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AT520465B1 - Shaping machine with a plasticizing unit - Google Patents

Shaping machine with a plasticizing unit Download PDF

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Publication number
AT520465B1
AT520465B1 ATA50812/2017A AT508122017A AT520465B1 AT 520465 B1 AT520465 B1 AT 520465B1 AT 508122017 A AT508122017 A AT 508122017A AT 520465 B1 AT520465 B1 AT 520465B1
Authority
AT
Austria
Prior art keywords
plasticizing
temperature
screw
tempering
control device
Prior art date
Application number
ATA50812/2017A
Other languages
German (de)
Other versions
AT520465A1 (en
Inventor
Ing Florian Porod Dipl
Ing Dipl (Fh) Günter Schott
Ing Herbert Zeidlhofer Dipl
Original Assignee
Engel Austria Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Engel Austria Gmbh filed Critical Engel Austria Gmbh
Priority to ATA50812/2017A priority Critical patent/AT520465B1/en
Priority to DE102018122693.4A priority patent/DE102018122693A1/en
Publication of AT520465A1 publication Critical patent/AT520465A1/en
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Abstract

Formgebungsmaschine mit einer Plastifiziereinheit und mit einer Regeleinrichtung (60), die mit dem Dosierantrieb (14), der Temperiervorrichtung, der Temperaturmessvorrichtung (40a, 41a, 42a, 43a) und der Messvorrichtung (14a, 15a) in Verbindung steht wobei die Regeleinrichtung (60) dazu ausgebildet ist, die Ansteuerung - einer Temperiervorrichtung zum Temperieren der unterschiedlichen Abschnitte der Wandung des Plastifizierzylinders und/oder - eines Dosierantriebs (14) in Abhängigkeit des oder der - von der Messvorrichtung (14a, 15a, 16a) erfassten Drehmoments und/oder Drehzahl und/oder des Staudrucks und/oder eines Dosierhubes der Schnecke (22) und/oder einer durch die Temperaturmessvorrichtung (40a, 41a, 42a, 43a) gemessenen Temperatur unter Verwendung eines energiebilanzierenden Modells des Plastifiziervorganges vorzunehmen und dass das energiebilanzierende Modell des Plastifiziervorganges aus miteinander verbundenen Submodellen zusammengesetzt ist, wobei ein Submodell als den Dosierantrieb beschreibendes Antriebsmodell und ein Submodell als die Temperiervorrichtung beschreibendes Thermisches Modell ausgebildet ist.Shaping machine with a plasticizing unit and with a control device (60) which communicates with the metering drive (14), the tempering device, the temperature measuring device (40a, 41a, 42a, 43a) and the measuring device (14a, 15a) in which the control device (60 ) is designed to control the - a temperature control for controlling the temperature of the different portions of the wall of the plasticizing and / or - a Dosierantriebs (14) depending on the or - of the measuring device (14a, 15a, 16a) detected torque and / or speed and / or the dynamic pressure and / or a metering stroke of the screw (22) and / or a temperature measured by the temperature measuring device (40a, 41a, 42a, 43a) using an energy balancing model of the plasticizing process and that the energy balancing model of the plasticizing process consists of each other associated submodels, with a submodel as the Dosi drive model descriptive and a submodel is designed as the temperature control device descriptive thermal model.

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Formgebungsmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2.The present invention relates to a molding machine having the features of the preamble of claim 1 or claim 2.

[0002] Eine gattungsgemäße Formgebungsmaschine geht aus der JP 2013-224017 A hervor. Unter Verwendung eines modellbasierten Ansatzes für den Temperaturverlauf entlang des Plastifizierzylinders wird eine vermeintlich optimale Lösung des Temperaturverlaufs berechnet. Es werden zwar die Temperaturdifferenzen so klein wie möglich gehalten, jedoch werden verschiedenen Einflussgrößen auf den Temperaturverlauf nicht berücksichtigt. Andere Stellgrößen als die Temperiervorrichtung werden überhaupt nicht berücksichtigt, sodass ein anderer Temperaturverlauf als gewünscht auftreten kann. Weitere ähnliche aus dem Stand der Technik bekannte Lösungen gehen aus der JP 2007076328 A, der JP 2001225372 A, der JP 2001260193 A, der AT 256 440 B und der DE 10 2010 024 267 A1 hervor.A generic shaping machine is disclosed in JP 2013-224017 A. Using a model-based approach to the temperature profile along the plasticizing a supposedly optimal solution of the temperature profile is calculated. Although the temperature differences are kept as small as possible, but different factors are not taken into account on the temperature profile. Other manipulated variables than the tempering device are not considered at all, so that a different temperature profile can occur as desired. Other similar solutions known from the prior art are disclosed in JP 2007076328 A, JP 2001225372 A, JP 2001260193 A, AT 256 440 B and DE 10 2010 024 267 A1.

[0003] Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer gattungsgemäßen Formgebungsmaschine, bei welcher der oben diskutierte Nachteil nicht auftritt.The object of the invention is to provide a generic forming machine in which the above-discussed disadvantage does not occur.

[0004] Diese Aufgabe wird durch eine Formgebungsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.This object is achieved by a shaping machine having the features of claim 1 or claim 2. Advantageous embodiments of the invention are defined in the dependent claims.

