AT515948B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Temperierung eines Formwerkzeugs - Google Patents

Abstract

Temperiervorrichtung zur Temperierung eines Formwerkzeugs (3) mit zumindest einem Signaleingang (15) mittels welchem zumindest ein Parametersignal einem Prozessor zuführbar ist, wobei der Prozessor dazu ausgebildet ist, aus zumindest einem Temperierparameter, welcher das zumindest eine Parametersignal oder eine daraus abgeleitete Größe ist, eine für das Erreichen eines im Wesentlichen thermisch stationären Zustands des Formwerkzeugs (3) charakteristische Größe zu berechnen und an eine Ausgabevorrichtung (6) weiterzugeben, welche zur Ausgabe der charakteristischen Größe an einen Bediener und/oder an eine Maschinensteuerung geeignet ist.

Description

Beschreibung [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Temperiervorrichtung mit den Merkmalen desOberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs desAnspruchs 17.

[0002] Im Folgenden wird der Stand der Technik anhand eines Formwerkzeugs einer Spritz¬gießmaschine dargelegt. Analoge Aussagen gelten aber ebenfalls für Formwerkzeuge beiPressen, Spritzpressen und dergleichen.

[0003] Für die Formteilqualität eines mittels einer Spritzgießmaschine hergestellten Formteils istunter Anderem die Temperatur des Formwerkzeugs, insbesondere an der Kavitätenoberfläche,wichtig. Ist die Temperatur hier zu niedrig, kann ein zu schnelles Aushärten der Schmelze beimEintritt in die Formkavität zu Defekten, besonders an der Oberfläche des Formteils, führen.

[0004] Um dies zu vermeiden, wird im Stand der Technik eine Temperierung des Formwerk¬zeugs durchgeführt. Dies ist beispielsweise in der DE 10 2005 019 890 B3 beschrieben. Es wirdein Temperiermedium durch zumindest einen Temperierkanal im Formwerkzeug gefördert, umdas Formwerkzeug auf eine akzeptable Temperatur zu bringen.

[0005] Im Regelfall werden mehrere Temperierkanäle im Formwerkzeug vorgesehen, welchedurch einen gemeinsamen Vorlauf gespeist werden. Bevorzugt ist dabei eine Variante, beiwelcher der Strom an Temperiermedium im Vorlauf aufgeteilt wird und jeweils ein Teilstrom aneinen Temperierkanal geliefert wird. Nach den Temperierkanälen werden die Teilströme wiederin einem gemeinsamen Rücklauf zusammengefasst.

[0006] Dieses Aufteilen und Zusammenfassen der Teilströme an Temperiermedium geschiehthäufig in sogenannten Temperierwasserverteilern an der Formgebungsmaschine. Für eineBeschreibung solcher Temperierwasserverteiler sei auf die DE 10 2012 013 643 A1 der Anmel¬derin, die DE 88 02 462 U1 oder die DE 203 04 841 U1 verwiesen.

[0007] Es ist im Stand der Technik ebenfalls bekannt, die Zufuhr des Temperiermediums zusteuern oder zu regeln. Hierfür können Temperierwasserverteiler mit verschiedenen Sensorenwie Temperatursensoren und Volumenstromsensoren ausgestattet sein, deren Messwerte alsGrundlage für die Steuerung oder Regelung dienen. Diese Steuerung oder Regelung ist meistin eine Maschinensteuerung der Formgebungsmaschine integriert.

[0008] Es sind aber ebenfalls externe Temperiergeräte bekannt, welche unabhängig von derFormgebungsmaschine zur gesteuerten oder geregelten Temperierung von Formwerkzeugeneingesetzt werden.

[0009] Bei der Aufheizung eines Werkzeuges handelt es sich um einen trägen Prozess. Auf¬heizzeiten von Werkzeugen reichen von einigen Minuten bis hin zu mehreren Stunden.

[0010] I m Sinne der Formteilqualität und der Prozessstabilität sollen Werkzeuge vor Produkti¬onsstart möglichst gut durchgewärmt werden. Unter Bedacht auf Energieeffizienz und einehohe Verfügbarkeit von Werkzeugen ist aber eine unnötig lange Durchwärmung von Werkzeu¬gen zu vermeiden.

[0011] Hierfür ist es im Stand der Technik bekannt, die Temperatur der Kavitätenoberfläche imWerkzeug direkt zu messen. Ist diese Temperatur zu niedrig, kann der Produktionsstart ver¬schoben werden oder ein bereits gefertigtes Formteil automatisch als Ausschuss deklariertwerden.

[0012] Diese Methode hat den Nachteil, dass Temperatursensoren zur direkten Messung derTemperatur der Kavitätenoberfläche nicht routinemäßig in Formwerkzeugen verbaut werden, dasie kostenintensiv sind.

[0013] Es ist ebenfalls möglich, die thermische Situation im und um das Formwerkzeug beimBeginn der Temperierung zu simulieren und aus der Simulation auf die Zeitdauer bis dasFormwerkzeug durchwärmt ist zu bestimmen.

