AT526288B1 - Method, computer program product and system for tempering a mold - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Temperieren eines Formwerkzeugs (1), wobei Temperiermedium durch zumindest einen Temperierzweig (2) des Formwerkzeugs (1) gefördert wird und eine Temperierregelung zumindest einer Vorrichtung (5,6,7,8) durchgeführt wird, welche zumindest eine Vorrichtung (5,6,7,8) einen thermodynamischen und/oder fließtechnischen Parameter des Temperiermediums beeinflusst, wobei für die Temperierregelung - eine Soll-Werkzeugtemperatur vorgegeben wird, - eine beobachtete Werkzeugtemperatur (II, III) des Formwerkzeugs als rückgeführte Größe für die Temperierregelung verwendet wird und - auf Basis einer Abweichung der beobachteten Werkzeugtemperatur von der Soll-Werkzeugtemperatur zumindest ein Ansteuersignal an die zumindest eine Vorrichtung (5,6,7,8) ausgegeben und/oder zumindest ein Soll-Wert für die zumindest eine Vorrichtung (5,6,7,8) vorgegeben wird.Method for tempering a molding tool (1), wherein tempering medium is conveyed through at least one tempering branch (2) of the molding tool (1) and a tempering control of at least one device (5,6,7,8) is carried out, which at least one device (5,6,7,8) influences a thermodynamic and/or flow-related parameter of the tempering medium, wherein for the tempering control - a target tool temperature is specified, - an observed tool temperature (II, III) of the molding tool is used as a feedback variable for the tempering control and - based on a deviation of the observed tool temperature from the target tool temperature, at least one control signal is output to the at least one device (5,6,7,8) and/or at least one target value is specified for the at least one device (5,6,7,8).
Description
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Temperieren eines Formwerkzeugs gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, ein Computerprogrammprodukt zum Temperieren eines Formwerkzeugs gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 8 sowie ein System zum Temperieren eines Formwerkzeugs gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 10. [0001] The present invention relates to a method for tempering a mold according to the features of the preamble of claim 1, a computer program product for tempering a mold according to the features of the preamble of claim 8 and a system for tempering a mold according to the features of the preamble of claim 10.
[0002] Zum Temperieren von Formgebungswerkzeugen, wie beispielsweise Spritzgießwerkzeugen, wird Temperiermedium durch zumindest einen Temperierzweig des Formwerkzeugs gefördert. Es werden verschiedene gesteuerte und/oder geregelte Vorrichtungen verwendet, um die thermodynamischen und fließtechnischen Parameter des Temperiermediums so einzustellen, wie es für das jeweilige Formwerkzeug angebracht ist. Beispiele wären Pumpen, Drosseln und Einrichtungen zum Anpassen der Temperatur des Temperiermediums. [0002] To temper molding tools, such as injection molding tools, tempering medium is conveyed through at least one tempering branch of the mold. Various controlled and/or regulated devices are used to adjust the thermodynamic and flow parameters of the tempering medium as appropriate for the respective mold. Examples would be pumps, throttles and devices for adjusting the temperature of the tempering medium.
[0003] Es existieren einige Veröffentlichungen der Anmelderin zum Optimieren dieses Systems, insbesondere hinsichtlich des Energieverbrauchs. Es sei auf die [0003] There are several publications by the applicant to optimize this system, especially with regard to energy consumption. Reference is made to the
EP 2762291 A1, die EP 3173208 A1 und die EP 3309402 A1 EP 2762291 A1, EP 3173208 A1 and EP 3309402 A1
verwiesen. referred to.
[0004] Grundsätzlich wurde es auch in Betracht gezogen, im Formwerkzeug einen Temperatursensor zu verbauen. Allerdings sind Regelungen, die Messwerte eines Temperatursensors im Formwerkzeug als rückgeführte Größe verwenden, erfahrungsgemäß sehr sensitiv auf die Positionierung des Temperatursensors im Werkzeug und insbesondere dem Abstand des Temperatursensors zur Formkavität (Plastverarbeiter, „Temperaturführung Optimieren“, Januar 2009, Seite 50). Ist der Temperatursensor zu nahe an der Formkavität, unterliegen die Messwerte durch das zyklische Einspritzen der Formmasse großen Schwankungen, was zu einer instabilen Regelung führt. Ist der Abstand zu groß, geht durch Dissipation von Wärme Information verloren und die Regelung auf Basis der Messwerte des Temperatursensors kann Schwankungen der Temperatur in der Formkavität nicht erkennen (zu geringe Regeldynamik). [0004] In principle, it was also considered to install a temperature sensor in the mold. However, experience has shown that controls that use measured values from a temperature sensor in the mold as a feedback variable are very sensitive to the positioning of the temperature sensor in the tool and in particular to the distance of the temperature sensor from the mold cavity (Plastverarbeiter, "Optimizing temperature control", January 2009, page 50). If the temperature sensor is too close to the mold cavity, the measured values are subject to large fluctuations due to the cyclic injection of the molding compound, which leads to unstable control. If the distance is too large, information is lost due to heat dissipation and the control based on the measured values from the temperature sensor cannot detect fluctuations in the temperature in the mold cavity (control dynamics too low).
[0005] Bekannte Ausführungsvarianten des Standes der Technik gehen beispielweise aus der US 5,411,686 A und der DE 10 2005 019890 B3 hervor. [0005] Known embodiments of the prior art are disclosed, for example, in US 5,411,686 A and DE 10 2005 019890 B3.
[0006] Hochentwickelte steuerungstechnische Strategien zum Verwenden von Messwerten eines Temperatursensors im Formwerkzeug selbst fehlen daher im Stand der Technik soweit ersichtlich. [0006] So far as can be seen, highly developed control strategies for using measured values from a temperature sensor in the mold itself are therefore missing in the prior art.
[0007] Deshalb wird beim Regeln oder Steuern der Temperierung in der Praxis häufig auf einen Durchfluss (und/oder Durchflussrate und/oder Volumenstrom) oder eine Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des Temperiermediums fließtechnisch nach und vor dem Formwerkzeug zurückgegriffen. Letztere weist erstens hohe Aussagekraft für die Qualität des herzustellenden Formteils auf und Temperatursensoren im Formwerkzeug stellen einen erheblichen Aufwand dar, der vermieden werden kann, wenn man die Temperaturdifferenz oder nach einem Durchfluss regelt. [0007] Therefore, when controlling or regulating the temperature in practice, a flow (and/or flow rate and/or volume flow) or a temperature difference between the temperature of the tempering medium in terms of flow technology after and before the mold is often used. Firstly, the latter is highly informative for the quality of the molded part to be produced and temperature sensors in the mold represent a considerable expense that can be avoided if the temperature difference or a flow is regulated.
[0008] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren, ein Computerprogrammprodukt und ein System zum Temperieren eines Formwerkzeugs bereitzustellen, wobei die Energieeffizienz verbessert ist. Bevorzugt soll dies unabhängig davon geschehen, ob ein Temperatursensor im Werkzeug verbaut ist oder nicht. [0008] The object of the invention is to provide a method, a computer program product and a system for controlling the temperature of a molding tool, wherein the energy efficiency is improved. This should preferably be done regardless of whether a temperature sensor is installed in the tool or not.
[0009] Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 1 ge-[0009] This object is achieved with regard to the method by the features of claim 1.
löst, nämlich indem für die Temperierregelung by using the temperature control
- eine Soll-Werkzeugtemperatur vorgegeben wird, - a target tool temperature is specified,
- eine beobachtete Werkzeugtemperatur des Formwerkzeugs als rückgeführte Größe für die Temperierregelung verwendet wird und - an observed tool temperature of the mold is used as a feedback variable for the temperature control and
- auf Basis einer Abweichung der beobachteten Werkzeugtemperatur von der Soll-Werkzeugtemperatur zumindest ein Ansteuersignal an die zumindest eine Vorrichtung ausgegeben und/ oder zumindest ein Soll-Wert für die zumindest eine Vorrichtung vorgegeben wird. - based on a deviation of the observed tool temperature from the target tool temperature, at least one control signal is output to the at least one device and/or at least one target value is specified for the at least one device.
[0010] Die Aufgabe wird hinsichtlich des Computerprogrammprodukts mit den Merkmalen des [0010] The object is achieved with respect to the computer program product having the features of
Anspruchs 8 gelöst, nämlich indem Instruktionen einen das Computerprogrammprodukt ausfüh-Claim 8 is solved by providing instructions for executing the computer program product.
renden Computer dazu veranlassen, für die Temperierregelung und/oder die Temperiersteuerung computer to provide the temperature control and/or the temperature control
- eine Soll-Werkzeugtemperatur vorzugeben oder entgegenzunehmen, - to specify or receive a target tool temperature,
- eine beobachtete Werkzeugtemperatur des Formwerkzeugs als rückgeführte Größe für die Temperierregelung und/oder als Vergleichsgröße für die Temperiersteuerung entgegenzunehmen oder zu berechnen und - to receive or calculate an observed tool temperature of the mold as a feedback value for the temperature control and/or as a comparison value for the temperature control and
- auf Basis einer Abweichung der beobachteten Werkzeugtemperatur von der Soll-Werkzeugtemperatur zumindest ein Ansteuersignal an die zumindest eine Vorrichtung und/oder zumindest ein Soll-Wert für die zumindest eine Vorrichtung auszugeben. - to output at least one control signal to the at least one device and/or at least one target value for the at least one device based on a deviation of the observed tool temperature from the target tool temperature.
[0011] Schutz wird ebenfalls für einen computerlesbaren Speicher, vorzugsweise nicht-flüchtig, begehrt, auf dem ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt gespeichert ist. [0011] Protection is also sought for a computer-readable memory, preferably non-volatile, on which a computer program product according to the invention is stored.