[0005] Die für die Plastifizierung des Kunststoffgranulats erforderliche Energie wird zu einem großen Teil (ca. 75 %) durch die Antriebsenergie des Dosiermotors und nur zu einem kleinen Teil (ca. 25 %) in Form von durch die Temperiervorrichtung bereit gestellter Heizenergie aufgebracht (die Temperiervorrichtung kann hierfür z. B. Heizbänder aufweisen). Bei der Erfindung ergeben sich gegenüber dem Stand der Technik eine Reihe von Vorteilen:The energy required for the plasticization of the plastic granules is applied to a large extent (about 75%) by the drive energy of the dosing motor and only to a small extent (about 25%) in the form of heating energy provided by the temperature control device ( the tempering device can have, for example, heating strips for this purpose). In the invention, there are a number of advantages over the prior art:

[0006] - Schwankungen des Drehmoments können erfasst und berücksichtigt werden- Variations in torque can be detected and taken into account

- eine höhere Dynamik der Prozessführung durch einen Eingriff in die Antriebsleistung ist möglich- A higher dynamics of the process control by an intervention in the drive power is possible

- es kann der Staudruck berücksichtigt werden, z. B. in Form des Staudruckverlaufes über einen Dosierhub (d. h. über jene Strecke, in der sich eine axial bewegbar gelagerte Schnecke während der Herstellung der Schmelze aus dem Kunststoffgranulat aufgrund des sich an der Schneckenspitze bildenden Schmelzepolsters von der Einspritzdüse des Plastifizierzylinders weg bewegt)- It can be considered the dynamic pressure, z. In the form of backpressure flow over a metering stroke (i.e., over that distance in which an axially movably mounted screw moves away from the injection nozzle of the plasticizing cylinder during the production of the melt from the plastic granulate due to the melt cushion forming at the screw tip)

- es können variierende und damit nicht ohne Weiteres bekannte Umwelteinflüsse wie z.B. Feuchtigkeit des Kunststoffgranulats berücksichtigt werden (diese Einflüsse können z. B. über das erforderliche Drehmoment ermittelt werden)it can vary and thus not readily known environmental influences such. Moisture of the plastic granules are taken into account (these influences can be determined, for example, via the required torque)

- es kann die Schmelzetemperatur im Schneckenvorraum gemessen werden [0007] Gemäß einer ersten Variante der Erfindung führt das Zusammenwirken der einzelnen Modelle zu einer automatischen Optimierung des Plastifiziervorganges der Formgebungsmaschine durch optimal aufeinander abgestimmte Energieeintragsquellen (durch Abgleich der eingebrachten Energie, Optimierung / Minimierung der Verluste - z. B. Wirkungsgrad Motor, thermische Verluste) und durch eine automatische Anpassung der Parameter (Drehzahl, HeizKühlleistung, Staudruck).According to a first variant of the invention, the interaction of the individual models leads to an automatic optimization of the plasticizing process of the shaping machine by optimally coordinated energy input sources (by balancing the introduced energy, optimizing / minimizing the losses, eg motor efficiency, thermal losses) and by automatic adaptation of the parameters (speed, heating cooling capacity, back pressure).

[0008] Erfindungsgemäß setzt sich das energiebilanzierende Modell des Plastifiziervorganges aus miteinander verbundenen Submodellen zusammen, wobei ein Submodell als den Dosierantrieb beschreibendes Antriebsmodell, und ein Submodell als die thermischen Flüsse des Plastifizierzylinders beschreibendes Thermisches Modell ausgebildet ist. Weiters weist das energiebilanzierende Modell ein weiteres Submodell in Form eines den Plastifiziervorgang beschreibendes Prozessmodelles auf.According to the invention, the energy balancing model of the plasticizing process is composed of interconnected submodels, a submodel being designed as a drive model describing the metering drive, and a submodel being constructed as a thermal model describing the thermal flows of the plasticizing cylinder. Furthermore, the energy balancing model has a further submodel in the form of a process model describing the plasticizing process.

[0009] Im Prozessmodell werden die Randbedingungen für die nachfolgenden Optimierungen gesetzt. Diese können in folgende Bereiche gegliedert werden: max. zulässige Plastifizierzeit:In the process model, the boundary conditions for the subsequent optimizations are set. These can be divided into the following areas: max. permissible plasticizing time:

• Ermittlung der max. möglichen Zeit für den Plastifiziervorgang aus der Zyklusanalyse• Determination of the max. possible time for the plasticizing process from the cycle analysis

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AT 520 465 B1 2019-10-15 österreichischesAT 520 465 B1 2019-10-15 Austrian

PatentamtPatent Office

Materialkennwerte:Characteristic values:

• Hierfür kann ein Bediener z.B. das eingesetzte Kunststoffgranulat aus einer Liste auswählen. Somit sind die Materialeigenschaften bekannt und können im Prozessmodell implementiertwerden.For this purpose, an operator may e.g. Select the plastic granulate used from a list. Thus, the material properties are known and can be implemented in the process model.

• Im Prozessmodell sind dann somit die Grenzwerte bzw. optimalen Verarbeitungsparameter anhängig vom Material wie max. Drehzahlen, Temperaturbereiche bzw. -profile des Zylinders, etc. hinterlegt und auch die Materialkennwerte (Enthalpie-Diagramme, Kompressibilität, Viskosität, ...) stehen zur Verfügung. Die Grenzwerte für die max. zulässigen Drehzahlen sind auch abhängig von beigefügten additiven wie Farbmittel, Fasern, etc.• In the process model, the limit values or optimal processing parameters are then dependent on the material, such as max. Speed, temperature ranges or profiles of the cylinder, etc. stored and also the material characteristics (enthalpy diagrams, compressibility, viscosity, ...) are available. The limit values for the max. allowable speeds are also dependent on added additives such as colorants, fibers, etc.