[0014] Dabei müssen allerdings alle Randbedingungen beim Aufheizvorgang jenen der Simula¬tion entsprechen (Anfangstemperatur des Werkzeuges, (konstante/schwankende) Medientem¬peratur, Umgebungstemperatur), wodurch die Anwendbarkeit im konkreten Fall leidet. Außer¬dem ist hierbei nachteilig, dass Simulationen dieser Art recht aufwändig sind.

[0015] Insbesondere bei Produktionsunterbrechungen ist es außerdem bekannt, eine Tempera¬turmessung am Bauteil (z.B.: während oder unmittelbar nach der Entformung) durchzuführenoder den thermischen Haushalt der Formteile mittels Infrarot-Sensorik (z.B.: Wärmebildkamera)zu ermitteln.

[0016] Diese Vorgehensweise ist jedoch sehr kostenintensiv. Außerdem ist die Handhabungdieser Methode in der Praxis nicht immer einfach.

[0017] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Temperiervorrichtung und ein Verfahren zur Tempe¬rierung eines Formwerkzeuges bereitzustellen, welche eine gegenüber dem Stand der Technikvereinfachte Bestimmung der Durchwärmung des Formwerkzeugs bei Produktionsbeginnund/oder bei Produktionsunterbrechungen erlauben.

[0018] Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Temperiervorrichtung mit den Merkmalen des An¬spruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 17 gelöst.

[0019] Dies geschieht indem ein Prozessor der Temperiervorrichtung dazu ausgebildet ist, auszumindest einem Temperierparameter, welcher zumindest ein zugeführtes Parametersignaloder eine daraus abgeleitete Größe ist, eine für das Erreichen eines im Wesentlichen thermischstationären Zustands des Formwerkzeugs charakteristische Größe zu berechnen und an eineAusgabevorrichtung weiterzugeben, welche zur Ausgabe der charakteristischen Größe aneinen Bediener und/oder an eine Maschinensteuerung geeignet ist.

[0020] Als abgeleitete Größen können jegliche Größen verwendet werden, welche durch Re¬chenoperationen, Integration, Ableitung, Anwenden von Funktionen und dergleichen aus derursprünglichen Größe (beispielsweise das zumindest eine Parametersignal), gewonnen werdenkönnen.

[0021] Der thermisch stationäre Zustand kann durch eine im Wesentlichen zeitlich konstanteTemperatur des Formwerkzeugs gegeben sein. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass Einflüsseder Produktion nicht berücksichtigt werden sollten, da beispielsweise das Einbringen einerSchmelze in die Formkavität und die anschließende Kühlung derselben natürlich den thermi¬schen Haushalt des Formwerkzeugs beeinflussen. Im Falle einer bereits begonnenen Produkti¬on kann als Kriterium für den im Wesentlichen thermisch stationären Zustand beispielsweise dieKonstanz einer über eine Zykluszeit gemittelten Größe, insbesondere einer Temperaturdiffe¬renz, herangezogen werden. Die Konstanz beispielsweise einer Temperatur oder einer Tempe¬raturdifferenz zu einem definierten Zeitpunkt im Produktionszyklus über mehrere Zyklen hinwegkann ebenfalls als Kriterium für den thermisch stationären Zustand verwendet werden.

[0022] Wird die charakteristische Größe an einen Bediener ausgegeben, kann dies auf ver¬schiedenste Weise geschehen. Neben der direkten, visuellen, numerischen Angabe einesZeitpunkts des Erreichens oder einer Zeitdauer bis zum Erreichen eines im Wesentlichen ther¬misch stationären Zustands des Formwerkzeugs kann es beispielsweise vorgesehen sein,Informationsleuchten oder dergleichen zu verwenden, welche für gewisse Restdauern stehen.

[0023] Im einfachsten Fall kann lediglich eine Information an den Bediener ausgegeben wer¬den, ob der im Wesentlichen thermisch stationäre Zustand bereits erreicht ist (Restdauer 0).Dies kann auch während der Produktion verwendet werden, um zu überwachen, dass keineunerwünschten thermischen Einflüsse bestehen, die den im Wesentlichen thermisch stationä¬ren Zustand im Formwerkzeug stören würden.

[0024] Die Ausgabe der charakteristischen Größe kann ebenfalls an die Maschinensteuerungerfolgen, welche die entsprechende Aktionen (bspw. Produktionsbeginn starten oder abwarten)der Formgebungsmaschine einleitet.

[0025] Die Temperiervorrichtung kann in die Maschinensteuerung integriert sein.

[0026] Durch die Erfindung ist es auf einfache Weise möglich die Zeit abzuschätzen, wann einegute Durchwärmung des Formwerkzeugs gegeben ist. Dies hilft Ausschusszahlen zu minimie¬ren.

[0027] Als Temperiermedium kann Wasser - unter Umständen mit Zusätzen - zum Einsatzkommen. Aber auch die Temperierung mit Öl oder dergleichen ist denkbar.

[0028] Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchendefiniert.

