WO2009047170A1

WO2009047170A1 - Verfahren zum kühlen mehrerer wärmeerzeugender komponenten sowie kühlsystem

Info

Publication number: WO2009047170A1
Application number: PCT/EP2008/063084
Authority: WO
Inventors: Robert Weinmann; Mario Hofmann
Original assignee: Netstal Maschinen Ag
Priority date: 2007-10-02
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2009-04-16
Also published as: DE102008003724A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Kühlsystem zum Kühlen mehrerer Wärmequellen bzw. wärmeerzeugender Komponenten (60 - 65) einer Spritzgiess-maschine. Das Kühlsystem weist einen sekundären Kreislauf (25), bestehend aus einem Tank (1 ), einer Pumpe (2), Wärmequellen (60 - 65) sowie einem Wärmetauscher (9) auf sowie einen primären Kühlkreis (24), mittels dem das Kühlmedium (26) des sekundären Kreislaufes (25) gekühlt wird. Die Besonderheit der Erfindung liegt darin, dass das Kühlmedium (26) des sekundären Kreislaufes (25) im Vorlauf (14) zwischen dem Tank (1 ) und den Wärmequellen (60 - 65) durch den primären Kühlkreis (24) gekühlt wird. Die Temperaturregelung erfolgt auf der Basis eines Temperaturregelzyklus (39). Diese ist unabhängig des Spritzzyklus.

Description

Verfahren zum Kühlen mehrerer wärmeerzeugender Komponenten sowie

Kühl System

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen mehrerer Wärmequellen bzw. wärmeerzeugender Komponenten einer Spritzgiessmaschine mit einem sekundären Kreislauf, bestehend aus einem Tank, einer Pumpe, Wärmequellen sowie einem Wärmetauscher, ferner einem primären Kühlkreis, mittels dem das Kühlmedium des sekundären Kreislaufes gekühlt wird. Die Erfindung betrifft ferner ein Kühlsystem mit mehreren wärmeerzeugenden Komponenten einer Spritzgiessmaschine, mit einem sekundären Kreislauf, bestehend aus einem Tank, einer Pumpe, Wärmequellen sowie einem Wärmetauscher, ferner einem primären Kühlkreis, mittels dem das Kühlmedium des sekundären Kreislaufes kühlbar ist.

Stand der Technik

Spritzgiessmaschinen unterscheiden sich in mehreren Aspekten von anderen industriellen Verarbeitungsmaschinen. Dabei ist ein zentrales Charakteristikum bei Spritzgiessmaschinen der Spritzzyklus. Ein Spritzzyklus wird als ein Ablauf verstanden, welcher alle Schritte des Spritzvorgangs enthält, die notwendig sind, um ein Spritzteil und bei Vielfachwerkzeugen eine Anzahl Spritzteile entsprechend den Formnestern eines Spritzwerkzeuges zu produzieren. Der Spritzzyklus umfasst vom Zeitpunkt des Formschliessens die Einspritzung der Schmelze in die Formnester, eine Phase der Druck- und Nachdruckerzeugung, die Abkühlung der Spritzteile, das Öffnen der Formen und das Entnehmen der zumindest teilweise formverfestigten Spritzteile sowie das Wiederverschliessen der offenen Formhälften. Die Dauer eines ganzen Spritzzyklus ist sehr unterschiedlich und liegt im Extremfall im Bereich einer Sekunde, beispielsweise für die Herstellung von dünnen Platten, wie CD's oder im Bereich von 8 bis 20 Sekunden im Falle von Preformen oder bis zu einer halben Minute bei grossen Spritzkörpern. Die Temperatur der heissen Schmelze kann in der Einspritzphase im Bereich von 180⁰C bis zu 400⁰C liegen. In den Spritzwerkzeugen müssen die Spritzteile rasch und sehr intensiv abgekühlt werden, vor allem damit die Spritzteile sehr schnell eine genügende Formfestigkeit bekommen. Die Spritzteile sollen ohne Schaden aus den Formen ausgestossen und abgeworfen oder mittels Entnahmerobotern einem nachfolgenden Kühler ausserhalb der Spritzformen übergeben werden können, bis sie eine Lager- bzw. Transportfestigkeit erreichen. Mechanisch betrachtet benötigt der ganze Vorgang je spezifische Baugruppen:

• einen Formschluss mit Antrieb,

• einen Antrieb, sowohl für eine Rotationsbewegung wie auch eine Linearbewegung der Einspritzschnecke für die Schmelze,

• ein ganzes Spritzaggregat mit Antrieb für eine Zu- und Wegstellung der Spritzdüse an die Spritzform,

• für viele Anwendungsfälle eine Formhöhenverstellung,

• ferner eine Ausstossereinrichtung für das Ausstossen der Spritzteile aus der einen der Formhälften

• und allenfalls weitere HilfsVorrichtungen, wie z.B. Entnahmeroboter.

