwert des Summenstromes verglichen. Der Sollwert des Summenstromes er- gibt sich aus der Summierung der zum Beispiel durch Teachen erfassten Einzelströme der gerade von der Regelung zugeschalteten Heizströme. Diese Information übermittelt die Regelung in Echtzeit an die Überwachungseinrichtung. Dies geschieht vorteilhaft durch eine kurze und schnelle taktsynchrone Ver- bindung von der Regeleinheit zur Überwachungseinrichtung. Es ist nicht mehr notwendig einzelne Regler gezielt zur Messung einzuschalten bzw. auszuschalten.
Wird dennoch die Bestromung zumindest eines Heizelementes ganz oder teilweise eingestellt, so geschieht dies innerhalb einer oder weniger Halbwellen des Wechselstromes, wobei der gemessene Wert mit einem Vergleichswert verglichen wird. Durch die Einstellung der Bestromung eines Heizelementes ist es möglich, den Messwert nur eines Heizelementes aufzunehmen. Durch die Verwendung von Abtastwerten für den zu messenden
Wert ist es nicht mehr notwendig die Abschaltung eines Heizelements für eine längere Zeit von einigen Sekunden vorzunehmen. Wird das Heizelement durch einen Wechselstrom gespeist, reicht eine Zeit von einer oder mehreren Halbwellen zur Messung aus. Dies hat den Vorteil, dass die Überwachung keinen Einfluss auf eine Temperaturregelung hat, wobei die elektri- sehe Heizeinrichtung ein Aktor dieser Temperaturregelung ist. Durch die Regelung können die Heizelemente unterschiedlich lang, in unterschiedlichen Reihenfolgen und in unterschiedlichen Kombinationen eingeschaltet und wieder ausgeschaltet werden. Hierdurch gibt es für einzelne Heizelemente unregel- mäßig den Betriebszustand des ausgeschaltet seins. Die Überwachungseinrichtung kann durch Auswertung gespeicherter Betriebszustandes der Heizelemente und gespeicherter Messwerte defekte Heizelemente mittels eines Ausschlussverfahrens ermitteln.
Weiterhin wird vorteilhafter Weise Zur Überwachung der elektrischen Heizvorrichtung, wobei dies auch eine Einrichtung darstellt und auch als elektrische Heizung bezeichnet werden kann, ein vom Widerstand und/oder der Induktivität der elekt- rischen Heizelemente abhängiger Wert in zumindest zwei Heizelementen gemeinsam gemessen, wonach ein Messwert mit einem Vergleichswert verglichen wird. Ein vom Widerstand abhängiger Wert des elektrischen Heizelementes ist beispielsweise der Strom bei einem bekannten Spannungswert bzw. die Spannung bei einem bekannten Stromwert. Die gemeinsame Messung der vom Widerstand bzw. der Induktivität der elektrischen Heizelemente abhängigen Werte erfolgt insbesondere mittels eines hierfür gemeinsam verwendeten Sensors zur Messung beispielsweise des Stroms bzw. der Spannung. Dieser gemessene Wert wird in einer Verarbeitungseinrichtung, welche insbesondere eine Überwachungseinrichtung ist, und welche beispielsweise eine Steuerung oder eine Regelung ist, verarbeitet. Die Verarbeitung erfolgt beispielsweise durch den Vergleich des Messwertes bzw. verschiedene Messwerte mit gespeicherten Sollwerten.
Ein Vergleich kann auch derart durchgeführt werden, dass ein gemessener Wert eines ersten elektrischen Heizelementes mit dem gemessenen Wert eines zweiten elektrischen Heizelementes verglichen wird, wobei unter der Annahme identischer elektrischer Heizelemente bei der Messung die Messwerte nicht wesentlich voneinander abzuweichen haben.