[0012] Hinsichtlich des Systems wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 10 gelöst, [0012] With regard to the system, the object is achieved by the features of claim 10,
nämlich indem die Steuer- und/oder Regeleinheit dazu ausgebildet ist namely by designing the control and/or regulating unit
- eine Soll-Werkzeugtemperatur vorzugeben oder entgegenzunehmen, - to specify or receive a target tool temperature,
- eine beobachtete Werkzeugtemperatur des Formwerkzeugs als rückgeführte Größe und/oder als Vergleichsgröße für die Temperiersteuerung zu verwenden und - to use an observed mold temperature of the mold as a feedback value and/or as a comparison value for the temperature control and
- auf Basis einer Abweichung der beobachteten Werkzeugtemperatur von der Soll-Werkzeugtemperatur zumindest ein Ansteuersignal an die zumindest eine Vorrichtung und/oder zumindest ein Soll-Wert für die zumindest eine Vorrichtung auszugeben. - to output at least one control signal to the at least one device and/or at least one target value for the at least one device based on a deviation of the observed tool temperature from the target tool temperature.
[0013] Schutz wird außerdem für eine Formgebungsanlage mit einem erfindungsgemäßen System und einer Formgebungsmaschine zum Betreiben des Formwerkzeugs begehrt. [0013] Protection is also sought for a molding plant with a system according to the invention and a molding machine for operating the mold.
[0014] Erfindungsgemäß ist die beobachtete Werkzeugtemperatur im regelungstechnischen Sinn zu verstehen. Das heißt, ausgehend von Messwerten, wie beispielsweise Temperaturen des Formwerkzeugs oder des Temperiermediums, wird durch eine Modellbildung auf die tatsächliche Temperatur - vorzugsweise an einer Kavitätenwand - rückgeschlossen. Die Modellbildung kann dabei beispielsweise darin bestehen, dass Schwankungen in der Temperatur auf Basis einer bekannten Zykluszeit oder Wärmeübertragung zwischen dem Temperiermedium und dem Formwerkzeug bei der Datenauswertung berücksichtigt werden. Gemäß der Erfindung kann es sich daher bei der beobachteten Werkzeugtemperatur um die Messwerte eines im Formwerkzeug verbauten Temperatursensors (oder mehrere derselben) handeln, wobei die Messwerte entweder gefiltert werden oder anderen signalverarbeitenden Schritten unterzogen werden. Es kann im Rahmen der Erfindung aber auch vorgesehen sein, dass kein Temperatursensor im Formwerkzeug vorhanden ist. Die beobachtete Werkzeugtemperatur kann sich dann aus anderen Messwerten, wie beispielsweise Temperaturen des Temperiermediums ergeben. Das Modell kann in diesem Fall beispielsweise durch die Berücksichtigung von unterschiedlichen Sensoren, wie beispielsweise ein Temperatursensor im Vorlauf und einer im Rücklauf des Mediums, eine beobachtete Werkzeug- und Temperiertemperatur berechnen. Auf diese Weise kann ein „virtueller“ Temperatursensor realisiert werden. [0014] According to the invention, the observed tool temperature is to be understood in the control engineering sense. This means that, based on measured values, such as temperatures of the mold or the temperature control medium, the actual temperature - preferably on a cavity wall - is deduced by modeling. The modeling can, for example, consist in taking into account fluctuations in the temperature based on a known cycle time or heat transfer between the temperature control medium and the mold in the data evaluation. According to the invention, the observed tool temperature can therefore be the measured values of a temperature sensor (or several of them) installed in the mold, with the measured values either being filtered or subjected to other signal processing steps. However, within the scope of the invention, it can also be provided that no temperature sensor is present in the mold. The observed tool temperature can then result from other measured values, such as temperatures of the temperature control medium. In this case, the model can calculate an observed tool and tempering temperature by taking into account different sensors, such as a temperature sensor in the flow and one in the return of the medium. In this way, a "virtual" temperature sensor can be realized.
[0015] Die beobachtete Werkzeugtemperatur soll im Sinne der Erfindung eine tatsächliche Temperatur des Formwerkzeugs, beispielsweise in der Nähe eines Formnests oder an einer Kavitätenwand abbilden. [0015] In the sense of the invention, the observed tool temperature is intended to represent an actual temperature of the mold, for example in the vicinity of a mold cavity or on a cavity wall.
[0016] Das Verwenden einer absoluten Werkzeugtemperatur sowohl als Soll-Größe als auch als rückgeführte Größe oder Vergleichsgröße ist vorteilhaft, weil diese einerseits für die Qualität des hergestellten Formteils aussagekräftig ist und andererseits die Wärmebilanz im Formwerkzeug und damit die für die Temperierung aufgewendeten Energien - widerspiegelt. Die Temperierregelung und/oder Temperiersteuerung nach der beobachteten Werkzeugtemperatur ist daher besonders effektiv hinsichtlich der Energieoptimierung und hinsichtlich der einzuhaltenden Formteilqualität. [0016] Using an absolute mold temperature both as a target value and as a feedback value or comparison value is advantageous because, on the one hand, this is meaningful for the quality of the molded part produced and, on the other hand, reflects the heat balance in the mold and thus the energy used for tempering. The temperature control and/or temperature regulation according to the observed mold temperature is therefore particularly effective in terms of energy optimization and in terms of the molded part quality to be maintained.
[0017] Je nach Realisierung der Erfindung kann es sich bei der beobachteten Werkzeugtemperatur um eine Temperatur handeln, die an einer inneren Oberfläche des Formwerkzeugs vorliegt, [0017] Depending on the implementation of the invention, the observed tool temperature may be a temperature present on an inner surface of the mold,
beispielsweise an einer Kavitäten- oder Formnestoberfläche bei einem Spritzgießwerkzeug. for example on a cavity or mold surface in an injection molding tool.
[0018] Die Temperierregelung wird als solche bezeichnet, weil die erfindungsgemäße beobachtete Werkzeugtemperatur als rückgeführte Größe für diese Regelung vorgesehen ist. Das heißt aber nicht, dass es nicht unterlagerte oder überlagerte Steuerungen oder Regelungen geben kann. [0018] The temperature control is referred to as such because the tool temperature observed according to the invention is provided as a feedback variable for this control. However, this does not mean that there cannot be subordinate or superordinate controls or regulations.
[0019] Ein Beispiel für eine unterlagerte Steuerung oder Regelung wäre beispielsweise eine Steuerung oder Regelung eines Pumpenmotors, einer Offnungsstellung eines Drosselventils oder einer Heiz- oder Kühlvorrichtung für das Temperiermedium. Eine überlagerte Steuerung oder Regelung könnte die Soll-Werkzeugtemperatur variieren (oder konstant halten). [0019] An example of a subordinate control or regulation would be, for example, a control or regulation of a pump motor, an opening position of a throttle valve or a heating or cooling device for the tempering medium. A higher-level control or regulation could vary the target tool temperature (or keep it constant).
[0020] Bei den Vorrichtungen, welche einen thermodynamischen und/oder fließtechnischen Parameter des Temperiermediums beeinflussen kann es sich beispielsweise um eine Pumpe, Drosseln zum Einstellen eines Volumenstroms und/oder Heiz- und/oder Kühlelemente handeln, welche die Temperatur des Temperiermediums beeinflussen. [0020] The devices which influence a thermodynamic and/or flow parameter of the tempering medium can be, for example, a pump, throttles for adjusting a volume flow and/or heating and/or cooling elements which influence the temperature of the tempering medium.
[0021] Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass Parameter wie Druck und Temperatur des Temperiermediums als thermodynamische Parameter aufgefasst werden und dass Parameter wie Volumenstrom oder Massenstrom als fließtechnische Parameter aufgefasst werden. [0021] For the sake of completeness, it should be mentioned that parameters such as pressure and temperature of the tempering medium are considered as thermodynamic parameters and that parameters such as volume flow or mass flow are considered as flow-related parameters.
[0022] Auf signalverarbeitende Schritte und Modelle, die im Zusammenhang mit der Erfindung insbesondere für die beobachtete Werkzeugtemperatur - verwendet werden können, wird etwas weiter unten eingegangen. [0022] Signal processing steps and models that can be used in connection with the invention - in particular for the observed tool temperature - will be discussed a little further below.
[0023] Wie erwähnt, können Ausführungsformen der Erfindung bevorzugt sein, wobei die Vorrichtungen, welche die thermodynamischen und/oder fließtechnischen Parameter des Temperiermediums beeinflussen, selbst unterlagert gesteuert und/oder geregelt werden. In diesen Ausführungsformen gibt die Temperierregelung und/oder die Temperiersteuerung auf Basis des Vergleichs zwischen der Soll-Werkzeugtemperatur und der beobachteten Werkzeugtemperatur SollWerte für die unterlagerten Regelungen und/oder Steuerungen der Vorrichtungen aus. [0023] As mentioned, embodiments of the invention may be preferred in which the devices which influence the thermodynamic and/or flow parameters of the tempering medium are themselves controlled and/or regulated in a subordinate manner. In these embodiments, the tempering regulation and/or the tempering control outputs target values for the subordinate regulation and/or control of the devices based on the comparison between the target tool temperature and the observed tool temperature.
[0024] Bei solchen Soll-Werten kann es sich um Soll-Pumpenparameter, wie beispielsweise einen Soll-Förderstrom, um eine Soll-Vorlauftemperatur des dem Formwerkzeug zugeführten Temperiermediums und/oder um eine Soll-Drosselstellung handeln. [0024] Such target values can be target pump parameters, such as a target flow rate, a target flow temperature of the tempering medium supplied to the molding tool and/or a target throttle position.
[0025] Im Rahmen der Erfindung wird die Temperierregelung als Regelung verstanden, wenn die beobachtete Werkzeugtemperatur während des Betriebs des Formwerkzeugs zumindest einmal pro Zyklus (oder zumindest einmal über eine relativ geringe Anzahl von Zyklen) bei in Zyklen betriebenen Formwerkzeugen, wie beispielweise Spritzgießwerkzeugen, und/oder mit vorherbestimmter Frequenz und/oder mit vorherbestimmter Intervalldauer während des Betriebs bei kontinuierlich betriebenen Formwerkzeugen bestimmt und rückgeführt wird. [0025] Within the scope of the invention, the temperature control is understood as a control when the observed tool temperature during the operation of the mold is determined and fed back at least once per cycle (or at least once over a relatively small number of cycles) in the case of molds operated in cycles, such as injection molding tools, and/or with a predetermined frequency and/or with a predetermined interval duration during operation in the case of continuously operated molds.
