AT13006U1 - Plastifizierschnecke mit Temperiervorrichtung - Google Patents

Abstract

Anordnung mit einer Plastifizierschnecke (1) einer Plastifiziereinheit (2) einer Spritzgießmaschine und einer Temperiervorrichtung zum Temperieren der Plastifizierschnecke (1), wobei die Temperiervorrichtung eine Zulaufleitung (5), einen Temperierkanal (6) in der Plastifizierschnecke (1) und eine Ablaufleitung (7) aufweist, durch die ein Temperiermedium fließt, wobei eine Heiz- und/oder Kühleinheit (4) zum Heizen und/oder Kühlen des Temperiermediums zwischen Ablaufleitung (7) und Zulaufleitung (5) angeordnet ist und die Zulaufleitung (5), den Temperierkanal (6) und die Ablaufleitung (7) zu einem geschlossenen Temperierkreislauf (3) verbindet.

Description

österreichisches Patentamt AT 13 0006 U1 2013-03-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einer Plastifizierschnecke einer Plastifizierein-heit einer Spritzgießmaschine und einer Temperiervorrichtung zum Temperieren der Plastifizierschnecke, wobei die Temperiervorrichtung eine Zulaufleitung, einen Temperierkanal in der Plastifizierschnecke und eine Ablaufleitung aufweist, durch die ein Temperiermedium fließt, wobei der Temperierkanal bis zur Spitze der Plastifizierschnecke reicht. Zudem betrifft die Erfindung eine Spritzgießmaschine mit einer solchen Anordnung sowie ein Verfahren zum Temperieren einer Plastifizierschnecke einer Plastifiziereinheit einer Spritzgießmaschine durch eine Temperiervorrichtung.

[0002] Beim Plastifiziervorgang in einem Plastifizierzylinder wird ein Kunststoff von einer Ausgangstemperatur, üblicherweise Raumtemperatur, auf die notwendige Schmelze- oder Verarbeitungstemperatur erwärmt. Der Temperatureintrag erfolgt sowohl über die Wärmeleitung von der Heizung des die Schnecke umgebenden Massezylinders in den Kunststoff als auch über den Antrieb der Plastifizierschnecke. Das über den Schneckenantrieb auf die Schnecke übertragene Drehmoment wird in Reibenergie (Dissipation) und damit in Wärme umgewandelt und erwärmt damit den Kunststoff im Massezylinder. Wie hoch dieser dissipative Energieanteil ist, hängt im Wesentlichen vom Kunststoff ab. Je höher die Viskosität des Kunststoffes ist, desto höher ist der Energieeintrag über Dissipation. Ist dieser Energieeintrag zu hoch, führt das zu hohen Massetemperaturen. Bei thermisch sensiblen Kunststoffen kann das zu einer Materialschädigung und damit zu Schlieren oder schlechten mechanischen Eigenschaften führen.

[0003] Für diese thermisch sensiblen Kunststoffen wie z.B. PVC oder PVC-C oder bei sehr schwer fließenden Kunststoffen wie z.B. PE-HD mit MVR (190 ^/2,16kg) von kleiner 1g/10min werden gekühlte Schnecken eingesetzt um die Massetemperatur und damit die Temperaturbelastung des Kunststoffes zu reduzieren.

[0004] Eine verfahrenstechnisch optimale Einstellung bei kontinuierlicher Temperierung der Schnecke ist schwierig. Bei zu geringer Kühlwirkung kann die thermische Belastung nur geringfügig reduziert werden. Auch Dosierzeitschwankungen können auf Grund von zu hoher Einzugszonentemperatur auftreten. Bei zu starker Kühlwirkung steigt der Drehmomentbedarf an, eine schlechte Schmelzequalität, Dosierzeitschwankungen und auch Bruchgefahr für die Schnecke sind die Folge.

[0005] Eine wesentliche Verbesserung für die Prozessführung ist, die Kühlung oder Temperierung nicht permanent einzuschalten. Sinnvoll ist, die Temperierung oder Kühlung abhängig von der Dosierzeit einzuschalten und in der Stillstandsphase, wenn keine Dissipationsenergie zugeführt wird, die Temperierung oder Kühlung abzuschalten.

[0006] Eine einfache Lösung besteht darin, ein Temperiergerät über ein Ventil mit der Schneckenkühlung zu verbinden. Beim Dosieren ist die Schneckenkühlung bzw. Temperierung aktiviert, in der Stillstandsphase schaltet das Ventil in eine Bypass-Stellung und die Schnecke wird nicht temperiert.

[0007] Wie erwähnt, wird Energie sowohl über Wärmeleitung von den Heizungen des Massezylinders als auch über Reibenergie (Dissipation) über den Dosierantrieb zugeführt. Ist der dissipative Anteil der zugeführten Energie sehr hoch, wird z.B. bei temperaturempfindlichen Kunststoffen wie PVC nicht nur geheizt sondern auch gekühlt um die Massetemperatur möglichst niedrig zu halten. Das Kühlen kann sowohl am Massezylinder als auch in der Schnecke erfolgen.

