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Die Erfindung betrifft eine Durchflussmengen-Messvorrichtung für Temperiereinrichtungen von Formwerkzeugen. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist die Temperierung von Formwerkzeugen zur Kunststoffverarbeitung.
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Formwerkzeuge unterliegen einem Temperierzyklus, indem sie einerseits während der Formung von Werkstücken beheizt und andererseits vor dem Ausstoßen der Werkstücke gekühlt werden. Dabei wird wegen der Einhaltung der technologischen Zyklen sowie der qualitativen Parameter der Werkstücke eine gezielte Beheizung und Abkühlung im Hinblick auf Zeitpunkte und Werkzeugbereiche angestrebt. Sowohl hinsichtlich der Einbeziehung der Temperierung in den Fertigungsprozess als auch hinsichtlich der Einhaltung der qualitativen Parameter der Werkstücke werden Flüssigkeitstemperiereinrichtungen bevorzugt, wobei die gezielte Zuführung einer Temperierflüssigkeit zu einzelnen Werkzeugbereichen zu bestimmten Zeitpunkten erforderlich ist. Die gezielte Temperierflüssigkeitszufuhr erfolgt, indem die Flüssigkeitskanäle hinsichtlich des Durchflussvolumens und der Temperatur der Temperierflüssigkeit kontrolliert werden. Eine relativ einfache Ausführung von Durchflussmesseinrichtungen stellen Schwebekörper-Durchflussmengen-Messgeräte dar, welche die pro Zeiteinheit durch eine zu temperierende Einrichtung hindurchströmende Menge eines Temperiermediums zu erfassen. Ein Schwebekörper-Durchflussmengen-Messgerät mit einem auswechselbarem Messrohr ist aus der
DE 41 15 963 A1 bekannt. Ein durchsichtiges Messrohr ist mit einem sich von unten nach oben erweiternden Innendurchmesser versehen. Es ist normalerweise im Rücklauf des Kühlmediums angeordnet und enthält einen Staukegel, der sich bei fehlender Strömung im Messrohr so weit absenkt, dass er entweder im nach unten verjüngten Innendurchmesser des Messrohres oder auf einem speziellen Rastsitz aufliegt. Sobald eine Strömung durch das Messrohr vorhanden ist, wird der Staukegel mit der Strömung nach oben getragen. Dabei vergrößert sich wegen des sich nach oben erweiternden Innendurchmessers des Messrohres der freie Strömungsquerschnitt zwischen Innenwandung des Messrohres und Staukegel, bis sich ein Gleichgewichtszustand zwischen strömungsbedingten Auftriebskräften und dem Gewicht des Staukegels einstellt. Die Höhe, in der sich dieser Gleichgewichtszustand für den Staukegel einstellt, ist ein Maß für die durchströmende Menge an Kühlmedium je Zeiteinheit. Durch eine entsprechende Eichung kann jeder Höhe des Staukegels eine bestimmte Durchflussmenge pro Zeiteinheit zugeordnet werden. Da meist jeder zu kühlenden Einrichtung eine Vielzahl von Kühlkreisläufen zugeordnet ist, für die je nach Kühlbedarf eine andere Durchflussmenge pro Zeiteinheit erforderlich ist, wird normalerweise eine Vielzahl solcher oben beschriebener Messgeräte in Form eines Registers unmittelbar nebeneinander in Reihe angeordnet. Die Zuflüsse und Abflüsse aller Kreisläufe werden dabei über Sammelkanäle zusammengefasst. Dies geschieht über Querkanäle zwischen den einzelnen Messgeräten in der oberen Durchflussarmatur für den gemeinsamen Abfluss und durch Querkanäle zwischen den einzelnen Messgeräten in der unteren Durchflussarmatur für den Zufluss. Das bekannte Messgerät besteht im Wesentlichen aus einer unteren Durchflussarmatur und einer oberen Durchflussarmatur. Zwischen den beiden Durchflussarmaturen befindet sich ein aus Glas oder durchsichtigem Kunststoff bestehendes Messrohr, dessen lichter Innendurchmesser sich von unten nach oben konisch erweitert. Im Messrohr befindet sich ein Staukegel, der bei Fehlen eines Kühlmedium-Durchflusses im unteren