[0026] Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass dafür nicht notwendigerweise ein physischer Temperatursensor im Formwerkzeug verbaut werden muss, trotzdem aber vorteilhafter Weise eingesetzt werden kann, wenn er vorhanden ist. [0026] A further advantage of the invention is that it is not necessary to install a physical temperature sensor in the mold, but can nevertheless be used advantageously if it is present.
[0027] Unter Formwerkzeugen können im Rahmen der Erfindung Spritzgießwerkzeuge, Spritzpresswerkzeuge, Presswerkzeuge und dergleichen verstanden werden. Dementsprechend kann es sich bei Formgebungsmaschinen zum Betreiben dieser Formwerkzeuge um Spritzgießmaschinen, Spritzpressen, Pressen und dergleichen handeln. [0027] Within the scope of the invention, molding tools can be understood to mean injection molding tools, transfer molding tools, pressing tools and the like. Accordingly, molding machines for operating these molding tools can be injection molding machines, transfer molding presses, presses and the like.
[0028] Die Regeleinrichtung zum Durchführen der Temperierregelung kann durch eine zentrale Maschinen- oder Anlagensteuerung der Formgebungsmaschine oder Formgebungsanlage und/ oder eine dezentrale Regeleinrichtung, beispielsweise an einem Temperiermedienverteiler und/ oder einem Temperiergerät, gegeben sein. In alternativen Ausführungsformen kann die Regeleinrichtung durch einen fern von der Formgebungsmaschine oder Formgebungsanlage angeordneten Computerserver realisiert sein, wobei die Architektur des Computerservers durch die Erfindung an sich nicht eingeschränkt ist. Das heißt der Computerserver kann durch in einem Rechenzentrum zentral angeordnete Hardware oder durch verteiltes Rechnen realisiert werden. [0028] The control device for carrying out the temperature control can be provided by a central machine or system control of the shaping machine or shaping system and/or a decentralized control device, for example on a temperature control media distributor and/or a temperature control device. In alternative embodiments, the control device can be implemented by a computer server arranged remotely from the shaping machine or shaping system, whereby the architecture of the computer server is not restricted by the invention per se. This means that the computer server can be implemented by hardware arranged centrally in a data center or by distributed computing.
[0029] Diese Regeleinrichtung kann jener Computer sein, der das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt ausführt. [0029] This control device can be the computer that executes the computer program product according to the invention.
[0030] Es können im Rahmen der Erfindung bevorzugt mehr als ein Temperierzweig im Formwerkzeug mit Temperiermedium beschickt werden, wobei die Temperierzweige parallel und/oder seriell geschaltet sein können. Im Rahmen der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass ein Temperierzweig oder mehrere Temperierzweige ausgewählt werden und dann nur jene Vorrichtungen gemäß der Erfindung geregelt werden, welche die thermodynamischen und/oder fließtechnischen Parameter des Temperiermediums im ausgewählten Temperierzweig oder den ausgewählten Temperierzweig beeinflussen. Natürlich können dafür bevorzugt „kritische“ Temperierzweige ausgewählt werden, die auf den Wärmehaushalt des Formwerkzeugs einen besonders großen Einfluss haben. Ein Verfahren zum derartigen Auswählen von Temperierzweigen ist in der unveröffentlichten österreichischen Patentanmeldung A 50799/2021 offenbart. [0030] Within the scope of the invention, preferably more than one tempering branch in the mold can be supplied with tempering medium, whereby the tempering branches can be connected in parallel and/or in series. Within the scope of the invention, it can be provided that one tempering branch or several tempering branches are selected and then only those devices are controlled according to the invention which influence the thermodynamic and/or flow parameters of the tempering medium in the selected tempering branch or the selected tempering branch. Of course, "critical" tempering branches which have a particularly large influence on the heat balance of the mold can preferably be selected for this purpose. A method for selecting tempering branches in this way is disclosed in the unpublished Austrian patent application A 50799/2021.
[0031] Unter Temperieren kann Kühlen oder Heizen verstanden werden. Erwähnenswert ist, dass in gewissen Ausführungsformen sowohl Heizen als auch Kühlen in einem Formgebungszyklus vorgesehen sein kann. [0031] Tempering can be understood as cooling or heating. It is worth mentioning that in certain embodiments both heating and cooling can be provided in a forming cycle.
[0032] Als Temperiermedium kann beispielsweise Wasser oder Öl zum Einsatz kommen, wobei optional auch Zusätze vorhanden sein können. [0032] Water or oil, for example, can be used as a tempering medium, although additives can also be present optionally.
[0033] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. [0033] Advantageous developments of the invention are defined in the dependent claims.
[0034] Es kann vorgesehen sein, dass eine in einem Material des Formwerkzeugs gemessene [0034] It can be provided that a measured in a material of the mold
Werkzeugmaterialtemperatur für die beobachtete Werkzeugtemperatur herangezogen wird, wo-Tool material temperature is used for the observed tool temperature, where
bei vorzugsweise preferably
- die Werkzeugmaterialtemperatur so gefiltert wird, dass durch einen Betrieb des Formwerkzeugs verursachte Schwankungen der Werkzeugmaterialtemperatur in einer gefilterten Werkzeugmaterialtemperatur ausgeglichen bzw. reduziert werden, und/oder - the tool material temperature is filtered in such a way that fluctuations in the tool material temperature caused by operation of the mold are compensated or reduced in a filtered tool material temperature, and/or
- eine UÜbertragungsfunktion bereitgestellt wird, welche die Übertragung der Wärme von einer Formgebungskavität des Formwerkzeugs auf einen die Werkzeugmaterialtemperatur erfassenden Temperatursensor beschreibt, die Ubertragungsfunktion invertiert und in invertierter Form auf die Werkzeugmaterialtemperatur angewendet wird und/oder - a transfer function is provided which describes the transfer of heat from a mold cavity of the mold to a temperature sensor which detects the mold material temperature, the transfer function is inverted and applied in inverted form to the mold material temperature and/or
- die Übertragungsfunktion in invertierter Form bereitgestellt und auf die Werkzeugmaterialtemperatur angewendet wird, und die gefilterte Werkzeugmaterialtemperatur und/oder die durch die invertierte Ubertragungsfunktion veränderte Werkzeugmaterialtemperatur als beobachtete Werkzeugtemperatur verwendet wird. - the transfer function is provided in inverted form and applied to the tool material temperature, and the filtered tool material temperature and/or the tool material temperature modified by the inverted transfer function is used as the observed tool temperature.
[0035] Ein Beispiel für eine Übertragungsfunktion, die hierfür verwendet werden kann, wäre: K wß [0035] An example of a transfer function that can be used for this would be: K wß
G(S) = =— — — ©) Ss? + 2Dw9s + wi G(S) = =— — — ©) Ss? + 2Dw9s + wi
[0036] Dabei bezeichnet G (s) die Übertragungsfunktion, dargestellt im Frequenzbereich, mit dem Laplace Operator s, wobei wo die Eigenkreisfrequenz ist, D der Dämpfungsfaktor und K der Verstärkungsfaktor (in diesem Fall in einer kontinuierlichen Darstellung). Die Bestimmung der Werte K, D und wo können derart gewählt werden, sodass aus den Messwerten des Temperatursensors eine möglichst passende beobachtete Werkzeugtemperatur ermittelt wird (siehe unterhalb). In dem Beispiel oberhalb besitzen die Parameter folgende Bedeutung: [0036] Here, G (s) denotes the transfer function, represented in the frequency domain, with the Laplace operator s, where wo is the natural circular frequency, D is the damping factor and K is the gain factor (in this case in a continuous representation). The determination of the values K, D and wo can be chosen in such a way that the most suitable observed tool temperature is determined from the measured values of the temperature sensor (see below). In the example above, the parameters have the following meaning:
* K... steht für den stationären Verstärkungsfaktor * K... stands for the stationary gain factor
* D... steht für die Stärke der Dämpfung, größer Null * D... stands for the strength of the damping, greater than zero
* wg... Steht für die Grenzfrequenz, ab deren Wert die Dämpfung deutlich stärker wird * wg... Stands for the cutoff frequency, from which the attenuation becomes significantly stronger
[0037] Wenn also ein Temperatursensor im Formwerkzeug, d.h. im Material des Formwerkzeugs vorhanden ist, kann auf diese Art und Weise einfach eine beobachtete Werkzeugtemperatur bestimmt werden, welche für die erfindungsgemäße Temperierregelung und/oder Temperiersteuerung herangezogen werden kann. [0037] If a temperature sensor is present in the mold, i.e. in the material of the mold, an observed mold temperature can be easily determined in this way, which can be used for the temperature control and/or temperature regulation according to the invention.
[0038] Es ist dabei zu erwähnen, dass die Messwerte eines solchen Temperatursensors als zeitliche Abfolge von Messwerten über einen Zyklus hinweg (oder kontinuierlich) vorliegen (bestimmt [0038] It should be noted that the measured values of such a temperature sensor are available as a temporal sequence of measured values over a cycle (or continuously) (determined
durch die Abtastrate des Temperatursensors). Durch das Herausfiltern der Schwingungen kann sich aber ein einzelner oder ein nur gering schwankender Wert für die „mittlere Werkzeugtemperatur“ ergeben. Dies ist ermöglicht eine stabilere und genauere Regelung. by the sampling rate of the temperature sensor). By filtering out the vibrations, however, a single or only slightly fluctuating value for the "average tool temperature" can result. This enables more stable and precise control.
[0039] Die Kenntnis der Zykluszeit und/oder des Einspritzzeitpunkts sowie anderer Prozesskennwerte (Messdaten, Totzeiten, Verzögerungszeiten, usw.) (auf Maschinensteuerung vorhanden) können zum Filtern herangezogen werden. Eine Möglichkeit dafür ist die möglichst passende Wahl der Filterkoeffizienten K, D und w,. Eine Möglichkeit für die Wahl wäre: [0039] Knowledge of the cycle time and/or the injection time as well as other process parameters (measurement data, dead times, delay times, etc.) (available on the machine control) can be used for filtering. One way to do this is to choose the filter coefficients K, D and w as appropriate as possible. One possible choice would be:
* Verstärkungsfaktor K = 1 * Gain factor K = 1
* Dämpfungsfaktor D = 1 * Damping factor D = 1
* Die Grenzfrequenz wo < = wobei T für die Zykluszeit steht. * The cutoff frequency where < = where T is the cycle time.