[0008] Es ist bekannt, entlang des Massezylinders Temperaturfühler anzuordnen, die je Heizzone eine Temperatur messen. In der Steuerung wird eine Solltemperatur vorgegeben. Liegt die gemessene Temperatur je Zone unter der Solltemperatur, wird die Heizung über ein geeignetes Regelsystem aktiviert. Liegt die Temperatur über der Solltemperatur, wird diese Zone gekühlt.

[0009] Nachteilig ist, dass die Schneckentemperatur für den Bediener weitgehend unbekannt 1 /11 österreichisches Patentamt AT 13 0006 U1 2013-03-15 ist. Die Schnecke ist ein thermisch kurzgeschlossenes System, d.h. es wird über Dissipation und Wärmeleitung Energie zugeführt und damit die Schnecke im vorderen Bereich der Aufschmelz- und Meteringzone erwärmt. Die Schnecke leitet gleichzeitig auch Energie vom heißen, schmelzeführenden Bereich in den kühlen Einzugsbereich und Schneckenschaft ab. Der in die Einzugszone rieselnde, kalte Kunststoff nimmt Energie auf, kühlt damit die Schnecke und wird selbst vorgewärmt.

[0010] In der DE 76 01 482 wird eine Extruderschnecke beschrieben, in welcher eine Schneckenkühlung vorgesehen ist, wobei ein Kühlmittel in eine zentrale Bohrung eingebracht wird, um die Schnecke auf ihrer gesamten Länge gezielt zu temperieren.

[0011] Die DE 2 057 989 betrifft Extruderschnecken, bei denen durch Hohlräume in der Schnecke über Heiz- oder Kühlmittel eine homogene Erwärmung erreicht und dadurch eine gleichmäßige Plastifizierung des Kunststoffes ermöglicht wird. Wesentlich bei dieser Erfindung ist, dass die Kühlbohrungen bzw. Kühlräume bis in die Schneckenstege reichen, wodurch der Abstand zur Oberfläche im Wesentlichen entlang der gesamten Oberfläche immer gleichbleibend ist. Dies wird als differenzierte Kühlung bezeichnet.

[0012] Die DE 10 2007 009 027 A1 zeigt eine Schnecke mit einer Wärmetransportvorrichtung, die innenliegend über ein Profil mit Verrippung gezielt bestimmte Bereiche kühlen kann. Die genaue Steuerung der Kühlung ist nicht erwähnt.

[0013] Die DE 1 246 222 zeigt eine Schneckenspritzgießmaschine zur Verarbeitung von Kunststoffen, wobei durch eine Längsbohrung Heiz- und/oder Kühlzonen beliebiger Länge oder beliebigen Volumens in der Schnecke vorgesehen sind. Der Arbeitsablauf bzw. die Beeinflussung der Funktionserfüllung ist an den Rhythmus der Schneckenaxialbewegungen und somit an den Zyklus angepasst. In der Schnecke können beliebig viele Heiz- und/oder Kühlzonen vorhanden sein. Die Temperatur der einzelnen Zonen wird vorteilhaft durch Thermostatmessstellen überwacht und gesteuert, wobei davon ausgehend Steuerimpulse an einen Schaltkasten weitergeleitet werden.

[0014] Nachteilig beim gesamten Stand der Technik ist, dass zwar teilweise die genauen Temperaturen in der Schnecke eingestellt werden können, jedoch nie die gesamte Temperaturänderung in der Schnecke beobachtet werden kann. Daraus ergibt sich der Nachteil, dass die aus dem Stand der Technik bekannten Regelungen ungenau sind. Zudem wird immer nur an bestimmten Stellen um bzw. in der Schnecke gemessen, sodass die Auswertung immer den wahren Temperaturverlusten bzw. Temperaturgewinnen in der gesamten Schnecke nachhinkt.

[0015] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Anordnung von Plastifizierschnecke und Temperiervorrichtung bzw. ein verbessertes Verfahren zum Temperieren einer Plastifizierschnecke anzugeben. Insbesondere soll eine einfach regelbare und überschaubare Temperiervorrichtung geschaffen werden, die möglichst den gesamten Temperiervorgang ohne äußere Einflussnahme durchführen kann. Zudem soll die Temperierung möglichst konstant durchgeführt werden können. Weiters soll möglichst sparsam mit dem Temperiermedium umgegangen werden.