[0029] Bevorzugt vorgesehen kann es sein, dass der zumindest eine Temperierparameterzumindest eine Temperaturdifferenz, zumindest eine abgeführte Wärmemenge, zumindest eineHeizleistung oder eine aus diesen Parametern abgeleitete Größe ist. Größen dieser Klasse sindgut zur Erfassung des Wärmehaushaltes des Formwerkzeugs geeignet.

[0030] Es kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Temperiereinrichtung mittels des zumin¬dest einen Signaleingangs mit zumindest einem Temperatursensor verbindbar ist, wobei zu¬mindeste ein mittels des zumindest einen Temperatursensors gemessener Temperaturmess¬wert das Parametersignal ist.

[0031] Es kann weiterhin bevorzugt vorgesehen sein zumindest zwei Temperatursensoren zuverwenden. Insbesondere, wenn diese so angeordnet sind, dass sie - vorzugsweise für jedenTemperierkanal separat - eine Temperatur im Vorlauf und eine Temperatur im Rücklauf liefern,kann dadurch eine Temperaturdifferenz gebildet werden, was es ermöglicht, die abgeführteWärme relativ genau zu berechnen. Eine hohe Genauigkeit bei der Berechnung der charakteris¬tischen Größe kann dadurch erreicht werden.

[0032] Es sind aber auch andere Ausführungsformen denkbar. Falls beispielsweise mit einerkonstanten Temperatur des Temperiermediums im Vorlauf zu rechnen ist, können wenigerTemperatursensoren zum Einsatz kommen (beispielsweise je ein Temperatursensor pro Tem¬perierkanal im Rücklauf).

[0033] Insbesondere dann, wenn Temperaturdifferenzen aus Vorlauftemperaturen und Rück¬lauftemperaturen zur Berechnung der charakteristischen Größe verfügbar sind, kann die zusätz¬liche Verwendung der Messwerte eines Volumenstromsensors von Vorteil sein. Bei der Be¬stimmung des Temperierparameters, insbesondere der abgeführten Wärmemenge, könnendiese Volumenstrommesswerte die Genauigkeit erhöhen.

[0034] Bei einer einfachen Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass dieTemperiervorrichtung mittels des zumindest einen Signaleingangs mit einem Heizelement zurErwärmung eines Temperiermediums verbindbar ist, wobei eine aufgenommene elektrischeLeistung und/oder eine Einschaltdauer des Heizelements das Parametersignal ist. Somit kanndie Erfindung auch verwendet werden, wenn keine Temperatursensoren vorhanden sind oderderen Einsatz vermieden werden soll.

[0035] Es ist ebenfalls möglich andere Parametersignale außer Temperaturmesswerte zuverwenden. Ein Beispiel wäre die Verwendung einer Einschaltdauer oder einer Leistungsauf¬nahme einer Heizeinrichtung zur Erwärmung des Kühlmediums im Verlauf als Parametersignal.

[0036] Bei vielen der bevorzugten Temperierparameter kann ein asymptotisches Verhaltenerwartet werden, das heißt die tatsächliche Gleichgewichtstemperatur wird erst nach sehr lan¬ger oder unendlicher Zeit erreicht. Dadurch kann es von Vorteil sein, wenn ein Toleranzbereichfür den zumindest einen Temperierparameter, vorzugsweise gebildet durch einen Sollwert fürdie charakteristische Größe und einen Toleranzwert für davon erlaubte Abweichungen, in einemmit dem Prozessor verbundenen Speicher hinterlegt ist.

[0037] Wenn in diesem Fall beispielsweise mit einer Ableitung, zum Beispiel einer Temperatur¬differenz, als Temperierparameter gearbeitet wird, kann es auch von Vorteil sein, dass einSchwellenwert für den zumindest einen Temperierparameter in einem mit dem Prozessor ver¬bundenen Speicher hinterlegt ist.

[0038] Die charakteristische Größe kann in diesen Fällen relativ einfach als ein Zeitpunkt oderein Zeitraum bis zum Erreichen des Toleranzbereichs oder des Schwellenwerts festgelegtwerden.

[0039] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass derProzessor dazu ausgebildet ist, zumindest einen Parameter einer das Verhalten des zumindesteinen Temperierparameters vor dem Erreichen des thermisch stationären Zustands des Form¬werkzeugs beschreibenden Funktion aus dem zumindest einen Parametersignal zu bestimmenund vorzugsweise den Zeitraum bis zum Erreichen des Toleranzbereichs und/oder des Schwel¬lenwerts durch den zumindest einen Toleranzbereich unter Verwendung des zumindest einenParameters zu bestimmen.

[0040] Insbesondere kann die Bestimmung des Parameters durch einen Kurvenfit an den zu¬mindest einen Temperierparameter geschehen.

[0041] Bei dieser Ausführung ist es insbesondere durch die Bereitstellung einer Vielzahl vonTemperaturmesswerten - das heißt durch die Messung eines oder mehrerer Temperaturverläu¬fe - möglich, die Genauigkeit des Temperierparameters und/oder des Kurvenfits zu verbessern.

