CN105404329B - 用于对成型模具进行调温的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于对成型模具(3)进行调温的调温装置，该调温装置具有至少一个信号输入端(15)，借助于所述信号输入端能够将至少一个参数信号输入给处理器，其特征在于，所述处理器构造成能够由至少一个调温参数计算出对于达到所述成型模具(3)的基本热稳定状态而言的特征参量并且将所述特征参量传送给输出装置(6)，所述调温参数是所述至少一个参数信号或者是由所述至少一个参数信号推导出的参量，所述输出装置适用于将所述特征参量输出给操作者和/或输出给机床控制装置。本发明还涉及一种调温设备、一种成型机和一种用于对成型模具(3)进行调温的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种调温装置以及一种调温方法。
背景技术
接下来借助于注塑机的成型模具来阐明现有技术。然而，类似内容同样适用于在冲压、压铸等方面的成型模具。
对于借助于注塑机制成的成型件的成型件质量来说，成型模具的尤其在型腔表面处的温度是尤为重要的。如果在此温度过低，熔融物在进入到成型型腔中时的过快硬化可导致特别是在成型件表面处的缺陷。
为了避免这一点，在现有技术中对成型模具进行调温。这例如在DE 10 2005 019890 B3中得到说明。调温介质被输送通过成型模具中的至少一个调温通道，以使成型模具达到可接受的温度。
通常，在成型模具中设置有多个调温通道，这些调温通道通过一个共同的进流得到供给。在此优选一种如下方案，即，在进流中的调温介质流被分支并且各个子流分别被供应给一个调温通道。在各调温通道之后，各个子流又汇集在一个共同的回流中。
调温介质的子流的分支和汇集通常发生在成型机上的所谓的调温水分配器中。这种调温水分配器的说明可参考本申请人的DE 10 2012 013 643 A1、DE 88 02 462 U1或DE203 04 841 U1。
在现有技术中同样已知的是：控制或调节调温介质的输入。为此，调温水分配器可配备有不同的传感器、如温度传感器和体积流量传感器，这些传感器的测量值用作控制和调节的基础。该控制或调节通常集成在成型机的机床控制装置中。
然而同样已知的还有外部调温设备，该外部调温设备与成型机无关地用于控制或调节成型模具的调温。
模具的加热是一个缓慢的过程。模具的加热时间从几分钟直至数小时。
为了成型件质量和工艺稳定性，模具在生产开始前应尽可能好地加温。但是，考虑到能效和高的模具可用性，应避免不必要的长时间的模具完全加温。
为此，在现有技术中已知的是，直接测量在模具中的型腔表面的温度。如果该温度过低，可推迟生产开始时间或者将已制成的成型件自动判别为次品。
该方法有如下缺点，即，用于直接测量型腔表面温度的温度传感器并非以惯常的方式构造在成型模具中，因为这些温度传感器成本高昂。
同样可能的是，仿真出在调温开始时在成型模具中和在其周围的热情况，并且从该仿真中确定出至成型模具完全加温的持续时间。
当然，在此在加热过程中的所有边界条件都必须与仿真的边界条件一致(模具的起始温度、(恒定/波动的)介质温度、环境温度)，由此，在具体情况中的适用性受损。此外，在此不利的是，这类仿真相当复杂。
此外已知的是，尤其在生产中断时，在部件上(例如：在脱模期间或者在脱模之后立即)执行温度测量或者借助于红外传感器(例如：热成像仪)确定成型件的热平衡。
然而该措施是非常成本高昂的。此外，该方法在实际中的操作并不总是简单的。
发明内容
本发明的任务是提供一种用于调温装置和一种用于对成型模具进行调温的方法，其允许相比于现有技术而言简化地确定成型模具在生产开始时和/或在生产中断时的完全加温。
这通过以下方式实现，即，调温装置的处理器构造成用于由至少一个调温参数计算出对于达到成型模具的基本热稳定状态而言的特征参量并且将其传送给输出装置，所述调温参数是至少一个输入的参数信号或者由所述参数信号推导出的参量，所述输出装置适用于将特征参量输出给操作者且/或输出给机床控制装置。