Die neue Erfindung richtet sich insbesondere an elektrisch angetriebene, allenfalls an Hybridmaschinen mit sowohl hydraulischen wie auch elektrischen Antrieben.

Das zentrale Problem bei elektrischen Antrieben liegt darin, dass jeder Antriebsmotor innerhalb eines Spritzzyklus nur über sehr kurze Zeit, in der Regel nur über Sekunden oder sogar Bruchteile von Sekunden, eine Höchstleistung abgeben muss und in dieser Zeit maximal erwärmt wird. Diese Wärme muss über entsprechende Kühleinrichtungen abgeführt werden. Im Stand der Technik kennt man verschiedene Lösungen.

An ein Kühlsystem werden vor allem drei Anforderungen gestellt:

1. Mit der Kühlung soll primär eine Überhitzung der wärmeerzeugenden Komponenten, beispielsweise der Motoren wie der Gleichrichter verhindert werden, bzw. es soll eine bestimmte Temperatur nicht überschritten werden.

2. Mit der Kühlung soll vermieden werden, dass die Aussentemperatur der von dem Kühlmedium beaufschlagten Bauteile nicht unter den Bereich von 25°C fällt bzw. dass in keiner Situation Kondensationsprobleme an den äusseren Bauteilen auftreten.

3. Mit der Kühlung sollen ferner die wärmeerzeugenden Komponenten, gleicherweise wie Umrichter, innerhalb einer optimalen Temperaturbandbreite gehalten werden. Dies im Hinblick auf eine lange Lebensdauer wie auch auf optimale Wirkungsgrade der Komponenten.

Im jüngeren Stand der Technik hat sich ein generelles Kühlkonzept durchgesetzt, welches mit zwei Kühl kreisen arbeitet:

• einem geschlossenen Sekundärkreislauf mit einem Kühlmittel. Dieser umfasst ein Reservoir, eine Pumpe, einen Wärmetauscher sowie die am Kühlkreis angeschlossenen Elektromotoren und Umrichter,

• ferner einem Primärkühlkreis, bei dem als Kühlmittel meistens Kühlwasser verwendet wird. Mit dem primären Kühlkreis wird, so weit notwendig, die Wärme des Wärmetauschers abgeführt.

Für den Sekundärkühlkreislauf kann mit vorgegebenem Kühlmitteldurchsatz oder aber über die Steuerung der Liefermenge der Pumpe bedarfsangepasst die erforderliche Kühlleistung sichergestellt werden. Der Primärkühlkreis wird auf eine optimale Temperatur des Mediums im Sekundärkreislauf geregelt. Eine der am meisten verbreiteten Lösungen für das Problem bei Spritzgiessmaschinen ist in der EP 756 809 dargestellt. Die Praxis zeigt, dass damit eine Temperaturregelung von sehr hoher Stabilität und Sicherheit erreicht wird. Die EP 756 809 schlägt einen ersten sowie einen zweiten Flüssigkeitsmittelkreislauf vor, ferner einen Flüssigkeitskühlmittelverteiler sowie einen Wärmetauscher. Mit dem Flüssigkeitskühlmittelverteiler wird die Verbindung zwischen dem Vorratsbehälter sowie den jeweiligen Einlassen der ersten und zweiten Kühlmittelkreisläufe hergestellt. Der Wärmetauscher wird mit den jeweiligen Kühlmittelauslässen den ersten und zweiten Kühlmittelkreisläufen angeordnet. Mit einer Flüssigkeitskühlmittel- Rückführleitung wird das Kühlmedium von dem Wärmetauscher zum Vorratsbehälter geleitet. Die Pumpe wird im Vorlauf nach dem Vorratsbehälter und vor dem Flüssigkeitskühlmittelverteiler angeordnet.

Der Vorteil dieser Lösung liegt darin, dass im Tank eine Mischung aller Rückläufe stattfindet. Bei Erkennen einer Abweichung der Tanktemperatur wird eine Aktivierung der Kühlung in die Wege geleitet. Die Tanktemperatur wird auf einen Temperatur- Soll-Wert geregelt.