[0016] Dies wird für eine Anordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Anspruch 1 dadurch erreicht, dass eine Heiz- und/oder Kühleinheit zum Heizen und/oder Kühlen des Temperiermediums zwischen Ablaufleitung und Zulaufleitung angeordnet ist und die Zulaufleitung, den Temperierkanal und die Ablaufleitung zu einem geschlossenen Temperierkreislauf verbindet. Durch diesen geschlossenen Temperierkreislauf kann gegenüber dem Stand der Technik das Temperiermedium (Brauchwasser) wieder verwendet. Zudem ist eine besser überwachbare Temperierung gegeben und die Temperiervorrichtung ist nicht mehr unmittelbar von der Temperatur des zugeführten Temperiermediums (meist normales kühles Leitungswasser) abhängig, sondern kann durch die Heiz- und/oder Kühleinheit die Temperatur exakt steuern bzw. regeln.

[0017] Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Temperiervorrichtung einen Temperatursensor zur Messung der Temperatur des Temperiermediums in der Zulaufleitung oder in der Heiz- und/oder Kühleinheit 2/11 österreichisches Patentamt AT 13 0006 Ul 2013-03-15 aufweist. Nur wenn eine Wasserversorgung gegeben ist, die eine konstante Temperatur liefert, kann für die vorliegende Erfindung auf einen bevorzugten Zulauf-Temperatursensor verzichtet werden.

[0018] Um noch besser auf den Energieverlust bzw. -gewinn im Temperiermedium während des Durchlaufens des Temperierkanals schließen zu können, kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Temperiervorrichtung einen Temperatursensor zur Messung der Temperatur des Temperiermediums in der Ablaufleitung aufweist.

[0019] Wenn man die Durchflussmenge an Temperiermedium durch den Temperierkreislauf wissen will, kann gemäß einer Variante der Erfindung vorgesehen sein, dass die Temperiervorrichtung, vorzugsweise in der Zulaufleitung, einen Strömungskonstanthalter aufweist. Dieser weist einen bestimmten Querschnitt auf, von welchem bei einem bestimmten Strömungsdruck auf die Durchflussmenge rückgeschlossen werden kann.

[0020] Gemäß einer anderen Variante der Erfindung kann aber auch vorgesehen sein, dass die Temperiervorrichtung einen, vorzugsweise in der Zulaufleitung, angeordneten Mengensensor zur Messung der Durchflussmenge an Temperiermedium durch den Temperierkreislauf aufweist.

[0021] Um Enthalpieänderungen des mit der Plastifiziereinheit hergestellten Kunststoffes über eine möglichst lange Produktionszeit zu vermeiden bzw. konstant zu halten, kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Temperiervorrichtung einen Mengenregler zur Regelung der Einleitungsmenge von Temperiermedium in den Temperierkreislauf, einen Datenspeicher, in welchem wenigstens die gemessenen Temperaturen des Temperiermediums in der Zulaufleitung bzw. in der Heiz- und/oder Kühleinheit und in der Ablaufleitung und die gemessene Durchflussmenge als aktuelle Ist-Werte speicherbar sind und eine Steuer- oder Regeleinheit, durch die in Abhängigkeit der gemessenen Ist-Werte und gespeicherter Soll-Werte oder ausgelesener dokumentierter Ist-Werte vorangegangener Spritzgießzyklen durch Ausgeben von Steuersignalen an die Heiz- und/oder Kühleinheit und/oder an den Mengenregler die Temperatur des Temperiermediums im Temperierkanal der Plastifizierschnecke Steuer- bzw. regelbar ist, aufweist. Durch diese Ausführung kann die Temperatur in der gesamten Schnecke genau überwacht werden und für die Temperierung kann aus vorangegangen Spritzgießzyklen gelernt werden.

[0022] Eine bevorzugte Ausführungsform der Anordnung kann vorsehen, dass in der Plastifizierschnecke, vorzugsweise im Bereich der Schneckenspitze, zumindest ein dritter Temperatursensor angeordnet ist. Dazu kann vorgesehen sein, die Schnecke vorzugsweise im kritischen Bereich (d.h. im Bereich der maximalen Temperatur an der Schneckenspitze) mit einer Temperaturmessstelle auszuführen. Die Temperaturinformation wird an die Steuerung weitergegeben und kann als Qualitätsparameter zur Prozessüberwachung oder als Regelparameter für die Schneckentemperierung verwendet werden.