可通过算术运算、积分、导数、使用函数等由原始参量(例如所述至少一个参数信号)获取的每个参量都可用作推导出的参量。
所述热稳定状态可通过成型模具的基本在时间上恒定的温度得到表明。而在此应注意的是，对生产的影响应不被考虑，因为例如熔融物到成型型腔中的引入和接着的熔融物的冷却当然会影响成型模具的热平衡。在生产已经开始的情况下，例如可使用在一个周期时间内平均后的参量(尤其是温度差)的常数作为基本热稳定状态的标准。例如在生产周期中的特定时间点的温度或者温度差在多个周期内的常数同样可用作热稳定状态的标准。
将特征参量输出给操作者这一过程可以不同方式进行。除了直接地、可视化地、数字化地给出达到成型模具的基本热稳定状态的时间点或者直至达到成型模具的基本热稳定状态的持续时间之外，可例如这样设置，即：使用表示一定剩余持续时间的信号灯或类似物。
在最简单的情况下可只输出如下信息给操作者，即：基本热稳定状态是否已经达到(剩余时间0)。这一点也可使用在生产期间，以便监测不存在不期望的热影响，而这些热影响可能干扰在成型模具中的基本热稳定状态。
所述特征参量同样可输出给机床控制装置，该机床控制装置引起成型机的对应动作(例如生产开始启动或等候)。
所述调温装置可集成到机床控制装置中。
通过本发明，可以简单的方式估算出成型模具已被良好完全加温的时间。这有助于最小化次品数。
可使用水(可能带有添加物)作为调温介质。而用油或类似物进行的调温也是可考虑的。
可优选这样设置，即：所述至少一个调温参数是至少一个温度差、至少一个排出的热量、至少一个加热功率或者由这些参数推导出的参量。这类参量良好地适用于检测成型模具的热平衡。
可优选这样设置，即：所述调温装置可借助于所述至少一个信号输入与至少一个温度传感器相连接，其中，至少一个借助于所述至少一个温度传感器测得的温度测量值是参数信号。
此外可优选这样设置，即：使用至少两个温度传感器。尤其是，当这两个温度传感器布置为使得其优选单独对于每个调温通道提供一个在进流中的温度和一个在回流中的温度时，由此可求出温度差，这使得相对准确地计算出排出的热量成为可能。由此可实现在计算特征参量时的高准确度。
然而另外的实施形式也是可考虑的。如果例如考虑在进流中的调温介质的温度是恒定的，则可使用更少的温度传感器(例如在回流中每个调温通道分别有一个温度传感器)。
尤其是当用于计算特征参量的、进流温度与回流温度的温度差可用时，附加地使用体积流量传感器的测量值会是有利的。在确定调温参数、尤其是排出的热量时，所述体积流量测量值可提高准确度。
在本发明的一个简单实施形式中可这样设置，即，调温装置可借助于所述至少一个信号输入端与用于使调温介质加温的加热元件相连接，其中，所消耗的电功率和/或加热元件的接通持续时间是所述参数信号。因此当不存在温度传感器或者应避免使用温度传感器时也可使用本发明。
同样可使用除温度测量值以外的其他参数信号。一个例子是使用接通持续时间或者用于使冷却介质加温的加热装置的功率消耗的变化曲线作为参数信号。
对于很多优选的调温参数来说，可预期渐进特性，也就是说，实际平衡温度在非常长或者无限长的时间之后才能达到。由此可有利的是，在与处理器相连接的存储器中储存用于所述至少一个调温参数的公差范围，该公差范围优选通过用于特征参量的目标值和用于由目标值所允许的偏差的公差值形成。
当在该情况下例如借助于例如温度差的导数作为调温参数进行工作时，也可有利的是，在与处理器相连接的存储器中储存用于所述至少一个调温参数的阈值。
在这些情况下，特征参量可相对简单地作为直至达到公差范围或阈值的时间点或时间区间而得以确定。
在特别优选的实施形式中可这样设置，即，处理器构造成用于：由所述至少一个参数信号确定出描述所述至少一个调温参数在达到成型模具的热稳定状态之前的特性的函数的至少一个参数，并且优选在使用所述至少一个参数的情况下通过所述至少一个公差范围确定出直至达到所述公差范围和/或阈值的时间间隔。
尤其是，该参数的确定可通过对所述至少一个调温参数的曲线拟合进行。