Die Wärmeerzeugung bei den wärmeerzeugenden Komponenten einer Spritzgiessmaschine ist ein extrem dynamischer Vorgang. Dies etwa im Unterschied zu klassischen Kühlaufgaben, auch im Vergleich etwa zu Verbrennungsmotoren.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung wurde nun die Aufgabe gestellt, nach Lösungen zu suchen, welche den Anforderungen in Bezug auf die ausserordentliche Dynamik der Abläufe bei Spritzgiessmaschinen Rechnung tragen und die Kühlwirkung näher an die wärmeerzeugenden Komponenten bringt.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium des sekundären Kreislaufes im Vorlauf zwischen dem Tank und den Wärmequellen durch den primären Kühlkreis gekühlt wird.

Das erfindungsgemässe Kühlsystem ist dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher des sekundären Kreislaufes im Vorlauf zwischen dem Tank und den Wärmequellen angeordnet ist.

Von den Erfindern ist erkannt worden, dass im Stand der Technik der Wärmetauscher nur aufgrund eines Vorurteils im Rahmen der Kühltechnik nicht im Vorlauf angeordnet wurde. Ein erster Laborversuch zeigt gemäss Figur 2 eine Lösung, bei der der Wärmetauscher im Vorlauf angeordnet ist mit einem extremen Bild von kurzzeitigen Spitzen des Temperaturverlaufes. Dies, obwohl die Kühlleistungen eine kleine Schwankungsbreite aufweisen (unterer Figurenteil). Der obere Figurenteil veranschaulicht ein Laborresultat, wie es im Rahmen der allgemeinen Kühltechnik zu erwarten war mit Spitzenabweichungen bis zu 10⁰C. Wie eingangs erläutert, wären derart hohe Temperaturspitzen bei wärmeerzeugenden Komponenten der Spritzgiessmaschine nicht zulässig.

Die klassische Regeltechnik lehrt, dass eine Lösung mit einer Vielzahl von Messpunkten einer Lösung mit einer nur punktuellen Messwerterfassung immer überlegen ist. Es wurde übersehen, dass es sich bei der Kühlung der Komponenten von Spritzgiessmaschinen um einen Sonderfall handelt, da der Spritzzyklus in relativ weiten Zeitgrenzen variieren und eine Zeitdauer im Sekundenbereich umfassen kann. Das Ziel der Steuerung / Regelung des Spritzgiessprozesses ist eine möglichst identische Aufeinanderfolge von Spritzzyklen. Die Spritzteile von allen aufeinanderfolgenden Zyklen sollen in jeder Beziehung identisch sein. Damit sind aber auch die in jeder Komponente erzeugten Wärmemengen und die entsprechenden Temperaturanstiege des Kühlmediums in beliebiger Repetition nahezu gleich. Die Erwärmung der Wärmequellen erfolgt maximal im Sekundenbereich. Allein der Wärmefluss von den Wärmeerzeugerstellen bis zu den Kühlflächen benötigt in der Regel ein Mehrfaches der Zeit eines Spritzzyklus. Damit ist aber eine Regelung innerhalb eines Spritzzyklus fragwürdig. Wie anhand besonders vorteilhafter Ausgestaltungen gezeigt wird, kann verhindert werden, dass die Regelung „verrückt" spielt und dass Aufschaukelungen vermieden werden. Die Regelung wird gleichsam auf weiten Strecken eines Spritzzyklus blind gemacht für den exakten Temperaturverlauf. Bereits erste Laborversuche mit der neuen Lösung zeigten überraschende Erfolge. Der Erfinder hat den Vorteil, dass er die bisherige Vorurteile im Rahmen der Kühltechnik auf die Seite schieben kann, wenn die konkreten Erfolge seine Erfindung bestätigen.

Die neue Erfindung gestattet eine ganze Anzahl vorteilhafter Ausgestaltungen. Es wird dazu auf die Ansprüche 2 bis 11 sowie 13 bis 22 Bezug genommen.