Teil des Messrohres von der sich nach unten verengenden Innenwandung des Messrohres gehalten wird. Es kann aber auch ein spezieller Rastsitz vorgesehen werden. In der unteren Durchflussarmatur und in der oberen Durchflussarmatur sind miteinander fluchtende kreiszylindrische Ausnehmungen vorgesehen, die der Aufnahme der Außenführungen des Messrohres dienen. Die Außenführungen des Messrohres tragen Dichtringe, die trotz voller Dichtwirkung eine gewisse Längsbeweglichkeit des Messrohres in unterer und oberer Durchflussarmatur gestatten. Die Außenführung des Messrohres in dessen unterem Teil kann sich bis zu einem axialen Anschlag der unteren Durchflussarmatur bewegen. In der oberen Durchflussarmatur ist oberhalb des Messrohres ein Verteilerkopf mit sowohl axialen als auch radialen Kanälen angeordnet, die miteinander in Verbindung stehen. Das aus dem Messrohr kommende Kühlmedium gelangt über die axialen und radialen Kanäle sowie Querkanäle zwischen den einzelnen Messgeräten in die gemeinsame Sammelleitung aller Messgeräte für den Abfluss. Über eine dichtend oberhalb des Verteilerkopfes angeordnete Verschlussschraube werden der Verteilerkopf und das Messrohr axial in ihrer axialen Längsbeweglichkeit beschränkt. Die Außenführungen des Messrohres tragen Dichtringe, vorzugsweise so genannte O-Ringe. Beim Einschrauben der Verschlussschraube in die obere Durchflussarmatur dient der Verteilerkopf gleichzeitig als vermittelndes Element zwischen Verschlussschraube und Messrohr. Um die Temperatur des zurückfließenden Kühlmediums zu erfassen, kann ein Thermometer an der unteren Durchflussarmatur vorgesehen werden, dessen Temperaturfühler knapp unterhalb des Messrohres in den zurückfließenden Strom des Kühlmediums hineinragt. Der Weg des Kühlmediums ist wie folgt: Aus einem gemeinsamen Sammelkanal für den Vorlauf gelangt das Kühlmedium über ein Regulierventil in eine Vorlaufleitung, die zur zu kühlenden Einrichtung führt. Von dort kommt das Kühlmedium über eine Rücklaufleitung zurück und wird über ein weiteres Regulierventil am Temperaturfühler des Thermometers vorbei zum Messrohr geführt, in dem es nach oben strömt und dabei den Staukegel je nach Durchflussmenge pro Zeiteinheit um ein bestimmtes Maß nach oben trägt, bis ein Gleichgewichtszustand zwischen dem Gewicht des Staukegels einerseits und den strömungsbedingten Auftriebskräften andererseits gegeben ist. Je größer die Durchflussmenge des Kühlmediums ist, umso weiter wird der Staukegel nach oben getragen. Durch Eichung kann jeder Höhe des Staukegels eine bestimmte Durchflussmenge zugeordnet und diese mit Hilfe einer Skala direkt abgelesen werden. Bei dem von Zeit zu Zeit erforderlichen Reinigen bzw. Austauschen des Messrohres ist bei dem bekannten Messgerät die Verschlussschraube zu lösen und das Messrohr nach oben aus der oberen Durchflussarmatur herauszuführen. Nach der Reinigung bzw. dem Austausch des Messrohres sowie ggf. der Dichtringe an den Außenführungen des Messrohres werden Messrohr und Verteilerkopf wieder von oben in die obere Durchflussarmatur eingeführt. Das Messrohr ist dann zwischen dem axialen Anschlag und der Verschlussschraube bzw. dem Verteilerkopf in Längsrichtung schwimmend gelagert. Das Entnehmen des verunreinigten oder auszutauschenden sowie das Einsetzen des gereinigten oder eines neuen Messrohres erfordern einen der Länge desselben entsprechenden freien Raum oberhalb der oberen Durchflussarmatur. Nach dem Einsetzen des Messrohrs muss dessen Sitz justiert werden. Da die Erfassung des Durchflussvolumens ebenso wie die Erfassung der Temperatur ausschließlich visuell erfolgt, ist das bekannte Durchflussmengen-Messgerät zudem nur bedingt für eine automatisierte Regelung der Temperierung geeignet.