[0023] Die Information der Schneckentemperatur oder allgemein der gespeicherten, thermischen Energie kann ebenfalls mit dieser Ausführung gewonnen werden. Wird je Zyklus durch die Kühlbohrung der Schnecken vorzugsweise jene Menge an Kühlmedium gefördert, die dem Volumen der Bohrung in der Schnecke entspricht und gleichzeitig die Vor- und auch Rücklauftemperatur je Zeiteinheit gemessen, kann eine mittlere Schneckentemperatur abgeschätzt werden. Diese Temperaturinformation kann als Prozessparameter für eine Prozessüberwachung oder als Regelparameter verwendet werden. Eine aufwendige Messsensorik in der Schnecke kann dadurch vermieden werden. Mit diesen Temperaturverläufen von Vor- und Rücklauftemperatur je Zeiteinheit und dem Volumenstrom des Kühlmediums in der Schnecke kann auch auf die Energie geschlossen werden, die je Zyklus von der Schnecke mit dem Kühlmedium abgeführt wird. Ein Ziel könnte sein, immer die gleiche Energiemenge je Zyklus abzuführen. In diesem Fall würde eine konstante abgeführte Energiemenge durch Variation der Durchflussmenge erreicht werden. Somit kann die Temperierung grundsätzlich beispielsweise über die Temperatur des Temperiermediums, über die zugeführte Wassermenge, ausgehend von der Temperatur des Temperiermediums in der Ablaufleitung, aufgrund einer Temperaturdifferenz oder über die abgeführte Wärmemenge erfolgen. 3/11 österreichisches Patentamt AT 13 0006 U1 2013-03-15 [0024] Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung kann vorsehen, dass der Temperierkanal in der Plastifizierschnecke von einem Rohr in der Plastifizierschnecke gebildet wird, wobei dieses Rohr in einer Bohrung in der Plastifizierschnecke angeordnet ist.

[0025] Es soll zwar grundsätzlich nicht ausgeschlossen werden, dass eine erfindungsgemäße Anordnung für einen Extruder verwendet wird, jedoch ist bevorzugt vorgesehen, dass die Plasti-fiziereinheit auch als Einspritzeinheit ausgebildet ist, wobei die Plastifizierschnecke axial verschieblich in einem Plastifizierzylinder gelagert ist. Die gesamten Vorteile der zyklusabhängigen Temperaturregelung sind vor allem bei einer gemeinsamen Plastifizier- und Einspritzeinheit für eine Spritzgießmaschine sinnvoll.

[0026] Mit dem erfindungsgemäßen geschlossenen Temperierkreislauf wird eine konstante Wasserversorgung erreicht, wobei besonders bevorzugt vorgesehen sein kann, dass die Temperatur des Temperiermediums durch die Heiz- und/oder Kühleinheit auf über 60‘C, vorzugsweise auf über 75°C, einstellbar ist. Besonders bevorzugt kann die Wassertemperatur über 80 °C liegen. Vorzugsweise ist die Kühl- bzw. Heizeinheit als eine Art „Klimagerät" ausgeführt, welches das von der Ablaufleitung rückfliessende Temperiermedium auf eine gewünschte Temperatur - je nach Bedarf - heizt oder kühlt. Es soll aber nicht ausgeschlossen werden, dass dieses Temperiergerät als reine Heizeinheit oder als reine Kühleinheit ausgebildet ist. Dies hängt wesentlich vom positiven oder negativen Unterschied der gewünschten Temperatur von der zugeführten ab.

[0027] Grundsätzlich kann die Temperiervorrichtung immer eine bestimmte Gesamtmenge an Temperiermedium aufweisen. Wenn zu wenig Medium (Wasser) im gesamten Kreislauf vorhanden ist, kann eine entsprechende Warnung ausgegeben werden. Es ist aber auch möglich, den Füllstand durch einen Bediener regelmäßig kontrollieren zu lassen. Bei zu niedrigem Stand (z. B. durch ein kleines Leck) kann Temperiermedium in den an sich geschlossenen Kreislauf nachgefüllt werden. Bevorzugt ist allerdings vorgesehen, dass die gesamte Temperiervorrichtung (bzw. die Heiz- und/oder Kühleinheit) trotz der Ausbildung als geschlossener Kreislauf an eine normale Wasserversorgungsleitung angeschlossen ist und sich bei Bedarf (z. B. bei zu geringem Füllgrad) selbst mit Frischwasser versorgt.

[0028] Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 12 gelöst.

[0029] Der Plastifiziervorgang ist ein sehr komplexer Prozess, der auch als Energiebilanz dargestellt werden kann. Zum Einen wird Energie zugeführt, wie z.B. • Antriebsenergie (Dissipation) und • Wärmeleitung über die Heizbänder am Außendurchmesser des Zylinders.

[0030] Zum Anderen wird aber auch Energie abgeführt über • Verlustenergie durch Konvektion, Wärmeleitung und Wärmestrahlung und • bewusst abgeführte Energie über Kühlmäntel am Außendurchmesser des Zylinders oder der Schneckenkühlung.

[0031] Die Restenergie, d.h. zugeführte Energie minus abgeführte Energie ist jener Anteil, der für das Erwärmen des Kunststoffes verwendet wird. Diese Energieanteile je Zyklus oder allgemein je Zeiteinheit liefern wichtige Informationen über den Gesamtprozess hinsichtlich Energieverbrauch und Prozessstabilität. Diese Energieanteile oder Energieanteil je Zeiteinheit (Leistung) werden daher dokumentiert um den Prozess analysieren, optimieren und überwachen zu können.