Gemäss einem besonders vorteilhaften Ausgestaltungsgedanken wird die Pumpe des sekundären Kreislaufes wie auch der Wärmetauscher zwischen dem Tank und den Wärmequellen angeordnet. Vorteilhafterweise wird die Basistemperatur für die Temperaturregelung des sekundären Kreislaufes am Ausgang des Wärmetauschers erfasst. Ferner schlägt die neue Erfindung vor, dass ein Temperaturregelzyklus definiert wird und die Basistemperatur für die Temperaturregelung am Ende eines Temperaturzyklus gemessen wird. Damit löst sich die neue Erfindung nicht nur von dem Spritzzyklus, sondern gestattet für die Temperaturregelung des Kühlmittels, sich frei zu machen von dem zyklisch extrem schwankenden Wärmeanfall bei den Wärmeerzeugern. Besonders bevorzugt wird der primäre Kühlkreis durch kurzzeitige stossweise Zugabe von Kühlwasser oder eines anderen Kühlmittels gesteuert, wobei für die Errechnung der Kühlmittelmenge die Basistemperatur des vorangehenden Regelzyklus für den nachfolgenden Regelzyklus eingesetzt und entsprechend die Öffnungs-Zeitdauer für das Kühlwasser pro Zyklus festgelegt wird.

Die Zeitdauer für einen Regelzyklus kann vollständig unabhängig von dem Spritzzyklus festgelegt werden. Dies gestattet bei der Konzipierung des Kühlsystems, bereits beim Maschinenhersteller eine optimale Kühlregelung zu erarbeiten. Der Spritzgiesser kann seinen Spritzzyklus nach seinem Bedarf frei festlegen. Die neue Erfindung gestatet, dies in beliebiger Kombination unterschiedlicher wärmeerzeugender Komponenten zu nutzen. So kann es sich bei den wärmeerzeugenden Komponenten um Antriebsmotoren, insbesondere Servomotoren und Umrichter und / oder um einen Schaltschrank und / oder eine Hydraulik- Zusatzantrieb und / oder um rein mechanische Elemente und / oder das Bediengerät handeln. Bei einigen Anwendungen sind im sekundären Kreislauf Schaltventile nicht erwünscht. Es wird vorgeschlagen, den Wasserdurchfluss als kontinuierlichen steuerbaren Fluss, zum Beispiel bei den Anwendungen Steuerschrank, Bedieneinheit sowie Hydraulik-Antrieben mittels Servoventilen zu regeln bzw. zu steuern.

Wie in der Folge noch dargelegt wird,

1. wird ein Ist-Wert bzw. ein Basistemperatur-Wert erfasst und dieser mit einem Soll-Wert verglichen.

2. Als Stellgrösse wird der Kühlwasserfluss, insbesondere die Zeitdauer des Kühlwasserflusses pro Regelzyklus im primären Kühlkreis errechnet.

3. Die Korrekur findet jedoch nicht im selben Regelzyklus sondern erst in dem nachfolgenden statt.

Es ergibt sich für den

Regler-Messwert: (T-Ist - T-SoII) ΔT Regler-Eingriff: T = k • ΔT + k • (ΔT) • .

Wenn die Temperaturdifferenz im Rahmen einer zulässigen Bandbreite liegt, findet kein unmittelbarer Regler-Eingriff statt.

Gemäss einem weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsgedanken wird die Temperatur für die Temperaturregelung punktuell in wenigstens einem definierten Zeitabschnitt innerhalb eines Regelzyklus, vorzugsweise immer dem selben Zeitabschnitt innerhalb eines Regelzyklus, gemessen. Bevorzugt wird die Temperatur nur punktuell und nur einmal pro Regelzyklus gemessen. Die Temperaturmessung erfolgt in einer möglichst stabilen Phase des Regelzyklus. Bevorzugt erfolgt die Temepraturmessung im Bereich der erwartungsgemässen maximalen Kühlmediumtemperatur am Ende von jedem Regelzyklus.