在该实施方案中，尤其通过提供多个温度测量值、即通过测量一个或多个温度变化曲线，可能的是：改进调温参数和/或曲线拟合的准确度。
在本发明的特别优选的实施形式中，对于至少两个调温通道可分别设置至少一个单独的参数信号。这一点使得以下成为可能，即，处理器构造成用于：对于所述至少两个调温通道计算出单独的特征参量并且将所述单独的特征参量传送给输出装置，该输出装置适用于将所述单独的特征参量输出给操作者和/或输出给机床控制装置。
在该实施形式中可能的是，由于单独用于调温通道的特征参量而识别出完全加温所需时间最长的调温通道。此后可有针对性地影响该调温通道，例如通过提高在该调温通道中的体积流量来影响。例如通过反复地继续该策略，可甚至使直至成型模具完全加温的总持续时间最小化。
此外要求保护一种调温设备，该调温设备具有：用于将调温介质输入给成型模具的至少一个调温通道的进流；用于输出至少一个调温通道的调温介质的回流；控制或调节单元；至少一个与控制或调节单元相连接的调整机构，该调整机构用于调整输送通过所述至少一个调温通道的调温介质的体积流量和/或温度；以及根据本发明的调温装置。
优选可这样设置，即，所述至少一个温度传感器测量调温介质的温度。然而在特定的情况下，测量例如在成型模具处的温度也是有意义的。
此外要求保护一种成型机，该成型机具有根据本发明的调温设备或根据本发明的调温装置。
成型机在此可理解为注塑机、压铸机、压床等。
附图说明
本发明的其他优点和细节借助于附图和与之相关联的附图说明得出。在此，其中：
图1示出根据本发明的调温装置的示意图，
图2示出本发明在注塑机中的示意图，
图3和4示出本发明在调温设备中的两个示意图，以及
图5a、5b和6示出用于表明在完全加温之前在成型模具中的热情况的三个图表。
具体实施方式
在图1中纯象征性示出根据本发明的调温装置1。该调温装置具有处理器4、与处理器4相连接的输出装置6以及存储器7。同样示出了调温装置1与温度传感器2和体积流量调节阀5的连接以及不同传感器相对于成型模具3的布置结构。
输出装置6在该情况下具有显示屏以及接口(这两者未示出)。通过显示屏可视化地为操作者尤其是显示特征参量tTol。当然也可输出所有其他的产生的参量(见下文)。
通过(在该情况下软件控制的)接口，输出装置6此外将特征参量tTol传输给机床控制装置，在该机床控制装置中集成调温装置1。操作者可提前决定在达到基本热稳定状态时是否自动通过机床控制装置起动生产或者是否为此需要有操作者指令。
在成型模具3中设有一些调温通道8。这些调温通道由进流11进行供给，其中，进流11由起初一个唯一的管路构成，该管路此后分岔以用于供给各个调温通道8。回流12是类似的。在此，调温介质首先从各调温通道8中引出并且此后在一个管路中汇集成回流。冷却介质流在进流11和回流12中的分岔和汇集在已知的调温介质分配器中进行。
对于进流11和回流12的每个分支都设有单独的温度传感器2。这使得对每个调温通道8的温度差ΔT进行个别检测成为可能。温度传感器2与调温装置1且尤其是与该调温装置的处理器4相连接，该处理器执行对于达到成型模具3的基本热稳定状态而言的特征参量tTol的计算。调温装置1的工作方式可参考图5a、5b和6以及与这些附图相关联的说明。
同样在进流11中单独为每个分支设置用于调整或者说影响体积流量的调整机构5，这些调整机构也与处理器4相连接。在正常运行时——即在达到基本热稳定状态之后——这些调整机构用作用于调节通过各个调温通道8的流通量的温度差的调整机构5。为了调节在基本热稳定状态下的温度差，此外使用体积流量传感器9。当然同样可以控制温度差，因此体积流量传感器不是强制必需的。
处理器4为此由温度传感器2的在非常短的时间间隔内提供的温度测量值根据以下公式计算出在一定时间区间(例如一个周期时间)内的平均温度差
在此，表示测得的体积流量，ρ*和cp*表示调温介质的密度和比热容，ΔT*表示对于各个调温通道8在进流11和回流12中测得的温度测量值的差值，以及Q表示排出的热量。
平均温度差则作为用于借助于体积流量调节阀5调节体积流量的反馈参量。该调节同样可由处理器4执行。