[0042] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können für zumindestzwei Temperierkanäle jeweils zumindest ein separates Parametersignal vorgesehen sein. Diesermöglicht es, dass der Prozessor dazu ausgebildet ist, für die zumindest zwei Temperierkanäleseparate charakteristische Größen zu berechnen und an die Ausgabeeinrichtung weiterzuge¬ben, welche zur Ausgabe der separaten charakteristischen Größe an den Bediener und/oder andie Maschinensteuerung geeignet ist.

[0043] Bei dieser Ausführungsform ist es dann möglich, aufgrund der für die Temperierkanäleseparaten charakteristischen Größen denjenigen Temperierkanal zu identifizieren, der zurDurchwärmung am längsten benötigt. Dieser Temperierkanal kann dann gezielt beeinflusstwerden, beispielsweise durch Erhöhung des Volumenstroms in diesem Temperierkanal. Bei¬spielsweise durch iterative Weiterführung dieses Schemas, kann sogar die Gesamtdauer bis zurDurchwärmung des Formwerkzeugs minimiert werden.

[0044] Es wird auch Schutz für ein Temperiergerät mit einem Vorlauf zur Zufuhr des Tempe¬riermediums zu zumindest einem Temperierkanal eines Formwerkzeugs, einem Rücklauf zurAbfuhr des Temperiermediums von zumindest einem Temperierkanal, einer Steuer- oder Re¬geleinheit, zumindest einem mit der Steuer- oder Regeleinheit verbundenem Stellglied zurEinstellung eines Volumenstroms und/oder einer Temperatur des durch den zumindest einenTemperierkanal geförderten Temperiermediums sowie einer erfindungsgemäßen Temperiervor¬richtung begehrt.

[0045] Bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass der zumindest eine Temperatursensor Tem¬peraturen des Temperiermediums misst. In bestimmten Fällen kann es aber auch Sinn machen,Temperaturen beispielsweise am Formwerkzeug zu messen.

[0046] Außerdem wird Schutz für eine Formgebungsmaschine mit einem erfindungsgemäßenTemperiergerät oder einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung begehrt.

[0047] Unter Formgebungsmaschinen können dabei Spritzgießmaschinen, Spritzpressen,Pressen und dergleichen verstanden werden.

[0048] Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind anhand der Figuren und der dazu¬gehörigen Figurenbeschreibung ersichtlich. Dabei zeigen: [0049] Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Temperier¬ vorrichtung, [0050] Fig. 2 eine schematische Darstellung der Erfindung bei einer Spritzgießma¬ schine, [0051] Fig. 3 und 4 zwei schematische Darstellungen der Erfindung bei Temperiergeräten und [0052] Fig. 5a, 5b und 6 drei Diagramme zur Verdeutlichung der thermischen Situation in einem

Formwerkzeug vor der vollständigen Durchwärmung desselben.

[0053] In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Temperiervorrichtung 1 rein symbolisch dargestellt.Sie weist einen Prozessor 4, eine damit verbundene Ausgabevorrichtung 6 sowie einen Spei¬cher 7 auf. Ebenfalls dargestellt ist die Verbindung der Temperiervorrichtung 1 mit Temperatur¬sensoren 2 und Volumenstromregelventilen 5 sowie die Anordnung der verschiedenen Senso¬ren in Relation zum Formwerkzeug 3.

[0054] Die Ausgabevorrichtung 6 weist in diesem Fall einen Bildschirm sowie einen Schnittstel¬le auf (beides nicht dargestellt). Über den Bildschirm wird für Bediener unter anderem die cha¬rakteristische Größe tTol visuell dargestellt. Natürlich können auch alle anderen auftretendenGrößen (siehe unten) ausgegeben werden.

[0055] Über die (in diesem Fall softwaremässige) Schnittstelle teilt die Ausgabevorrichtung 6außerdem die charakteristische Größe tToI der Maschinensteuerung mit, in welcher die Tempe¬riervorrichtung 1 integriert ist. Der Bediener kann vorab entscheiden, ob bei Erreichen des imWesentlichen thermisch stationären Zustands automatisch die Produktion durch die Maschi¬nensteuerung aufgenommen wird, oder ob hierfür ein Befehl des Bedieners notwendig ist.

[0056] Im Formwerkzeug 3 sind einige Temperierkanäle 8 vorgesehen. Diese werden auseinem Vorlauf 11 gespeist, wobei sich der Vorlauf 11 aus zunächst einer einzigen Leitung be¬steht, welche sich dann zur Speisung der einzelnen Temperierkanäle 8 aufspaltet. Ähnlichverhält es sich mit dem Rücklauf 12. Hier wird zunächst Temperiermedium aus den Temperier¬kanälen 8 abgeführt und dann im Rücklauf in einer Leitung zusammengefasst. Das Aufspaltenund Zusammenführen des Kühlmediumstroms in Vorlauf 11 und Rücklauf 12 erfolgt in an sichbekannten Temperiermediumverteilern.