• Über die Messung der Schmelzetemperatur im Schneckenvorraum und der Bestimmung der Masse über den Dosierhub kann die eingebrachte Energie in die Schmelze ermittelt werden [0010] Es kann vorgesehen sein, dass die Regeleinrichtung dazu ausgebildet ist, die Temperiervorrichtung zum Temperieren der unterschiedlichen Abschnitte der Wandung des Plastifizierzylinders und die Kühlvorrichtung zur Kühlung des Kunststoffgranulats gekoppelt zu betreiben. Die Kopplung kann in einer minimalen Varianten zwischen der Kühlvorrichtung und jener Temperierzone erfolgen, die benachbart zur Kühlvorrichtung angeordnet ist. Somit erfolgt ein Heizen durch diese Temperierzone nur, wenn höhere Temperaturen benötigt werden, was den Energieverbrauch der Kühlvorrichtung senkt. Diese Kopplung kann im Thermischen Modell berücksichtigt sein.The energy introduced into the melt can be determined by measuring the melt temperature in the screw antechamber and determining the mass via the metering stroke. It can be provided that the control device is designed to heat the different sections of the wall of the temperature control device Plasticizing cylinder and the cooling device for cooling the plastic granules coupled to operate. The coupling can take place in a minimal variant between the cooling device and the tempering zone, which is arranged adjacent to the cooling device. Thus, heating through this tempering zone only occurs when higher temperatures are needed, which lowers the energy consumption of the cooling device. This coupling can be considered in the thermal model.

[0011] Es kann vorgesehen sein, dass die Regeleinrichtung dazu ausgebildet ist, die Temperiervorrichtung in einem axialen Bereich des Plastifizierzylinders in Abhängigkeit einer Position der Schnecke abzuschalten. Hierfür verwendet die Regeleinrichtung die über Wegaufnehmer detektierte Position der Schnecke.It can be provided that the control device is adapted to turn off the temperature control in an axial region of the plasticizing in dependence on a position of the screw. For this purpose, the control device uses the position detected by the position transducer of the worm.

[0012] Es kann vorgesehen sein, dass die Regeleinrichtung dazu ausgebildet ist, die Temperiervorrichtung und/oder den Dosierantrieb abhängig von einem Betriebszustand (z.B. Aufheizen, Automatikbetrieb, unterbrochener Automatikbetrieb, manueller Betrieb, Vorwärmzustand, ...) der Formgebungsmaschine zu regeln. Z. B. ist es nicht immer erforderlich, bei einer Unterbrechung des Betriebs der Formgebungsmaschine die Temperiervorrichtung weiter zu betreiben. Es kann aber durchaus sinnvoll sein, bei kurzen Unterbrechungen die Temperatur zu halten und bei längeren Unterbrechungen ein reduziertes Temperaturniveau einzustellen.It can be provided that the control device is designed to regulate the temperature control device and / or the metering drive depending on an operating state (for example, heating, automatic mode, interrupted automatic mode, manual operation, preheat state, ...) of the forming machine. For example, it is not always necessary to continue operating the temperature control device in the event of an interruption in the operation of the shaping machine. However, it may well be useful to keep the temperature at short breaks and to set a reduced temperature level for longer interruptions.

[0013] Es kann vorgesehen sein, dass die Regeleinrichtung dazu ausgebildet ist, die Temperiervorrichtung und/oder den Dosierantrieb abhängig von Materialeigenschaften des zugeführten Kunststoffgranulats zu regeln.It can be provided that the control device is designed to regulate the temperature control device and / or the metering drive depending on material properties of the supplied plastic granules.

[0014] Gemäß der zweiten Variante der Erfindung erfolgt nur eine Meldung von Fehleinstellungen ohne aktive Anpassung der Parameter:According to the second variant of the invention, only a message of incorrect settings without active adjustment of the parameters is carried out:

[0015] Es kann z.B. vorgesehen sein, dass die Regeleinrichtung dazu ausgebildet ist, eine für einen Benutzer ersichtliche Meldung zu generieren, falls der Temperaturunterschied benachbarter Temperierzonen einen vorgegebenen Grenzwert erreicht oder überschreitet. Überschreitet der Temperaturunterschied den Grenzwert, obwohl dies nicht durch eine unterschiedliche Heizleistung der benachbarten Temperierzonen bedingt ist, kann ein entsprechender Hinweis nützlich sein, um z. B. eine zu hohe Drehzahl der Schnecke zu reduzieren.It may e.g. be provided that the control device is adapted to generate an apparent for a user message, if the temperature difference of adjacent temperature control reaches or exceeds a predetermined limit. If the temperature difference exceeds the limit value, although this is not due to a different heat output of the adjacent temperature control zones, a corresponding indication may be useful to avoid z. B. to reduce too high a speed of the screw.

[0016] Es werden bevorzugt Änderungsvorschläge zur Änderung er der einstellbaren Parameter wie Drehzahl, Temperatur und/oder Staudruck, an den Bediener ausgegeben. Es können auch Parameterfenster für zulässige Einstellungen angezeigt werden.There are preferably proposed changes to change the adjustable parameters such as speed, temperature and / or back pressure, issued to the operator. It is also possible to display parameter windows for permissible settings.

[0017] Besonders bevorzugte Beispiele einer erfindungsgemäßen Formgebungsmaschine sind eine Spritzgießmaschine oder ein Extruder zum Verarbeiten von Kunststoff.Particularly preferred examples of a molding machine according to the invention are an injection molding machine or an extruder for processing plastic.