Ganz besonders bevorzugt erfolgt die Temperaturmessung mittels eines gedämpften Temperatursensors, wobei dynamische Temperatursprünge innerhalb eines Regelzyklus ausgefiltert, gemittelt oder ganz einfach nicht erfasst werden. Aus praktischen Zwecken kann die Temperatur für die Temperaturregelung im Tank oder direkt nach dem Wärmetauscher gemessen werden. Der Wärmetauscher mit Pumpe, Tank und die Regeleinrichtung für den Wasserdurchsatz können örtlich kompakt zusammengefasst werden. Die neue Erfindung erlaubt ferner, die wärmeerzeugenden Komponenten in dem sekundären Kreislauf seriell oder parallel anzuordnen. Vorrichtungsgemäss kann die Temperaturregelung eine Zeitsteuerung für die Temperaturmesswerterfassung für wenisgtens einen definierten Zeitabschnitt während eines Regelzyklus aufweisen. So wie alle Parameter in Bezug auf beliebig viele Spritzzyklen, beispielsweise Zeit und Druck, eine sehr hohe Konstanz aufweisen, so gilt dies auch für den Parameter Kühltemperatur. Dies gilt zumindest für den normalen Spritzzyklus ohne die Startphase. Der Sensorteil für die Temperaturmesswerterfassung wird bevorzugt mit einem Dämpfungselement, insbesondere einer Kunststoffkappe, umhüllt. Durch das Dämpfungselement wird die Ist-Temperatur für die Regelung nicht mehr als momentaner bzw. als echter Ist-Wert- Verlauf erfasst. Auf diese Weise werden zusätzlich die dynamischen Temperatursprünge für die Temperaturregelung ausgeblendet. Der Temperatursensor für die Temperaturregelung kann im Tank oder direkt nach dem Wärmetauscher angeordnet werden. Die Pumpe wird bevorzugt direkt an dem Tank angeflanscht. Der Tank weist eine offene winklige Form auf, wobei der Wärmetauscher in der offenen Winkelform angeordnet ist. Vorteilhafterweise bilden der Tank, der Wärmetauscher sowie die Pumpe eine Baugruppe, welche auch die Verbindungsleitungen vom Tank zur Pumpe sowie von der Pumpe zum Wärmetauscher, ferner Temperatursensoren sowie das Regelventil aufweist. Das Kühlsystem verfügt wenigstens über einen wassergekühlten Elektromotor, bevorzugt alle wassergekühlten Elektromotoren, sowie wenigstens einen wassergekühlten Umrichter.

Die neue Lösung bringt zum Teil überraschende Vorteile:

• Das Regelziel, nämlich das Einhalten einer engen Regelbandbreite für das Kühlmedium kann optimal erreicht werden.

• Die Temperaturregelung trägt dem dynamischen Prozess vollständig Rechnung, wobei das Tankvolumen eine störende Wirkung der Spitzenwerte abschwächt.

• Das gekühlte Wasser geht direkt an die Verbraucher bzw. an die jeweils angeschlossenen Komponenten.

• Die Kühlwirkung ist damit nahe an den Verbrauchern.

• Die zu kühlenden Komponenten können in wohlweiser Kombination bedient werden.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Die Figur 1 a zeigt eine Lösung gemäss der EP 756 809 mit einem Wärmetauscher vor dem Tank als Stand der Technik.

Die Figur 1 b zeigt die Temperaturschwankungen bei einem Vorversuch, wenn der Wärmetauscher nach dem Tank angeordnet ist. Die Erfindung wird nun anhand einiger Ausführungsbeispiele mit weiteren Einzelheiten erläutert. Es zeigen:

Die Figur 2a zeigt eine Lösung gemäss der neuen Erfindung mit dem Wärmetauscher sowie der Pumpe im Vorlauf, also nach dem Tank;

Die Figur 2b zeigt ein weiteres Beispiel der erfindungsgemässen Lösung mit einer Vielzahl von unterschiedlichen wärmeerzeugenden Komponenten, welche je nach Stellung eines Servoventiles am Kühlreis angeschlossen sind;

die Figur 3 zeigt den Temperaturverlauf als Temperatur-Ist-Werte über mehrere Regelzyklen, wobei die Temperaturmesswerte mit und ohne Dämpfungselement für den Temperatursensor dargestellt sind;

die Figur 4 zeigt oben den Temperatur- Ist-Wert während einer gorssen Zahl von Spritzzyklen und unten den dazugehörigen Verlauf der Kühlleistung sowie den Verlauf der Stellgrösse Kühlen;

die Figur 5 zeigt eine weitere Messwertaufnahme gemäss der neuen Erfindung mit einem Temperatur-Ist-Wert vom Regler her gesehen;

die Figur 6 zeigt oben einen Temperatur-Ist-Werte-Verlauf mit den für die erfindungsgemässe Regelung gewählten Messpunkten in Bezug auf einen ganzen Regelzyklus und unten die Stellgrösse Kühlen sowie den Spannungsverlauf am Ventil;

die Figur 7 zeigt eine Baugruppe mit einem Tank, einem Wärmetauscher, einer Pumpe sowie einem Verteilerblock. Wege und Ausführungen der Erfindung