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Daraus ergibt sich die Aufgabe der Erfindung, die Verwendbarkeit von Messrohren von Durchflussmengen-Messeinrichtungen für Temperiereinrichtungen von Formwerkzeugen für eine automatisierte Regelung der Temperierung zu verbessern und dabei die Austauschbarkeit der Messrohre zu vereinfachen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Durchflussmengen-Messvorrichtung für Temperiereinrichtungen von Formwerkzeugen nach Schutzanspruch 1 gelöst. Eine auswechselbare Messrohranordnung, die zwischen einer ersten und einer zweiten Durchflussarmatur angeordnet ist und die Durchflussarmaturen entsprechende Ausnehmungen aufweisen, in denen die austauschbare Messrohranordnung abgedichtet und entnehmbar eingepasst ist, besteht aus wenigstens einem Rohrstück und einem Durchflussmengen-Messaufnehmer mit elektrisch nutzbarem Messsignal, die gegenseitig axial teleskopisch verschiebbar und dicht miteinander verbunden sind. Der Messsignalausgang des Durchflussmengen-Messaufnehmers ist mit einer Signalverarbeitungseinrichtung verbunden. Als Signalverarbeitungseinrichtungen im Sinne der Erfindung gelten sowohl Anzeigeeinrichtungen, anhand derer ein manuelles Eingreifen in die Temperierung erfolgen kann, als auch Regeleinrichtungen, die anhand der Messsignale oder deren zeitlichen Verlaufs eine automatisierte Beeinflussung der Temperierung ermöglichen. Elektrisch nutzbare Messsignale im Sinne der Erfindung können sowohl analoger als auch jedweder digitaler Natur sein. Eine vorteilhafte Ausbildung einer solchen Signalverarbeitungseinrichtung stellt beispielsweise eine Speicherprogrammierbare Steuerung dar. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass wenigstens eine Durchflussarmatur über eine Aufnahmeausnehmung mit Verschlussvorrichtung verfügt und wenigstens eine axial teleskopisch verschiebbare Verbindung zwischen einem der Rohrstücke und dem Durchflussmengen-Messaufnehmer lösbar ist. Zur Entnahme der auswechselbaren Messrohranordnung wird wenigstens eines der beiden Rohrstücke an seinem freien Ende aus der entsprechenden Ausnehmung entnommen, indem ggf. nach Lösen einer dem Fachmann geläufigen geeigneten Arretierung das Rohrstück gegen den Durchflussmengen-Messaufnehmer axial teleskopisch verschoben und dadurch freier Raum zwischen freiem Rohrstückende und Durchflussarmatur hergestellt wird, so dass die auswechselbare Messrohranordnung herausnehmbar ist. Ist die Erfindung dadurch ausgestaltet, dass eine Durchflussarmatur eine Aufnahmeausnehmung mit Verschlussvorrichtung aufweist und wenigstens eine axial teleskopisch verschiebbare lösbare Verbindung zwischen einem der Rohrstücke und dem Durchflussmengen-Messaufnehmer besteht, wird die Verschlussvorrichtung der mit einer solchen versehenen Ausnehmung geöffnet und das in der Ausnehmung gehaltene Rohrstück durch axiale teleskopische Verschiebung vom Durchflussmengen-Messaufnehmer weg nach Lösen der axial teleskopischen Verbindung entnommen. Weitergebildet ist die Erfindung dadurch, dass die austauschbare Messrohranordnung einen Temperatursensor mit elektrisch nutzbarem Messsignal umfasst, wobei eine vorteilhafte Ausgestaltung darin besteht, dass der Messsignalausgang des Temperatursensors mit der Signalverarbeitungseinrichtung verbunden ist. Die Signalverarbeitungseinrichtung, an welche der Messsignalausgang des Temperatursensors angeschlossen ist, kann wiederum eine Anzeigeeinrichtung zur visuellen Beobachtung der Momentantemperatur oder eine Anzeige des Temperaturverlaufs über eine bestimmte Zeitspanne sein. Ebenso kann die Signalverarbeitungseinrichtung, an welche der Messsignalausgang des Temperatursensors angeschlossen ist, eine Regeleinrichtung sein, die anhand der Messsignale oder deren zeitlichen Verlaufs eine automatisierte Beeinflussung der Temperierung ermöglicht, wie beispielsweise die Speicherprogrammierbare Steuerung, an die auch die Messsignale des Durchflussmengen-Messaufnehmers gelangen. Für eine Regelung der Temperierung ist es erforderlich, die Temperatur und/oder die Durchflussmenge anhand der erfassten Istwerte zu beeinflussen. Aus diesem Grunde ist die Erfindung dadurch weitergebildet, dass die austauschbare Messrohranordnung ein elektrisch steuerbares Volumenstromventil umfasst, welches vorteilhaft an einen Stellausgang der Signalverarbeitungseinrichtung angeschlossen ist und als Magnetventil ausgebildet sein kann. Die Temperierung kann von einer derartigen Regelung beeinflusst sowohl stetig als auch intermittierend erfolgen. Da oftmals der technologische Prozess der Formgebung mittels einer Speicherprogrammierbaren Steuerung gesteuert bzw. geregelt wird, kann dieselbe vorteilhaft daneben der Regelung der Temperierung des Werkzeugs dienen, so dass die Regelung des Produktionsprozesses, d. h. die Steuerung des Formgebungszyklusses anhand vorgegebener Parameter und deren messtechnischer Überwachung und die Regelung der Temperierung durch Überlagerung der Regelkreise miteinander verknüpft werden und dadurch der Formgebungsprozess optimiert wird.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt in
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1 eine schematische Ansicht einer ersten auswechselbaren Durchflussmengen-Messvorrichtung mit einem Durchflussmengen-Messaufnehmer und
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2 eine schematische Ansicht einer zweiten auswechselbaren Durchflussmengen-Messvorrichtung mit einem Durchflussmengen-Messaufnehmer, einem Temperatursensor und einem Volumenstromventil.