[0018] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Figuren diskutiert.Embodiments of the invention will be discussed with reference to the figures.

[0019] Fig. 1 zeigt als schematische Darstellung ein Beispiel für ein energiebilanzierendes Modell des Plastifiziervorganges, welches sich aus einem Thermischen Modell,1 shows a schematic representation of an example of an energy balancing model of the plasticizing process, which consists of a thermal model,

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AT 520 465 B1 2019-10-15 österreichisches patentamt einem Prozessmodell und einem Antriebsmodell zusammensetzt, die im Folgenden näher beschrieben werden.AT 520 465 B1 2019-10-15 Austrian Patent Office is composed of a process model and a drive model, which are described in more detail below.

[0020] Fig. 2 zeigt die physikalische Grundlage des energiebilanzierenden Modells des Plastifiziervorganges, wobei die für die Plastifizierung erforderliche Energie über die Temperiervorrichtung (ca. 25% Heizenergie Qtherm) und die durch die Drehung der Schnecke 22 auftretende Scherung (ca. 75% Antriebsenergie Ediss) in das zu plastifizierende Kunststoffgranulat eingebracht wird.Fig. 2 shows the physical basis of the energy balancing model of the plasticizing process, wherein the energy required for the plasticization on the tempering (about 25% heat energy Qtherm) and the shearing caused by the rotation of the screw 22 (about 75% drive energy E diss ) is introduced into the plastic granules to be plasticized.

[0021] Die Formel für die Enthalpieänderung Ah des Kunststoffgranulats bzw. der Schmelze und damit das Prozessmodell lautet:The formula for the enthalpy change Ah of the plastic granulate or the melt and thus the process model is:

Qtherm ...Heizenergie Ediss DissipationsenergieQtherm ... heating energy Ediss dissipation energy

Δ — Ediss + Qtherm Δ/ι... Enthalpieänderung mcvü0 ... Enthalpie Material [0022] Um eine weitere regelbare Eingriffsmöglichkeit in die Energiebilanz des Plastifizierprozesses zu erhalten, besteht die Möglichkeit eine regelbare gravimetrische Dosiereinheit für die zugeführte Masse m zu installieren.Δ-E d iss + Qtherm Δ / ι ... enthalpy change mc v ü 0 ... enthalpy material In order to obtain a further controllable possibility of intervention in the energy balance of the plasticizing process, there is the possibility of an adjustable gravimetric dosing unit for the supplied mass m to install.

[0023] Fig. 3 zeigt ein Beispiel einer Spritzeinheit einer erfindungsgemäßen Formgebungsmaschine.Fig. 3 shows an example of an injection unit of a molding machine according to the invention.

[0024] Die Heizenergie QH wird über einzelne am Plastifizierzylinder 21 verteilte Temperierzonen 40, 41, 42, 43 in das Kunststoffgranulat bzw. die Schmelze eingebracht. Die Anzahl dieser Temperierzonen 40, 41, 42, 43 kann beliebig groß sein. Für die Messung der Temperatur in den Temperierzonen 40, 41, 42, 43 sind ein oder mehrere Temperaturfühler 40a, 41a, 42a, 43a vorhanden. Die Temperaturfühler können beliebig vor, hinter und mittig der jeweiligen Temperierzone 40, 41, 42, 43 angeordnet sein. Die Regelung der Temperierzonen 40, 41, 42, 43 auf den gewünschten Sollwert erfolgt über einen modellbasierten Ansatz auf Basis eines Thermischen Modells, das wiederum ein Teilbereich des energiebilanzierenden Modells des Plastifiziervorganges ist. Es kann auch eine unmittelbare Messung der Schmelzetemperatur erfolgen, z. B. mittels Ultraschallsensor, wie diese in der DE 10 2015 010 589 der Anmelderin beschrieben ist.The heating energy Q H is introduced via individual on the plasticizing 21 distributed tempering 40, 41, 42, 43 in the plastic granules or the melt. The number of these tempering zones 40, 41, 42, 43 can be any size. For the measurement of the temperature in the tempering zones 40, 41, 42, 43, one or more temperature sensors 40a, 41a, 42a, 43a are provided. The temperature sensors can be arranged arbitrarily before, behind and in the middle of the respective temperature control zone 40, 41, 42, 43. The regulation of the tempering zones 40, 41, 42, 43 to the desired desired value takes place via a model-based approach on the basis of a thermal model, which in turn is a subarea of the energy balancing model of the plasticizing process. It can also be an immediate measurement of the melt temperature, z. Example by means of ultrasonic sensor, as described in DE 10 2015 010 589 of the applicant.

[0025] Das Thermische Modell wird z. B. durch folgende Formel gebildet:The thermal model is z. B. formed by the following formula:

Heizenergie Wärmeverlust Kühlenergie . Kühlenergie Schnecke [0026] Optional kann auch eine Schneckenkühlung installiert sein. Damit kann die Schnecke auf einer gewünschten Temperatur gehalten werden.Heating energy Heat loss Cooling energy. Cooling Energy Worm Optionally, a worm cooling system can also be installed. This allows the screw to be kept at a desired temperature.