Die Figur 1 a zeigt eine Lösung des Standes der Technik entsprechend der EP 756 809, welche einen Sekundärkreislauf mit Reservoir 1 , eine Zentrifugalpumpe 2, einen Flussteiler 3 sowie eine Umrichterkühlung 4, ferner vier Wärmeerzeuger, einen Einspritzmotor 5, einen Formschliessmotor 6, einen Extrusionsmotor 7 sowie einen Einspritzmotor 8 aufweist. Der Wärmetauscher 9 ist vor dem Tank bzw. dem Reservoir 1 angeordnet. Gemäss dargestellter Lösung sind alle Wärmeerzeuger parallel geschaltet und werden in dem Wärmetauscher 9 zusammengeführt. Der Ausgang 10 des Wärmetauschers ist mit dem Eingang 11 des Reservoirs bzw. des Tankes 1 als Rücklauf des sekundären Kühlkreislaufes 12 verbunden. Der Vorlauf 14 ist mit dem Auslauf 13 des Tankes sowie dem Zulauf 15 der Pumpe 2 angeschlossen. Der Ausgang 16 der Pumpe 2 ist mit dem Eingang 17 des Flussteilers 3 bzw. mit dem Eingang 18 der Wärmeerzeuger verbunden. Der erste Kühlkreis besteht aus einem Wasserzulauf 19 (IN), einer Wasserabführleitung 20, einem Regelventil 21 sowie einer Abführleitung 22 für das Kühlwasser (OUT).

Die Figur 1 b zeigt das Temperatur-Messresultat des Temperaturvorlaufes eines ersten Laborversuches bei einem Kühlsystem, etwa gemäss Figur 1a, jedoch mit einem Wärmetauscher 9 nach dem Tank 1 , das heisst im Vorlauf des sekundären Kreislaufes. Das Resultat war an sich zu erwarten, wie es in der klassischen Kühltechnik bekannt und eigentlich „verboten" ist. Nach der gängigen Kühlregeltechnik ist bei entsprechend extremen Spitzenschwankungen der einzelnen Spitzen der Temperaturmesskurve 50 die Regelung nicht beherrschbar. Eine Bandbreite von bis zu 10⁰C ist für die Kühlung der wärmeerzeugenden Komponenten nicht zulässig. Die untere Kurve 51 zeigt den Verlauf der Kühlleistung in kW. Die Spitzen 51 werden von den einzelnen Spritzzyklen hervorgerufen.

Im Unterschied zur Figur 1 a ist in der Figur 2a der Wärmetauscher 9 gemäss der neuen Erfindung im Vorlauf 14, direkt nach der Pumpe 2, angeordnet. Die Figur 2a weist drei Temperaturfühler 30, 31 , sowie 32 auf. Die Temperaturfühler 31 und 32 waren nur zur Kontrolle der Versuche vorgesehen. Der für die Temperaturregelung massgebende Temperaturfühler ist der Fühler 30, welcher über eine Signalleitung 33 mit einem Regelgerät 34 und dem Regelventil 21 verbunden ist. Der Pumpenmotor hat das Bezugszeichen 23.

Die Figur 2b zeigt eine weitere Ausgestaltung der neuen Erfindung für eine Vielzahl von wärmeerzeugenden Komponenten. Es handelt sich dabei um mechanische Komponenten 60, einen Elektroschrank 61 , Umrichter 62, eine Bedieneinheit 63, M- Motoren 64 sowie Hydraulikantriebe 65. Gemäss der Figur 2a werden, wie dargestellt, Motoren und Umrichter immer gleichzeitig gekühlt. Bei den M-Motoren 64 handelt es sich um die Antriebsmotoren der einzelnen Aggregate der Spritzgiessmaschine entsprechend der Figur 1 a. Gemäss Figur 2b können wahlweise einzelne Komponenten in beliebiger Kombination gekühlt werden. Dafür ist jeweils im Zulauf ein Steuer- / regelbares Servoventil 66, 66', 66", usw. angeordnet. Über eine Computer- bzw. Maschinensteuerung 67 können die einzelnen Kühlsektoren von Fall zu Fall ausgewählt werden.

Dafür sind die entsprechenden Steuer- bzw. Signalleitungen 68 vorgesehen. Das Regelventil 21 ist über eine Signalleitung 69 und der Pumpenmotor 23 über eine Signalleitung 70 mit der Maschinensteuerung 67 verbunden. Der primäre Kühlkreis ist mit dem Bezugszeichen 24 und der sekundäre Kühlkreislauf mit dem Bezugszeichen 25 bezeichnet. Das Kühlmedium des sekundären Kreislaufes 25 hat das Bezugszeichen 26.

