AT520465A1 - Shaping machine with a plasticizing unit - Google Patents

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AT520465A1
AT520465A1 ATA50812/2017A AT508122017A AT520465A1 AT 520465 A1 AT520465 A1 AT 520465A1 AT 508122017 A AT508122017 A AT 508122017A AT 520465 A1 AT520465 A1 AT 520465A1
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Ing Herbert Zeidlhofer Dipl
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Engel Austria Gmbh
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Abstract

Formgebungsmaschine mit einer Plastifiziereinheit und mit einer Regeleinrichtung (60), die mit dem Dosierantrieb (14), der Temperiervorrichtung, der Temperaturmessvorrichtung (40a, 41a, 42a, 43a) und der Messvorrichtung (14a, 15a) in Verbindung steht wobei die Regeleinrichtung (60) dazu ausgebildet ist, die Ansteuerung - einer Temperiervorrichtung zum Temperieren der unterschiedlichen Abschnitte der Wandung des Plastifizierzylinders und/oder - eines Dosierantriebs (14) in Abhängigkeit des oder der - von der Messvorrichtung (14a, 15a, 16a) erfassten Drehmoments und/oder Drehzahl und/oder des Staudrucks und/oder eines Dosierhubes der Schnecke (22) und/oder einer durch die Temperaturmessvorrichtung (40a, 41a, 42a, 43a) gemessenen Temperatur unter Verwendung eines energiebilanzierenden Modells des Plastifiziervorganges vorzunehmen und dass das energiebilanzierende Modell des Plastifiziervorganges aus miteinander verbundenen Submodellen zusammengesetzt ist, wobei ein Submodell als den Dosierantrieb beschreibendes Antriebsmodell und ein Submodell als Temperiervorrichtung beschreibendes Thermisches Modell ausgebildet ist.Shaping machine with a plasticizing unit and with a control device (60) which communicates with the metering drive (14), the temperature control device, the temperature measuring device (40a, 41a, 42a, 43a) and the measuring device (14a, 15a) in which the control device (60 ) is designed to control the - a temperature control for controlling the temperature of the different portions of the wall of the plasticizing and / or - a Dosierantriebs (14) depending on the or - of the measuring device (14a, 15a, 16a) detected torque and / or speed and / or the dynamic pressure and / or a metering stroke of the screw (22) and / or a temperature measured by the temperature measuring device (40a, 41a, 42a, 43a) using an energy balancing model of the plasticizing process and that the energy balancing model of the plasticizing process consists of each other associated submodels, with a submodel as the Dosi drive-descriptive drive model and a submodel is designed as a tempering thermal model describing.

Description

Zusammenfassung:Summary:

Formgebungsmaschine mit einer Plastifiziereinheit und mit einer Regeleinrichtung (60), die mit dem Dosierantrieb (14), der Temperiervorrichtung, der Temperaturmessvorrichtung (40a, 41a, 42a, 43a) und der Messvorrichtung (14a, 15a) in Verbindung steht wobei die Regeleinrichtung (60) dazu ausgebildet ist, die AnsteuerungMolding machine with a plasticizing unit and with a control device (60) which is connected to the metering drive (14), the temperature control device, the temperature measuring device (40a, 41a, 42a, 43a) and the measuring device (14a, 15a), the control device (60 ) is designed to control

- einer Temperiervorrichtung zum Temperieren der unterschiedlichen Abschnitte der- A tempering device for tempering the different sections of the

Wandung des Plastifizierzylinders und/oderWall of the plasticizing cylinder and / or

- eines Dosierantriebs (14) in Abhängigkeit des oder der- A metering drive (14) depending on the or

- von der Messvorrichtung (14a, 15a, 16a) erfassten Drehmoments und/oder Drehzahl und/oder des Staudrucks und/oder eines Dosierhubes der Schnecke (22) und/oder einer durch die Temperaturmessvorrichtung (40a, 41a, 42a, 43a) gemessenen Temperatur unter Verwendung eines energiebilanzierenden Modells des Plastifiziervorganges vorzunehmen und dass das energiebilanzierende Modell des Plastifiziervorganges aus miteinander verbundenen Submodellen zusammengesetzt ist, wobei ein Submodell als den Dosierantrieb beschreibendes Antriebsmodell und ein Submodell als die Temperiervorrichtung beschreibendes Thermisches Modell ausgebildet ist.- Torque and / or speed and / or the dynamic pressure and / or a metering stroke of the screw (22) and / or a temperature measured by the temperature measuring device (40a, 41a, 42a, 43a) measured by the measuring device (14a, 15a, 16a) using an energy-balancing model of the plasticizing process and that the energy-balancing model of the plasticizing process is composed of interconnected sub-models, a sub-model being designed as the drive model describing the metering drive and a sub-model being designed as the thermal model describing the temperature control device.

(Fig. 2) / 20(Fig. 2) / 20

77846 36/eh77846 36 / eh

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Formgebungsmaschine mit den Merkmalen desThe present invention relates to a molding machine with the features of

Oberbegriffs des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2.The preamble of claim 1 or claim 2.

