AT508118B1 - Spritzgiessmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spritzgießmaschine (1) zur Herstellung von Formteilen aus Kunststoff mit einem hydraulisch angetriebenen Werkzeug (2), einer Plastifiziereinheit (3) zum Aufschmelzen von Kunststoffgranulat sowie einer Einspritzeinheit zum Füllen der Kavität des Werkzeuges (2) mit Kunststoff schmelze, wobei die Antriebseinheit (6) des Werkzeugs (2) einen Wärmetauscher (7) aufweist, mittels dessen der Hydraulikflüssigkeit Wärme entzogen wird und der mit einer Kühlwasser gespeisten Kühleinrichtung strömungsmäßig gekoppelt ist, und wobei das Werkzeug (2) an einen Kühl- oder Temperierkreis angeschlossen ist, mittels dessen das Werkzeug (2) und der im Werkzeug geformte Spritzling gekühlt oder das Werkzeug (2) temperiert wird, die sich dadurch auszeichnet, dass die Spritzgießmaschine (1) einen thermischen Kompressor (12) in Form einer Adsorptionskältemaschine aufweist, die eingangsseitig von dem vom Hydraulikkreis erwärmten Wärmeträgermedium durchströmt ist und ausgangsseitig vom Kühlmedium des Kühl- oder Temperierkreises des Werkzeuges (2) durchströmt ist, so dass die über das Kühlwasser abgeführte Verlustwärme mittels des thermischen Kompressors (12) zur Kühlung des Temperier- oder Kühlkreis-Mediums dient und das gekühlte Medium das Werkzeug (2) kühlt.

Description

österreichisches Patentamt AT508118B1 2010-11-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Spritzgießmaschine zur Herstellung von Formteilen aus Kunststoff mit einem hydraulisch angetriebenen Werkzeug, einer Plastifiziereinheit zum Aufschmelzen von Kunststoffgranulat sowie einer Einspritzeinheit zum Füllen der Kavität des Werkzeuges mit Kunststoffschmelze, wobei die Antriebseinheit des Werkzeugs einen Wärmetauscher aufweist, mittels dessen der Hydraulikflüssigkeit Wärme entzogen wird und der mit einer Kühlwasser gespeisten Kühleinrichtung strömungsmäßig gekoppelt ist, und wobei das Werkzeug an einen Kühl- oder Temperierkreis angeschlossen ist, mittels dessen das Werkzeug und der im Werkzeug geformte Spritzling gekühlt oder das Werkzeug temperiert wird.

[0002] Bei üblichen Spritzgießmaschinen erfolgt die Betätigung des Werkzeuges mittels eines hydraulischen Antriebes, so dass insbesondere die Formhälften des Werkzeuges hydraulisch geöffnet und geschlossen werden. Zur Plastifizierung eines Kunststoffgranulates weist eine solche Spritzgießmaschine eine Plastifiziereinheit, beispielsweise eine Schnecke, auf, die über einen Befülltrichter gefüllt wird und die an einer vorzugsweise elektrisch beheizten Düse, vorzugsweise über einen elektrisch beheizten Heißkanal die aufgeschmolzene Kunststoffmasse in die Kavität des Werkzeuges gibt. Um die Abkühlgeschwindigkeit des Spritzlinges in kurzer Zeit zu erreichen, weist das Werkzeug Kühlkanäle beziehungsweise Temperierkanäle auf, über die ein entsprechendes Kühlmittel zugeführt wird, damit das Werkzeug und der darin befindliche Spritzling schnell abgekühlt werden kann, um dann das Werkzeug zu öffnen und den Spritzling abgeben zu können.

[0003] Im Betrieb einer solchen Spritzgießmaschine zur Herstellung von Formteilen aus Kunststoff entsteht durch die hydraulische Antriebseinheit Verlustwärme, die bisher durch eine Kühlanlage an die Atmosphäre abgeführt wird. Dies erfolgt bei hydraulisch angetriebenen Spritzgießmaschinen über einen oder mehrere Wärmetauscher, die von einem Wärmeträgermedium durchströmt sind, beispielsweise von Wasser, und die andererseits von dem Hydrauliköl des Antriebs durchströmt sind. Das Hydrauliköl gibt über diesen Kreislauf die Verlustwärme an das Wärmeträgermedium, beispielsweise Wasser, ab. Das Wärmeträgermedium wird in eine externe Kühlanlage geleitet und dort zurückgekühlt, beispielsweise über Kühltürme oder Kältemaschinen. Die Formlinge bzw. Spritzlinge werden durch das aufgeschmolzene Kunststoffgranulat in der Kavität des Werkzeuges geformt und anschließend abgekühlt. Die hierbei erforderliche Prozesswärme /-kälte entsteht zum einem durch die in der Plastifiziereinheit verursachte Friktionswärme und die elektrische Fremdbeheizung der Düse beziehungsweise des Heißkanals und zum anderen durch externe Kühl- und Temperiergeräte für die Werkzeugtemperierung- Der Kühlkreislauf ist wiederum mit einem Wärmetragemedium, beispielsweise Wasser, betrieben, wobei gegebenenfalls gekühlter Wärmeträger zugeführt und nach Durchströmung der Kanäle des Werkzeuges abgekühlt wird. Auch dieses Wärmeträgermedium wird externen Kühl-/oder Temperiergeräten zugeführt und von diesen wiederum dem Werkzeug zugeführt.