Die Figur 3 zeigt die Temperaturverlaufskurve 35 des Kühlmediums entsprechend der Figuren 2a und 2b ohne Dämpfungslement 37 resp. die Kurve 36 mit Dämpfungselement 37 über mehrere Regelzyklen.

Die Figur 4 zeigt einen Temperaturverlauf 71 (vom Regler her gesehen) einer Vielzahl von Regelzyklen zwischen Start und Stopp der Maschine und mit relativ stabilem mittlerem Temperaturverlauf von einer Versuchsreihe. Die Soll-Temperatur liegt bei 25°C (obere Figur). Die untere Figur zeigt den realen Verlauf der Stellgrösse Kühlen 72 sowie die Kühlleistung 73 des selben Versuches.

Die Figur 5 zeigt eine weitere Messwertaufnahme gemäss der neuen Erfindung. Die Regelung funktioniert mit höchster Präzision, weil die Temperatur in ⁰C "Celsius" immer zur gleichen Zeit im Regelzyklus ermittelt wird und hier das Thermoelement mit einer Kunstststoffkappe versehen wurde. Die vom "Celsius" gemessene Temperatur ist sehr stabil. Der Regler wurde auch bei kleineren oder grosseren Kühlleistungen nicht instabil.

Die Figur 6 zeigt zwei optimale Messkurven bei einem Messpunkt 40 als Ist-Wert- Erfassung am Ende eines Messzyklus. Die gerade Linie 41 stellt den effektiv gemessenen „Temperatur-Ist-Wert" als Basis für die Temperaturregelung dar. Die Kurve 42 stellt den realen Temperaturverlauf des Kühlmediums während eines Regelzyklus dar. Im unteren Figurenteil ist entsprechend der jeweiligen Temperaturmesswerte als Stellgrösse die Öffnungszeit des Kühlwasserventils 43 als Funktion der Spannung am Kühlwasserventil 44 dargestellt. Das Bezugszeichen 39 stellt einen Temperaturregelzyklus dar.

Die Figur 7 zeigt eine Baugruppe eines erfindungsgemässen Kühlsystems mit einem Tank 1 , einem Wärmetauscher 9 sowie einer Pumpe 2 mit einem Pumpenmotor 23, welche das Kühlmedium direkt aus dem Tank 1 ansaugt. Über eine Leitung 19 wird dem Wärmetauscher 9 frisches Wasser zugeführt und über die Leitung 20 erwärmtes Wasser abgeführt. Die Zu- und Abfuhr des Kühlwassers kann auch in der umgekehrten Richtung erfolgen. Das Kühlwasser kann im Gleichstrom oder im Gegenstrom zu dem Fluss des sekundären Kreislaufes fliessen. Der Wärmetauscher 9 sowie die Leitungen 19 und 20 gehören zum primären Kühlkreis. Die Zentrifugalpumpe 2 ist über ein Rohrstück an einen Eingangsstutzen 76 des Wärmetauschers 9 angeschlossen. Der Vorlauf 14 führt über einen Ausgangsstutzen 77 sowie eine Verbindungsleitung 14, 78 direkt zu einem Vorlaufstutzen 79 eines Verteilerblockes 80. Die Rückführleitung 81 von dem Verteilerblock 80 führt zurück zum Reservoir bzw. Tank 1. Vom Verteilerblock 80 führen Verbindungsleitungen entsprechend der Pfeile 82 zu den einzelnen wärmeerzeugenden Komponenten, welche jeweils gekühlt werden müssen. Auf der rechten Seite des Verteilerblockes 80 befinden sich die Rückläufe, entsprechend der Pfeile 83, von den Verbrauchern bzw. der angeschlossenen wärmeerzeugenden Komponenten. Mit dem Bezugszeichen 84 ist ein Nachfülldeckel und mit 85 ein Niveau-Schalter bezeichnet.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Kühlen mehrerer Wärmequellen bzw. wärmeerzeugender Komponenten einer Spritzgiessmaschine mit einem sekundären Kreislauf, bestehend aus einem Tank (1), einer Pumpe (2), den Wärmequellen sowie einem Wärmetauscher (9), ferner einem primären Kühlkreis (24), mittels dem das Kühlmedium des sekundären Kreislaufes (25) gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium (26) des sekundären Kreislaufes (25) im Vorlauf (14) zwischen dem Tank (1) und den Wärmequellen durch den primären Kühlkreis (24) gekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (2) des sekundären Kreislaufes (25) wie auch der Wärmetauscher (9) zwischen dem Tank (1) und den Wärmequellen angeordnet sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den wärmeerzeugenden Komponenten um Antriebsmotoren (64), insbesondere Servomotoren und Umrichter (62) und / oder um einen Schaltschrank (61) und / oder einen Hydraulik-Zusatzantrieb (65) und / oder um rein mechanische Elemente (60) und / oder eine Bedieneinheit (63) handelt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den wärmeerzeugenden Komponenten wenigstens um eine Antriebsmotor- (64) sowie eine Umrichterkühlung (4, 62) handelt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Basistemperatur die Temperatur des sekundären Kreislaufes (25) erfasst und ein Temperaturregelzyklus (39) definiert und die Basistemperatur für die Temperaturregelung am Ende (40) eines Temperaturregelzyklus (39) gemessen wird.