与单纯求平均温度差不同，以该方式考虑到体积流量、比热容和密度的波动。由热量计算出平均温度差提供使用热量(检测在成型模具3中的热平衡)的所有优点，其中，平均温度差相比于热量是一个容易理解和可感知的参量。
应注意到，温度差调节对于本发明来说并非重要的。本发明也可与对成型模具进行调温的各种其他调节或控制一起使用。
图2局部示意性示出图1的实施形式如何应用在注塑机13中。调温装置1如在图1中示出的那样实施。图2的实施形式与图1的实施形式的区别在于，体积流量传感器9以及调整机构5布置在回流12中而非布置在进流11中。
图2的备选实施形式通过以下方式得到，即，位于进流11中的温度传感器2由在共同的进流中的设有附图标记2’的温度传感器来代替。
图3示出一种实施形式，其中，本发明应用在调温设备14中。调温设备14实施成与成型机分离。在该情况下仅存在一个调温回路，该调温回路用于对成型模具3进行调温。调温设备14当然也可使用在多个调温回路中。调温装置类似于图1具有处理器4、输出装置6以及存储器7。在此应注意到，输出装置6(例如显示屏)可直接构造在调温设备14上。然而也可以使用在成型机上已有的输出装置6作为输出装置6，其中，在调温设备14和成型机之间仍然必须存在这种数据连接。
在图3示出的实施形式中，温度传感器2以及体积流量传感器9同样得到应用。也就是说，所述至少一个参数信号在该情况下包括如在图1和图2的实施形式中所述的多个温度测量值。
图4示出的实施方案与图3的实施方案类似，区别在于：未应用温度传感器2，而是使用加热元件10的至少一个参数信号。所述至少一个参数信号在该情况下可以是加热元件10的接通持续时间或者是加热元件10的电功率消耗。应注意到，加热元件10在该情况下布置在调温设备14内部。也就是说，在调温设备14内部，调温介质从回流12借助于泵(未示出)输送到进流11中。在该回路中，在泵之前或之后布置所述加热元件10。调温设备14的这种内部构造为标记简单起见而未示出。
为了阐明在达到基本热稳定状态之前在成型模具3中的热环境，在图5a和5b中理想化地示出在成型模具3中的型腔表面上的温度TKO、在对成型模具3进行加热时产生的加热功率P、该加热功率的导数以及调温介质(在该情况下为水)在进流11中的进流温度TVO。
如可看出的那样，在一定时间之后可生成基本恒定的热情况或者说基本热稳定状态。在热稳定状态下，热流也持续流动。在该示出的情况中，热流是恒定的并且产生损耗功率PVerlust。该值取决于在基本稳定状态下通过辐射、对流和热传导产生的损失。
在基本热稳定状态下能够读取的各个推导出的参量都可用作调温参数。
如已经提及的那样，通过继续或开始生产，可在稳定状态上叠加一个在热平衡方面的周期性(对应于周期时间)变化。在生产期间，基本热稳定状态可理解为：在一个周期时间上平均后的调温参数保持基本恒定，或者在周期内的某个限定的时间点上或者在该周期上平均后获得基本相同的热情况。
接下来给出用于计算出对于达到基本热稳定状态而言的特征参量tTol的一些示例。
在此使用的调温参数的例子是温度差ΔT、加热功率P以及由这些参量推导出的参量，例如时间导数和
由测得的温度差ΔT可计算出在预热成型模具3时的加热功率P：
在此，表示体积流量，并且ρ(T)以及cp(T)表示调温介质的通常与温度有关的密度和比热容。
由功率曲线的斜率(对时间的一阶导数)或者标准斜率可得知加热过程进展得如何。在体积流量恒定并且密度和热容量视作恒定时，为简单起见，也可将或者用于该目的。
备选地，可使用消除体积流量形式的温度差，如在等式(*)中示出的那样。这一点是有利的，因为温度差对于操作者来说是可更容易检测到的且同时还保留功率作为调温参数的所有优点。
对于每个调温通道8来说，在加热模具时的温度差ΔT的示例性变化曲线通常可通过以下函数描述：
该变化曲线在图6中示出。
从在不同时间点上对ΔT的测量中可计算出常数ΔT0、ΔT∞和τ。ΔT0是在时间点t＝t0时存在的温度差。ΔT∞是在足够长的加热时间之后渐趋稳定的温度差。该值取决于在基本稳定状态下通过辐射、对流和热传导产生的损耗。