[0004] Bei einer derartigen Betriebsweise wird die Energiebilanz aus der Verlustwärme der Antriebsenergie der Spritzgießmaschine und der notwendigen Prozesswärme/-kälte für die Werkzeug- und Heißkanaltemperierung nicht abgeglichen.

[0005] Die EP 0331826 A1 betrifft Maschinen, wie etwa auch die hier in Rede stehenden Spritzgießmaschinen, welche über hydraulische Antriebe verfügen. Dem Hydrauliköl wird gemäß dieser Druckschrift Wärme mittels eines oder mehrerer Wärmetauscher entzogen, wobei als Kühlmittel Wasser eingesetzt wird. Dabei soll die Temperatur des Öles am Eingang des Wärmetauschers zumindest 40°C betragen. Die Kühlwassertemperatur soll beim Eintritt in den Wärmetauscher eine Temperatur von wenigstens 28°C haben. Die Wassermenge, die den Wärmetauscher durchströmt wird so eingestellt, dass die Austrittstemperatur des Hydrauliköls nicht mehr als 10°C unter der Eintrittstemperatur liegt. Dadurch wird die Viskosität des Hydrauliköles reduziert und sichergestellt, dass bei der dadurch erhöhten Wärmeabgabe der ansteigende Druck keine Beschädigungen im Wärmetauscher hervorruft. Das erhitzte Kühlwasser kann zum Heizen einer Spritzgussform verwendet werden und in Kühltürmen oder mittels Ge rn österreichisches Patentamt AT508118B1 2010-11-15 bläsen wieder auf die Solltemperatur gebracht werden.

[0006] Ausgehend von dem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Spritzgießmaschine gattungsgemäßer Art zu schaffen, bei der die Energiebilanz in der Gesamtheit verbessert wird.

[0007] Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, dass die Spritzgießmaschine einen thermischen Kompressor in Form einer Adsorptionskältemaschine aufWeist, die eingangsseitig von dem vom Hydraulikkreis erwärmten Wärmeträgermedium, insbesondere Kühlwasser, durchströmt ist und ausgangsseitig vom Kühlmedium des Kühl- oder Temperierkreises des Werkzeuges durchströmt ist, so dass die über das Kühlwasser abgeführte Verlustwärme mittels des thermischen Kompressors zur Kühlung des Temperier- oder Kühlkreis-Mediums dient und das gekühlte Medium das Werkzeug kühlt.

[0008] Obwohl im Anspruch von „Kühlwasser" die Rede ist, ist anstelle von Kühlwasser auch jedes andere geeignete Wärmeträgermedium durch diesen Begriff gemeint und erfasst.

[0009] Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird die Verlustwärme aus der Antriebseinheit der Spritzgießmaschine vorzugsweise ohne zusätzlichen Energieaufwand, für die Kühlung und Temperierung der notwendigen Prozesskühlung genutzt und der Kühlbedarf des Werkzeuges gedeckt. Die über das Kühlwasser oder einen entsprechenden Wärmeträger abgeführte Verlustwärme aus dem Hydraulikkreis wird durch einen thermischen Kompressor, eine so genannte Adsorptionskältemaschine, in Kälte umgewandelt und der notwendigen Prozesskühlung für das Werkzeug zugeführt. Die Übertragung der Wärmeenergie von dem Wärmeträgermedium, welches mit dem Hydraulikkreis gekoppelt ist auf dem thermischen Kompressor erfolgt beispielsweise durch einen Wärmetauscher. Ebenso kann die Übertragung der Wärmeenergie (Kälte) vom dem thermischen Kompressor auf den Kühlkreis des Werkzeuges mittels eines Wärmetauschers erfolgen.