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1 zeigt eine schematische Ansicht einer ersten auswechselbaren Durchflussmengen-Messvorrichtung für Temperiereinrichtungen von Formwerkzeugen zur Kunststoffverarbeitung. Die erste erfindungsgemäße Messvorrichtung umfasst einen ein elektrisch nutzbares Messsignal 42 zur Verfügung stellenden Durchflussmengen-Messaufnehmer 4, der mittels eines Kanalbereiches 41 beidseitig auf jeweils einem Teleskopbereich 31 von Rohrstücken 3 verschiebbar und dicht angeordnet ist. Die auswechselbare Durchflussmengen-Messvorrichtung verbindet eine erste Durchflussarmatur 1 mit einer zweiten Durchflussarmatur 2, indem die freien Enden der Rohrstücke 3 mittels Dichtringen 32 in Ausnehmungen 11 bzw. 21 der ersten 1 und zweiten 2 Durchflussarmatur dicht und entnehmbar eingepasst sind. Die Ausnehmung 11 mündet in einen die erste Durchflussarmatur 1 durchziehenden Strömungskanal 12 und setzt sich danach fort in einer Verschlussvorrichtung 13, die aus einer mutterartigen Verschlusshülse 131 und einem darin eingepassten und befestigten Gewinde-Verschlusszapfen 132 besteht, die Ausnehmung 21 mündet in einen die zweite Durchflussarmatur 2 durchziehenden Strömungskanal 22. Das Durchflussmengen-Messsignal 42 wird einer Signalverarbeitungseinrichtung 8 zugeführt, die im einfachsten Fall als Anzeigegerät ausgebildet sein kann. Zur Entnahme wird die Verschlussvorrichtung 13 durch Lösen des auf das freie Ende des Rohrstücks 3 mit einer hinreichend großen Auflagekraft wirkenden Verschlusszapfens 132 geöffnet und das in der Ausnehmung 11 der ersten Durchflussarmatur 1 sitzende Rohrstück 3 durch die Verschlusshülse 131 entnommen, indem ggf. nach Lösen einer nicht gezeigten, dem Fachmann indes allgemein geläufigen geeigneten Arretierung das Rohrstück 3 aus dem Kanalbereich 41 des Durchflussmengen-Messaufnehmers 4 verschoben wird. Danach kann der Rest der auswechselbaren Messrohranordnung entnommen werden. Zur Reinigung kann diese dann außerhalb der Temperiereinrichtung weiter demontiert und gewartet oder durch eine neue ersetzt werden. Das Wiedereinsetzen erfolgt in umgekehrter Reihenfolge, indem die geteilte Messrohranordnung mit dem freien Ende des Rohrstücks 3, welches mit dem Durchflussmengen-Messaufnehmer 4 verbunden ist, in die Ausnehmung 21 der zweiten Durchflussarmatur 2 eingesetzt und das andere Rohrstück 3 durch die Verschlusshülse 131 geführt und mit dem Durchflussmengen-Messaufnehmer 4 axial teleskopisch verschiebbar verbunden und ggf. arretiert wird. Schließlich wird die Verschlusshülse 131 mittels des Verschlusszapfens 132 verschlossen und dadurch die auswechselbare Messrohranordnung die Durchflussarmaturen 1 und 2 verbindend befestigt.