Eine gattungsgemäße Formgebungsmaschine geht aus der JP 2013-224017 A hervor. Unter Verwendung eines modellbasierten Ansatzes für den Temperaturverlauf entlang des Plastifizierzylinders wird eine vermeintlich optimale Lösung des Temperaturverlaufs berechnet. Es werden zwar die Temperaturdifferenzen so klein wie möglich gehalten, jedoch werden verschiedenen Einflussgrößen auf den Temperaturverlauf nicht berücksichtigt. Andere Stellgrößen als die Temperiervorrichtung werden überhaupt nicht berücksichtigt, sodass ein anderer Temperaturverlauf als gewünscht auftreten kann.A generic shaping machine emerges from JP 2013-224017 A. A supposedly optimal solution of the temperature curve is calculated using a model-based approach to the temperature curve along the plasticizing cylinder. Although the temperature differences are kept as small as possible, various factors influencing the temperature profile are not taken into account. Control variables other than the temperature control device are not taken into account at all, so that a different temperature profile than desired can occur.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer gattungsgemäßen Formgebungsmaschine, bei welcher der oben diskutierte Nachteil nicht auftritt.The object of the invention is to provide a generic shaping machine in which the disadvantage discussed above does not occur.

Diese Aufgabe wird durch eine Formgebungsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.This object is achieved by a shaping machine with the features of claim 1 or claim 2. Advantageous embodiments of the invention are defined in the dependent claims.

Die für die Plastifizierung des Kunststoffgranulats erforderliche Energie wird zu einem großen Teil (ca. 75 %) durch die Antriebsenergie des Dosiermotors und nur zu einem kleinen Teil (ca. 25 %) in Form von durch die Temperiervorrichtung bereit gestellter Heizenergie aufgebracht (die Temperiervorrichtung kann hierfür z. B. Heizbänder aufweisen). Bei der Erfindung ergeben sich gegenüber dem Stand der Technik eine Reihe von Vorteilen:The energy required for plasticizing the plastic granulate is applied to a large extent (approx. 75%) by the drive energy of the metering motor and only to a small extent (approx. 25%) in the form of heating energy provided by the temperature control device (the temperature control device can have heating tapes for this). The invention has a number of advantages over the prior art:

- Schwankungen des Drehmoments können erfasst und berücksichtigt werden- Torque fluctuations can be recorded and taken into account

- eine höhere Dynamik der Prozessführung durch einen Eingriff in die Antriebsleistung ist möglich- A higher dynamic of the process control through an intervention in the drive power is possible

- es kann der Staudruck berücksichtigt werden, z. B. in Form des Staudruckverlaufes über einen Dosierhub (d. h. über jene Strecke, in der sich eine axial bewegbar gelagerte Schnecke während der Herstellung der Schmelze aus dem Kunststoffgranulat aufgrund des sich an der Schneckenspitze bildenden Schmelzepolsters von der Einspritzdüse des Plastifizierzylinders weg bewegt) / 20- The dynamic pressure can be taken into account, e.g. B. in the form of the dynamic pressure curve over a metering stroke (i.e. over the distance in which an axially movably mounted screw moves away from the injection nozzle of the plasticizing cylinder during the production of the melt from the plastic granulate due to the melt cushion forming at the screw tip) / 20

77846 36/eh77846 36 / eh

- es können variierende und damit nicht ohne Weiteres bekannte Umwelteinflüsse wie z.- It can vary and thus not readily known environmental influences such.

B. Feuchtigkeit des Kunststoffgranulats berücksichtigt werden (diese Einflüsse können z. B. über das erforderliche Drehmoment ermittelt werden)B. Moisture of the plastic granulate must be taken into account (these influences can be determined e.g. via the required torque)

- es kann die Schmelzetemperatur im Schneckenvorraum gemessen werden- The melt temperature can be measured in the antechamber

Gemäß einer ersten Variante der Erfindung führt das Zusammenwirken der einzelnen Modelle zu einer automatischen Optimierung des Plastifiziervorganges der Formgebungsmaschine durch optimal aufeinander abgestimmte Energieeintragsquellen (durch Abgleich der eingebrachten Energie, Optimierung / Minimierung der Verluste - z. B. Wirkungsgrad Motor, thermische Verluste) und durch eine automatische Anpassung der Parameter (Drehzahl, Heiz- Kühlleistung, Staudruck).According to a first variant of the invention, the interaction of the individual models leads to an automatic optimization of the plasticizing process of the shaping machine by means of optimally coordinated energy input sources (by comparing the introduced energy, optimizing / minimizing the losses - e.g. motor efficiency, thermal losses) and automatic adjustment of the parameters (speed, heating / cooling capacity, dynamic pressure).

Erfindungsgemäß setzt sich das energiebilanzierende Modell des Plastifiziervorganges aus miteinander verbundenen Submodellen zusammen, wobei ein Submodell als den Dosierantrieb beschreibendes Antriebsmodell, und ein Submodell als die thermischen Flüsse des Plastifizierzylinders beschreibendes Thermisches Modell ausgebildet ist. Vorzugsweise weist das energiebilanzierende Modell ein weiteres Submodell in Form eines den Plastifiziervorgang beschreibendes Prozessmodelles auf.According to the invention, the energy-balancing model of the plasticizing process is composed of interconnected sub-models, a sub-model being designed as a drive model describing the metering drive and a sub-model being designed as a thermal model describing the thermal flows of the plasticizing cylinder. The energy-balancing model preferably has a further sub-model in the form of a process model describing the plasticizing process.

Im Prozessmodell werden die Randbedingungen für die nachfolgenden Optimierungen gesetzt. Diese können in folgende Bereiche gegliedert werden:The boundary conditions for the subsequent optimizations are set in the process model. These can be divided into the following areas:

max. zulässige Plastifizierzeit:Max. permissible plasticizing time:

• Ermittlung der max. möglichen Zeit für den Plastifiziervorgang aus der Zyklusanalyse• Determination of the max. possible time for the plasticizing process from the cycle analysis

Materialkennwerte:Characteristic values:

• Hierfür kann ein Bediener z.B. das eingesetzte Kunststoffgranulat aus einer Liste auswählen. Somit sind die Materialeigenschaften bekannt und können im Prozessmodell implementiert werden.For this, an operator can e.g. select the plastic granulate used from a list. The material properties are thus known and can be implemented in the process model.