[0032] Durch eine geeignete Messsensorik kann auch der Energieanteil oder Leistungsanteil, der durch eine Schneckentemperierung eingeführt wird, berechnet und dokumentiert werden. Erforderlich dafür ist erfindungsgemäß [0033] · die Durchflussmenge eines bekannten Mediums und 4/11 österreichisches Patentamt AT13 0006U1 2013-03-15 [0034] · der Temperaturunterschied zwischen Vorlauf und Rücklauf.

[0035] Je höher die Durchflussmenge und je größer der Temperaturunterschied zwischen Vor-und Rücklauf ist, desto höher ist die je Zeiteinheit abgeführte Energiemenge. Wird die Energiemenge auf die Zykluszeit bezogen, kann dieser Parameter für die Prozessanalyse, Prozessoptimierung und Prozessüberwachung verwendet werden. Ändert sich dieser Wert kann davon ausgegangen werden, dass sich auch die Schmelzequalität und damit auch die Teilequalität ändert.

[0036] Mit den ebenfalls messbaren Energieanteilen der Antriebsenergie und der Heizenergie kann eine Energieanalyse berechnet werden und, sofern der Verlustanteil der Plastifiziereinheit bekannt ist, auch auf die Enthalpieänderung des Kunststoffes geschlossen werden.

[0037] Durch die Parameter Durchflussmenge und Vorlauftemperatur der Schneckentemperierung kann der Plastifizierprozess gezielt verändert werden um z.B. das erforderliche Drehmoment beim Dosieren zu reduzieren um eine zu hohe Belastung der Schnecke zu verhindern. Weiters besteht die Möglichkeit Prozessänderungen, die über längere Zeit auftreten, z.B. durch Chargenschwankungen oder Temperatur- oder Feuchtigkeitsunterschiede der Umgebung, entgegenzuwirken. Durch gezielte Änderungen der Vorlauftemperatur und / oder der Durchflussmenge kann der Prozess optimiert werden mit dem Ziel, die Enthalpieänderung des Kunststoffes über eine lange Produktionszeit möglichst konstant zu halten.

[0038] Um vor allem bei langen Spritzgießzyklen eine jeweils an den aktuellen Vorgang angepasste Temperatur in der Plastifizierschnecke zu erreichen, kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Temperatur des Temperiermediums im Temperierkanal der Plastifizierschnecke spritzgießzyklusabhängig, vorzugsweise anhand der aktuellen Schneckenposition oder des aktuellen Spritzgießzykluszeitpunkts, geregelt wird. Das heißt, der Regeleinheit werden auch Informationen zur Verfügung gestellt, die für den aktuellen Zykluszeitpunkt bzw. die aktuelle Schneckenposition spezifisch sind, wodurch eine Änderung im Temperierkreislauf durchgeführt wird.

[0039] Um sozusagen den gesamten Lerneffekt zu verbessern, kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die gemessenen Ist-Werte Temperatur des Temperiermediums in der Zulaufleitung, Temperatur des Temperiermediums in der Ablaufleitung, Durchflussmenge und gegebenenfalls Durchflusszeit spritzgießzyklusabhängig im Datenspeicher als Ist-Werte vorangegangener Spritzgießzyklen dokumentiert werden. Das heißt, die einzelnen, jeweils gemessenen Daten werden verknüpft mit Spritzzykluszeitpunkten gespeichert, wodurch die Dokumentation zykluszeitpunktspezifisch vorliegt.

[0040] Besonders bevorzugt kann sich daraus ergeben, dass von der Steuer- oder Regeleinheit in Abhängigkeit ausgelesener dokumentierter Ist-Werte Prozessparameter für den Temperierprozess berechnet werden, die als zeit- oder zyklusabhängige Steuersignale die Durchflussmenge des Mengenreglers, die Temperierleistung der Heiz- und/oder Kühleinheit und/oder die reine Einschaltzeit der Heiz- und/oder Kühleinheit regeln.

[0041] Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der Figurenbeschreibung unter Bezugnahme auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele im Folgenden näher erläutert. Darin zeigen: [0042] Fig. 1 schematisch die Bestandteile einer Plastifiziereinheit und [0043] Fig. 2 schematisch einen gesamten Temperierkreislauf.

[0044] Fig. 1 zeigt - stark vereinfacht - eine Plastifiziereinheit 2 mit einer drehbar gelagerten und axial verschieblichen Schnecke 1, welche in einer Schneckenaufnahmewelle 24 gelagert ist und von einem Plastifizierzylinder 23 umgeben ist. Dieser Plastifizierzylinder 23 weist im vorderen Bereich eine - in Richtung der nicht dargestellten Formwerkzeuge weisende - Einspritzdüse 22 und im hinteren Bereich eine trichterförmige Einfüllöffnung 21 auf. Den Plastifizierzylinder 23 umgeben Heizbänder 25.

