塑料加工中的温度调控制造技术

本发明专利技术涉及一种用于调控注塑机（9）的温度的方法，其中：‑检测注塑机（9）的第一位置上的温度，其中第一位置尤其是注塑机（9）的注射单元（10）的或封闭单元（11）的位置，或者是注射单元（10）的挤出机喷嘴（17）的位置，或者是封闭单元（11）的注塑模具（18）的位置，或者是注塑模具（18）的冷流道系统（29）的或热流道系统（29）的或冷流道（22）的位置，或者是冷流道系统（29）的冷流道喷嘴（30）的位置，或者是热流道系统（29）的热流道喷嘴（30）的或热流道（22）的位置；‑在第一阶段中使用初级‑调控器（24）来调控温度；‑初级‑调控器（24）具有人工神经网络；‑在第一阶段之后的第二阶段中使用次级‑调控器（25）来调控温度。

【技术实现步骤摘要】
塑料加工中的温度调控
本专利技术涉及一种用于调控注塑机的温度或注塑机的一部分的温度的方法以及一种用于注塑机的调控系统。该温度特别是在注塑机的注射单元上或中的温度，或者是在注塑机的封闭单元上或中的温度，或者是在注射单元的挤出机喷嘴上或中的温度，或者是在封闭单元的注塑模具上或中的温度，或者是在注塑模具的冷流道系统上或中的温度，或者是在注塑模具的热流道系统上或中的温度，或者是在冷流道系统的冷流道喷嘴上或中的温度，或者是在冷流道系统的冷流道上或中的温度，或者是在热流道系统的热流道喷嘴上或中的温度，或者是在热流道系统的热流道上或中的温度。
技术介绍
已知注塑机用于通过塑料注塑来制造塑料模制部件。这种模制部件应用在工业品和消费品制造的所有领域中，并且已经在很大范围内取代了由金属制成的模制部件，因为它们提供了更低的制造成本、更容易的可成形性、更少的能量耗费和更低的重量。典型的注塑机具有注射单元和封闭单元。注射单元具有在其上游端带有填充开口的螺杆圆筒、在螺杆圆筒上的圆筒调温机构、可旋转地支承在螺杆圆筒中的螺杆轴和在螺杆圆筒下游端的挤出机喷嘴。封闭单元具有注塑模具和锁定单元。注塑模具具有压模和在该压模上的压模调温机构。压模具有固定的第一半模和可移动的第二半模。第二半模固定在锁定单元上，并且可以被该锁定单元推动至第一半模，压靠到该第一半模上，并且又从该第一半模缩回。两个半模在组装在一起的状态下限定了这样一个模腔，该模腔对应于待注射的模制部件的外轮廓。第一半模具有浇铸流道（Angusskanal），该浇铸流道在上游与挤出机喷嘴连接，并且在下游通入到模腔中。注塑机既适用于热塑性塑料，又适用于交联塑料、例如热固性塑料和弹性体。圆筒调温机构在注塑热塑性塑料时具有加热机构，并且在注塑交联塑料时具有冷却机构。压模调温机构在注塑热塑性塑料时具有冷却机构，并且在注塑交联塑料时具有加热机构。典型的热塑性塑料注塑有四个工艺步骤：塑化、注射、冷却、脱模。在开始时，压模封闭，并将第二半模压靠到第一半模上。在塑化工艺步骤中，大多作为颗粒或条带存在的原材料经由填充开口填充到螺杆圆筒中，并被旋转的螺杆轴朝向螺杆尖端和挤出机喷嘴输送。在这种情况下，借助于圆筒调温机构将螺杆圆筒加热到预先确定的温度，该温度受到调控并且通常为200至300℃。所述材料通过螺杆圆筒的热量和在碎化和切割材料时产生的摩擦热量被加热和熔化。熔体作为铸造物质积聚在螺杆尖端前面，因为此时挤出机喷嘴是关闭的。螺杆轴可轴向移动地支承，并且因此受压力的影响而后退。这种向后运动—例如通过液压缸—被制动，从而在铸造物质中建立起背压（Staudruck）。该背压与螺杆轴的旋转相结合地使得铸造物质压缩并均匀化。一旦积聚了对于模制部件的体积来说足够量的铸造物质，就停止旋转。