[0010] Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird die im Hydraulikkreis erzeugte Prozesswärme dazu genutzt, das Wärmeträgermedium des Kühlkreises zu kühlen. Es wird damit mindestens annähernd die Energiebilanz aus der Verlustwärme der Antriebsenergie der Spritzgießmaschine und der notwendigen Prozesswärme/-kälte für die Werkzeug und Heißkanaltemperierung abgeglichen.

[0011] Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die Maschine eine Regeleinheit aufweist, mittels derer der Kühlwasserstrom für den Hydraulikkreis und der Kühlmediumstrom des Temperieroder Kühlkreises des Werkzeuges geregelt wird.

[0012] Vorzugsweise werden alle Wärmeerzeuger im Werkzeug und alle Kühlkanäle im Werkzeug mit ein und dergleichen Regeleinheit geregelt und ein Energiegleichgewicht im Werkzeug erreicht.

[0013] Gegebenenfalls ist bevorzugt vorgesehen, dass in den Kühlwasserkreis für den Hydraulikkreis eine Pumpe eingeschaltet ist.

[0014] Hierdurch wird über das Wärmeträgermedium und die zusätzliche Pumpe die Verlustwärme aus der Hydraulik zum thermischen Kompressor (vergleichbar einer Wärmepumpe) transportiert, um dort in einem Wärmeträgermedium eine niedrigere Temperatur zu erzeugen, die zur Kühlung des Werkzeuges dient.

[0015] Zudem kann vorgesehen sein, dass in den Kühlkreis für das Werkzeug eine Pumpe eingeschaltet ist, wobei über ein oder mehrere Regeleinheiten Temperierkreise mit unterschiedlichen Temperaturen im Werkzeug steuerbar sind.

[0016] Demgemäß wird das Kühlmedium über eine Pumpe zum Werkzeug gefördert und über eine oder mehrere Regeleinheiten können Temperierkreise mit unterschiedlichen Temperaturen im Werkzeug betrieben werden.

[0017] Zudem kann vorgesehen sein, dass vor den Eingang des thermischen Kompressors ein Regelventil geschaltet ist, mittels dessen das erwärmte Kühlwasser in den Kompressor oder bei 2/6 österreichisches Patentamt AT508 118 B1 2010-11-15 überhöhtem Wärmeanfall in eine externe Kühlanlage geleitet, wird.

[0018] Über entsprechende Regelventile kann bei überhöhtem Wärmeanfall die überschüssige Wärme in eine externe Kühlanlage abgegeben werden.

[0019] Zudem kann vorgesehen werden, dass vor den Eingang des thermischen Kompressors ein Regelventil geschaltet ist, über das zusätzlich oder alternativ von einem externen Wärmeerzeuger erwärmtes Kühlwasser dem Kompressor zugeführt wird.

[0020] Bei zu geringem Wärmeanfall kann über entsprechende Regelventile die notwendige zusätzliche Wärme über einen externen Wärmeerzeuger zugeführt werden.

[0021] Gemäß der Erfindung erfolgt der Energietransport des Wärmeträgermediums durch einen thermischen Kompressor, der somit bisher übliche elektrisch angetriebene; Kompressoren ersetzt. Alle Wärmeerzeuger und -Verbraucher innerhalb des Hydraulikkreises und innerhalb des Werkzeuges werden miteinander über eine zentrale Steuerung verknüpft und geregelt, wobei ein oder mehrere Regelkreise möglich sind.

[0022] Ein schematisches Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung gezeigt und im Folgenden näher beschrieben: [0023] Die einzige Zeichnungsfigur zeigt eine Spritzgießmaschine mit entsprechenden Aggregaten.

[0024] In der Zeichnung ist eine Spritzgießmaschine 1 mit einem hydraulisch angetriebenen Werkzeug 2 (im Ausführungsbeispiel ein Zwei-Backenwerkzeug) gezeigt. Es ist dabei eine Plastifiziereinheit 3 zum Aufschmelzen des Kunststoffgranulats vorgesehen, wobei bei 4 ein Einfülltrichter für Kunststoffgranulat gezeigt ist. Die Plastifiziereinheit 3 geht über einen Heißkanal 5 und über eine Spritzdüse in die Kavität des Werkzeuges 2 über. Die Antriebseinheit 6, mittels derer das Werkzeug 2 verstellt wird, ist nur schematisch angedeutet. Der Antrieb erfolgt über eine Hydraulik. Die Hydraulikflüssigkeit wird über einen Wärmetauscher 7 geführt, der andererseits von einem Wärmeträgermedium, insbesondere Kühlwasser durchströmt ist. Die Kühlwasserzuleitung ist mit 8 und die Kühlwasserableitung mit 9 bezeichnet.