[0027] Damit das Kunststoffgranulat nicht schon in der Zuführvorrichtung (z. B. Einfüllöffnung oder Trichter) zu schmelzen beginnt und diese verlegt, ist es oft notwendig diesen Bereich zu kühlen. Zu diesem Zweck kann vorgesehen sein, dass die Zuführvorrichtung als Kühlvorrichtung zur Kühlung des Kunststoffgranulats ausgebildet ist. Dies hat wiederum Einfluss auf die Materialtemperatur, den Temperaturverlauf des Plastifizierzylinders und somit auch auf den Plastifizierprozess. Die Kühlung erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel mittels eines Kühlmantels 32 in dem sich eine z. B. von Wasser durchströmte Kühlwendel 32 befindet. Die Temperatur im Bereich der Einfüllöffnung wird mittels eines Sensors 31a erfasst. Die Regelung der Kühlung ist ebenfalls ein Bestandteil des energiebilanzbasierenden Modells des Plastifiziervorganges und ist im thermischen Modell berücksichtigt, damit können die Energieverluste der Kühlung minimiert werden.So that the plastic granulate does not already start to melt in the feeding device (eg filling opening or funnel) and displaces it, it is often necessary to cool this area. For this purpose it can be provided that the supply device is designed as a cooling device for cooling the plastic granules. This in turn has an influence on the material temperature, the temperature profile of the plasticizing cylinder and thus also on the plasticizing process. The cooling takes place in this embodiment by means of a cooling jacket 32 in which a z. B. flowed through by water cooling coil 32 is located. The temperature in the region of the filling opening is detected by means of a sensor 31a. The regulation of the cooling is also a component of the energy balance based model of the plasticizing process and is considered in the thermal model, so that the energy losses of the cooling can be minimized.

[0028] Der weitaus größere Energieeintrag in das Kunststoffgranulat erfolgt jedoch über die Scherung und somit über die mittels der Schnecke eingebrachte Antriebsenergie EA. Die AnQhQv Qk QskHowever, the much greater energy input into the plastic granules via the shear and thus on the introduced by means of the screw drive energy E A. The AnQhQv Qk Qsk

Qtherm Qh Qv QkQtherm Qh Qv Qk

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AT 520 465 B1 2019-10-15 österreichisches patentamtAT 520 465 B1 2019-10-15 austrian patent office

triebsenergie wird der Schnecke durch den Dosierantrieb 14 zugeführt. Zusätzlich werden Drehmoment und Drehzahl des Dosierantriebs 14 über Sensoren 14a erfasst. Die zugeführte Antriebsenergie ist abhängig vom Kunststoffgranulat, vom Staudruck, von der Temperatur des Plastifizierzylinders, der Schneckengeometrie und der geforderten Drehzahl bzw. der gewünschten Dosierzeit. Bei Verwendung eines modellbasierten Ansatzes und einer Kommunikation zwischen den einzelnen Submodellen kann die zugeführte Energie optimal geregelt werden. Für die Regelung des Dosierantriebs 14 steht wiederum ein weiteres Submodell (Antriebsmodell) zu Verfügung, das einen Teilbereich des energiebilanzbasierenden Modells des Plastifiziervorganges darstellt.drive energy is supplied to the screw by the metering drive 14. In addition, torque and speed of the metering drive 14 are detected via sensors 14a. The supplied drive energy is dependent on the plastic granulate, the dynamic pressure, the temperature of the plasticizing cylinder, the screw geometry and the required speed or the desired metering time. When using a model-based approach and communication between the individual submodels, the energy supplied can be optimally regulated. For the regulation of the metering drive 14, in turn, a further submodel (drive model) is available which represents a subarea of the energy balance-based model of the plasticizing process.

[0029] Das Antriebsmodell wird z. B. durch folgende Formel gebildet:The drive model is z. B. formed by the following formula:

Ediss ~ ΕΑ(ή)Ediss ~ Ε Α (ή)

Ea(JT) ~ EAelek Ea (JT) ~ E Aelek

EdiSS ...Dissipationsenergie Ea ...Antriebsenergie Est - StaudruckenergieE d i SS ... Dissipation energy E a ... Drive energy Est - dynamic pressure energy

EAeiek elektrische Antriebsenergie Tlges Wirkungsgrad Antriebsstrang gesamt [0030] Durch den Staudruck wird die Gegenkraft für den Plastifiziervorgang eingestellt. Der Staudruck wird über den Spritzblock 15 eingestellt und geregelt. Die Erfassung des Staudrucks erfolgt im Druckraum 51 mit einem Druckaufnehmer 15a. Die Staudruckenergie ergibt sich durch den Staudruck und den zurückgelegten Weg der Schnecke während des Plastifiziervorgangs. Durch die Veränderung des Staudruckes kann der Plastifizierprozess und der Energieeintrag vom Dosierantrieb beeinflusst werden. Es besteht somit auch die Möglichkeit den Staudruck abhängig von der Schneckenposition, die durch Wegaufnehmer 16, 16a aufgenommen wird, zu regeln.EAeiek electrical drive energy Tlges Total drive train efficiency [0030] The back pressure sets the counterforce for the plasticizing process. The back pressure is adjusted and regulated via the injection block 15. The detection of the dynamic pressure takes place in the pressure chamber 51 with a pressure transducer 15a. The dynamic pressure energy results from the back pressure and the distance traveled by the screw during the plasticizing process. By changing the back pressure, the plasticizing process and the energy input can be influenced by the metering drive. There is thus also the possibility of controlling the dynamic pressure as a function of the position of the screw, which is received by travel sensors 16, 16a.