Ist die Abweichung größer als ein vorher festgelegter maximaler Differenzwert, wird beispielsweise eine Warn- oder Störmeldung generiert. Der Vergleich findet beispielsweise in einer Steuerungs- oder Regelungseinrichtung für eine Temperaturregelung statt. Vorteilhafterweise wird zur Überwachung der elektrischen Heizung und der bestimmungsgemäßen Funktion der einzelnen elektrischen Heizelemente die Messung von Einzelwerten im Bereich von Millisekunden durchgeführt. Es ist jedoch auch möglich, dass für den Fall, dass zur Speisung der Heizelemente ein Wechselstrom bzw. eine Wechselspannung Ver- wendung findet, den genauen Zeitverlauf von Strom bzw. Spannung zu messen. Hierfür werden vorteilhaft schnelle Analogeingänge zur Einspeisung der von dem Sensor aufgenommenen Messwerte in einer Steuerung oder Regelung verwendet. Durch die Verwendung eines Sensors und die Verwendung eines Analog- eingangs bei einer Steuerungs- oder Regelungseinrichtung, welche die Messung von Messpunkten gemäß des Abtasttheorems ermöglicht, ist es möglich, dass durch kurzzeitige Messung eine Überwachung einzelner elektrischer Heizelemente durchgeführt werden kann. Durch die schnelle Stromverlaufsmessung innerhalb kurzer Einschaltzeiten ist es möglich auch im eingefahrenen Zustand der Maschine mit schnellen getakteten Heizströmen ohne Einfluss auf den Regelvorgang eine sichere Messung durchzuführen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird die Messung auf ein Triggersignal synchronisiert. Die Synchronisation auf ein Triggersignal ermöglicht es, reproduzierbare Messergebnisse zu erzielen. Ein Beispiel für ein Triggersignal ist der Nulldurchgang eines Wechsel- Stromes bzw. einer Wechselspannung.
Um die Überwachung einzelner elektrischer Heizelemente oder Überwachung einer Gruppe elektrischer Heizelemente ohne den Einfluss einer weiteren Gruppe elektrischer Heizelemente zu ermöglichen, wird in einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens während der Messung die Bestromung zumindest eines Heizelementes bzw. einer Gruppe von Heizelementen ganz oder teil- weise eingestellt. Wird beispielsweise ein Triggersignal verwendet, so kann ab einem gewissen Zeitpunkt sowohl die Messung durchgeführt werden, wie auch während dieser Messung die Bestromung eines Teils der elektrischen Heizelemente eingestellt werden. Dies gelingt beispielsweise bei der Bestromung mittels Stromrichtern durch eine Sperre der Stromrichterventile oder durch die Ansteuerung eines Relais.
Werden zur Bestromung der elektrischen Heizelemente zumindest zwei elektrische Phasen verwendet, so ist es vorteilhaft, dass beispielsweise ein Sensor für eine Phase vorgesehen ist, wobei beispielsweise mittels einer Phase zwei oder mehrere elektrische Heizelemente bestrombar sind. Die Verschaltung der elektrischen Heizelemente erfolgt entweder seriell oder parallel .
Wird zur Messung ein Sensor für zwei elektrische Phasen verwendet, so kann auch in diesem Fall vorteilhaft während der Messung, beispielsweise des Stromes in der ersten Phase der Stromfluss in der zweiten Phase unterdrückt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird dieses bei der Überwachung von Heizelementen verwendet, welche zum Schmelzen eines Kunststoffes vorgesehen sind oder welche zur Temperierung der Heißkanäle im Werkzeug dienen. Dies be- trifft insbesondere die Verwendung bei einer Kunststoffspritzgießmaschine. Bei derartigen Maschinen ist die genaue Temperaturregelung der Kunststoffschmelze von besonderer Bedeutung, da die Temperatur einen großen Einfluss auf die Materialeigenschaften der Kunststoffschmelze hat und somit auch auf die Qualität des durch die KunststoffSpritzgießmaschine herstellbaren Kunststoffspritzgießgutes . In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird für die Überwachung eine Überwachungseinrichtung verwendet, welche eine intelligente Vorrichtung zur Erfassung eines Heizstromes aufweist, wobei diese intelligente Einrichtung Informationen darüber erhält, welche Zonen einer Heizung bei einer Kunststoffspritzgießmaschine aktiv bzw. inaktiv geschaltet sind. Zonen einer elektrischen Heizeinrichtung bei einer Kunststoffspritzgießmaschine sind also ein- und austaktbar. Eine Zone einer elektrischen Heizeinrichtung weist zumindest ein Heiz- element auf.