[0057] Für jeweils einen Zweig von Vorlauf 11 und Rücklauf 12 ist ein separater Temperatur¬sensor 2 vorgesehen. Dies ermöglich die individuelle Erfassung einer Temperaturdifferenz ΔΤfür jeden Temperierkanal 8. Die Temperatursensoren 2 sind mit der Temperiervorrichtung 1 undinsbesondere mit deren Prozessor 4 verbunden, welcher die Berechnung der für das Erreicheneines im Wesentlichen thermisch stationären Zustands des Formwerkzeugs 3 charakteristi¬schen Größe tTol durchführt. Für die Funktionsweise der Temperiervorrichtung 1 sei auf Figuren5a, 5b und 6 sowie die dazugehörige Beschreibung verwiesen.

[0058] Ebenfalls im Vorlauf 11 für jeden Zweig separat sind Stellglieder 5 zur einstellung bzw.Beeinflussung der Volumenströme vorgesehen, welche auch mit dem Prozessor 4 verbundensind. Während des normalen Betriebs - also nach Erreichen des im Wesentlichen thermischstationären Zustands - werden diese als Stellglieder 5 für eine Temperaturdifferenzregelung derDurchflussmengen durch die einzelnen Temperierkanäle 8 verwendet. Für die Regelung derTemperaturdifferenz beim im Wesentlichen thermisch stationären Zustand kommen außerdemVolumenstromsensoren 9 zum Einsatz. Natürlich können die Temperaturdifferenzen ebenfallsgesteuert werden, weshalb die Volumenstromsensoren nicht zwingend notwendig sind.

[0059] Der Prozessor 4 berechnet hierzu aus in sehr kurzen zeitlichen Abständen geliefertenTemperaturmesswerten der Temperatursensoren 2 eine über einen gewissen Zeitraum (bei¬spielsweise eine Zykluszeit) gemittelte Temperaturdifferenz AT nach folgender Formel:

H

[0060] Hierbei bezeichnen V* den gemessenen Volumenstrom, p* die Dichte und cp* die spe¬zifische Wärmekapazität des Temperiermediums, AT* die Differenzen der gemessenen Tem¬peraturmesswerte zwischen Vorlauf 11 und Rücklauf 12 für die einzelnen Temperierkanäle 8sowie Q die abgeführte Wärmemenge.

[0061] Die gemittelte Temperaturdifferenz AT wird dann als rückgeführte Größe für die Rege¬lung des Volumenstroms mittels der Volumenstromregelventile 5 verwendet. Diese Regelungkann ebenfalls vom Prozessor 4 durchgeführt werden.

[0062] Im Gegensatz zu einer reinen Mittelwertbildung von Temperaturdifferenzen werden aufdiese Weise Schwankungen im Volumenstrom, in der spezifischen Wärmekapazität und in derDichte mit berücksichtigt. Die Berechnung der mittleren Temperaturdifferenz aus der Wärme¬menge bietet alle Vorteile der Verwendung der Wärmemenge (Erfassung des Wärmehaushaltsim Formwerkzeug 3), wobei die mittlere Temperaturdifferenz im Gegensatz zur Wärmemengeeine einfach verständliche und greifbare Größe ist.

[0063] Es ist zu bemerken, dass die Temperaturdifferenzregelung für die Erfindung nicht we¬sentlich ist. Die Erfindung kann auch mit jeglicher anderer Regelung oder Steuerung der Tem¬perierung des Formwerkzeugs eingesetzt werden.

[0064] In Figur 2 ist teilweise schematisch dargestellt, wie die Ausführungsform aus Figur 1 beieiner Spritzgießmaschine 13 zum Einsatz kommt. Die Temperiervorrichtung 1 ist wie in Figur 1dargestellt ausgeführt. Die Ausführungsform aus Figur 2 unterscheidet sich von derjenigen ausFigur 1 dadurch, dass die Volumenstromsensoren 9 sowie die Stellglieder 5 im Rücklauf 12 stattim Vorlauf 11 angeordnet sind.

[0065] Eine alternative Ausführungsform zu Figur 2 ergibt sich, indem die im Vorlauf 11 befind¬lichen Temperatursensoren 2 durch einen mit dem Bezugszeichen 2‘ versehenen Temperatur¬sensor im gemeinsamen Vorlauf ersetzt werden.

[0066] Figur 3 zeigt eine Ausführungsform, wobei die Erfindung bei einem Temperiergerät 14eingesetzt wird. Das Temperiergerät 14 ist von der Formgebungsmaschine separat ausgeführt.In diesem Fall liegt nur ein Temperierkreis 8 vor, welcher zur Temperierung des Formwerk¬zeugs 3 dient. Natürlich können Temperiergeräte 14 auch bei mehreren Temperierkreisen 8verwendet werden. Die Temperiervorrichtung verfügt analog zu Figur 1 über einen Prozessor 4,eine Ausgabevorrichtung 6 sowie einen Speicher 7. Hierbei ist zu bemerken, dass die Ausga¬bevorrichtung 6 direkt an dem Temperiergerät 14 ausgbildet sein kann - beispielsweise einBildschirm. Es ist aber auch möglich als Ausgabevorrichtung 6 eine bereits an der Formge¬bungsmaschine vorhandene Ausgabevorrichtung 6 zu verwenden, wobei dann eine wie auchimmer geartete Datenverbindung zwischen dem Temperiergerät 14 und der Formgebungsma¬schine bestehen muss.