• Im Prozessmodell sind dann somit die Grenzwerte bzw. optimalen Verarbeitungsparameter anhängig vom Material wie max. Drehzahlen, Temperaturbereiche bzw. profile des Zylinders, etc. hinterlegt und auch die Materialkennwerte (EnthalpieDiagramme, Kompressibilität, Viskosität, ...) stehen zur Verfügung. Die Grenzwerte für die max. zulässigen Drehzahlen sind auch Abhängig von beigefügten additiven wie Farbmittel, Fasern, etc.• In the process model, the limit values or optimal processing parameters are dependent on the material, such as max. Speeds, temperature ranges or profiles of the cylinder, etc. are stored and also the material parameters (enthalpy diagrams, compressibility, viscosity, ...) are available. The limit values for the max. permissible speeds are also dependent on added additives such as colorants, fibers, etc.

/ 20/ 20th

77846 36/eh • Über die Messung der Schmelzetemperatur im Schneckenvorraum und der Bestimmung der Masse über den Dosierhub kann die eingebrachte Energie in die Schmelze ermittelt werden77846 36 / eh • The energy introduced into the melt can be determined by measuring the melt temperature in the screw antechamber and determining the mass via the metering stroke

Es kann vorgesehen sein, dass die Regeleinrichtung dazu ausgebildet ist, die Temperiervorrichtung zum Temperieren der unterschiedlichen Abschnitte der Wandung des Plastifizierzylinders und die Kühlvorrichtung zur Kühlung des Kunststoffgranulats gekoppelt zu betreiben. Die Kopplung kann in einer minimalen Varianten zwischen der Kühlvorrichtung und jener Temperierzone erfolgen, die benachbart zur Kühlvorrichtung angeordnet ist. Somit erfolgt ein Heizen durch diese Temperierzone nur, wenn höhere Temperaturen benötigt werden, was den Energieverbrauch der Kühlvorrichtung senkt. Diese Kopplung kann im Thermischen Modell berücksichtigt sein.It can be provided that the control device is designed to operate the temperature control device for temperature control of the different sections of the wall of the plasticizing cylinder and the cooling device for cooling the plastic granulate in a coupled manner. The coupling can take place in a minimal variant between the cooling device and that temperature control zone which is arranged adjacent to the cooling device. Heating through this temperature zone therefore only takes place when higher temperatures are required, which reduces the energy consumption of the cooling device. This coupling can be taken into account in the thermal model.

Es kann vorgesehen sein, dass die Regeleinrichtung dazu ausgebildet ist, die Temperiervorrichtung in einem axialen Bereich des Plastifizierzylinders in Abhängigkeit einer Position der Schnecke abzuschalten. Hierfür verwendet die Regeleinrichtung die über Wegaufnehmer detektierte Position der Schnecke.It can be provided that the control device is designed to switch off the temperature control device in an axial region of the plasticizing cylinder depending on a position of the screw. For this, the control device uses the position of the screw that is detected via displacement sensors.

Es kann vorgesehen sein, dass die Regeleinrichtung dazu ausgebildet ist, die Temperiervorrichtung und/oder den Dosierantrieb abhängig von einem Betriebszustand (z. B. Aufheizen, Automatikbetrieb, unterbrochener Automatikbetrieb, manueller Betrieb, Vorwärmzustand, ...) der Formgebungsmaschine zu regeln. Z. B. ist es nicht immer erforderlich, bei einer Unterbrechung des Betriebs der Formgebungsmaschine die Temperiervorrichtung weiter zu betreiben. Es kann aber durchaus sinnvoll sein, bei kurzen Unterbrechungen die Temperatur zu halten und bei längeren Unterbrechungen ein reduziertes Temperaturniveau einzustellen.It can be provided that the control device is designed to control the temperature control device and / or the metering drive as a function of an operating state (e.g. heating, automatic operation, interrupted automatic operation, manual operation, preheating state, ...) of the shaping machine. For example, it is not always necessary to continue operating the temperature control device when the molding machine is interrupted. However, it can make sense to maintain the temperature for short interruptions and to set a reduced temperature level for longer interruptions.

Es kann vorgesehen sein, dass die Regeleinrichtung dazu ausgebildet ist, die Temperiervorrichtung und/oder den Dosierantrieb abhängig von Materialeigenschaften des zugeführten Kunststoffgranulats zu regeln.It can be provided that the control device is designed to control the temperature control device and / or the metering drive as a function of the material properties of the plastic granulate supplied.

Gemäß der zweiten Variante der Erfindung erfolgt nur eine Meldung von Fehleinstellungen ohne aktive Anpassung der Parameter:According to the second variant of the invention, only incorrect settings are reported without active adjustment of the parameters:

/ 20/ 20th

77846 36/eh Es kann z. B. vorgesehen sein, dass die Regeleinrichtung dazu ausgebildet ist, eine für einen Benutzer ersichtliche Meldung zu generieren, falls der Temperaturunterschied benachbarter Temperierzonen einen vorgegebenen Grenzwert erreicht oder überschreitet. Überschreitet der Temperaturunterschied den Grenzwert, obwohl dies nicht durch eine unterschiedliche Heizleistung der benachbarten Temperierzonen bedingt ist, kann ein entsprechender Hinweis nützlich sein, um z. B. eine zu hohe Drehzahl der Schnecke zu reduzieren.77846 36 / eh It can e.g. For example, it can be provided that the control device is designed to generate a message that is visible to a user if the temperature difference between adjacent temperature zones reaches or exceeds a predetermined limit value. If the temperature difference exceeds the limit value, although this is not due to a different heating capacity of the neighboring temperature zones, a corresponding note can be useful to e.g. B. to reduce a too high speed of the screw.