在已知这些常数的情况下，可计算出时间点tTol，在该时间点tTol上，温度差ΔT(t)与渐进值ΔT∞的绝对偏差达到预设的、储存在存储器7中的公差值ΔTTol。这等同于：
由此，tTol的计算如下：
在时间点t，直至达到公差的剩余持续时间是tTol-t。
备选地也可确定对于温度差ΔT随时间的变化(即dΔT/dt)的公差阈值：
对于达到储存在存储器7中的阈值的时间点在该情况下适用的是：
备选地或附加地，可为了该评价而将加热功率的变化曲线与此前获得的参考曲线进行比较。
在加热期间同样可执行流通量调节，以便最小化加热时间。在此，体积流量调节阀5可由处理器4影响，使得据估计需要最长时间完全加温的通道8经受更高的调温介质体积流量。这一点可尤其通过以下方式实现，即：对经历快速完全加温的回路进行节流或者移除在加温缓慢的回路中的节流部。
应注意到，在此使用的导数和积分，只要它们涉及到离散的测量值，就应理解成这些测量值的离散的对应物。
Claims (21)
1.一种用于对成型模具(3)进行调温的调温装置，该调温装置具有至少一个信号输入端(15)，借助于所述信号输入端能够将至少一个参数信号输入给处理器(4)，其中，所述处理器构造成用于由至少一个调温参数计算出对于达到所述成型模具(3)的基本热稳定状态而言的特征参量，所述调温参数是所述至少一个参数信号或者是由所述至少一个参数信号推导出的参量，其特征在于，在与所述处理器(4)相连接的存储器(7)中储存有用于所述至少一个调温参数的公差范围，并且所述处理器构造成用于
-由所述至少一个参数信号确定出描述所述至少一个调温参数在达到所述成型模具(3)的热稳定状态之前的特性的函数的至少一个参数，
-在使用所述至少一个参数的情况下通过所述至少一个调温参数确定出直至达到所述公差范围和/或阈值(TS)的时间区间，
-将所述特征参量传送给输出装置(6)，所述输出装置适用于将所述特征参量输出给操作者和/或输出给机床控制装置。
2.根据权利要求1所述的调温装置，其特征在于，所述至少一个调温参数是至少一个温度差(ΔT)、至少一个排出的热量、至少一个加热功率(P)或者由这些参数推导出的参量。
3.根据权利要求1所述的调温装置，其特征在于，描述所述至少一个调温参数在达到所述成型模具(3)的热稳定状态之前的特性的函数的所述至少一个参数是τ,ΔT∞,ΔT0，其中，ΔT0是在时间点t＝t0时存在的温度差，ΔT∞是在足够长的加热时间之后渐趋稳定的温度差。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的调温装置，其特征在于，该调温装置(1)能够借助于所述至少一个信号输入端(15)与至少一个温度传感器(2)相连接，其中，至少一个借助于所述至少一个温度传感器(2)测得的温度测量值是所述参数信号。
5.根据权利要求4所述的调温装置，其特征在于，该调温装置(1)能够借助于所述至少一个信号输入端(15)与至少两个温度传感器(2)相连接。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的调温装置，其特征在于，至少两个温度测量值能够作为信号参数输入给所述处理器(4)，并且所述处理器(4)构造成用于由所述至少两个温度测量值求出至少一个温度差(ΔT)并且在计算所述特征参量时考虑所述温度差(ΔT)。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的调温装置，其特征在于，该调温装置(1)能够借助于所述至少一个信号输入端(15)与用于使调温介质升温的加热元件(10)相连接，其中，所消耗的电功率和/或该加热元件(10)的接通持续时间是所述参数信号。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的调温装置，其特征在于，该调温装置(1)能够借助于所述至少一个信号输入端(15)与至少一个体积流量传感器(5)相连接，其中，借助于所述至少一个体积流量传感器(5)测得的体积流量测量值能够输入给所述处理器(4)。