[0045] Fig. 2 zeigt die wesentlichen Bestandteile einer Temperiervorrichtung mit einem Temperierkreislauf 3 umfassend den Temperierkanal 6 in der Plastifizierschnecke 1, die Ablaufleitung 5/11 österreichisches Patentamt AT 13 0006 Ul 2013-03-15 7, die Heiz- und/oder Kühleinheit 4 und die Zulaufleitung 3, wobei es an sich unerheblich ist, in welchen konkreten Bauteilen der Plastifiziereinheit 2 bzw. der gesamten Spritzgießmaschine die Heiz- und/oder Kühleinheit 4 und somit Teile der Leitungen 7 und 5 ausgebildet sind. Die Heiz-und/oder Kühleinheit 4 dient grundsätzlich dazu, das im Temperierkreislauf 3 der Temperiervorrichtung zirkulierende Temperiermedium zu kühlen bzw. zu heizen und auch mittels einer geeigneten, nicht dargestellten Pumpe in Umlauf zu bringen.

[0046] Nachdem das Temperiermedium die Heiz- und/oder Kühleinheit 4 verlassen hat, gelangt es zu einem Mengenregler 11, der die Durchflussmenge steuert. Anschließend fließt das Temperiermedium durch den Mengensensor 10, welcher die Durchflussmenge D misst, und gelangt anschließend zum Temperatursensor 8 in der Zulaufleitung 5. Anstatt des Mengenreglers 11 und des Mengensensors 10 kann prinzipiell auch ein Strömungskonstanthalter vorgesehen sein. Von der Zulaufleitung 5 gelangt das Temperiermedium schließlich in den Temperierkanal 6 in der Plastifizierschnecke 1. Während des Durchfließens der Zulaufleitung 5 werden von den Sensoren 10 und 8 jeweils die aktuellen Ist-Werte Wakt gemessen und als konkrete Werte in Grad Celsius oder in Litern in einen tabellenförmigen Datenspeicher 12 eingetragen, wobei vom Mengensensor 10 die Werte Durchflussmenge D und Durchflusszeit Dt und vom Temperatursensor 8 die Temperatur Tz in der Zulaufleitung 5 stammen. Der Temperatursensor 8 kann auch in der Kühl- und/oder Heizeinheit 4 angeordnet sein.

[0047] Der Temperierkanal 6 ist in einem Rohr 15 ausgebildet, welches selbst wiederum in einer Hohlbohrung 16 in der Plastifizierschnecke 1 angeordnet ist. Im Bereich der Schneckenspitze 1a der Plastifizierschnecke 1 ist ein dritter Temperatursensor 14 vorgesehen, der über eine Signalleitung 17 mit der Übertragungseinheit 18 verbunden ist. Von dieser Übertragungseinheit 18 wird die gemessene Temperatur Tz des dritten Temperatursensors 14 ebenfalls an den Datenspeicher 12 weitergeleitet. Dieser Temperatursensor 14 muss für die vorliegende Erfindung nicht unbedingt vorgesehen sein, kann jedoch hilfreiche Prozessparameter für die gesamte Regelung liefern.

[0048] Nachdem das Temperiermedium in der Plastifizierschnecke 1 Energie abgegeben und/oder aufgenommen hat, gelangt es über die Ablaufleitung 7 zum Temperatursensor 9, welcher die Temperatur TA in der Ablaufleitung 7 misst und einen entsprechenden Wert an den Datenspeicher 12 liefert. In weiterer Folge gelangt das Temperiermedium zum Ventil 19, welches - je nach Füllstand des Temperierkreislaufes 3 bzw. je nach gemesser Temperatur TA -das Temperiermedium in die Heiz- und/oder Kühleinheit 4 leitet oder über eine Bypass-Leitung 20 wieder in die Zulaufleitung 5 umleitet. Die Bypass-Leitung 20 kann vor allem dann benutzt werden, wenn die Temperatur TA in der Ablaufleitung 7 bereits einer in der Zulaufleitung 5 gewünschten Temperatur enstpricht.

[0049] Im Datenspeicher 12 sind die aktuellen Ist-Werte Wakt jeweils zum aktuellen Zeitpunkt t0 abgelegt. Um aus diesen Informationen entsprechende Änderungen im Temperierkreislauf 3 zu bewirken, greift die Steuer- oder Regeleinheit 13 entweder auf dokumentierte Ist-Werte Wdok vorangegangener Spritzgießzyklen oder auf sonstige gespeicherte Soll-Werte Wson zurück. Natürlich kann auch eine Kombination dieser Werte Wdok und Wson für die Regelung herangezogen werden. Die Steuer- oder Regeleinheit 13 ermittelt aus den gesammelten bzw. hinterlegten Daten Steuersignale L, die entweder die Heizleistung der Heiz- und/oder Kühleinheit 4 oder den Mengendurchsatz des Mengenreglers 11 oder die reine Einschaltzeit der Heiz- und/oder Kühleinheit 4 regeln bzw. steuern. Durch die entsprechende Überwachung und Berücksichtigung sämtlicher Werte kann die Energiebilanz des gesamten Plastifiziervorganges möglichst exakt nachgebildet werden und eine konstante abgeführte Energiemenge im Bereich der Plastifizierschnecke 1 durch die Variation der Parameter Durchflussmenge im Mengenregler 11 oder Heizleistung bzw. Einschaltzeit der Heiz- und/oder Kühleinheit 4 erreicht werden.