6. Verfahren nach Ansprüche 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Basistemperatur die Temperatur am Ausgang des Wärmetauschers (10) erfasst wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des primären Kühlkreises (24) durch kurzzeitige stossweise Zugabe von Kühlwasser oder eines anderen Kühlmittels gesteuert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für die Errechnung des Kühlmittelmengen-Durchflusses für den primären Kühlkreis (24) die Basistemperatur des vorangehenden Regelzyklus für den nachfolgenden Regelzyklus eingesetzt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitdauer für einen Temperaturregelzyklus (39) unabhängig eines Spritzzyklus (51 ) festgelegt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturmessung mittels eines gedämpften Temperatursensors (30, 37) erfolgt, sodass dynamische Temperatursprünge innerhalb eines Spritzzyklus ausgefiltert bzw. gemildert werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeerzeugenden Komponenten in dem sekundären Kreislauf (25) seriell oder parallel angeordnet sind.

12. Kühlsystem mit mehreren wärmeerzeugenden Komponenten einer Spritzgiessmaschine, mit einem sekundären Kreislauf (25), bestehend aus einem Tank (1), einer Pumpe (2), Wärmequellen sowie einem Wärmetauscher (9), ferner einem primären Kühlkreis (24), mittels dem das Kühlmedium (26) des sekundären Kreislaufes (25) kühlbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (9) des sekundären Kreislaufes (25) im Vorlauf (14) zwischen dem Tank (1 ) und den Wärmequellen (4 - 8, 60 - 65) angeordnet ist.

13. Kühlsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es Steuer- / Regelmittel (67) aufweist für eine Steuerung / Regel der Kühlleistung auf der Basis eines Temperaturregelzyklus (39).

14. Kühlsystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturregelzyklus (39) unabhängig des Spritzzyklus (51) festleg bar ist.

15. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturregelung eine Zeitsteuerung für die Temperaturmesswerterfassung für wenisgtens einen definierten Zeitabschnitt während eines Temperaturregelzyklus (39) zugeordnet ist.

16. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorteil (30) für die Temperatur-Messwerterfassung mit einem Dämpfungselement (37), insbesondere einer Kunststoffkappe, umhüllt ist.

17. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (30, 31 , 32) für die Temperaturregelung im Tank (1 ) oder nach dem Wärmetauscher (9) angeordnet ist.

18. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (2) direkt an dem Reservoir bzw. dem Tank (1) angeflanscht ist.

19. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Tank (1) eine offene winklige Form aufweist, wobei der Wärmetauscher (9) in der offenen Winkelform angeordnet ist.

20. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Tank (1), der Wärmetauscher (9) sowie die Pumpe (2) eine Baugruppe bilden, welche auch die Verbindungsleitungen vom Tank (1) zur Pumpe (2) sowie von der Pumpe (2) zum Wärmetauscher (9) aufweist.

21. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den wärmeerzeugenden Komponenten um Antriebsmotoren (64), insbesondere Servomotoren und Umrichter und / oder um einen Schaltschrank (61) und / oder einen Hydraulik-Zusatzantrieb (65) und / oder um rein mechanische Elemente (60) und / oder um Umrichter (62) und / oder eine Bedieneinheit (63) handelt.

22. Kühlsystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass es wenigstens einen wassergekühlten Elektromotor (64) sowie wenigstens einen wassergekühlten Umrichter (62) aufweist.