[0025] Des Weiteren ist das Werkzeug 2 an einem Kühl- oder Temperierkreis angeschlossen. Die Zuläufe sind mit 10 und die Rückläufe mit 11 bezeichnet. Zusätzlich ist die Spritzgießmaschine mit einem thermischen Kompressor 12 in Form einer Adsorptionskältemaschine bestückt. Diese wird eingangsseitig von dem vom Hydraulikkreis erwärmten Kühlwasser (9) durchströmt. Eine entsprechende Anschlussleitung ist bei 13 angegeben. Das warme Kühlwasser wird also über die Leitung 9, 13 zugeführt und über die Leitung 14 zurückgeführt und gegebenenfalls wieder über die Leitung 8 in den Wärmetauscher 7 eingeleitet. Die Wärme des zugeführten Kühlwassers wird im thermischen Kompressor zur Umwandlung in Kühlenergie genutzt. Der Kompressor 12 weist dazu einen Kühlkreis mit einer Ausgangsleitung 15 und einer Zuflussleitung 16 auf. Die Ausgangsleitung 15 ist über ein Ventil mit den Leitungen 10 des Werkzeuges gekoppelt, so dass das kalte Medium zur Kühlung des Werkzeuges 2 genutzt werden kann. Das zurückfließende erwärmte Kühlmedium fließt durch die Leitungen 11 und gegebenenfalls über die Leitung 16 im Kreislauf zurück. Auf diese Weise wird das vom Hydraulikkreis erwärmte Kühlwasser zur Kühlung des Temperier- oder Kühlkreismediums benutzt. Gegebenenfalls können für die Auslaufführung des Mediums Pumpen 17 beziehungsweise 18 in den Kreisen vorgesehen sein sowie diverse Schaltventile. Zusätzlich kann bei 19 zusätzliche Wärmeenergie zugeführt werden oder überschüssige Wärmeenergie abgeführt werden. Auch kann bei 20 zusätzlich Wärmeträgermedien abgezogen oder zugeführt werden.

[0026] Bei „T" sind diverse Temperaturfühler angegeben, deren Messwerte in einer nicht dargestellten Steuerungseinheit verarbeitet werden und zur Steuerung des Betriebsablaufes genutzt werden.

[0027] Im Ausführungsbeispiel ist die Betriebsweise der Vorrichtung näher veranschaulicht. Das Hydrauliköl der hydraulischen Antriebseinheit 6 der Spritzgießmaschine 1 wird über den Wärmetauscher 7 gekühlt, vorzugsweise einen Ölwärmetauscher, indem die Verlustwärme über 3/6 österreichisches Patentamt AT508118B1 2010-11-15 eine externe Kühlanlage bei 21 an die Atmosphäre abgegeben wird.

[0028] Über ein Dreiwegeventil 22 wird ein geregelter Teilstrom der Hydraulikwärme zum thermischen Kompressor 12 gesteuert. Der thermische Kompressor 12 kühlt den Wärmeteilstrom um ca. 5° Kelvin ab und führt über den Rücklauf 14 das abgekühlte Medium wieder dem Hydraulikkreislauf zu.

[0029] Durch die Wärmeaufnahme im Kompressor 12 verdampft das dort befindliche Kältemittel unter Vakuum und kühlt sich am Kondensator ab. Das kondensierte Kältemittel wird mit niedriger Temperatur im Kondensatraum gesammelt. Hier wird durch einen Wärmetauscher 23 ein Kühlmedium niedriger Temperatur erzeugt und mit einer Pumpe 17 für die Werkzeugkühlung zum Wärmetauscher 24 gefördert und somit dem Werkzeugkühlkreislauf (Leitungen 10) zur Verfügung gestellt.

[0030] Die vom Kondensator aufgenommene Wärme wird über ein Dreiwegeventil 25 gesteuert und im Rückkühler wieder an einen weiteren Verbraucher oder Rückkühler abgeführt. Alternativ kann die Regelung über drehzahlgeregelte Lüfter erfolgen.

[0031] Mit einer Pumpe 18 wird das Kühlwasser durch den Wärmetauscher 24 gefördert und vom Werkzeug 2 kommend (über Leitung 11) rückgekühlt. Hierbei durchströmt das Kühlwasser ein oder mehrere Durchflussregelventile 26, wodurch die jeweiligen Kühlkanäle temperaturgeregelt werden (Durchströmung der Leitungen 10 beziehungsweise 11).