[0050] Bezüglich der schematischen Darstellung des Datenspeichers 12 und der Steuer-oder Regeleinheit 13 sei darauf hingewiesen, dass diese in einer einzelnen Platine oder auf unterschiedlichen Rechnern angeordnet sein können. Wesentlich ist, dass eine logische Verknüpfung der einzelnen Werte Wakt und Wdok bzw. WS0n ermöglicht wird. Durch die teilweise Strichlie- 6/11

Claims (15)

1. österreichisches Patentamt AT 13 0006 U1 2013-03-15 rung des Datenspeichers 12 ist auch dargestellt, dass die Werte Wd0k von den jeweils aktuellen Ist-Werten Wakt gespeist werden und sozusagen eine zeitliche Weiterführung darstellen. Deswegen sind auch die dokumentierten Werte Wdok mit den Spritzgießzykluszeitpunkten ti bis tn verknüpft. [0051] Für eine exakte Berechnung der Energiebilanz kann die Temperatur hier nicht dargestellt, den Plastifizierzylinder 23 umgebender Temperierbänder 25 in die gesamte Regelung mittels entsprechender Sensoren einbezogen werden. [0052] Es ist generell möglich, dass der Mengensensor 10 und der Mengenregler 11 als ein Bauteil ausgeführt sind. Als Temperiermedium kann grundsätzlich jedes Fluid verwendet werden, wobei bevorzugt Wasser eingesetzt wird. [0053] Besonders bevorzugt kann der Temperierkreislauf 3 als eine Art Lernzyklus funktionieren, wobei gemäß dem jeweiligen Zykluszeitpunkt t beispielsweise während des Dosierens und des Kühlens insgesamt Wärme durch das Temperiermedium abgeführt werden muss, während beim Spritzvorgang bzw. beim Wärmen die Schnecke nicht zu kalt sein darf, wodurch eine Wärmezuführung über das Temperiermedium erfolgt. Für den Lernzyklus kann dabei vorgesehen sein, dass die Enthalpieänderung im entstehenden Kunststoff als zusätzlicher Parameter durch einen Bediener oder durch Sensoren mit in das Regelungssystem einfließen kann. Ansprüche 1. Anordnung mit einer Plastifizierschnecke (1) einer Plastifiziereinheit (2) einer Spritzgießmaschine und einer Temperiervorrichtung zum Temperieren der Plastifizierschnecke (1), wobei die Temperiervorrichtung eine Zulaufleitung (5), einen Temperierkanal (6) in der Plastifizierschnecke (1) und eine Ablaufleitung (7) aufweist, durch die ein Temperiermedium fließt, wobei der Temperierkanal (6) bis zur Spitze der Plastifizierschnecke (1) reicht, dadurch gekennzeichnet, dass eine Heiz- und/oder Kühleinheit (4) zum Heizen und/oder Kühlen des Temperiermediums zwischen Ablaufleitung (7) und Zulaufleitung (5) angeordnet ist und die Zulaufleitung (5), den Temperierkanal (6) und die Ablaufleitung (7) zu einem geschlossenen Temperierkreislauf (3) verbindet.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiervorrichtung einen Temperatursensor (8) zur Messung der Temperatur (Tz) des Temperiermediums in der Zulaufleitung (5) oder in der Heiz- und/oder Kühleinheit (4) aufweist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiervorrichtung einen Temperatursensor (9) zur Messung der Temperatur (TA) des Temperiermediums in der Ablaufleitung (7) aufweist.
4. 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiervorrichtung, vorzugsweise in der Zulaufleitung (5), einen Strömungskonstanthalter aufweist.
5. 5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiervorrichtung einen, vorzugsweise in der Zulaufleitung (5), angeordneten Mengensensor (10) zur Messung der Durchflussmenge (D) an Temperiermedium durch den Temperierkreislauf (3) aufweist.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiervorrichtung - einen Mengenregler (11) zur Regelung der Einleitungsmenge von Temperiermedium in den Temperierkreislauf (3), - einen Datenspeicher (12), in welchem wenigstens die gemessenen Temperaturen (Tz, TA) des Temperiermediums in der Zulaufleitung (5) bzw. in der Heiz- und/oder Kühleinheit (4) und in der Ablaufleitung (7) und die gemessene Durchflussmenge (D) als aktuelle Ist-Werte (Wakt) speicherbar sind und 7/11 österreichisches Patentamt AT 13 0006 U1 2013-03-15 - eine Steuer- oder Regeleinheit (13), durch die in Abhängigkeit der gemessenen Ist-Werte (Wakt) und gespeicherter Soll-Werte (Wson) oder ausgelesener dokumentierter Ist-Werte (Wdok) vorangegangener Spritzgießzyklen durch Ausgeben von Steuersignalen (L) an die Heiz- und/oder Kühleinheit (4) und/oder an den Mengenregler (11) die Temperatur des Temperiermediums im Temperierkanal (6) der Plastifizierschnecke (1) Steueroder regelbar ist.