[0031] In der Regeleinrichtung 60 ist das energiebilanzbasierende Modell des Plastifiziervorganges enthalten. Dies beinhaltet ein thermisches Modell, ein Antriebsmodell und ein Prozessmodell. Diese Submodelle beeinflussen sich durch unterschiedliche Parameter und sind verbunden. Somit entsteht auch in der Regeleinrichtung 60 eine Verbindung und Interaktion dieser Submodelle. Durch diese Interaktion ist eine bessere Prozessführung möglich, da alle Parameter optimal eingestellt werden können. Durch die Verbindung dieser Modelle wird ein energieoptimaler Plastifizierprozess erreicht.In the control device 60, the energy balance-based model of the plasticizing process is included. This includes a thermal model, a drive model and a process model. These submodels influence each other through different parameters and are connected. Thus, also in the control device 60, a connection and interaction of these submodels arises. Through this interaction, a better process control is possible because all parameters can be set optimally. By combining these models, an energy-optimal plasticizing process is achieved.

[0032] Durch die erhaltenen Grenzwerte bzw. Einstellungsbereiche der Parameter aus dem Prozessmodell werden nun durch das Energiebilanzbasierende Gesamtmodell die Verluste der Energieeintragsquellen in den zulässigen Einstellungsbereichen minimiert.By virtue of the limit values or adjustment ranges of the parameters from the process model obtained, the energy balance-based overall model minimizes the losses of the energy input sources in the permissible adjustment ranges.

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PatentamtPatent Office

BEZUGSZEICHENLISTE: LIST OF REFERENCE NUMBERS: 11 11 T rägerplatte Carrier plate 12 12 Zylinderplatte cylinder plate 13 13 Spritzkolben injection piston 14 14 Dosierantrieb metering 14a 14a Drehmoment und Drehzahl Sensor Torque and speed sensor 15 15 Spritzblock splashblock 15a 15a Druckaufnehmer Pressure transducer 16 + 16a 16 + 16a Wegaufnehmer Schneckenposition Position transducer screw position 21 21 Plastifizierzylinder plasticizing 21a 21a Außenwand des Plastifizierzylinders Outer wall of the plasticizing cylinder 21b 21b Innenwand des Plastifizierzylinders Inner wall of the plasticizing cylinder 22 22 Schnecke slug 22a 22a Schneckenvorraum the screw 23 23 Düse jet 24 24 Temperatursensor Schmelze Temperature sensor melt 31 31 Kühlvorrichtung cooler 31a 31a Temperaturfühler Kühlvorrichtung Temperature sensor cooling device 32 32 Kühlwendel, mit einem Medium z. B. Wasser durchströmt Cooling coil, with a medium z. B. flows through water 40, 41, 42, 43 40, 41, 42, 43 Temperierzone bestehend aus Heizbänder Temperature control zone consisting of heating strips 40a,41a,42a,43a 40a, 41a, 42a, 43a Temperaturfühler temperature sensor 51 51 hydraulischer Druckraum für Spritzdruck und Staudruck hydraulic pressure chamber for injection pressure and dynamic pressure 52 52 hydraulischer Druckraum für Schneckenrückzug hydraulic pressure chamber for screw retraction 60 60 Regeleinrichtung der Formgebungsmaschine Control device of the molding machine

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Claims (10)