[0032] Die notwendige Wärme für den Verdampfungsprozess im Kompressor 12 wird über die Temperaturmesser 27, 28 durch einen Zentralrechner 29 gesteuert, der mit den entsprechenden Messelementen und Regelelementen in Verbindung steht. Die Verbindungen sind der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.

[0033] Bei zu geringem Wärmeangebot aus der Hydraulikkühlung, zum Beispiel im Anfahrbetrieb der Vorrichtung, kann über ein Motorventil zusätzliche Wärme aus einem Wärmespeicher einer Zusatzheizung zugeführt werden, beispielsweise über einen Anschluss an die Leitung 13. Alternativ kann zusätzlicher Kältebedarf oder Wärmebedarf durch externe Kältemaschinen beziehungsweise Temperiergeräte über Ventile 30 eingesteuert werden.

[0034] Der Kühlbedarf für die Werkzeugkühlung wird über Temperaturmessgeber 31, 32 vom Werkzeugrücklauf (11), am Heißkanal 5, an der Plastifiziereinheit (3) und/oder am Kühlwasser-vorlauf durch den Zentralrechner 29 ermittelt und über den Wärmetransport im thermischen Kompressor 12 gedeckt. Mittels des Zentralrechners wird der Wärme- und Kühlbedarf der Produktionseinheit überwacht und abgeglichen.

[0035] Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern im Rahmen der Offenbarung vielfach variabel.

[0036] Alle neuen, in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarten Einzel- und Kombinationsmerkmale werden als erfindungswesentlich angesehen. 4/6

Claims (6)

1. österreichisches Patentamt AT508 118 B1 2010-11-15 Patentansprüche 1. Spritzgießmaschine (1) zur Herstellung von Formteilen aus Kunststoff mit einem hydraulisch angetriebenen Werkzeug (2), einer Plastifiziereinheit (3) zum Aufschmelzen von Kunststoffgranulat sowie einer Einspritzeinheit zum Füllen der Kavität des Werkzeuges (2) mit Kunststoffschmelze, wobei die Antriebseinheit (6) des Werkzeugs (2) einen Wärmetauscher (7) aufweist, mittels dessen der Hydraulikflüssigkeit Wärme entzogen wird und der mit einer Kühlwasser gespeisten Kühleinrichtung strömungsmäßig gekoppelt ist, und wobei das Werkzeug (2) an einen Kühl- oder Temperierkreis angeschlossen ist, mittels dessen das Werkzeug (2) und der im Werkzeug geformte Spritzling gekühlt oder das Werkzeug (2) temperiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzgießmaschine (1) einen thermischen Kompressor (12) in Form einer Adsorptionskältemaschine aufweist, die eingangsseitig von dem vom Hydraulikkreis erwärmten Wärmeträgermedium, insbesondere Kühlwasser, durchströmt ist und ausgangsseitig vom Kühlmedium des Kühl- oder Temperierkreises des Werkzeuges (2) durchströmt ist, so dass die über das Kühlwasser abgeführte Verlustwärme mittels des thermischen Kompressors (12) zur Kühlung des Temperier- oder Kühlkreis-Mediums dient und das gekühlte Medium das Werkzeug (2) kühlt.
2. 2. Spritzgießmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine (1) eine Regeleinheit aufweist, mittels derer der Kühlwasserstrom für den Hydraulikkreis und der Kühlmediumstrom des Temperier- oder Kühlkreises des Werkzeuges (2) geregelt wird.
3. 3. Spritzgießmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kühlwasserkreis für den Hydraulik- kreis eine Pumpe eingeschaltet ist.
4. 4. Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kühlkreis für das Werkzeug (2) eine Pumpe (18) eingeschaltet ist, wobei über ein oder mehrere Regeleinheiten Temperierkreise mit unterschiedlichen Temperaturen im Werkzeug (2) steuerbar sind.
5. 5. Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, vor den Eingang des thermischen Kompressors (12) ein Regelventil geschaltet ist, mittels dessen das erwärmte Kühlwasser in den Kompressor (12) oder bei überhöhtem Wärmeanfall in eine externe Kühlanlage geleitet wird.
6. 6. Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass vor den Eingang des thermischen Kompressors (12) ein Regelventil geschaltet ist, über das zusätzlich oder alternativ von einem externen Wärmeerzeuger erwärmtes Kühlwasser dem Kompressor (12) zugeführt wird. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 5/6