Die Überwachungseinrichtung ist beispielsweise derart ausführbar, dass dieses den Eingangsstrom (im Nullpunkt geschalteter Wechselstrom) in wenigen Millisekundenrhythmus schnell abtastet. Jede geschaltete Heizwelle kann gemessen werden.
Das Einschwingen von integrierenden Wandlern entfällt somit.
In einem weiteren Verfahrensschritt vergleicht die Überwachungseinrichtung den Sollsummenheizstrom mit dem Istsummen- heizstrom in Echtzeit. Hierzu erhält die Überwachungseinrichtung die Information der getakteten Heizströme. Dies kann beispielsweise über einen Peripheriebus, wie beispielsweise dem PROFIBUS, erfolgen. Die Sollwerte sind ebenfalls intern in der Überwachungseinrichtung gespeichert. Diese Information kann das System erlernen. Jeder Regelvorgang kann überwacht werden. Dies sichert eine schnelle Störungsmeldung. Nur im Störungsfall brauchen die Zonen einer elektrischen Heizung einzeln getaktet werden, um die gestörte Zone zu lokalisieren. Der Regler bzw. die Regelung der Temperatur selbst wird dabei vorteilhafterweise weder beeinflusst noch gestört. Dies gelingt insbesondere durch die Verwendung geringer Messzeiten.
Somit ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine Überwa- chung, welche einen geringen Aufwand durch die Verwendung von Abtastwerten ermöglicht. Weiterhin ist dieses Verfahren zur Überwachung sicher und schnell, da die Messung in Echtzeit erfolgen kann. Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die Regel- gute deswegen nicht gestört wird, weil die Zonen einer elektrischen Heizeinrichtung speziell für die Stromüberwachung getaktet werden können.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird also die Taktung der elektrischen Heizelemente bei einer Heizung zur Regelung einer Temperatur dazu verwendet, dass gleichzeitig eine Überwachung dieser elektrischen Heizelemente erfolgt.
Bei einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist die Überwachungseinrichtung mit einer Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung datentechnische verbunden. Die Regelungs- und/ oder Steuerungseinrichtung ist zur Regelung bzw. Steuerung der Temperatur vorgesehen. Für diesen Vorgang werden die Heizelemente mittels dieser Einrichtung ein- und/oder ausgeschaltet, bzw. mit unterschiedlichen Sollstromstärken versorgt. Mittels der Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung ist es also möglich den Sollwert einer Summenstrommessung zu ermitteln. Dieser Sollwert wird mit dem gemessenen Istwert verglichen. Da auch mittels der Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung auch die zeitliche Reihenfolge der Bestro- mung der Heizelemente ermittelbar und speicherbar ist, kann eine Überwachung durch einen logischen zeitabhängigen Vergleich von Soll- und Istwerten des Messwertes erfolgen. Mit- tels eines logischen Ausschlussverfahrens kann ein Fehler eines Heizelementes durch Messungen bei verschiedenen Kombinationen von aktiven Heizelementen ermittelt werden.
Folgendes Beispiel macht dies deutlich: Die Heizvorrichtung im nun beschriebenen Beispiel weist fünf Heizelemente 1 bis 5 auf. Ist nun das Heizelement 3 defekt, so kann dies beispielsweise durch folgende Messungen herausgefunden werden, wobei alle Messungen vorteilhaft nur mittels eines Sensors mit dem die elektrischen Ströme aller Heizelemente gleichzei- tig erfasst werden, durchgeführt werden. •Messung des elektrischen Stromes, wenn die Heizelemente 1 und 2 aktiv sind: Istwert = Sollwert (die Heizelemente 1 und 2 sind OK)
•Messung des elektrischen Stromes, wenn die Heizelemente 3 und 5 aktiv sind: Istwert ≠ Sollwert (aus dieser Messung wird nicht ersichtlich ob das Heizelement 3 oder 5 defekt ist)
•Messung des elektrischen Stromes, wenn die Heizelemente 1 und 4 aktiv sind: Istwert = Sollwert (auch das Heizele- mente 4 ist OK)
•Messung des elektrischen Stromes, wenn die Heizelemente 3 und 4 aktiv sind: Istwert ≠ Sollwert (aus dieser Messung wird ersichtlich dass das Heizelement 3 defekt ist, da vorher festgestellt wurde, dass das Heizelement 4 OK ist) .