Es werden bevorzugt Änderungsvorschläge zur Änderung er der einstellbaren Parameter wie Drehzahl, Temperatur und/oder Staudruck, an den Bediener ausgegeben. Es können auch Parameterfenster für zulässige Einstellungen angezeigt werden.Change suggestions for changing the adjustable parameters such as speed, temperature and / or dynamic pressure are preferably output to the operator. Parameter windows for permissible settings can also be displayed.

Besonders bevorzugte Beispiele einer erfindungsgemäßen Formgebungsmaschine sind eine Spritzgießmaschine oder ein Extruder zum Verarbeiten von Kunststoff.Particularly preferred examples of a molding machine according to the invention are an injection molding machine or an extruder for processing plastic.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Figuren diskutiert.Exemplary embodiments of the invention are discussed on the basis of the figures.

Fig. 1 zeigt als schematische Darstellung ein Beispiel für ein energiebilanzierendes Modell des Plastifiziervorganges, welches sich aus einem Thermischen Modell, einem Prozessmodell und einem Antriebsmodell zusammensetzt, die im Folgenden näher beschrieben werden.1 shows a schematic representation of an example of an energy-balancing model of the plasticizing process, which is composed of a thermal model, a process model and a drive model, which are described in more detail below.

Fig. 2 zeigt die physikalische Grundlage des energiebilanzierenden Modells des Plastifiziervorganges, wobei die für die Plastifizierung erforderliche Energie über die Temperiervorrichtung (ca. 25% Heizenergie Qtherm) und die durch die Drehung der Schnecke 22 auftretende Scherung (ca. 75% Antriebsenergie Ediss) in das zu plastifizierende Kunststoffgranulat eingebracht wird.2 shows the physical basis of the energy-balancing model of the plasticizing process, the energy required for the plasticizing via the temperature control device (approx. 25% heating energy Q t h er m) and the shear occurring due to the rotation of the screw 22 (approx. 75% Drive energy Ediss) is introduced into the plastic granulate to be plasticized.

Die Formel für die Enthalpieänderung Ah des Kunststoffgranulats bzw. der Schmelze und damit das Prozessmodell lautet:The formula for the enthalpy change Ah of the plastic granulate or the melt and thus the process model is:

Qtherm— Heizenergie Ah = Ediss + Qtherm E<^ — Dissipationsenergie Qtherm— heating energy Ah = E diss + Qtherm E <^ - Dissi p ationsener g ie

Δ/ι... Enthalpieänderung mcv-d0— Enthalpie Material / 20Δ / ι ... enthalpy change mc v -d 0 - enthalpy material / 20

77846 36/eh77846 36 / eh

Um eine weitere regelbare Eingriffsmöglichkeit in die Energiebilanz des Plastifizierprozesses zu erhalten, besteht die Möglichkeit eine regelbare gravimetrische Dosiereinheit für die zugeführte Masse m zu installieren.In order to obtain a further controllable intervention in the energy balance of the plasticizing process, there is the option of installing a controllable gravimetric metering unit for the supplied mass m.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel einer Spritzeinheit einer erfindungsgemäßen Formgebungsmaschine.3 shows an example of an injection unit of a molding machine according to the invention.

Die Heizenergie QH wird über einzelne am Plastifizierzylinder 21 verteilte Temperierzonen 40, 41,42, 43 in das Kunststoffgranulat bzw. die Schmelze eingebracht. Die Anzahl dieser Temperierzonen 40, 41, 42, 43 kann beliebig groß sein. Für die Messung der Temperatur in den Temperierzonen 40, 41, 42, 43 sind ein oder mehrere Temperaturfühler 40a, 41a, 42a, 43a vorhanden. Die Temperaturfühler können beliebig vor, hinter und mittig der jeweiligen Temperierzone 40, 41,42, 43 angeordnet sein. Die Regelung der Temperierzonen 40, 41,42, 43 auf den gewünschten Sollwert erfolgt über einen modellbasierten Ansatz auf Basis eines Thermischen Modells, das wiederum ein Teilbereich des energiebilanzierenden Modells des Plastifiziervorganges ist., Es kann auch eine unmittelbare Messung der Schmelzetemperatur erfolgen, z. B. mittels Ultraschallsensor, wie diese in der DE 10 2015 010 589 der Anmelderin beschrieben ist.The heating energy Q H is introduced into the plastic granules or the melt via individual temperature zones 40, 41, 42, 43 distributed on the plasticizing cylinder 21. The number of these temperature zones 40, 41, 42, 43 can be of any size. One or more temperature sensors 40a, 41a, 42a, 43a are provided for measuring the temperature in the temperature zones 40, 41, 42, 43. The temperature sensors can be arranged in front of, behind and in the middle of the respective temperature zone 40, 41, 42, 43. The control of the temperature zones 40, 41, 42, 43 to the desired setpoint takes place via a model-based approach based on a thermal model, which in turn is a part of the energy-balancing model of the plasticizing process. B. by means of an ultrasonic sensor, as described in DE 10 2015 010 589 of the applicant.

Das Thermische Modell wird z. B. durch folgende Formel gebildet:The thermal model is e.g. B. formed by the following formula:

Qtherm QH QV QK Q therm Q H Q V Q K

Qh... HeizenergieQ h ... heating energy

Qv... WärmeverlustQ v ... heat loss

Qk... KühlenergieQ k ... cooling energy

Qsk ... Kühlenergie SchneckeQ sk ... cooling energy snail

Optional kann auch eine Schneckenkühlung installiert sein. Damit kann die Schnecke auf einer gewünschten Temperatur gehalten werden.Screw cooling can also be installed as an option. This allows the screw to be kept at a desired temperature.