[0040] Weitere Ausführungsbeispiele für Filter, welche in Verbindung mit der Erfindung eingesetzt werden können, sind unten in Verbindung mit Fig. 4 bis 6 beschrieben. [0040] Further embodiments of filters which can be used in conjunction with the invention are described below in conjunction with Figs. 4 to 6.
[0041] Erfindungsgemäß wird eine erste Temperiermedientemperatur des Temperiermediums stromaufwärts des Formwerkzeugs und/oder eine zweite Temperiermedientemperatur des Temperiermediums stromabwärts des Formwerkzeugs gemessen, und die beobachtete Werkzeugtemperatur (im Bereich des Temperierzweiges relevant) auf Basis der ersten Temperiermedientemperatur und/oder der zweiten Temperiermedientemperatur - bevorzugt in Form eines Mittelwerts - näherungsweise berechnet. [0041] According to the invention, a first tempering medium temperature of the tempering medium upstream of the molding tool and/or a second tempering medium temperature of the tempering medium downstream of the molding tool is measured, and the observed tool temperature (relevant in the region of the tempering branch) is approximately calculated on the basis of the first tempering medium temperature and/or the second tempering medium temperature - preferably in the form of an average value.
[0042] Liegt kein Temperatursensor im Formwerkzeug vor, kann auf diese Art und Weise eine genäherte beobachtete Werkzeugtemperatur bestimmt werden. Nach Untersuchungen der Erfinder hat bereits eine auf derart einfache Weise genäherte Werkzeugtemperatur einen positiven Effekt auf die Temperierregelung und/oder Temperiersteuerung, z.B. gegenüber einer einfachen Regelung auf die Vorlauftemperatur oder der Regelung einer Temperaturdifferenz zwischen Vorund Rücklauf. [0042] If there is no temperature sensor in the mold, an approximate observed mold temperature can be determined in this way. According to investigations by the inventors, a mold temperature approximated in such a simple manner already has a positive effect on the temperature control and/or temperature regulation, e.g. compared to a simple regulation of the flow temperature or the regulation of a temperature difference between the flow and return.
[0043] Ein Temperiermedienverteiler kann zum Aufteilen des Temperiermediums in die parallel und/oder seriell geschalteten Temperierzweige und/oder zum Sammeln des Temperiermediums aus den parallel und/oder seriell geschalteten Temperierzweigen verwendet werden. [0043] A tempering medium distributor can be used to divide the tempering medium into the parallel and/or serially connected tempering branches and/or to collect the tempering medium from the parallel and/or serially connected tempering branches.
[0044] Bei Ausführungsformen, wobei Temperiermedienverteiler zum Verteilen des Temperiermediums in verschiedene Temperierzweige des Formwerkzeugs sowie optional ein Temperiergerät zum Einstellen einer Temperatur des Temperiermediums und eine Pumpe zum Einsatz kommen, kann die erste Temperiermedientemperatur am Temperiermedienverteiler (im Zulauf) und die zweite Temperiermedientemperatur ebenfalls am Temperiermedienverteiler (im Rücklauf) gemessen werden. Alternativ könnten die erste Temperiermedientemperatur und/oder die zweite Temperiermedientemperatur beispielsweise am Temperiergerät gemessen werden. [0044] In embodiments in which tempering media distributors are used to distribute the tempering medium into various tempering branches of the mold and optionally a tempering device for setting a temperature of the tempering medium and a pump are used, the first tempering medium temperature can be measured at the tempering media distributor (in the inlet) and the second tempering medium temperature can also be measured at the tempering media distributor (in the return). Alternatively, the first tempering medium temperature and/or the second tempering medium temperature could be measured, for example, at the tempering device.
[0045] Es ist auch hier zu erwähnen, dass die erste Temperiermedientemperatur und/oder die zweite Temperiermedientemperatur als zeitliche Abfolgen von Temperaturmesswerten vorliegen können, die gemittelt werden können. Dabei muss es sich nicht notwendigerweise um das arithmetische Mittel handeln. Auch andere statistische Größen (Median usw.), die für die Gesamtheit der Messwerte charakteristisch sind, können natürlich verwendet werden. [0045] It should also be mentioned here that the first tempering medium temperature and/or the second tempering medium temperature can be present as temporal sequences of temperature measurement values that can be averaged. This does not necessarily have to be the arithmetic mean. Other statistical values (median, etc.) that are characteristic of the totality of the measurement values can of course also be used.
[0046] Als Teil der Temperierregelung der zumindest einen Vorrichtung kann zumindest eines [0046] As part of the temperature control of the at least one device, at least one
der folgenden geregelt und/oder gesteuert werden: the following regulated and/or controlled:
- zumindest eine Pumpe zum Fördern des Temperiermediums durch den zumindest einen Temperierzweig, - at least one pump for conveying the tempering medium through the at least one tempering branch,
- zumindest eine Kühlvorrichtung zum Kühlen des Temperiermediums, - at least one cooling device for cooling the tempering medium,
- zumindest eine Heizvorrichtung zum Heizen des Temperiermediums, - at least one heating device for heating the tempering medium,
- zumindest eine ansteuerbare Drossel zum Beeinflussen eines Volumenstroms des Temperiermediums. - at least one controllable throttle to influence a volume flow of the tempering medium.
[0047] Bevorzugt können zumindest ein thermodynamischer Parameter (bspw. Temperatur) und ein fließtechnischer Parameter (bspw. Volumenstrom oder Pumpendrehzahl) geregelt oder ge-[0047] Preferably, at least one thermodynamic parameter (e.g. temperature) and one flow parameter (e.g. volume flow or pump speed) can be controlled or
steuert werden. be controlled.
[0048] Die Kühlvorrichtung und/oder die Heizvorrichtung können Teil eines Temperiergeräts sein, das separat von einer Formgebungsmaschine Teil einer erfindungsgemäßen Formgebungsanlage ist. Auch die zumindest eine Pumpe kann im Temperiergerät integriert sein. [0048] The cooling device and/or the heating device can be part of a temperature control device which is part of a forming system according to the invention and is separate from a forming machine. The at least one pump can also be integrated in the temperature control device.
[0049] Das Temperiergerät kann auch Teil der Formgebungsmaschine sein. [0049] The tempering device can also be part of the forming machine.
[0050] Die Temperaturregelung kann von einer Steuerung oder Regelung der Pumpe getrennt sein. [0050] The temperature control may be separate from a control or regulation of the pump.
[0051] Wie bereits erwähnt, können durch die Temperierregelung für diese Vorrichtungen direkt Ansteuersignale ausgegeben werden oder es können für eine unterlagerte Steuerung oder Regelung Soll-Werte vorgegeben werden, zum Beispiel zumindest ein Soll-Pumpenparameter und/ oder zumindest eine Soll-Vorlauftemperatur und/oder zumindest eine Soll-Drosselstellung. [0051] As already mentioned, the temperature control for these devices can output control signals directly or target values can be specified for a subordinate control or regulation, for example at least one target pump parameter and/or at least one target flow temperature and/or at least one target throttle position.
[0052] In besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung können sämtliche ansteuerbaren Vorrichtungen, die an einer Formgebungsanlage zum Betreiben des Formwerkzeugs vorhanden sind und die zum Beeinflussen der thermodynamischen und/oder fließtechnischen Parameters des Temperiermediums eingerichtet sind, als Teil der Temperierregelung geregelt und/oder gesteuert werden. [0052] In particularly preferred embodiments of the invention, all controllable devices which are present on a molding system for operating the molding tool and which are designed to influence the thermodynamic and/or flow parameters of the tempering medium can be regulated and/or controlled as part of the tempering control.
[0053] Weitere Vorteile der Erfindung und Einzelheiten von Ausführungsbeispielen ergeben sich aus den Figuren sowie der dazu gehörigen Figurenbeschreibung. Dabei zeigen: [0053] Further advantages of the invention and details of embodiments emerge from the figures and the associated figure description. Shown are:
[0054] Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems, [0054] Fig. 1 shows an embodiment of a system according to the invention,
[0055] Fig. 2 ein schematisches Diagramm zu Messwerten eines Temperatursensors in einem Formwerkzeug (Bildquelle: Covestro), [0055] Fig. 2 is a schematic diagram of measured values of a temperature sensor in a mold (image source: Covestro),
[0056] Fig. 3 ein Schaubild zur Datenauswertung von Messwerten des Temperatursensors, [0056] Fig. 3 is a diagram for data evaluation of measured values of the temperature sensor,
[0057] Fig. 4 bis 6 Grafen zur Veranschaulichung von Ausführungsbeispielen von Filtern sowie [0058] Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Formgebungsanlage. [0057] Fig. 4 to 6 are graphs illustrating embodiments of filters and [0058] Fig. 7 is an embodiment of a shaping system according to the invention.
[0059] Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems zum Temperieren eines Formwerkzeugs 1. [0059] Fig. 1 shows schematically an embodiment of a system according to the invention for tempering a mold 1.
[0060] Durch das Formwerkzeug 1 führen mehrere Temperierzweige 2 (in diesem Fall rein als Beispiel vier Temperierzweige 2). Durch eine Pumpe 5 wird Temperiermedium, in diesem Ausführungsbeispiel Wasser, durch die Temperierzweige 2 gefördert. [0060] Several tempering branches 2 (in this case, purely as an example, four tempering branches 2) lead through the mold 1. A pump 5 pumps tempering medium, in this embodiment water, through the tempering branches 2.