Durch einen Datenaustausch zwischen der Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung 15 zur Regelung und/oder Steuerung der Heizelemente und der Überwachungseinrichtung, bezüglich der aktiven Heizelemente lassen sich durch logische Verknüpfungen über festgestellte Gutzustände und festgestellte Schlechtzustände, welche über die Zeit gesammelt und gespeichert werden Aussagen über den Gutzustand bzw. den Schlechtzustand (Defekt) eines oder mehrerer Heizelemente treffen. Diese logi- sehe Verknüpfung erfolgt beispielsweise in der Überwachungseinrichtung. Die Überwachungseinrichtung kann ganz oder teilweise in die Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung integriert sein.
Die im obigen Beispiel gezeigt Abfolge der Aktivität der
Heizelemente hängt von der Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung ab und ist vorteilhafter Weise unabhängig von einem Einfluss der Überwachungseinrichtung.
Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Überwachung einer elektrischen Heizvorrichtung, welche ein Heizelement oder zumindest zwei elektrisch parallel oder unabhängig speisbare Heizelemente ist ein Sensor zur Abtastung eines Messwertes vorgesehen, wobei der Messwert vom Widerstand und/oder der Induktivität des elektrischen Heizelementes abhängig ist.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vor- richtung zur Überwachung einer elektrischen Heizvorrichtung, welche zumindest zwei elektrisch parallel oder unabhängig speisbare Heizelemente aufweist, ist ein Sensor zur gemeinsamen Messung eines vom Widerstand und/oder der Induktivität der elektrischen Heizelemente abhängigen Wertes, zweier Heiz- elemente vorgesehen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn zumindest zwei Heizelemente getrennt voneinander von zumindest zwei Relais speisbar sind. Eine entsprechende Vorrichtung wird vorteilhafterweise zur Durchführung eines der oben beschriebenen Verfahren verwendet.
Die Vorrichtung ist dahingehend erweiterbar dass die Überwachungseinrichtung mit der Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung datentechnische verbunden ist, wobei die Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung zur Regelung und/oder Steue- rung der Heizelemente vorgesehen ist und die Datenübermittlung Daten über die Abfolge von Einschaltzuständen der Heizelemente betrifft.
Der Einsatz sowohl des Verfahrens wie auch der Vorrichtung ist insbesondere bei KunststoffSpritzgießmaschinen vorteilhaft. Gerade bei KunststoffSpritzgießmaschinen ist eine genaue und exakte Temperaturregelung und Überwachung notwendig um die Qualität des erzeugten Produktes aus Kunststoff zu verbessern.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich beispielhaft aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Dabei zeigt die Figur eine elektrische Heizvorrichtung bei einer KunststoffSpritzgießmaschine.
Die Darstellung gemäß der Figur zeigt eine Einspritzeinheit 25 einer symbolisch dargestellten Kunststoffspritzgießmaschi- ne 20. Die Einspritzeinheit 25 weist einen Einspritzkolben 26 auf. Der Einspritzkolben 26 ist mittels einer linearen Antriebseinheit 27 linear in einem Kolbenzylinder 28 bewegbar. Nach der FIG ist die Einspritzung von der Plastifizierung getrennt. Für die Plastifizierung ist mittels eines Trichters 29 beispielsweise Kunststoffgranulat 30 einer Schnecke 31 zuführbar. Mittels der Schnecke 31 ist das Kunststoffgranulat 30 zu einer Schneckenspitze 32 hin förderbar. Während der Förderung des Granulats 30 ist dieses mittels einer elektrischen Heizvorrichtung 1 schmelzbar. Die elektrische Heizvor- richtung 1 weist im vorliegenden Beispiel drei Heizelemente 5, 6 und 7 auf. Jedes der elektrischen Heizelemente 5, 6 und 7 ist über elektrische Anschlussleitungen 11 mit elektrischem Strom versorgbar. Mittels eines Sensors 12 ist der elektrische Strom, welcher durch die elektrischen Anschlussleitungen fließt messbar. Der Sensor 12 ist an eine Überwachungseinrichtung 14 angeschlossen. Diese Überwachungseinrichtung 14 vergleicht die gemessenen Istwerte des elektrischen Stromes mit gespeicherten Sollwerten. Weist ein Heizelement 5, 6 oder 7 beispielsweise Heizwendeln auf, welche in einem Fehlerfall durchgebrannt sind, so kann dieser Fehler durch Vergleiche der Istwerte mit den Sollwerten festgestellt werden. Die Ü- berwachungseinrichtung 14 ist über eine datentechnische Verbindung mit einer Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung 15 datentechnisch verbunden. Die Regelungs- und/oder Steue- rungseinrichtung 15 ist ihrerseits mit Relais 19 mittels einer datentechnischen Verbindung 41 verbunden. Die Relais 19 sind an einem dreiphasigen Drehstrom 43 angeschlossen.