1. Formgebungsmaschine mit:1. forming machine with: einer Plastifiziereinheit, wobei die Plastifiziereinheit aufweist:a plasticizing unit, wherein the plasticizing unit comprises - eine Zuführvorrichtung zum Zuführen eines Kunststoffgranulats zu einem Plastifizierzylinder (21)a feeding device for supplying a plastic granulate to a plasticizing cylinder (21) - einen Plastifizierzylinder (21), in welchem eine Schnecke (22) drehbar zum Plastifizieren von Kunststoffgranulat angeordnet ist- A plasticizing cylinder (21) in which a screw (22) is rotatably arranged for plasticizing plastic granules - einen Dosierantrieb (14) zum Drehen der Schnecke (22)- a metering drive (14) for rotating the screw (22) -eine Temperiervorrichtung zum Temperieren einer Wandung (21a, 21b) des Plastifizierzylinders (21), wobei die Temperiervorrichtung wenigstens zwei Temperierzonen (40, 41, 42, 43) zum Temperieren unterschiedlicher Abschnitte der Wandung (21a, 21b) des Plastifizierzylinders (21) aufweista tempering device for tempering a wall (21a, 21b) of the plasticizing (21), wherein the tempering at least two tempering zones (40, 41, 42, 43) for controlling the temperature of different portions of the wall (21a, 21b) of the plasticizing (21) - eine Temperaturmessvorrichtung (40a, 41a, 42a, 43a) zum Erfassen einer Temperatur des Plastifizierzylinders (21) und/oder einer aus plastifiziertem Kunststoffgranulat erzeugten Schmelze im Plastifizierzylinder (21) für die wenigstens zwei Temperierzonen (40, 41, 42, 43) und/oder für den Schneckenvorrauma temperature measuring device (40a, 41a, 42a, 43a) for detecting a temperature of the plasticizing cylinder (21) and / or a melt produced from plasticized plastic granulate in the plasticizing cylinder (21) for the at least two tempering zones (40, 41, 42, 43) and / or for the snail vestibule - eine Messvorrichtung (14a, 15a) zum Erfassen eines durch den Dosierantrieb (14) auf die Schnecke (22) ausgeübten Drehmoments und/oder einer Drehzahl der Schnecke (22) und/oder eines durch die Schmelze auf die Schnecke (22) ausgeübten Staudrucks und/oder eines Dosierhubes der Schnecke (22) und mit einer Regeleinrichtung (60), die mit dem Dosierantrieb (14), der Temperiervorrichtung, der Temperaturmessvorrichtung (40a, 41a, 42a, 43a) und der Messvorrichtung (14a, 15a) in Verbindung steht dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (60) dazu ausgebildet ist, die Ansteuerung- A measuring device (14a, 15a) for detecting a by the metering drive (14) on the screw (22) applied torque and / or a rotational speed of the screw (22) and / or a by the melt on the screw (22) applied back pressure and / or a Dosierhubes the worm (22) and with a control device (60) with the metering drive (14), the temperature control device, the temperature measuring device (40a, 41a, 42a, 43a) and the measuring device (14a, 15a) in combination is characterized in that the control device (60) is adapted to the drive - der Temperiervorrichtung zum Temperieren der unterschiedlichen Abschnitte der Wandung des Plastifizierzylinders und/oder- The tempering for tempering the different sections of the wall of the plasticizing and / or - des Dosierantriebs (14) in Abhängigkeit des oder der- The metering drive (14) in dependence of or -von der Messvorrichtung (14a, 15a, 16a) erfassten Drehmoments und/oder Drehzahl und/oder des Staudrucks und/oder eines Dosierhubes der Schnecke (22) und/oder einer durch die Temperaturmessvorrichtung (40a, 41a, 42a, 43a) gemessenen Temperatur unter Verwendung eines energiebilanzierenden Modells des Plastifiziervorganges vorzunehmen und dass das energiebilanzierende Modell des Plastifiziervorganges aus miteinander verbundenen Submodellen zusammengesetzt ist, wobei ein Submodell als den Dosierantrieb beschreibendes Antriebsmodell, ein Submodell als die Temperiervorrichtung beschreibendes Thermisches Modell und ein Submodell als den Plastifiziervorgang des Kunststoffgranulats beschreibendes Prozessmodell ausgebildet ist.torque and / or rotational speed and / or the dynamic pressure and / or a metering stroke of the screw (22) detected by the measuring device (14a, 15a, 16a) and / or a temperature measured by the temperature measuring device (40a, 41a, 42a, 43a) using an energy balancing model of the plasticizing process and that the energy balancing model of the plasticizing process is composed of interconnected submodels, wherein a submodel as the dosing drive descriptive drive model, a submodel as the temperature control descriptive thermal model and a submodel as the plasticizing process of the plastic granulate descriptive process model formed is. 2. Formgebungsmaschine mit:2. Forming machine with: einer Plastifiziereinheit, wobei die Plastifiziereinheit aufweist:a plasticizing unit, wherein the plasticizing unit comprises - eine Zuführvorrichtung zum Zuführen eines Kunststoffgranulats zu einem Plastifizierzylinder (21)a feeding device for supplying a plastic granulate to a plasticizing cylinder (21) - einen Plastifizierzylinder (21), in welchem eine Schnecke (22) drehbar zum Plastifizieren von Kunststoffgranulat angeordnet ist- A plasticizing cylinder (21) in which a screw (22) is rotatably arranged for plasticizing plastic granules - einen Dosierantrieb (14) zum Drehen der Schnecke (22)- a metering drive (14) for rotating the screw (22) -eine Temperiervorrichtung zum Temperieren einer Wandung (21a, 21b) des Plastifizierzylinders (21), wobei die Temperiervorrichtung wenigstens zwei Temperierzonen (40, 41, 42, 43) zum Temperieren unterschiedlicher Abschnitte der Wandung (21a, 21b) des Plastifizierzylinders (21) aufweista tempering device for tempering a wall (21a, 21b) of the plasticizing (21), wherein the tempering at least two tempering zones (40, 41, 42, 43) for controlling the temperature of different portions of the wall (21a, 21b) of the plasticizing (21) - eine Temperaturmessvorrichtung (40a, 41a, 42a, 43a) zum Erfassen einer Temperatur des Plastifizierzylinders (21) und/oder einer aus plastifiziertem Kunststoffgranulat erzeugten Schmelze im Plastifizierzylinder (21) für die wenigstens zwei Temperierzonen- A temperature measuring device (40a, 41a, 42a, 43a) for detecting a temperature of the plasticizing cylinder (21) and / or a melt produced from plasticized plastic granulate in the plasticizing cylinder (21) for the at least two tempering zones 6/106.10 AT 520 465 B1 2019-10-15 österreichischesAT 520 465 B1 2019-10-15 Austrian Patentamt (40, 41, 42, 43) und/oder für den Schneckenvorraum - eine Messvorrichtung (14a, 15a) zum Erfassen eines durch den Dosierantrieb (14) auf die Schnecke (22) ausgeübten Drehmoments und/oder einer Drehzahl der Schnecke (22) und/oder eines durch die Schmelze auf die Schnecke (22) ausgeübten Staudrucks und/oder eines Dosierhubes der Schnecke (22) und mit einer Regeleinrichtung (60), die mit dem Dosierantrieb (14), der Temperiervorrichtung, der Temperaturmessvorrichtung (40a, 41a, 