[0061] Zum Fördern des Temperiermediums ist eine Pumpe 5 vorgesehen. Diese fördert das Temperiermedium durch ein Temperiergerät 11. Das Temperiergerät 11 verfügt über eine Kühlvorrichtung 6 und eine Heizvorrichtung 7, sodass die Temperatur des Temperiermediums wie gewünscht eingestellt werden kann, insbesondere auf gesteuerte oder geregelte Art. [0061] A pump 5 is provided for conveying the tempering medium. This conveys the tempering medium through a tempering device 11. The tempering device 11 has a cooling device 6 and a heating device 7 so that the temperature of the tempering medium can be set as desired, in particular in a controlled or regulated manner.
[0062] Alternativ kann die Pumpe 5 in das Temperiergerät 11 integriert sein. [0062] Alternatively, the pump 5 can be integrated into the temperature control device 11.
[0063] Vom Temperiergerät 11 wird das Temperiermedium weiter zu einem Temperiermedienverteiler 12 geführt, welcher das Temperiermedium in die vier erwähnten Temperierzweige in Form einer Parallelschaltung aufteilt. Die Flussrichtung des Temperiermediums ist durch die Pfeile angegeben. [0063] From the temperature control device 11, the temperature control medium is guided further to a temperature control medium distributor 12, which divides the temperature control medium into the four mentioned temperature control branches in the form of a parallel connection. The flow direction of the temperature control medium is indicated by the arrows.
[0064] Der Temperiermedienverteiler 12 beinhaltet Messgeräte 9, die jeweils individuell für jeden Temperierzweig 2 zulaufseitig und ablaufseitig vorhanden sind. In diesem Fall handelt es sich um Temperatur-Messgeräte 9. Alternativ oder zusätzlich können beispielsweise auch Druck- oder Volumenstrom-Messgeräte 9 vorhanden sein. Der UÜbersichtlichkeit halber wurde jeweils nur ein zulaufseitiges und ein ablaufseitiges Messgerät 9 im Temperiermedienverteiler 12 mit einem Bezugszeichen versehen. Der Druck (vorlaufseitig und/oder rücklaufseitig) und die Temperatur (vorlaufseitig) des Temperiermediums können alternativ auch zentral am Temperiermedienverteiler 12 erfasst werden. [0064] The tempering media distributor 12 contains measuring devices 9, which are each individually present for each tempering branch 2 on the inlet side and outlet side. In this case, these are temperature measuring devices 9. Alternatively or additionally, for example, pressure or volume flow measuring devices 9 can also be present. For the sake of clarity, only one measuring device 9 on the inlet side and one on the outlet side in the tempering media distributor 12 has been provided with a reference symbol. The pressure (supply side and/or return side) and the temperature (supply side) of the tempering medium can alternatively also be recorded centrally on the tempering media distributor 12.
[0065] Der Temperiermedienverteiler 12 beinhaltet zusätzlich Drosseln 8, mit denen der Volumenstrom individuell in den Temperierzweigen 2 beeinflusst werden kann. [0065] The temperature control media distributor 12 additionally includes throttles 8, with which the volume flow can be individually influenced in the temperature control branches 2.
[0066] Die Pumpe 5, die Kühlvorrichtung 6, die Heizvorrichtung 7, die Drosseln 8 sowie die Messgeräte 9 sind jeweils signaltechnisch mit der Regeleinrichtung 13 verbunden, die eine erfindungsgemäße Temperierregelung und/oder Temperiersteuerung implementiert. Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Temperierregelung oder Temperiersteuerung werden in der Folge beschrieben. [0066] The pump 5, the cooling device 6, the heating device 7, the throttles 8 and the measuring devices 9 are each connected by signaling to the control device 13, which implements a temperature control and/or temperature regulation according to the invention. Embodiments of the temperature control or temperature regulation according to the invention are described below.
[0067] Wie erwähnt, kann die Regeleinrichtung 13 beispielsweise durch die zentrale Maschinensteuerung der Formgebungsmaschine 10 realisiert sein. Alternativ kann die Regeleinrichtung 13 Teil des Temperiermedienverteilers 12 oder des Temperiergeräts 11 sein. Ebenso sind Mischformen denkbar, wobei ein Teil der Funktionen der Regeleinrichtung 13 von verschiedenen der genannten Alternativen oder überhaupt ausgelagerten Computersystemen übernommen werden. [0067] As mentioned, the control device 13 can be implemented, for example, by the central machine control of the shaping machine 10. Alternatively, the control device 13 can be part of the tempering media distributor 12 or the tempering device 11. Mixed forms are also conceivable, with some of the functions of the control device 13 being taken over by various of the alternatives mentioned or by outsourced computer systems.
[0068] Es ist zu bemerken, dass Messgeräte 9, wie beispielsweise Temperatur-Messgeräte 9 und/oder Druckmessgeräte, alternativ oder zusätzlich auch im Temperiergerät 11 vorgesehen sein können. [0068] It should be noted that measuring devices 9, such as temperature measuring devices 9 and/or pressure measuring devices, can alternatively or additionally also be provided in the temperature control device 11.
[0069] Optional kann im Formwerkzeug 1 ein Temperatursensor 4 vorgesehen sein, der - falls vorhanden - ebenfalls mit der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 13 signaltechnisch verbunden ist. [0069] Optionally, a temperature sensor 4 can be provided in the mold 1, which - if present - is also connected to the control and/or regulating device 13 in terms of signaling.
[0070] Der Temperatursensor 4 kann bevorzugt in gewisser Nähe zu einer Formgebungskavität 3 des Formwerkzeugs 1 im Material (d.h. in direktem Kontakt zum Material) desselben angeordnet sein. Die Messwerte des Temperatursensors 4 sind dann als Werkzeugmaterialtemperaturen aufzufassen, die als Basis für eine Bestimmung der beobachteten Werkzeugtemperatur dienen können. Für Details zum Bestimmen der beobachteten Werkzeugtemperatur auf Basis der Werkzeugmaterialtemperatur wird auf die Ausführungsbeispiele unten verwiesen. [0070] The temperature sensor 4 can preferably be arranged in a certain proximity to a molding cavity 3 of the mold 1 in the material (i.e. in direct contact with the material) of the same. The measured values of the temperature sensor 4 are then to be understood as tool material temperatures, which can serve as a basis for determining the observed tool temperature. For details on determining the observed tool temperature based on the tool material temperature, reference is made to the exemplary embodiments below.
[0071] Es ist noch zu erwähnen, dass Leitungen 14 zum Einsatz kommen, um das Temperiermedium von der Pumpe 5 zum Temperiergerät 11, weiter zum Temperiermedienverteiler 12, weiter zum Formwerkzeug 1 und wieder zurück zu befördern. Diese Leitungen 14 können beispielsweise in Form von Schläuchen realisiert sein. [0071] It should also be mentioned that lines 14 are used to transport the tempering medium from the pump 5 to the tempering device 11, then to the tempering medium distributor 12, then to the mold 1 and back again. These lines 14 can be implemented in the form of hoses, for example.
[0072] Es folgen mehrere Ausführungsbeispiel für die Berechnung und Verwendung der beobachteten Werkzeugtemperatur. [0072] Several embodiments for the calculation and use of the observed tool temperature follow.
[0073] Die beobachtete Werkzeugtemperatur im Sinne der Erfindung kann beispielsweise unter Verwendung der Messwerte eines Temperatursensors 4 im Formwerkzeug 1 bestimmt werden. In anderen Ausführungsformen kann die beobachtete Werkzeugtemperatur ohne die Messwerte eines Temperatursensors 4 im Formwerkzeug 1 bestimmt werden. [0073] The observed tool temperature in the sense of the invention can be determined, for example, using the measured values of a temperature sensor 4 in the mold 1. In other embodiments, the observed tool temperature can be determined without the measured values of a temperature sensor 4 in the mold 1.
[0074] Zunächst wird ein relativ einfaches Ausführungsbeispiel beschrieben, wobei nicht auf Messwerte eines Temperatursensors 4 im Formwerkzeug 1 zurückgegriffen wird. Folgende Gleichung (1) drückt den Sachverhalt aus, dass sich eine gemessen Temperaturdifferenz zwischen dem Temperiermedium am Temperiergerät 11 zwischen Vorlauf und Rücklauf (AT76) aus der Temperaturdifferenz im Schlauch des Vorlaufs (ATscpiauch Te vi) ZUM Temperiermedienverteiler 12, der Temperaturdifferenz im Temperiermedienverteiler 12 (ATyerteiter) UNd der Temperaturdifferenz im Schlauch des Rücklaufs (ATscpiauch 6 rı) VOM Temperiermedienverteiler 12 zusammensetzt. [0074] First, a relatively simple embodiment is described, in which no use is made of measured values from a temperature sensor 4 in the mold 1. The following equation (1) expresses the fact that a measured temperature difference between the tempering medium on the tempering device 11 between the flow and return (AT76) is made up of the temperature difference in the hose of the flow (ATscpiauch Te vi) TO the tempering media distributor 12, the temperature difference in the tempering media distributor 12 (ATyerteiter) AND the temperature difference in the hose of the return (ATscpiauch 6 rı) FROM the tempering media distributor 12.
ATrTG = AT schlauch TG_VL + AT Ywerteiler + AT schlauch TG_RL (1) ATrTG = AT hose TG_VL + AT Y-splitter + AT hose TG_RL (1)
[0075] Folgende Gleichung (2) drückt den Sachverhalt aus, dass sich die gemessene Temperaturdifferenz am Temperiermedienverteiler 12 (ATyerteiter) aUS der Temperaturdifferenz im Schlauch des Vorlaufs (ATscpiauch wz vi) ZUM Formwerkzeug 1, der Temperaturdifferenz im Temperierzweig des Formwerkzeug 1 (A7wz) und der Temperaturdifferenz im Schlauch des Rücklaufs (ATscpiauch wz rı) VOM Formwerkzeug 1 zusammensetzt. [0075] The following equation (2) expresses the fact that the measured temperature difference at the tempering media distributor 12 (ATyerteiter) is composed of the temperature difference in the hose of the supply line (ATscpiauch wz vi) TO the mold 1, the temperature difference in the tempering branch of the mold 1 (A7wz) and the temperature difference in the hose of the return line (ATscpiauch wz rı) FROM the mold 1.