Heizvorrichtungen werden bei KunststoffSpritzgießmaschinen auch als eine Werkzeugheizung bzw. auch als eine Düsenheizung verwendet. Diese Heizvorrichtungen sind der der FIG jedoch nicht dargestellt.
Das durch die elektrische Heizvorrichtung 1 schmelzende Kunststoffgranulat gelangt mittels einer Drehbewegung der
Schnecke 31 in einen Schmelzspeicher 34. Die Schnecke 31 ist kontinuierlich betreibbar, da die Schmelze im Schmelzspeicher 34 zwischenspeicherbar ist und vom Schmelzspeicher 34 in den Kolbenzylinder überführt werden kann. Dies gelingt, weil der Schmelzspeicher 34 über einen Speicherkolben 36 vergrößerbar bzw. verkleinerbar ist. Wird der Schmelzspeicher 34 verkleinert, so wird über eine Speicheröffnung 38 die Schmelze in den Kolbenzylinder 28 gedrückt. Im Bereich des Kolbenzylinders 28 ist eine weitere elektrische Heizvorrichtung 3 positioniert, mit welcher die Schmelze weiterhin aufheizbar ist. Die Schnecke 31 fördert vorteilhafter Weise kontinuierlich die erzeugte Kunststoffschmelze in den Schmelzspeicher 34 bis der Einspritzkolben 26 die Vorgänge Einspritzen und Nachdrücken beendet hat. Für einen neuen Einspritzvorgang wird mittels des Speicherkolbens 36 wieder Schmelze in den Kolbenzylinder 28 gedrückt.
Die elektrische Heizvorrichtung 3 weist wie die elektrische
Heizvorrichtung 1 Heizelemente 8, 9, 10 auf. Die elektrischen Heizelemente 8, 9, 10 sind mittels elektrischer Anschlussleitungen 11 an Relais 16, 17 und 18 angeschlossen, wobei diese jeweils einen einphasigen Wechselstromanschluss 42 aufweisen. Diese Relais 16, 17 und 18 sind vorteilhafterweise Halbleiterrelais, da diese schnelle Schaltvorgänge und einen häufigen Wechsel der Schaltzustände ermöglichen. An der Stelle von Relais können auch Stromrichter verwendet werden. In die Re- gelungs- und/oder Steuerungseinrichtung 15 für die Steuerung der Relais 16,17 und 18 ist die Überwachungseinrichtung 14 vorteilhaft integrierbar. Auch eine Integration der Rege- lungs- und/oder Steuerungseinrichtung in einen oder mehrere Stromrichter bzw. Relais ist möglich, jedoch nicht dargestellt. Die Relais der elektrischen Heizvorrichtung 1 sind in der FIG nur zusammen symbolisch dargestellt.