Damit das Kunststoffgranulat nicht schon in der Zuführvorrichtung (z. B. Einfüllöffnung oder Trichter) zu schmelzen beginnt und diese verlegt, ist es oft notwendig diesen Bereich zu kühlen. Zu diesem Zweck kann vorgesehen sein, dass die Zuführvorrichtung als Kühlvorrichtung zur Kühlung des Kunststoffgranulats ausgebildet ist. Dies hat wiederum Einfluss auf die Materialtemperatur, den Temperaturverlauf des Plastifizierzylinders und somit auch auf den Plastifizierprozess. Die Kühlung erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel mittels eines Kühlmantels 32 in dem sich eine z. B. von Wasser durchströmte Kühlwendel 32 / 20It is often necessary to cool this area so that the plastic granulate does not start to melt in the feed device (e.g. filler opening or funnel) and move it. For this purpose it can be provided that the feed device is designed as a cooling device for cooling the plastic granulate. This in turn influences the material temperature, the temperature profile of the plasticizing cylinder and thus also the plasticizing process. The cooling takes place in this embodiment by means of a cooling jacket 32 in which a z. B. water-flowing cooling coil 32/20

77846 36/eh befindet. Die Temperatur im Bereich der Einfüllöffnung wird mittels eines Sensors 31 a erfasst. Die Regelung der Kühlung ist ebenfalls ein Bestandteil des energiebilanzbasierenden Modells des Plastifiziervorganges und ist im thermischen Modell berücksichtigt, damit können die Energieverluste der Kühlung minimiert werden.77846 36 / eh. The temperature in the area of the filling opening is detected by a sensor 31 a. The regulation of the cooling is also a component of the energy balance-based model of the plasticizing process and is taken into account in the thermal model, so that the energy losses of the cooling can be minimized.

Der weitaus größere Energieeintrag in das Kunststoffgranulat erfolgt jedoch über die Scherung und somit über die mittels der Schnecke eingebrachte Antriebsenergie EA. Die Antriebsenergie wird der Schnecke durch den Dosierantrieb 14 zugeführt. Zusätzlich werden Drehmoment und Drehzahl des Dosierantriebs 14 über Sensoren 14a erfasst. Die zugeführte Antriebsenergie ist abhängig vom Kunststoffgranulat, vom Staudruck, von der Temperatur des Plastifizierzylinders, der Schneckengeometrie und der geforderten Drehzahl bzw. der gewünschten Dosierzeit. Bei Verwendung eines modellbasierten Ansatzes und einer Kommunikation zwischen den einzelnen Submodellen kann die zugeführte Energie optimal geregelt werden. Für die Regelung des Dosierantriebs 14 steht wiederum ein weiteres Submodell (Antriebsmodell) zu Verfügung, das einen Teilbereich des energiebilanzbasierenden Modells des Plastifiziervorganges darstellt.However, the far greater energy input into the plastic granulate takes place via the shear and thus via the drive energy EA introduced by means of the screw. The drive energy is supplied to the screw by the metering drive 14. In addition, the torque and speed of the metering drive 14 are detected by sensors 14a. The drive energy supplied depends on the plastic granulate, the dynamic pressure, the temperature of the plasticizing cylinder, the screw geometry and the required speed or the desired dosing time. When using a model-based approach and communication between the individual sub-models, the energy supplied can be optimally regulated. A further sub-model (drive model) is again available for controlling the metering drive 14, which represents a sub-area of the energy balance-based model of the plasticizing process.

Das Antriebsmodell wird z. B. durch folgende Formel gebildet:The drive model is e.g. B. formed by the following formula:

Ediss Ea(1') EA(7) EAelekEdiss Ea ( 1 ') E A ( 7 ) E Aelek

Ediss... DissipationsenergieE diss ... dissipation energy

EA ... AntriebsenergieE A ... drive energy

Est StaudruckenergieE st dynamic energy

EAelek elektrische AntriebsenergieE Aelek electric drive energy

Tjges... Wirkungsgrad Antriebsstrang gesamtTj tot ... Total powertrain efficiency

Durch den Staudruck wird die Gegenkraft für den Plastifiziervorgang eingestellt. Der Staudruck wird über den Spritzblock 15 eingestellt und geregelt. Die Erfassung des Staudrucks erfolgt im Druckraum 51 mit einem Druckaufnehmer 15a. Die Staudruckenergie ergibt sich durch den Staudruck und den zurückgelegten Weg der Schnecke während des Plastifiziervorgangs. Durch die Veränderung des Staudruckes kann der Plastifizierprozess und der Energieeintrag vom Dosierantrieb beeinflusst werden. Es besteht somit auch die Möglichkeit den Staudruck abhängig von der Schneckenposition, die durch Wegaufnehmer 16, 16a aufgenommen wird, zu regeln.The back pressure for the plasticizing process is set by the dynamic pressure. The dynamic pressure is set and regulated via the spray block 15. The dynamic pressure is recorded in the pressure chamber 51 with a pressure sensor 15a. The dynamic pressure energy results from the dynamic pressure and the distance traveled by the screw during the plasticizing process. The plasticizing process and the energy input from the metering drive can be influenced by changing the dynamic pressure. There is therefore also the possibility of regulating the dynamic pressure as a function of the screw position which is picked up by displacement transducers 16, 16a.