AT Yverteiler = AT schlauch WZ.VL + AT schlauch WZ_RL + ATwz (2) AT Y distributor = AT hose WZ.VL + AT hose WZ_RL + ATwz (2)
[0076] Bereits aus solchen einfachen Überlegungen ergibt sich eine erste Schätzung der Werkzeugtemperatur, die als beobachtete Werkzeugtemperatur im Sinne der Erfindung herangezogen werden kann. Die Temperatur des Formwerkzeugs 1 kann nämlich ganz einfach als Mittelwert der am Temperiermedienverteiler 12 gemessenen Temperaturen des Temperiermediums im Vorlauf (Twz v.) und im Rücklauf abgeschätzt werden (Gleichung (3)). Unter Verwendung der Temperaturdifferenz (ATvyerteiter = Twz rı — Twz vi) am Temperiermedienverteiler 12 lautet diese Beziehung: [0076] Even such simple considerations provide a first estimate of the tool temperature, which can be used as the observed tool temperature in the sense of the invention. The temperature of the mold 1 can be estimated very simply as the average value of the temperatures of the tempering medium in the flow (Twz v.) and in the return measured at the tempering medium distributor 12 (equation (3)). Using the temperature difference (ATvyerteiter = Twz rı - Twz vi) at the tempering media distributor 12, this relationship is:
Twz_schaetzung — Twz vi + ATverteiter / 2 (3) [0077] Der Faktor 1/2 ergibt sich aus der Mittelung über den Temperierzweig 2. Twz_estimate — Twz vi + ATverteiter / 2 (3) [0077] The factor 1/2 results from the averaging over the tempering branch 2.
[0078] Dies ist zwar eine gewisse Näherung, weil die Annahme dahintersteht, dass die Temperaturdifferenz keine Auswirkung auf die thermische Abstrahlung hat. In Versuchen hat sich die Näherung aber als recht genau erwiesen. [0078] This is indeed a certain approximation, because it is based on the assumption that the temperature difference has no effect on the thermal radiation. However, in experiments the approximation has proven to be quite accurate.
[0079] Es ist zu bemerken, dass die Gleichungen (1) bis (3) jeweils für einen einzelnen Temperierzweig 2 oder über die Temperierzweige gemittelt notiert werden können. [0079] It should be noted that equations (1) to (3) can each be written for a single tempering branch 2 or averaged over the tempering branches.
[0080] Untersuchungen der Anmelderin haben ergeben, dass eine Temperierregelung mit dem in Gleichung (3) bestimmten Wert als rückgeführte Größe bereits eine signifikante Verbesserung im Vergleich zu einer bekannten Regelung nach der Temperaturdifferenz ergibt. Dies dürfte darauf beruhen, dass es sich beim mittels Gleichung (3) bestimmten Wert um einen absoluten Temperaturwert handelt. [0080] Investigations by the applicant have shown that a temperature control system with the value determined in equation (3) as the fed-back variable already results in a significant improvement compared to a known control system based on the temperature difference. This is probably due to the fact that the value determined using equation (3) is an absolute temperature value.
[0081] Nachfolgend werden weitere Ausführungsbeispiele beschrieben, welche eine weitere Verbesserung durch verbesserte Modellbildung erlauben. [0081] Further embodiments are described below, which allow further improvement through improved modeling.
[0082] Als nächstes sei ein Ausführungsbeispiel beschrieben, wobei für die beobachtete Werkzeugtemperatur Messwerte eines Temperatursensors 4 im Formwerkzeug 1 verwendet werden. Hierzu sei zunächst auf die Figuren 2 und 3 verwiesen. [0082] Next, an embodiment will be described, wherein measured values from a temperature sensor 4 in the mold 1 are used for the observed mold temperature. In this regard, reference is first made to Figures 2 and 3.
[0083] Fig. 2 zeigt ein schematisches Schaubild, wobei die Positionierung eines Temperatursensors 4 in einem gewissen Abstand von einer Formgebungskavität 3 des Formwerkzeugs 1 erkennbar ist. Durch die Fertigung in Zyklen, wie dies beispielsweise bei einem Spritzgießzyklus der Fall ist, ergibt sich ein zyklenweise schwankendes Messsignal am Temperatursensor 4 aufgrund der in die Formgebungskavität 3 eingespritzten heißen Formmasse (beispielsweise ein plastifizierter Kunststoff) und des anschließenden Abkühlens derselben. [0083] Fig. 2 shows a schematic diagram, wherein the positioning of a temperature sensor 4 can be seen at a certain distance from a molding cavity 3 of the mold 1. Due to the production in cycles, as is the case with an injection molding cycle, for example, a cyclically fluctuating measurement signal results at the temperature sensor 4 due to the hot molding compound (for example a plasticized plastic) injected into the molding cavity 3 and the subsequent cooling of the same.
[0084] Es ist deshalb klar, dass die Positionierung des Temperatursensors 4 in Relation zu einer Oberfläche der Formgebungskavität 3 wesentlichen Einfluss auf das Signal des Temperatursensors 4 hat, weil die Amplitude der Zyklusschwankung von dieser Positionierung abhängt. Kurzum: Je geringer der Abstand 15 des Temperatursensors 4 von der Oberfläche der Formgebungskavität 3 ist, desto größere Schwankungsamplituden ergeben sich. [0084] It is therefore clear that the positioning of the temperature sensor 4 in relation to a surface of the molding cavity 3 has a significant influence on the signal of the temperature sensor 4, because the amplitude of the cycle fluctuation depends on this positioning. In short: the smaller the distance 15 of the temperature sensor 4 from the surface of the molding cavity 3, the greater the fluctuation amplitudes result.
[0085] Die Signale des Temperatursensors 4 können daher für eine adäquate Temperierregelung oder Temperiersteuerung nicht direkt oder nur mit einer sehr geringen Regeldynamik verwendet werden. Es kann zu Problemen mit einer zu häufigen Taktung der Heizung bzw. Kühlung kommen. [0085] The signals from the temperature sensor 4 cannot therefore be used directly for adequate temperature control or temperature regulation, or can only be used with very low control dynamics. Problems can arise if the heating or cooling is cycled too frequently.
[0086] Natürlich kann ein weiter entfernter Temperatursensor 4 dieses Problem auch nicht lösen, weil die zyklusweisen Schwankungen erstens auch bei größeren Abständen nicht ganz abklingen und die Signale des Temperatursensors 4 an Aussagekraft verlieren, wenn die Abstände zur Formgebungskavität 3 zu groß werden. [0086] Of course, a temperature sensor 4 further away cannot solve this problem either, because the cyclic fluctuations do not completely subside even at larger distances and the signals of the temperature sensor 4 lose their significance when the distances to the molding cavity 3 become too large.
[0087] Im Rahmen der Erfindung ist es deshalb eine Möglichkeit die beobachtete Werkzeugtemperatur beispielsweise durch geschicktes Filtern der Signale des Temperatursensors 4 zu bestimmen. Dieses Grundkonzept ist in Fig. 3 bildlich dargestellt. [0087] Within the scope of the invention, it is therefore possible to determine the observed tool temperature, for example, by skillfully filtering the signals of the temperature sensor 4. This basic concept is illustrated in Fig. 3.
[0088] Durch die Verwendung von Maschinensignalen (Wissen der Zykluszeit/Zyklusfrequenz und/oder der Einspritzzeit) kann ein passender Filter (z.B. Notch / Tiefpass / Periodische Schwin-[0088] By using machine signals (knowledge of cycle time/cycle frequency and/or injection time) a suitable filter (e.g. notch/low pass/periodic oscillation) can be selected.
gungskompensation / non-linear Filterung) designt werden, sodass die Temperaturschwankungen durch das System ausgeglichen werden können. Das Erstellen entsprechender Filter an sich ist prinzipiell Stand der Technik. ation compensation / non-linear filtering) so that the temperature fluctuations can be compensated by the system. The creation of corresponding filters is in principle state of the art.
[0089] Für grundsätzliche Informationen zu Filtern sei auf die folgende Literatur verwiesen: * Ulrich Tietze, Christoph Schenk: Halbleiter-Schaltungstechnik. 12. Auflage. Springer, Berlin 2002, ISBN 3-540-42849-6. (Standard - Werk für die Filtersysteme) * Ulrich Tietze, Christoph Schenk: Halbleiter-Schaltungstechnik. 12. Auflage. Springer, Berlin 2002, ISBN 3-540-42849-6. * Oppenheim, A.V. and Buck, J.R. and Schafer, R.W: Zeitdiskrete Signalverarbeitung, Pearson Studium, 2004 [0089] For basic information on filters, please refer to the following literature: * Ulrich Tietze, Christoph Schenk: Semiconductor circuit technology. 12th edition. Springer, Berlin 2002, ISBN 3-540-42849-6. (Standard work for filter systems) * Ulrich Tietze, Christoph Schenk: Semiconductor circuit technology. 12th edition. Springer, Berlin 2002, ISBN 3-540-42849-6. * Oppenheim, A.V. and Buck, J.R. and Schafer, R.W: Time-discrete signal processing, Pearson Studium, 2004
[0090] Zusätzlich kann durch dieses Wissen und der Messignale des Temperatursensors 4 mit den Temperaturschwankungen eine "Ubertragungsfunktion" zwischen Schmelze/Bauteil und Sensor erstellt werden. [0090] In addition, this knowledge and the measurement signals of the temperature sensor 4 with the temperature fluctuations can be used to create a "transfer function" between the melt/component and the sensor.
[0091] Als Eingangsgrößen können für die Übertragungsfunktion beispielsweise das Material der Formmasse inklusive dessen physikalischer Kennwerte (Dichte, Wärmeleitfähigkeit, Wärmekapazität, ...), die Temperatur der Formmasse, der zeitliche Verlauf des Einspritzvorgangs, z.B. der Schneckenbewegung, der Einspritzdruck, die Einspritzgeschwindigkeit, die Nachdruckhöhe, eine Zykluszeit und/oder die Nachdruckzeit herangezogen werden. [0091] The input variables used for the transfer function can be, for example, the material of the molding compound including its physical characteristics (density, thermal conductivity, heat capacity, ...), the temperature of the molding compound, the temporal course of the injection process, e.g. the screw movement, the injection pressure, the injection speed, the holding pressure level, a cycle time and/or the holding pressure time.