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2 zeigt eine schematische Ansicht einer zweiten auswechselbaren Durchflussmengen-Messvorrichtung für Temperiereinrichtungen von Formwerkzeugen zur Kunststoffverarbeitung. Die zweite erfindungsgemäße Messvorrichtung umfasst einen ein elektrisch nutzbares Messsignal 42 zur Verfügung stellenden Durchflussmengen-Messaufnehmer 4, der mittels eines Kanalbereiches 41 einerseits auf einem Teleskopbereich 31 eines Rohrstücks 3 und andererseits auf einem Teleskopbereich 51 eines Adapterrohres 5 verschiebbar und dicht angeordnet ist. Die auswechselbare Durchflussmengen-Messvorrichtung verbindet eine erste Durchflussarmatur 1 mit einer zweiten Durchflussarmatur 2, indem das freie Ende des Rohrstücks 3 in eine Ausnehmung 11 der ersten Durchflussarmatur 1 und das freie Ende des Adapterrohres 5 in eine Ausnehmung 21 der zweiten Durchflussarmatur 2 mittels Dichtringen 32 dicht und entnehmbar eingepasst sind. Die Ausnehmung 11 mündet in einen die erste Durchflussarmatur 1 durchziehenden Strömungskanal 12, die Ausnehmung 21 mündet in einen die zweite Durchflussarmatur 2 durchziehenden Strömungskanal 22. Das Adapterrohr 5 zeigt beispielhaft die Möglichkeit, eine Anpassung an unterschiedliche lichte Weiten von Ausnehmungen der Durchflussarmaturen und somit an Durchflussarmaturen verschiedener Ausführungen vorzunehmen. Die Hauptfunktion des Adapterrohres 5 besteht jedoch darin, einen ein elektrisch nutzbares Temperatur-Messsignal 61 ausgebenden Temperatursensor 6 und ein von einem Stellsignal 71 beaufschlagbares Volumenstromventil 7, das vorteilhaft als Magnetventil ausgebildet ist, in die auswechselbare Durchflussmengen-Messvorrichtung zu integrieren. Das Temperatur-Messsignal 61 wird ebenso wie das Durchflussmengen-Messsignal 42 einer Signalverarbeitungseinrichtung 8 zugeführt, deren Stellausgang das Stellsignal 71 bereitstellt. Als Signalverarbeitungseinrichtung 8 kommt jede geeignete Regeleinrichtung in Frage, dies kann auch eine den Formgebungsprozess beeinflussende Steuer- oder Regeleinrichtung sein. Vorteilhaft ist die erfindungsgemäße auswechselbare Durchflussmengen-Messvorrichtung an eine Speicherprogrammierbare Steuerung 8 angeschlossen, so dass die Temperiersteuerung vorteilhaft in Form eines Computerprogramms erfolgen kann. Zur Entnahme wird das freie Ende des Rohrstücks 3 aus der Ausnehmung 11 entnommen, indem ggf. nach Lösen einer nicht gezeigten, dem Fachmann indes allgemein geläufigen geeigneten Arretierung das Rohrstück 3 in den freien Raum im Inneren des Kanalbereichs 41 des Durchflussmengen-Messaufnehmers 4 verschoben wird. Dadurch entsteht ausreichend Freiraum am freien Ende des Rohrstücks 3 zur Entnahme der auswechselbaren Durchflussmengen-Messvorrichtung im Ganzen. Zur Reinigung kann diese dann außerhalb der Temperiereinrichtung weiter demontiert und gewartet oder durch eine neue ersetzt werden. Vor dem Einsetzen wird eine erfindungsgemäße gereinigte, gewartete oder neue Durchflussmengen-Messvorrichtung in gleicher Weise teleskopisch verkürzt und durch Wiederherstellung der erforderlichen Länge in die entsprechende Ausnehmung 11 eingesetzt. Ggf. wird abschließend die nicht gezeigte, dem Fachmann indes allgemein geläufige geeignete Arretierung betätigt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erste Durchflussarmatur
- 11
- Ausnehmung
- 12
- Strömumngskanal
- 13
- Verschlussvorrichtung
- 131
- Verschlusshülse
- 132
- Verschlusszapfen
- 2
- zweite Durchflussarmatur
- 21
- Ausnehmung
- 22
- Strömungskanal
- 3
- Rohrstück
- 31
- Teleskop-Bereich
- 4
- Durchflussmengen-Messaufnehmer
- 41
- Kanalbereich
- 42
- Durchflussmengen-Messsignal
- 5
- Adapterrohr
- 6
- Temperatursensor
- 61
- Temperatur-Messsignal
- 7
- Volumenstromventil
- 71
- Stellsignal
- 8
- Signalverarbeitungseinrichtung, ausgebildet als Anzeige, Steuer- oder Regeleinrichtung allgemein oder Speicherprogrammierbare Steuerung speziell
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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