[0067] Bei der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform kommen ebenfalls Temperatursenso¬ren 2 sowie eine Volumenstromsensor 9 zum Einsatz. Das heißt, das zumindest eine Parame¬tersignal umfasst in diesem Fall, wie bei den Ausführungsformen aus Figur 1 und Figur 2 meh¬rere Temperaturmesswerte.

[0068] Die in Figur 4 dargestellte Ausführung ist analog zu der aus Figur 3 mit dem Unter¬schied, dass keine Temperatursensoren 2 zum Einsatz kommen, sondern, dass zumindest einParametersignal eines Heizelementes 10 verwendet wird. Das zumindest eine Parametersignalkann in diesem Fall eine Einschaltdauer des Heizelementes 10 oder eine elektrische Leistungs¬aufnahme des Heizelementes 10 sein. Es ist zu bemerken, dass das Heizelement 10 in diesemFall innerhalb des Temperiergerätes 14 angeordnet ist. Das heißt, innerhalb des Temperierge¬rätes 14 wird das Temperiermedium aus dem Rücklauf 12 mittels einer Pumpe (nicht darge¬stellt) in den Vorlauf 11 gefördert. Vor oder nach der Pumpe im Kreislauf ist das Heizelement 10angeordnet. Dieses Innenleben des Temperiergerätes 14 ist der zeichnerischen Einfachheithalber nicht dargestellt.

[0069] Um die thermische Situation im Formwerkzeug 3 vor dem Erreichen des im Wesentli- chen thermisch stationären Zustands zu verdeutlichen, sind in den Figuren 5a und 5b die Tem¬peratur an der Kavitätenoberfläche TKO im Formwerkzeug 3, die beim Aufheizen des Form-

dP

Werkzeugs 3 erbrachte Heizleistung P, deren Ableitung — sowie die Vorlauftemperatur Tvo dt des Temperiermediums (in diesem Fall Wasser) im Vorlauf 11 idealisiert dargestellt.

[0070] Wie zu erkennen ist, stellt sich nach einer gewissen Zeit eine im Wesentlichen konstantethermische Situation bzw. ein im Wesentlichen thermisch stationärer Zustand ein. Auch imthermisch stationären Zustand fließt ständig ein Wärmestrom.

[0071] In dieser dargestellten Situation ist der Wärmestrom konstant und erbringt die Verlust¬leistung Pveriust- Dieser Wert ist abhängig von den durch Strahlung, Konvektion und Wärmelei¬tung auftretenden Verlusten beim im Wesentlichen stationären Zustand.

[0072] Jegliche abgeleitete Größe, an welcher sich dieser im Wesentlichen thermisch stationäreZustand ablesen lässt, kann als Temperierparameter verwendet werden.

[0073] Wie bereits erwähnt, kann durch Fortsetzung bzw. Beginn der Produktion eine periodi¬sche (entsprechend der Zykluszeit) Änderung im Wärmehaushalt dem stationären Zustandüberlagert sein. Während der Produktion kann unter einem im Wesentlichen thermisch stationä¬ren Zustand verstanden werden, dass ein über eine Zykluszeit gemittelter Temperierparameterim Wesentlichen konstant bleibt oder dass zu einem definierten Zeitpunkt im Zyklus oder überden Zyklus gemittelt eine im Wesentlichen gleiche thermische Situation vorherrscht.

[0074] Einige Beispiele für die Berechnung der für das Erreichen des im Wesentlichen ther¬misch stationären Zustands charakteristischen Größe tTol werden im Folgenden gegeben.

[0075] Beispiele für dabei verwendete Temperierparameter sind eine Temperaturdifferenz AT, eine Heizleistung P sowie aus diesen Größen abgeleitete Größen, wie zum Beispiel zeitliche

dAT dP

Ableitungen-und —. dt dt [0076] Aus der gemessenen Temperaturdifferenz AT kann die Heizleistung P beim Vorwärmendes Formwerkzeugs 3 berechnet werden:

P = Vp(T)cp(T)AT

[0077] Hierbei bezeichnet V den Volumenstrom und p(T) sowie cp(T)die im Allgemeinen temperaturabhängige Dichte beziehungsweise spezifische Wärmekapazität des Temperierme¬diums.

dP

[0078] Aus der Steigung (ersten Ableitung nach der Zeit) der Leistungskurve — bzw. der dt

1 dP normierten Steigung — — kann ermittelt werden, wie weit der Aufheizvorgang fortgeschrittenist. Bei konstantem Volumenstrom und als konstant angenommener Dichte und Wärmekapazi¬tät kann der Einfachheit halber auch 0der —für diesen Zweck herangezogen dt AT dt werden.

[0079] Alternativ kann eine volumenstrombereinigte Form von Temperaturdifferenzen verwen¬det werden, wie dies in Gleichung (*) dargelegt ist. Dies ist von Vorteil, da Temperaturdifferen¬zen für den Bediener leichter erfassbar sind und gleichzeitig alle Vorteile der Leistung als Tem¬perierparameter beibehalten werden.