42a, 43a) und der Messvorrichtung (14a, 15a) in Verbindung steht dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (60) dazu ausgebildet ist, in Bezug aufPatent Office (40, 41, 42, 43) and / or for the screw antechamber - a measuring device (14a, 15a) for detecting a by the metering drive (14) on the screw (22) applied torque and / or a rotational speed of the screw (22 ) and / or a dynamic pressure exerted on the screw (22) by the melt and / or a metering stroke of the screw (22) and with a control device (60) connected to the metering drive (14), the tempering device, the temperature measuring device (40a, 41a, 42a, 43a) and the measuring device (14a, 15a) in combination is characterized in that the control device (60) is designed with respect to - der Temperiervorrichtung zum Temperieren der unterschiedlichen Abschnitte der Wandung des Plastifizierzylinders und/oder- The tempering for tempering the different sections of the wall of the plasticizing and / or - des Dosierantriebs (14) in Abhängigkeit des oder der- The metering drive (14) in dependence of or -von der Messvorrichtung (14a, 15a) erfassten Drehmoments und/oder Drehzahl und/oder des Staudrucks und/oder eines Dosierhubes der Schnecke (22) und/oder einer durch die Temperaturmessvorrichtung (40a, 41a, 42a, 43a) gemessenen Temperatur unter Verwendung eines energiebilanzierenden Modells des Plastifiziervorganges Fehleinstellungen zu erkennen und vorzugsweise eine Meldung abzugeben und dass das energiebilanzierende Modell des Plastifiziervorganges aus miteinander verbundenen Submodellen zusammengesetzt ist, wobei ein Submodell als den Dosierantrieb beschreibendes Antriebsmodell, ein Submodell als die Temperiervorrichtung beschreibendes Thermisches Modell und ein Submodell als den Plastifiziervorgang des Kunststoffgranulats beschreibendes Prozessmodell ausgebildet ist.and the torque and / or rotational speed and / or the dynamic pressure and / or a metering stroke of the screw (22) detected by the measuring device (14a, 15a) and / or a temperature measured by the temperature measuring device (40a, 41a, 42a, 43a) an energy balancing model of the plasticizing process to recognize incorrect settings and preferably give a message and that the energy balancing model of the plasticizing process is composed of interconnected submodels, wherein a submodel as the dosing drive descriptive drive model, a submodel as the temperature control descriptive thermal model and a submodel as the plasticizing the plastic granulate descriptive process model is formed. 3. Formgebungsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zuführvorrichtung eine Kühlvorrichtung (31) zur Kühlung des Kunststoffgranulats aufweist.3. The forming machine according to claim 1 or 2, wherein the feeding device comprises a cooling device (31) for cooling the plastic granules. 4. Formgebungsmaschine nach dem vorangehenden Anspruch, wobei die Regeleinrichtung (60) dazu ausgebildet ist, die Temperiervorrichtung zum Temperieren der unterschiedlichen Abschnitte der Wandung (21a, 21b) des Plastifizierzylinders (21) und die Kühlvorrichtung (31) zur Kühlung des Kunststoffgranulats gekoppelt zu betreiben.4. Forming machine according to the preceding claim, wherein the control device (60) is adapted to operate the temperature control device for controlling the temperature of the different portions of the wall (21 a, 21 b) of the plasticizing (21) and the cooling device (31) coupled to the cooling of the plastic granules , 5. Formgebungsmaschine nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Regeleinrichtung (60) dazu ausgebildet ist, die Temperiervorrichtung in einem axialen Bereich des Plastifizierzylinders (21) in Abhängigkeit einer Position der Schnecke (22) abzuschalten.5. Forming machine according to at least one of the preceding claims, wherein the control device (60) is adapted to turn off the temperature control device in an axial region of the plasticizing cylinder (21) in dependence on a position of the screw (22). 6. Formgebungsmaschine nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Regeleinrichtung (60) dazu ausgebildet ist, die Temperiervorrichtung und/oder den Dosierantrieb (14) abhängig von einem Betriebszustand der Formgebungsmaschine zu regeln.6. Forming machine according to at least one of the preceding claims, wherein the control device (60) is adapted to regulate the temperature control device and / or the metering drive (14) depending on an operating state of the forming machine. 7. Formgebungsmaschine nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Regeleinrichtung (60) dazu ausgebildet ist, die Temperiervorrichtung und/oder den Dosierantrieb (14) abhängig von Materialeigenschaften des zugeführten Kunststoffgranulats zu regeln.7. Forming machine according to at least one of the preceding claims, wherein the control device (60) is adapted to regulate the temperature control device and / or the metering drive (14) depending on material properties of the supplied plastic granules. 8. Formgebungsmaschine nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Regeleinrichtung (60) dazu ausgebildet ist, eine für einen Benutzer ersichtliche Meldung zu generieren, falls der Temperaturunterschied benachbarter Temperierzonen (40, 41, 42, 43) einen vorgegebenen Grenzwert erreicht oder überschreitet.8. Forming machine according to at least one of the preceding claims, wherein the control device (60) is adapted to generate an apparent for a user message, if the temperature difference of adjacent temperature control zones (40, 41, 42, 43) reaches or exceeds a predetermined limit. 9. Formgebungsmaschine nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Regeleinrichtung (60) dazu ausgebildet ist, unter Verwendung eines Beobachters, abzuschätzen, ob ein von einem Benutzer gewünschter Temperaturverlauf mit den aktuellen Stellgliedern der Formgebungsmaschine erreichbar ist.The forming machine of at least one of the preceding claims, wherein the controller (60) is adapted to estimate, using an observer, whether a user-desired temperature profile is achievable with the current actuators of the forming machine. 7/1010.7 AT 520 465 B1 2019-10-15 österreichischesAT 520 465 B1 2019-10-15 Austrian PatentamtPatent Office 10. Formgebungsmaschine nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Regeleinrichtung (60) dazu ausgebildet ist, einen Staudruck abhängig von einer Position der Schnecke (22) zu regeln, vorzugsweise in Form eines Staudruckverlaufes über einen Dosierhub der Schnecke (22).A forming machine according to at least one of the preceding claims, wherein the control means (60) is adapted to control a back pressure depending on a position of the screw (22), preferably in the form of a back pressure course over a metering stroke of the screw (22). Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this 2 sheets of drawings
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