[0092] Außerdem können zusätzlich zu den Messignalen der Maschine auch Werkzeugdaten in die Berechnung der UÜbertragungsfunktion einfließen. Beispiele wären das Material des Werkzeugs mit dessen Kennwerten, der Abstand der Temperierzweige zur Kavität/zum Sensor/untereinander, die Querschnitte und Längen der Temperierzweige, Wärmeübergangskoeffizienten, etc. [0092] In addition to the measurement signals from the machine, tool data can also be included in the calculation of the U transfer function. Examples would be the material of the tool with its characteristics, the distance of the tempering branches to the cavity/to the sensor/between each other, the cross-sections and lengths of the tempering branches, heat transfer coefficients, etc.
[0093] Des Weiteren können auch Daten für das Temperiermedium (Dichte, Viskosität, ...) und der Umgebung (Umgebungstemperatur, ...) in die Ubertragungsfunktion mit einfließen. [0093] Furthermore, data for the tempering medium (density, viscosity, ...) and the environment (ambient temperature, ...) can also be included in the transfer function.
[0094] Eine Alternative in der Wahl des Filters oder der Übertragungsfunktion ist ein Notch Filter. Fig. 4 zeigt das tatsächliche Signal der Temperatur des Temperatursensors 4, d.h. die Werkzeugmaterialtemperatur. Auf Grund der zyklischen Einbringung der Formmasse steigt die Temperatur | ein Mal pro Zyklus fast schlagartig an und fällt danach linear oder quadratisch ab. [0094] An alternative in the choice of filter or transfer function is a notch filter. Fig. 4 shows the actual temperature signal of the temperature sensor 4, i.e. the tool material temperature. Due to the cyclical introduction of the molding compound, the temperature | rises almost suddenly once per cycle and then falls linearly or quadratically.
[0095] Für die Regelung der Temperatur des Werkzeugs ist jedoch die zyklische Schwankung der Temperatur nicht relevant, sondern vielmehr der Mittelwert. Die Frequenz f_c dieser zyklischen Schwankung ist jedoch Prozessabhängig, da die Frequenz zumeist indirekt proportional der Zykluszeit T_c ist. Zudem hängt die Höhe der Schwankung / der Oszillation der Temperatur von der Nähe des Sensors von der tatsächlichen Kunststoffschmelze ab. [0095] However, the cyclical fluctuation of the temperature is not relevant for controlling the temperature of the tool, but rather the mean value. The frequency f_c of this cyclical fluctuation is, however, process-dependent, since the frequency is usually indirectly proportional to the cycle time T_c. In addition, the level of the fluctuation/oscillation of the temperature depends on the proximity of the sensor to the actual plastic melt.
T_c=1/f_c T_c=1/f_c
[0096] Es gilt nun die Herausforderung aus der gemessenen Temperatur mit Hilfe eines Filters / UÜbertragungsfunktion / Beobachters in eine passendere beobachtete Frequenz zu transformieren. [0096] The challenge now is to transform the measured temperature into a more suitable observed frequency using a filter / transfer function / observer.
[0097] Die vereinfachte Übertragungsfunktion eines Notchfilters wie folgt definiert, wobei s wiederum der Laplace Operator ist K(s? + w2) Gnoten(S) = ST ostw? [0097] The simplified transfer function of a notch filter is defined as follows, where s is the Laplace operator K(s? + w2) Gnoten(S) = ST ostw?
[0098] Die restlichen Variablen sind: * wn = 2mrf„ Kreisfrequenz des Notchfilters * go =Bandbreite des Notchfilters * K =Verstärkungsfaktor des Notchfilters [0098] The remaining variables are: * wn = 2mrf„ angular frequency of the notch filter * go = bandwidth of the notch filter * K = gain factor of the notch filter
[0099] Eine mögliche Parametrierung für diesen konkreten Anwendungsfall wäre w„ = 27/T-, co = 3 und K = 1. Somit würde die beobachtete Temperatur Il in Fig. 5 deutlich geglättet werden. [0099] A possible parameterization for this specific application would be w„ = 27/T-, co = 3 and K = 1. Thus, the observed temperature Il in Fig. 5 would be significantly smoothed.
Wesentlich kann dabei sein, dass die Filterfrequenzen auf die Zykluszeit angepasst werden, da ansonsten durch eine starke Tiefpassfilterung zu viel Information verloren gehen würde. It can be essential that the filter frequencies are adapted to the cycle time, since otherwise too much information would be lost due to strong low-pass filtering.
[00100] Mit den Verzögerungszeiten des Temperaturanstiegs am Temperatursensor 4 oder im Temperiermedium kann ein Modell der Wärmeübertragung (Ubertragungsfunktion) vom Bauteil/Schmelze auf Sensor bzw. Bauteil/Schmelze auf Medium berechnet werden. Mit diesem Modell kann der Regler optimiert werden und entsprechend genauer, schneller oder robuster ausgelegt werden. [00100] Using the delay times of the temperature rise at the temperature sensor 4 or in the tempering medium, a model of the heat transfer (transfer function) from the component/melt to the sensor or component/melt to the medium can be calculated. Using this model, the controller can be optimized and designed to be more precise, faster or more robust.
[00101] Durch den Abstand zwischen dem Temperatursensor 4 und der Schmelze stimmt die gemessene Temperatur (Werkzeugmaterialtemperatur) mit der eventuell gewünschten beobachteten Werkzeugtemperatur, möglicherweise der Formnesttemperatur, nicht vollständig überein, da durch die Wärmeleitung des Formwerkzeugs 1 Wärme zwischen Sensor und Schmelze „verloren geht“. Eine weitere Optimierungsmöglichkeit des Beobachters kann neben der Frequenz (siehe Ausführungsbeispiel des Notchfilters und PT2 Gliedes, d.h. die Formel für G(s) auf Seite 8) beispielsweise auch die Anpassung des Verstärkungsfaktors K sein. Der Verstärkungsfaktor K kann als invertiertes Modell für den Wärmefluss zwischen Formnest und Sensor verwendet werden. [00101] Due to the distance between the temperature sensor 4 and the melt, the measured temperature (tool material temperature) does not completely match the desired observed tool temperature, possibly the mold cavity temperature, because heat is "lost" between the sensor and the melt due to the heat conduction of the mold 1. In addition to the frequency (see the example of the notch filter and PT2 element, i.e. the formula for G(s) on page 8), another option for optimizing the observer can be, for example, adjusting the gain factor K. The gain factor K can be used as an inverted model for the heat flow between the mold cavity and the sensor.
[00102] In der beispielsweisen Annahme eines linearen abfallenden Temperaturprofils zwischen Formnest und Sensor kann der Verstärkungsfaktor mit X = 1.2 (siehe unten) gewählt werden, um die Wärmeverluste zwischen Sensor und Schmelze zur berücksichtigen, siehe die Kurve Ill in Fig. 6, die ebenfalls ein Beispiel für die beobachtete Werkzeugtemperatur ist. Damit wird das Temperaturverhalten zwischen Formest und Sensor invertiert. [00102] Assuming, for example, a linearly decreasing temperature profile between the mold cavity and the sensor, the gain factor can be selected as X = 1.2 (see below) in order to take into account the heat losses between the sensor and the melt, see curve III in Fig. 6, which is also an example of the observed mold temperature. This inverts the temperature behavior between the mold cavity and the sensor.
[00103] Das Modell und die Bestimmung der Werte K, w und o kann natürlich deutlich komplexer mit weiteren Modellen von Werkzeug- oder Sensor- Informationen erfolgen. Zudem sind die dargestellten Ubertragungsfunktion als Beispiele zu verstehen da es beinahe unendlich viele Möglichkeiten gibt, diese Problemstellung zu lösen. [00103] The model and the determination of the values K, w and o can of course be made much more complex with additional models of tool or sensor information. In addition, the transfer functions shown should be understood as examples since there are almost infinite possibilities for solving this problem.
[00104] Die vorbeschriebenen Beispiele für die Ermittlung der beobachteten Werkzeugtemperatur können auf verschiedene Arten und Weisen für die Regelung der Temperierung des Formwerkzeugs 1 verwendet werden, wofür im Folgenden ein Beispiel angegeben wird. [00104] The above-described examples for determining the observed tool temperature can be used in various ways for controlling the temperature of the mold 1, an example of which is given below.
[00105] Zunächst ist dazu zu erwähnen, dass die Filterung oder die Invertierung der Messstrecke sinnvollerweise jeweils von dem konkreten regelungstechnischen Ziel abhängig zu machen ist. Einerseits kann die Formnesttemperatur (welche nicht gemessen werden kann) geregelt werden, in einem anderen beispielhaften Fall sollte die durchschnittliche Temperiermedientemperatur geregelt werden. [00105] First of all, it should be mentioned that the filtering or inversion of the measuring section should be made dependent on the specific control objective. On the one hand, the mold cavity temperature (which cannot be measured) can be controlled, in another example case, the average tempering medium temperature should be controlled.
[00106] In diesem konkreten Ausführungsbeispiel ist das Ziel die Formnesttemperatur zu regeln, obwohl die konkrete Messung dafür nicht vorhanden ist. Somit ist eine Ubertragungsfunktion mit folgenden Eigenschaften notwendig: * Reduktion der zyklusbasierten Schwankungen, um die Regelung auf einen stationären Wert durchführen zu können * Berücksichtigung der Temperaturdifferenz zwischen dem Formnest und des Sensors. [00106] In this specific embodiment, the aim is to regulate the mold cavity temperature, although the specific measurement for this is not available. A transfer function with the following properties is therefore necessary: * Reduction of the cycle-based fluctuations in order to be able to carry out the control to a stationary value * Consideration of the temperature difference between the mold cavity and the sensor.