[0080] Der beispielhafte Verlauf der Temperaturdifferenz AT beim Aufheizen des Werkzeugskann im Allgemeinen für jeden Temperierkanal 8 durch folgende Funktion beschrieben werden:

[0081] Diese Kurve ist Figur 6 dargestellt.

[0082] Aus der Messung von AT zu verschiedenen Zeitpunkten können die Konstanten AT0,ATm und t berechnet werden. AT0 ist die zum Zeitpunkt t = t0 vorliegende Temperaturdiffe¬renz. A^ist jene Temperaturdifferenz, die nach ausreichend langer Heizzeit asymptotischerreicht wird. Dieser Wert ist abhängig von den durch Strahlung, Konvektion und Wärmeleitungauftretenden Verlusten beim im Wesentlichen stationären Zustand.

[0083] Unter Kenntnis dieser Konstanten kann der Zeitpunkt tTol berechnet werden, zu dem dieabsolute Abweichung der Temperaturdifferenz AT (t) vom asymptotischen Wert ATx einenvorbestimmten, im Speicher 7 hinterlegten Toleranzwert ATToI erreichen wird. Dies ist gleichbe¬deutend mit

[0084] Woraus sich folgende Berechnung von tTol ergibt:

[0085] Zum Zeitpunkt iwäre die verbleibende Zeitdauer bis zum Erreichen der Toleranz tTol -t.

[0086] Alternativ könnte auch eine Toleranzschwelle für die zeitliche Änderung der Tempera¬turdifferenz AT - also das dAT/dt - festgelegt

werden: [0087] Für den Zeitpunkt des Erreichens des im Speicher 7 hinterlegten Schwellenwerts

rj-T

Ts =- gilt in diesem Fall dt /„

[0088] Alternativ oder zusätzlich kann für diese Beurteilung der Verlauf der Heizleistung mitzuvor ermittelten Referenzkurven verglichen werden.

[0089] Während des Aufheizens kann ebenfalls eine Durchflussregelung durchgeführt werden,um die Aufheizzeit zu minimieren. Hierbei können die Volumenstromregelventile 5 vom Prozes¬sor 4 so beeinflusst werden, dass diejenigen Temperierkanäle 8, welche erwartungsgemäß amlängsten zur Durchwärmung benötigen, einen höheren Volumenstrom an Temperiermediumerfahren. Dies kann unter anderem dadurch erreicht werden, dass jene Kreise, die eine schnel¬le Durchwärmung erfahren, gedrosselt werden oder dass Drosselungen in langsam durchwär¬menden Kreisen entfernt werden.

[0090] Es ist zu bemerken, dass die hier verwendeten Ableitungen und Integrale, soweit siediskrete Messwerte betreffen, als deren diskrete Pendants aufzufassen sind.

Claims (17)