7. 7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Plastifizierschnecke (1), vorzugsweise im Bereich der Schneckenspitze (1a), zumindest ein dritter Temperatursensor (14) angeordnet ist.
8. 8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperierkanal (6) in der Plastifizierschnecke (1) von einem Rohr (15) in der Plastifizierschnecke (1) gebildet wird, wobei dieses Rohr (15) in einer Bohrung (16) in der Plastifizierschnecke (1) angeordnet ist.
9. 9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Plastifizierschnecke (1) Teil einer Plastifiziereinheit (2) ist, die auch als Einspritzeinheit ausgebildet ist, wobei die Plastifizierschnecke (1) axial verschieblich in einem Plastifizierzylinder (23) gelagert ist.
10. 10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Temperiermediums durch die Heiz- und/oder Kühleinheit (4) auf über 60°C, vorzugsweise auf über 75°C, einstellbar ist.
11. 11. Spritzgießmaschine mit einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
12. 12. Verfahren zum Temperieren einer Plastifizierschnecke (1) einer Plastifiziereinheit (2) einer Spritzgießmaschine durch eine Temperiervorrichtung, insbesondere mit einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Temperiervorrichtung eine Zulaufleitung (5), einen Temperierkanal (6) in der Plastifizierschnecke (1) und eine Ablaufleitung (7) aufweist, durch die ein Temperiermedium fließt, wobei der Temperierkanal (6) bis zur Spitze der Plastifizierschnecke (1) reicht, gekennzeichnet durch - einen Temperatursensor (8) zur Messung der Temperatur (Tz) des Temperiermediums in der Zulaufleitung (5) oder in der Heiz- und/oder Kühleinheit (4), - einen Temperatursensor (9) zur Messung der Temperatur (TA) des Temperiermediums in der Ablaufleitung (7), - einen im Temperierkreislauf (3), vorzugsweise in der Zulaufleitung (5), angeordneten Mengensensor (10) zur Messung der Durchflussmenge (D) an Temperiermedium durch den Temperierkreislauf (3) oder einen Strömungskonstanthalter, - einen Mengenregler (11) zur Regelung der Einleitungsmenge von Temperiermedium in den Temperierkreislauf (3), - einen Datenspeicher (12), in welchem wenigstens die gemessenen Temperaturen (TA, Tz) des Temperiermediums in der Zulaufleitung (5) oder in der Heiz- und/oder Kühleinheit (4) und in der Ablaufleitung (7) und die gemessene Durchflussmenge (D) als aktuelle Ist-Werte (Wakt) gespeichert werden und - eine Steuer- oder Regeleinheit (13), von der in Abhängigkeit der gemessenen Ist-Werte (Wakt) und gespeicherter Soll-Werte (Wson) oder ausgelesener dokumentierter Ist-Werte (Wakt) vorangegangener Spritzgießzyklen durch Ausgeben von Steuersignalen (L) an die Temperiervorrichtung (4) und/oder ar den Mengenregler (11) die Temperatur des Temperiermediums im Temperierkanal (6) der Plastifizierschnecke (1) gesteuert bzw. geregelt wird.
13. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Temperiermediums im Temperierkanal (6) der Plastifizierschnecke (1) spritzgießzyklusabhängig, vorzugsweise anhand der aktuellen Schneckenposition oder des aktuellen Spritzgießzykluszeitpunkts (t0), geregelt wird. 8/11 österreichisches Patentamt AT 13 0006 U1 2013-03-15
14. 14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die gemessenen Ist-Werte (Wakt) Temperatur (Tz) des Temperiermediums in der Zulaufleitung (5), Temperatur (TA) des Temperiermediums in der Ablaufleitung (7) Durchflussmenge (D) und gegebenenfalls Durchflusszeit (Dt) spritzgießzyklusabhängig im Datenspeicher (12) als Ist-Werte (Wdok) vorangegangener Spritzgießzyklen (h, tn) dokumentiert werden.
15. 15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass von der Steueroder Regeleinheit (13) in Abhängigkeit ausgelesener dokumentierter Ist-Werte (Wdok) Prozessparameter für den Temperierprozess berechnet werden, die als zeit- oder zyklusabhängige Steuersignale (L) die Durchflussmenge (D) des Mengenreglers (11), die Temperierleistung der Temperiervorrichtung (4) und/oder die Einschaltzeit der Temperiervorrichtung (4) steuern bzw. regeln. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 9/11