In der Regeleinrichtung 60 ist das energiebilanzbasierende Modell des Plastifiziervorganges enthalten. Dies beinhaltet ein thermisches Modell, ein Antriebsmodell und ein Pro7 / 20The energy balance-based model of the plasticizing process is contained in the control device 60. This includes a thermal model, a drive model and a Pro7 / 20

77846 36/eh zessmodell. Diese Submodelle beeinflussen sich durch unterschiedliche Parameter und sind verbunden. Somit entsteht auch in der Regeleinrichtung 60 eine Verbindung und Interaktion dieser Submodelle. Durch diese Interaktion ist eine bessere Prozessführung möglich, da alle Parameter optimal eingestellt werden können. Durch die Verbindung dieser Modelle wird ein energieoptimaler Plastifizierprozess erreicht..77846 36 / eh zessmodell. These sub-models are influenced by different parameters and are linked. A connection and interaction of these sub-models thus also arises in the control device 60. This interaction enables better process control because all parameters can be optimally set. By combining these models, an energy-optimized plasticizing process is achieved.

Durch die erhaltenen Grenzwerte bzw. Einstellungsbereiche der Parameter aus dem Prozessmodell werden nun durch das Energiebilanzbasierende Gesamtmodell die Verluste der Energieeintragsquellen in den zulässigen Einstellungsbereichen minimiert.Due to the limit values or setting ranges of the parameters obtained from the process model, the losses of the energy input sources in the permissible setting ranges are minimized by the energy balance-based overall model.

/ 20/ 20th

77846 36/eh77846 36 / eh

Bezugszeichenliste: LIST OF REFERENCE NUMBERS 11 11 T rägerplatte Carrier plate 12 12 Zylinderplatte cylinder plate 13 13 Spritzkolben injection piston 14 14 Dosierantrieb metering 14a 14a Drehmoment und Drehzahl Sensor Torque and speed sensor 15 15 Spritzblock splashblock 15a 15a Druckaufnehmer Pressure transducer 16 + 16a 16 + 16a Wegaufnehmer Schneckenposition Position transducer screw position 21 21 Plastifizierzylinder plasticizing 21a 21a Außenwand des Plastifizierzylinders Outer wall of the plasticizing cylinder 21b 21b Innenwand des Plastifizierzylinders Inner wall of the plasticizing cylinder 22 22 Schnecke slug 22a 22a Schneckenvorraum the screw 23 23 Düse jet 24 24 Temperatursensor Schmelze Temperature sensor melt 31 31 Kühlvorrichtung cooler 31a 31a Temperaturfühler Kühlvorrichtung Cooling device temperature sensor 32 32 Kühlwendel, mit einem Medium z. B. Wasser durchströmt Cooling coil, with a medium such. B. flows through water 40, 41, 42, 43 40, 41, 42, 43 Temperierzone bestehend aus Heizbänder Temperature zone consisting of heating tapes 40a,41a,42a,43a 40a, 41a, 42a, 43a Temperaturfühler temperature sensor 51 51 hydraulischer Druckraum für Spritzdruck und Staudruck hydraulic pressure chamber for injection pressure and back pressure 52 52 hydraulischer Druckraum für Schneckenrückzug hydraulic pressure chamber for screw retraction 60 60 Regeleinrichtung der Formgebungsmaschine Control device of the molding machine

Innsbruck, am 25. September 2017 / 20Innsbruck, on September 25, 2017/20

77846 36/eh77846 36 / eh

Claims (11)