1. Patentansprüche 1. Temperiervorrichtung zur Temperierung eines Formwerkzeugs (3) mit zumindest einemSignaleingang (15) mittels welchem zumindest ein Parametersignal einem Prozessor zu-führbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor dazu ausgebildet ist, aus zu¬mindest einem Temperierparameter, welcher das zumindest eine Parametersignal oder ei¬ne daraus abgeleitete Größe ist, eine für das Erreichen eines im Wesentlichen thermischstationären Zustands des Formwerkzeugs (3) charakteristische Größe zu berechnen undan eine Ausgabevorrichtung (6) weiterzugeben, welche zur Ausgabe der charakteristischenGröße an einen Bediener und/oder an eine Maschinensteuerung geeignet ist.
2. 2. Temperiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindesteine Temperierparameter zumindest eine Temperaturdifferenz (ΔΓ), zumindest eine abge¬führte Wärmemenge, zumindest eine Heizleistung (P) oder eine aus diesen Parameternabgeleitete Größe ist.
3. 3. Temperiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tem¬periervorrichtung (1) mittels des zumindest einen Signaleingangs (15) mit zumindest einemTemperatursensor (2), vorzugsweise zumindest zwei Temperatursensoren (2), verbindbarist, wobei zumindest ein mittels des zumindest einen Temperatursensors (2) gemessenerTemperaturmesswert das Parametersignal ist.
4. 4. Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dassdem Prozessor (4) zumindest zwei Temperaturmesswerte als Signalparameter zuführbarsind und der Prozessor (4) dazu ausgebildet ist, aus den zumindest zwei Temperatur¬messwerten zumindest eine Temperaturdifferenz {AT) zu bilden und bei der Berechnungder charakteristischen Größe zu berücksichtigen.
5. 5. Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dassdie Temperiervorrichtung (1) mittels des zumindest einen Signaleingangs (15) mit einemHeizelement (10) zur Erwärmung eines Temperiermediums verbindbar ist, wobei eine auf¬genommene elektrische Leistung und/oder eine Einschaltdauer des Heizelements (10) dasParametersignal ist.
6. 6. Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dassdie Temperiervorrichtung (1) mittels des zumindest einen Signaleingangs (15) mit zumin¬dest einem Volumenstromsensor (5) verbindbar ist, wobei mittels des zumindest einen Vo¬lumenstromsensors (5) gemessene Volumenstrommesswerte dem Prozessor (4) zuführbarsind.
7. 7. Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dassein Toleranzbereich für den zumindest einen Temperierparameter, vorzugsweise gebildetdurch einen Toleranzwert {ATTol) für vom Wert des Temperierparameters im thermisch sta¬tionären Zustand erlaubte Abweichungen, in einem mit dem Prozessor (4) verbundenenSpeicher (7) hinterlegt ist.
8. 8. Temperiervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die charakteristi¬sche Größe ein Zeitraum bis zum Erreichen des Toleranzbereichs durch den zumindest ei¬nen Temperierparameter und/oder ein Zeitpunkt des Erreichens des Toleranzbereichsdurch den zumindest einen Temperierparameter ist.
9. 9. Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dassein Schwellenwert (Ts) für den zumindest einen Temperierparameter in einem mit demProzessor (4) verbundenen Speicher (7) hinterlegt ist.
10. 10. Temperiervorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die charakteristi¬sche Größe ein Zeitraum (ts) bis zum Erreichen des Schwellenwertes (Ts) durch den zu¬mindest einen Temperierparameter und/oder ein Zeitpunkt des Erreichens des Schwellen¬wertes (Ts) durch den zumindest einen Temperierparameter ist.
11. 11. Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dassder Prozessor (4) dazu ausgebildet ist, zumindest einen Parameter (τ,ΑΤ^,ΑΤ0) einer das Verhalten des zumindest einen Temperierparameters vor dem Erreichen des thermisch sta¬tionären Zustands des Formwerkzeugs (3) beschreibenden Funktion aus dem zumindest ei¬nen Parametersignal zu bestimmen und vorzugsweise den Zeitraum bis zum Erreichen desToleranzbereichs und/oder des Schwellenwerts (Ts) durch den zumindest einen Toleranzbe¬reich unter Verwendung des zumindest einen Parameters (τ,ΑΤ„,ΑΤ0) zu bestimmen.
12. 12. Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,dass zumindest ein Temperatursensor (2) vorgesehen ist, wobei vorzugsweise zumindestzwei Temperatursensoren (2) vorgesehen sind und vorzugsweise je einer an einem zuTemperierkanälen (8) des Formwerkzeugs (3) führenden Vorlauf (11) und einer an einemvon den Temperierkanälen (8) wegführenden Rücklauf (12) angeordnet ist.
13. 13. Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,dass für zumindest zwei Temperierkanäle (8) jeweils zumindest ein separates Parameter¬signal vorgesehen ist und dass der Prozessor (4) dazu ausgebildet ist, für die zumindestzwei Temperierkanäle (8) separate charakteristische Größen zu berechnen und an dieAusgabevorrichtung (6) weiterzugeben, welche zur Ausgabe der separaten charakteristi¬schen Größe an den Bediener und/oder an die Maschinensteuerung geeignet ist.
14. 14. Temperiervorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor (4) mit zumindest zwei Stellgliedern (5) zur Regelung oder Steuerung von Volumenströmenin den zumindest zwei Temperierkanälen (8) verbindbar ist und der Prozessor (4) dazuausgebildet ist, die Volumenströme in denjenigen Temperierkanälen (8), deren separatecharakteristische Größe ein späteres Durchwärmen anzeigen, zu erhöhen.
15. 15. Temperiergerät mit einem Vorlauf (11) zur Zufuhr des Temperiermediums zu zumindesteinem Temperierkanal (8) eines Formwerkzeugs (3), einem Rücklauf (12) zur Abfuhr desTemperiermediums vom zumindest einen Temperierkanal (8), einer Steuer- oder Re¬geleinheit sowie zumindest einem mit der Steuer- oder Regeleinheit verbundenen Stellglied (5) zur Einstellung eines Volumenstroms und/oder einer Temperatur des durch den zumin¬dest einen Temperierkanal (8) geförderten Temperiermediums, dadurch gekennzeichnet,dass eine Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 vorgesehen ist.
16. 16. Formgebungsmaschine mit einer Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14oder einem Temperiergerät nach Anspruch 15.
17. 17. Verfahren zur Temperierung eines Formwerkzeugs (3), wobei - ein Temperiermedium durch wenigstens einen Temperierkanal (8) im Formwerkzeug (3)gefördert wird und - zumindest ein Parametersignal bereitgestellt wird,dadurch gekennzeichnet, dass - aus dem zumindest einen Parametersignal zumindest ein Temperierparameter, welcherdas zumindest eine Parametersignal oder eine daraus abgeleitete Größe ist, bestimmtwird, - aus dem zumindest einen Temperierparameter eine für das Erreichen eines im Wesent¬lichen thermisch stationären Zustands des Formwerkzeugs (3) charakteristische Größeberechnet wird und - die charakteristische Größe an einen Bediener und/oder eine Maschinensteuerung aus¬gegeben wird. Hierzu 6 Blatt Zeichnungen