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的调温装置，其特征在于，所述公差范围通过用于由所述调温参数在热稳定状态下的值所允许的偏差的公差值(ΔTTol)形成。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的调温装置，其特征在于，所述特征参量是直至所述至少一个调温参数达到所述公差范围的时间区间和/或是所述至少一个调温参数达到所述公差范围的时间点。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的调温装置，其特征在于，在与所述处理器(4)相连接的存储器(7)中储存有用于所述至少一个调温参数的阈值(TS)。
12.根据权利要求11所述的调温装置，其特征在于，所述特征参量是直至所述至少一个调温参数达到所述阈值(TS)的时间区间(ts)和/或是所述至少一个调温参数达到所述阈值(TS)的时间点。
13.根据权利要求1至3中任一项所述的调温装置，其特征在于，设有至少一个温度传感器(2)。
14.根据权利要求13所述的调温装置，其特征在于，设有至少两个温度传感器(2)。
15.根据权利要求14所述的调温装置，其特征在于，在引导至所述成型模具(3)的调温通道(8)的进流(11)处和在从所述调温通道(8)引出的回流(12)处分别设置一个温度传感器(2)。
16.根据权利要求1至3中任一项所述的调温装置，其特征在于，对于至少两个调温通道(8)分别设置至少一个单独的参数信号，并且所述处理器(4)构造成用于：对于所述至少两个调温通道(8)计算出单独的特征参量并且将这些单独的特征参量传送给输出装置(6)，所述输出装置(6)适用于将所述单独的特征参量输出给操作者和/或输出给机床控制装置。
17.根据权利要求16所述的调温装置，其特征在于，所述处理器(4)能够与至少两个用于调节或控制在所述至少两个调温通道(8)中的体积流量的调整机构(5)相连接，并且所述处理器(4)构造成用于：提高在如下调温通道(8)中的体积流量，即，这些调温通道(8)的单独的特征参量表明较晚的完全加温。
18.一种调温设备，其具有：用于将调温介质输入给成型模具(3)的至少一个调温通道(8)的进流(11)；从所述至少一个调温通道(8)输出调温介质的回流(12)；控制或调节单元；以及至少一个与控制或调节单元相连接的调整机构(5)，所述调整机构用于调整体积流量和/或输送通过所述至少一个调温通道(8)的调温介质的温度，其特征在于，设有根据权利要求1至17中任一项所述的调温装置。
19.一种成型机，其具有根据权利要求1至17中任一项所述的调温装置或根据权利要求18所述的调温设备。
20.一种用于对成型模具(3)进行调温的方法，其中
-将调温介质输送通过在成型模具(3)中的至少一个调温通道(8)，
-提供至少一个参数信号，
-由所述至少一个参数信号确定出至少一个调温参数，所述调温参数是所述至少一个参数信号或由所述至少一个参数信号推导出的参量，
-由所述至少一个调温参数计算出对于达到成型模具(3)的基本热稳定状态而言的特征参量，
其特征在于，
-储存用于所述至少一个调温参数的公差范围，
-由所述至少一个参数信号确定出描述所述至少一个调温参数在达到所述成型模具(3)的热稳定状态之前的特性的函数的至少一个参数，
-在使用所述至少一个参数的情况下通过所述至少一个调温参数确定出直至达到所述公差范围和/或阈值(TS)的时间区间，
-将所述特征参量输出给操作者和/或给机床控制装置。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，描述所述至少一个调温参数在达到所述成型模具(3)的热稳定状态之前的特性的函数的所述至少一个参数是τ,ΔT∞,ΔT0，其中，ΔT0是在时间点t＝t0时存在的温度差，ΔT∞是在足够长的加热时间之后渐趋稳定的温度差。
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