Die Relais 16, 17 und 18 können in einfacher Weise mittels eines 2-Punkt-Reglers gesteuert werden. Die Relais 16, 17 und 18 sind mit Sensoren 12 zur Messung des elektrischen Stromes in den elektrischen Anschlussleitungen 11 verbunden. Mit Hilfe des Sensors 12 lässt sich nicht nur der elektrische Strom durch die Relais 16, 17 und 18 steuern, da die Sensor 12 den Istwert erfasst, darüber hinaus lässt sich mit dem Sensor 12 auch die Funktionstüchtigkeit der Heizelemente 8, 9, 10 kontrollieren. Ist ein Heizelement 8, 9, 10 defekt, so unterscheidet sich beispielsweise der Sollwiderstand von einem aus den gemessenen Istwerten errechneten Istwiderstand. Die Über- wachung der Heizelemente 8, 9, 10 ist in der elektrischen Heizvorrichtung 3 in einem bzw. in mehreren Relais 16, 17 oder 18 integriert. Jedes Heizelement 8, 9, 10 ist zum beheizen einer bestimmten Zone 22, 23 und 24 vorgesehen. Das Heizen erfolgt geregelt, wobei bei der Regelung der Heiztempera- tur eine hohe Regelgüte einzuhalten ist. Um nun die Regelgüte nicht unnötig zu verschlechtern, wird zur Überwachung der Funktion der Heizelemente 5, 6, 7, 8, 9 und 10 die Überwachungsfunktion lediglich während des Zeitraumes von einer oder weniger Halbwellen des Wechselstromes aktiviert. Während der Aktivierung ist nur ein Heizelement bestromt, so dass mit einem Sensor 12 lediglich der Messwert für dieses bestromte Heizelement 5 ,6 ,7 gemessen wird. Für die Überwachung von mehreren Heizelementen 5 ,6 ,7 ist also nur ein Sensor 12 notwendig, wie dies bei der elektrischen Heizvorrichtung 1 dargestellt ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Überwachung einer elektrischen Heizvorrichtung (1,3), welche zumindest ein Heizelement (5,6,7,8,9,10) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein vom Widerstand und/oder der Induktivität des elektrischen Heizelementes (5,6,7,8,9,10) abhängiger Messwert gemessen wird, wobei die Messung mittels einer Abtastung des Messwertes durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die elektrische Heizvorrichtung zumindest zwei Heizelemente (5,6,7,8,9,10) aufweist, wobei ein vom Widerstand und/oder der Induktivität der elektrischen Heizelemente abhängiger Messwert zumindest zweier Heizelemente (5,6,7,8,9,10) gemeinsam gemessen wird, wobei während der Messung die Bestromung zumindest eines Heizelementes (5,6,7 ,8,9,10) ganz oder teilweise eingestellt wird, wonach der gemessene Wert mit einem Vergleichswert verglichen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Messung auf ein Triggersignal synchronisiert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Bestromung der Heizelemente (5,6,7,8,9,10) zumindest zwei elektrische Phasen verwendet werden, wobei der gemeinsam gemessene Wert zumindest zwei elektrische Phasen betrifft, wobei während der Mes- sung lediglich eine elektrische Phase stromführend ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Heizelemente (5,6, 7,8,9,10) zum Schmelzen eines Kunststoffes verwendet werden, wobei dies insbesondere die Verwendung bei einer Kunststoffspritzgießmaschine (20) betrifft.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine Überwachungseinrichtung 14 mit einer Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung 15 datentechnische verbunden ist, wobei die Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung 15 zur Regelung und/oder Steuerung der Heizelemente (8,9,10) vorgesehen ist, wobei zur Überwachung Regelungs- und/oder Steuerungsdaten verwendet werden.
7. Vorrichtung zur Überwachung einer elektrischen Heizvorrichtung (1,3), welche ein Heizelement (5,6,7,8,9,10) oder zumindest zwei elektrisch parallel oder unabhängig speisbare Heizelemente (5,6,7,8,9,10) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein Sensor für eine Messung eines vom Widerstand und/oder der Induktivität des elektrischen Heizelementes (5,6,7,8,9,10) abhängigen Wertes vorgesehen ist, wobei zur Messung insbesondere ein Momentanwertwandler 12 vorgesehen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zumindest zwei Heizelemente (5,6,7,8,9,10) getrennt voneinander von zumindest zwei Relais (16,17,18) speisbar sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, dass eine dass eine Überwachungseinrichtung 14 mit einer Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung 15 datentechnische verbunden ist, wobei die Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung 15 zur Regelung und/ oder Steuerung der Heizelemente (8,9,10) vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass diese bei der Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 verwendet wird.
11. KunststoffSpritzgießmaschine (20) welche eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9 aufweist.
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