Patentansprüche:claims: 1. Formgebungsmaschine mit:1. shaping machine with: einer Plastifiziereinheit, wobei die Plastifiziereinheit aufweist:a plasticizing unit, the plasticizing unit comprising: - eine Zuführvorrichtung zum Zuführen eines Kunststoffgranulats zu einem Plastifizierzylinder (21)- A feed device for feeding a plastic granulate to a plasticizing cylinder (21) - einen Plastifizierzylinder (21), in welchem eine Schnecke (22) drehbar zum Plastifizieren von Kunststoffgranulat angeordnet ist- A plasticizing cylinder (21) in which a screw (22) is rotatably arranged for plasticizing plastic granules - einen Dosierantrieb (14) zum Drehen der Schnecke (22)- A metering drive (14) for rotating the screw (22) - eine Temperiervorrichtung zum Temperieren einer Wandung (21a, 21 b) des Plastifizierzylinders (21), wobei die Temperiervorrichtung wenigstens zwei Temperierzonen (40, 41,42, 43) zum Temperieren unterschiedlicher Abschnitte der Wandung (21a, 21b) des Plastifizierzylinders (21) aufweist- A temperature control device for temperature control of a wall (21a, 21b) of the plasticizing cylinder (21), the temperature control device for at least two temperature control zones (40, 41, 42, 43) for temperature control of different sections of the wall (21a, 21b) of the plasticizing cylinder (21) having - eine Temperaturmessvorrichtung (40a, 41 a, 42a, 43a) zum Erfassen einer Temperatur des Plastifizierzylinders (21) und/oder einer aus plastifiziertem Kunststoffgranulat erzeugten Schmelze im Plastifizierzylinder (21) für die wenigstens zwei Temperierzonen (40, 41,42, 43) und/oder für den Schneckenvorraum- A temperature measuring device (40a, 41a, 42a, 43a) for detecting a temperature of the plasticizing cylinder (21) and / or a melt produced from plasticized plastic granulate in the plasticizing cylinder (21) for the at least two temperature control zones (40, 41,42, 43) and / or for the snail vestibule - eine Messvorrichtung (14a, 15a) zum Erfassen eines durch den Dosierantrieb (14) auf die Schnecke (22) ausgeübten Drehmoments und/oder einer Drehzahl der Schnecke (22) und/oder eines durch die Schmelze auf die Schnecke (22) ausgeübten Staudrucks und/oder eines Dosierhubes der Schnecke (22) und mit einer Regeleinrichtung (60), die mit dem Dosierantrieb (14), der Temperiervorrichtung, der Temperaturmessvorrichtung (40a, 41a, 42a, 43a) und der Messvorrichtung (14a, 15a) in Verbindung steht dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (60) dazu ausgebildet ist, die Ansteuerung- A measuring device (14a, 15a) for detecting a torque exerted by the metering drive (14) on the screw (22) and / or a rotational speed of the screw (22) and / or a dynamic pressure exerted by the melt on the screw (22) and / or a dosing stroke of the screw (22) and with a control device (60) which is connected to the dosing drive (14), the temperature control device, the temperature measuring device (40a, 41a, 42a, 43a) and the measuring device (14a, 15a) is characterized in that the control device (60) is designed to control - der Temperiervorrichtung zum Temperieren der unterschiedlichen Abschnitte der Wandung des Plastifizierzylinders und/oder- The tempering device for tempering the different sections of the wall of the plasticizing cylinder and / or - des Dosierantriebs (14) in Abhängigkeit des oder der- The metering drive (14) depending on the or - von der Messvorrichtung (14a, 15a, 16a) erfassten Drehmoments und/oder Drehzahl und/oder des Staudrucks und/oder eines Dosierhubes der Schnecke (22) und/oder- Torque and / or speed and / or the dynamic pressure and / or a metering stroke of the screw (22) and / or detected by the measuring device (14a, 15a, 16a) 10 / 2010/20 77846 36/eh einer durch die Temperaturmessvorrichtung (40a, 41a, 42a, 43a) gemessenen Temperatur unter Verwendung eines energiebilanzierenden Modells des Plastifiziervorganges vorzunehmen und dass das energiebilanzierende Modell des Plastifiziervorganges aus miteinander verbundenen Submodellen zusammengesetzt ist, wobei ein Submodell als den Dosierantrieb beschreibendes Antriebsmodell und ein Submodell als die Temperiervorrichtung beschreibendes Thermisches Modell ausgebildet ist.77846 36 / eh of a temperature measured by the temperature measuring device (40a, 41a, 42a, 43a) using an energy-balancing model of the plasticizing process and that the energy-balancing model of the plasticizing process is composed of interconnected sub-models, with a sub-model as the drive model describing the metering drive and a sub-model is designed as a thermal model describing the temperature control device. 2. Formgebungsmaschine mit:2. Molding machine with: einer Plastifiziereinheit, wobei die Plastifiziereinheit aufweist:a plasticizing unit, the plasticizing unit comprising: - eine Zuführvorrichtung zum Zuführen eines Kunststoffgranulats zu einem Plastifizierzylinder (21)- A feed device for feeding a plastic granulate to a plasticizing cylinder (21) - einen Plastifizierzylinder (21), in welchem eine Schnecke (22) drehbar zum Plastifizieren von Kunststoffgranulat angeordnet ist- A plasticizing cylinder (21) in which a screw (22) is rotatably arranged for plasticizing plastic granules - einen Dosierantrieb (14) zum Drehen der Schnecke (22)- A metering drive (14) for rotating the screw (22) - eine Temperiervorrichtung zum Temperieren einer Wandung (21a, 21 b) des Plastifizierzylinders (21), wobei die Temperiervorrichtung wenigstens zwei Temperierzonen (40, 41,42, 43) zum Temperieren unterschiedlicher Abschnitte der Wandung (21a, 21b) des Plastifizierzylinders (21) aufweist- A temperature control device for temperature control of a wall (21a, 21 b) of the plasticizing cylinder (21), the temperature control device for at least two temperature control zones (40, 41, 42, 43) for temperature control of different sections of the wall (21a, 21b) of the plasticizing cylinder (21) having - eine Temperaturmessvorrichtung (40a, 41 a, 42a, 43a) zum Erfassen einer Temperatur des Plastifizierzylinders (21) und/oder einer aus plastifiziertem Kunststoffgranulat erzeugten Schmelze im Plastifizierzylinder (21) für die wenigstens zwei Temperierzonen (40, 41,42, 43) und/oder für den Schneckenvorraum- A temperature measuring device (40a, 41a, 42a, 43a) for detecting a temperature of the plasticizing cylinder (21) and / or a melt produced from plasticized plastic granules in the plasticizing cylinder (21) for the at least two temperature control zones (40, 41,42, 43) and / or for the snail vestibule - eine Messvorrichtung (14a, 15a) zum Erfassen eines durch den Dosierantrieb (14) auf die Schnecke (22) ausgeübten Drehmoments und/oder einer Drehzahl der Schnecke (22) und/oder eines durch die Schmelze auf die Schnecke (22) ausgeübten Staudrucks und/oder eines Dosierhubes der Schnecke (22) und mit einer Regeleinrichtung (60), die mit dem Dosierantrieb (14), der Temperiervorrichtung, der Temperaturmessvorrichtung (40a, 41a, 42a, 43a) und der Messvorrichtung (14a, 15a) in Verbindung steht dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (60) dazu