[00107] Mit der Annahme einer linearen Temperaturabnahme zwischen dem Formnest (Formgebungskavität 3) bei und der Oberfläche des Kühlkanals 2 ergibt sich eine geschätzte Temperatur des Formnests von [00107] Assuming a linear temperature decrease between the mold cavity (molding cavity 3) at and the surface of the cooling channel 2, an estimated temperature of the mold cavity of
d sensor T. Twasser d T — Sensor — wasser form_geschaetzt — d d _ Ysensor _ Ysensor 1 1 wasser wasser d sensor T. Twater d T — Sensor — water form_estimated — d d _ Ysensor _ Ysensor 1 1 water water
[00108] Wobei dsensor der Abstand 15 ist dwasser der Abstand 16 ist * Twasser die Oberflächentemperatur des Kühlkanals 2 ist. [00108] Where dsensor is the distance 15, dwater is the distance 16 * Twater is the surface temperature of the cooling channel 2.
Dies folgt aus der linearen, eindimensionalen Wärmeleitgleichung This follows from the linear, one-dimensional heat conduction equation
Lid AT Q= d Lid AT Q= d
[00109] Wobei d für den Abstand, A für die Fläche und A für die Wärmeleitfähigkeit steht. [00109] Where d stands for the distance, A for the area and A for the thermal conductivity.
[00110] Mit der oben genannten vereinfachten Gleichung kann mit den Werkzeugdaten die abgeschätzte Formtemperatur ermittelt werden (Ubertragungsfunktion). [00110] Using the simplified equation mentioned above, the estimated mold temperature can be determined using the tool data (transfer function).
[00111] Die Daten für die Übertragungsfunktion können auch aus Simulation des Spritzgießprozesses oder CAD Modell des Werkzeugs kommen! [00111] The data for the transfer function can also come from simulation of the injection molding process or CAD model of the tool!
[00112] Das Modell der Wärmeübertragung kann natürlich - bei nicht ausreichender Qualität beliebig durch ein mehrdimensionales oder physikalisch erweitertes Modell erweitert werden. Dafür dient gegebenenfalls die Kenntnis der Geometrie des Formwerkzeugs 1. Zusätzlich kann eine dynamische Wärmeübertragungsfunktion zwischen Medium und Werkzeugoberfläche berechnet werden. Dazu ist hauptsächlich die Kenntnis des geometrischen Abstands und der Wärmeeigenschaften des Materials notwendig. [00112] The heat transfer model can of course be extended as desired - if the quality is not sufficient - by a multidimensional or physically extended model. For this purpose, knowledge of the geometry of the mold 1 may be used. In addition, a dynamic heat transfer function between the medium and the tool surface can be calculated. For this, knowledge of the geometric distance and the thermal properties of the material is mainly necessary.
[00113] Die mittels der Übertragungsfunktion zu modellierende Messgröße ist selbstverständlich die vom Temperatursensor gemessene Temperatur. [00113] The measured quantity to be modelled by means of the transfer function is of course the temperature measured by the temperature sensor.
[00114] Die entweder mit oder ohne Verwendung von Signalen eines Temperatursensors 4 bestimmte beobachtete Werkzeugtemperatur kann gemäß der Erfindung also dazu verwendet werden, geschickt die absolute Werkzeugtemperatur zu bestimmen. Sie könnte also auch als „intelligente Werkzeugtemperatur“ bezeichnet werden. [00114] The observed tool temperature, determined either with or without the use of signals from a temperature sensor 4, can therefore be used according to the invention to cleverly determine the absolute tool temperature. It could therefore also be referred to as an “intelligent tool temperature”.
[00115] Sobald die beobachtete Werkzeugtemperatur und damit die rückgeführte Größe für den Temperaturregelkreis vorliegt, beispielsweise bestimmt nach einem der obigen Ausführungsbeispiele, können die Pumpe 5, die Heizvorrichtung 6, die Kühlvorrichtung 7 und/oder die Drosseln 8 unterlagert geregelt werden. [00115] As soon as the observed tool temperature and thus the feedback variable for the temperature control circuit is available, for example determined according to one of the above embodiments, the pump 5, the heating device 6, the cooling device 7 and/or the throttles 8 can be controlled subordinately.
[00116] Neben dem Sollwert einer „intelligenten Temperatur“ kann der Bediener der Spritzgießmaschine auch weitere Nebenbedingungen definieren: * Gewünschter Durchfluss (und/oder Volumenstrom) eines Temperierzweigs 2 * Minimaler Durchfluss (und/oder Volumenstrom) eines Temperierzweigs 2 * Gewünschte Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf am Temperiermedienverteiler 12 * Maximale Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf am Temperiermedienverteiler 12 [00116] In addition to the setpoint of an “intelligent temperature”, the operator of the injection molding machine can also define further secondary conditions: * Desired flow (and/or volume flow) of a tempering branch 2 * Minimum flow (and/or volume flow) of a tempering branch 2 * Desired temperature difference between the flow and return lines at the tempering media distributor 12 * Maximum temperature difference between the flow and return lines at the tempering media distributor 12
[00117] Für ein weiteres Ausführungsbeispiel wird folgendes Szenario gewählt: * Gewünschte Temperaturdifferenz AT so für jeden einzelnen Temperierzweig 2 zwischen Vor- und Rücklauf am Temperiermedienverteiler 12 * Eine gewünschte Solltemperatur der beobachteten Werkzeugtemperatur T intel, sol JEMESsen an einem Temperierzweig 2 [00117] For a further embodiment, the following scenario is selected: * Desired temperature difference AT so for each individual tempering branch 2 between the flow and return lines at the tempering media distributor 12 * A desired target temperature of the observed tool temperature T intel, sol JEMESsen at a tempering branch 2
[00118] Hierfür können zwei Regelungen verwendet werden, die sich zwar gegenseitig beeinflussen, jedoch physikalisch entkoppelt sind: [00118] Two control systems can be used for this purpose, which influence each other but are physically decoupled:
* Eine Delta - T Regelung (also auf eine gewünschte Soll-Temperaturdifferenz zwischen Rück- und Zulauf) erfolgt wie im Stand der Technik. Beispielsweise mit Hilfe von Servoventilen an jedem einzelnen Temperierzweig 2 des Temperiermedienverteilers 12 wird der Durchfluss an jeden einzelnen Temperierzweig 12 in solch einer Art und Weise beeinfluss, dass sich das gewünschte DeltaT für jeden entsprechenden Temperierzweig 2 einstellt. * A delta-T control (i.e. a desired target temperature difference between return and supply) is carried out as in the state of the art. For example, with the help of servo valves on each individual temperature control branch 2 of the temperature control media distributor 12, the flow to each individual temperature control branch 12 is influenced in such a way that the desired deltaT is set for each corresponding temperature control branch 2.
» Die Regelung der absoluten Temperatur erfolgt mit Hilfe des Temperiergeräts 11. Dafür kann beispielsweise durch das Temperiergerät 11 eine Temperiermedientemperatur des Temperiermediums in solch einer Art und Weise gewählt oder eingestellt werden, dass die gewünschte Solltemperatur der beobachteten Werkzeugtemperatur entspricht. » The absolute temperature is controlled using the temperature control device 11. For this purpose, the temperature control device 11 can, for example, select or set a temperature of the temperature control medium in such a way that the desired target temperature corresponds to the observed tool temperature.
[00119] Die Regelung der beobachteten Werkzeugtemperatur kann mit den in der Literatur und in dem Stand der Technik bekannten Regelungsverfahren, wie etwa einem PID Regler gemäß Gleichung (4), dargestellt im Laplace - Bereich durchgeführt werden. [00119] The control of the observed tool temperature can be carried out using the control methods known in the literature and in the prior art, such as a PID controller according to equation (4), represented in the Laplace domain.
1 Gprp(S) = Kpip (1 tr —+Ty'S) w'S 1 Gprp(S) = Kpip (1 tr —+Ty'S) w'S
[00120] Natürlich können dafür auch komplexere (modellbasierte, stochastische, iterative, nichtlineare, ...) Regelungsverfahren angewendet werden. [00120] Of course, more complex (model-based, stochastic, iterative, nonlinear, ...) control methods can also be applied.
[00121] Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Formgebungsanlage. In diesem Ausführungsbeispiel wird das Formwerkzeug 1 mittels einer Formgebungsmaschine 10 betrieben, wobei es sich um ein Spritzgießwerkzeug beziehungsweise eine Spritzgießmaschine handelt. [00121] Fig. 7 shows an embodiment of a molding system according to the invention. In this embodiment, the molding tool 1 is operated by means of a molding machine 10, which is an injection molding tool or an injection molding machine.
[00122] Schematisch ist eingezeichnet, wie ein Temperiergerät 11 und ein Temperiermedienverteiler 12 zur Beschickung des Formwerkzeugs 1 mit Temperiermedium vorgesehen sind, wie dies beispielsweise wie in Verbindung mit den Figuren 1 bis 6 beschrieben wurde. [00122] It is schematically shown how a temperature control device 11 and a temperature control medium distributor 12 are provided for supplying the mold 1 with temperature control medium, as was described, for example, in connection with Figures 1 to 6.
BEZUGSZEICHENLISTE: LIST OF REFERENCE SYMBOLS:
1 Formwerkzeug 1 mold tool
2 Temperierzweige 2 tempering branches
3 Formgebungskavität 4 Temperatursensor 3 Molding cavity 4 Temperature sensor
5 Pumpe 5 Pump
6 Kühlvorrichtung 6 Cooling device
7 Heizvorrichtung 7 Heating device
8 Drosseln 8 throttles
9 Messgeräte 9 measuring devices
10 Formgebungsmaschine 10 Forming machine
11 Temperiergerät 11 Temperature control device
12 Temperiermedienverteiler 12 temperature control media distributors
13 Regeleinrichtung 13 Control device
14 Leitungen 14 lines
15 Abstand zwischen Formnest & Temperatursensor 16 Abstand zwischen Formnest & Kühlkanal 15 Distance between mold cavity & temperature sensor 16 Distance between mold cavity & cooling channel
| Werkzeugmaterialtemperatur | Tool material temperature
I] beobachtete Werkzeugtemperatur I beobachtete Werkzeugtemperatur I] observed tool temperature I observed tool temperature
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