ausgebildet ist, in Bezug auf- A measuring device (14a, 15a) for detecting a torque exerted by the metering drive (14) on the screw (22) and / or a rotational speed of the screw (22) and / or a dynamic pressure exerted by the melt on the screw (22) and / or a dosing stroke of the screw (22) and with a control device (60) which is connected to the dosing drive (14), the temperature control device, the temperature measuring device (40a, 41a, 42a, 43a) and the measuring device (14a, 15a) is characterized in that the control device (60) is designed with respect to - der Temperiervorrichtung zum Temperieren der unterschiedlichen Abschnitte der Wandung des Plastifizierzylinders und/oder- The tempering device for tempering the different sections of the wall of the plasticizing cylinder and / or 11 / 2011/20 77846 36/eh77846 36 / eh - des Dosierantriebs (14) in Abhängigkeit des oder der- The metering drive (14) depending on the or - von der Messvorrichtung (14a, 15a) erfassten Drehmoments und/oder Drehzahl und/oder des Staudrucks und/oder eines Dosierhubes der Schnecke (22) und/oder einer durch die Temperaturmessvorrichtung (40a, 41a, 42a, 43a) gemessenen Temperatur unter Verwendung eines energiebilanzierenden Modells des Plastifiziervorganges Fehleinstellungen zu erkennen und vorzugsweise eine Meldung abzugeben und dass das energiebilanzierende Modell des Plastifiziervorganges aus miteinander verbundenen Submodellen zusammengesetzt ist, wobei ein Submodell als den Dosierantrieb beschreibendes Antriebsmodell und ein Submodell als die Temperiervorrichtung beschreibendes Thermisches Modell ausgebildet ist.- Torque and / or speed and / or the dynamic pressure and / or a dosing stroke of the screw (22) and / or a temperature measured by the temperature measuring device (40a, 41a, 42a, 43a) measured by the measuring device (14a, 15a) using of an energy-balancing model of the plasticizing process to recognize incorrect settings and preferably to submit a message and that the energy-balancing model of the plasticizing process is composed of interconnected sub-models, a sub-model being designed as a drive model describing the metering drive and a sub-model being designed as a thermal model describing the temperature control device. 3. Formgebungsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei das energiebilanzierende Modell des Plastifiziervorganges weiters ein Submodell als den Plastifiziervorgang des Kunststoffgranulats beschreibendes Prozessmodell umfasst.3. Molding machine according to claim 1 or 2, wherein the energy-balancing model of the plasticizing process further comprises a sub-model as the process model describing the plasticizing process of the plastic granulate. 4. Formgebungsmaschine nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche wobei die Zuführvorrichtung eine Kühlvorrichtung (31) zur Kühlung des Kunststoffgranulats aufweist.4. Molding machine according to at least one of the preceding claims, wherein the feed device has a cooling device (31) for cooling the plastic granulate. 5. Formgebungsmaschine nach dem vorangehenden Anspruch, wobei die Regeleinrichtung (60) dazu ausgebildet ist, die Temperiervorrichtung zum Temperieren der unterschiedlichen Abschnitte der Wandung (21a, 21b) des Plastifizierzylinders (21) und die Kühlvorrichtung (31) zur Kühlung des Kunststoffgranulats gekoppelt zu betreiben.5. Molding machine according to the preceding claim, wherein the control device (60) is designed to operate the temperature control device for temperature control of the different sections of the wall (21a, 21b) of the plasticizing cylinder (21) and the cooling device (31) for cooling the plastic granulate , 6. Formgebungsmaschine nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Regeleinrichtung (60) dazu ausgebildet ist, die Temperiervorrichtung in einem axialen Bereich des Plastifizierzylinders (21) in Abhängigkeit einer Position der Schnecke (22) abzuschalten.6. Molding machine according to at least one of the preceding claims, wherein the control device (60) is designed to switch off the temperature control device in an axial region of the plasticizing cylinder (21) as a function of a position of the screw (22). 7. Formgebungsmaschine nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Regeleinrichtung (60) dazu ausgebildet ist, die Temperiervorrichtung und/oder den Dosierantrieb (14) abhängig von einem Betriebszustand der Formgebungsmaschine zu regeln.7. Molding machine according to at least one of the preceding claims, wherein the control device (60) is designed to control the temperature control device and / or the metering drive (14) depending on an operating state of the molding machine. 12 / 2012/20 77846 36/eh77846 36 / eh 8. Formgebungsmaschine nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Regeleinrichtung (60) dazu ausgebildet ist, die Temperiervorrichtung und/oder den Dosierantrieb (14) abhängig von Materialeigenschaften des zugeführten Kunststoffgranulats zu regeln.8. Molding machine according to at least one of the preceding claims, wherein the control device (60) is designed to control the temperature control device and / or the metering drive (14) depending on the material properties of the supplied plastic granulate. 9. Formgebungsmaschine nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Regeleinrichtung (60) dazu ausgebildet ist, eine für einen Benutzer ersichtliche Meldung zu generieren, falls der Temperaturunterschied benachbarter Temperierzonen (40, 41,42, 43) einen vorgegebenen Grenzwert erreicht oder überschreitet.9. Shaping machine according to at least one of the preceding claims, wherein the control device (60) is designed to generate a message visible to a user if the temperature difference between adjacent temperature zones (40, 41, 42, 43) reaches or exceeds a predetermined limit value. 10. Formgebungsmaschine nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Regeleinrichtung (60) dazu ausgebildet ist, unter Verwendung eines Beobachters, abzuschätzen, ob ein von einem Benutzer gewünschter Temperaturverlauf mit den aktuellen Stellgliedern der Formgebungsmaschine erreichbar ist.10. Molding machine according to at least one of the preceding claims, wherein the control device (60) is designed, using an observer, to estimate whether a temperature profile desired by a user can be achieved with the current actuators of the molding machine. 11. Formgebungsmaschine nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Regeleinrichtung (60) dazu ausgebildet ist, einen Staudruck abhängig von einer Position der Schnecke (22) zu regeln, vorzugsweise in Form eines Staudruckverlaufes über einen Dosierhub der Schnecke (22).11. Molding machine according to at least one of the preceding claims, wherein the control device (60) is designed to regulate a dynamic pressure depending on a position of the screw (22), preferably in the form of a dynamic pressure curve over a metering stroke of the screw (22).
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