在注射工艺步骤中，螺杆轴在背侧置于压力下，并且挤出机喷嘴打开。由此，铸造物质在通常为500至2000hPa的高压下流经挤出机喷嘴和浇铸流道进入到模腔中。在此试图实现铸造物质的尽可能层流的流动。也就是说，铸造物质在压模中在其接触压模的经冷却的壁之处立即冷却，并保持凝固“粘着”。跟进的（nachrückend）铸造物质被由此变窄的熔体流道以更高的速度和更大的剪切变形挤压，并且在熔体前沿的前部朝向边缘通过拉延而变形。通过模具壁的散热和通过剪切加热而供热叠加地进行。高的注射速度在铸造物质中产生剪切速度，该剪切速度使得铸造物质更容易流动。在冷却工艺步骤中，借助于压模调温机构将压模冷却至预先确定的温度，该温度受到调控并且通常为20至120℃。由于压模比铸造物质更冷，压模中的熔融的铸造物质在达到凝固点时冷却并凝固。这伴随着由热收缩引起的体积收缩，这对模制部件的尺寸稳定性和表面质量产生不利影响。为了补偿这种收缩，即使在填充模腔之后也保持减小的压力，使得铸造物质可以续流并补偿收缩。这种续压进行如此长的时间，直至达到凝封点（Siegelpunkt），此时，残留在浇铸流道中的浇口（Anguss）凝固。在续压结束之后，关闭挤出机喷嘴，并开始塑化下一个模制部件。压模中的材料继续冷却，直到型芯、即模制部件的起初仍为液态的芯部凝固，并且模制部件已经达到足以脱模的硬度。在脱模工艺步骤中，第二半模从第一半模回缩，并且模制部件被伸入到模腔中的顶杆抛出。在脱模之后，将第二半模又推移至第一半模并压靠到其上，并且可以开始新的循环。浇口要么通过单独的后处理要么在脱模时自动地与模制部件分离。然而，所谓的无浇口注塑也是可行的，其中，浇铸流道中的铸造物质被持续地加热到预先确定的温度，并且因此可用于下一次注射，该温度受到调控并高于凝固点。为此，注塑模具具有热流道系统，该热流道系统具有分配块、在分配块上的分配块加热机构、热流道喷嘴和在热流道喷嘴上的加热筒。浇铸流道构造在分配块中，并且在此也称为热流道。热流道喷嘴位于浇铸流道的下游端，并通入到模腔中。分配块和热流道喷嘴借助于分配块加热机构和加热筒分别被调控到预先确定的温度。典型的交联塑料注塑在原理上类似于热塑性塑料的注塑，并且与其主要在运行参数、如温度上有所不同。交联塑料、如热固性塑料和弹性体通常通过热作用而硬化。硬化后，无法再重新熔化。因此，尚未硬化的、可流动的铸造物质必须以相比于热塑性塑料的注塑较低的温度—根据材料而定为30至110℃—注入到压模中，并在那里通过相比于热塑性塑料的注塑较高的温度—根据材料而定为130至250℃—进行硬化。如同热塑性塑料的注塑一样，无浇口的注塑同样是可行的，但热流道系统被冷流道系统代替，利用冷却流道系统来冷却浇铸流道中的铸造物质，并且因此防止交联。代替分配块加热机构、热流道喷嘴和加热筒，冷流道系统具有分配块冷却机构、冷流道喷嘴和在冷流道喷嘴上的冷却筒。所述浇铸流道在此也称为冷流道。但注塑机也已知用于通过粉末注塑来制造金属模制部件和陶瓷模制部件。在粉末注塑中，首先通过将细金属粉末或陶瓷粉末与可液化的粘合剂混合来制造所谓的进料，并将其输送给注塑机。进料—类似于热塑性塑料的注塑—在通常通过加热实现的液态状态下被注入到压模中，在那里，进料通过有针对性的温度控制而凝固并形成所谓的生坯。所提到的注塑温度通常借助于相应地配置的PID调控器来调控。DE60200867T2描述了一种用于具有多个加热区的注塑机的温度调控方法。在该方法中，注塑机具有注射单元部分，在该注射单元部分中，圆筒被分成多个热区。这些热区设有加热装置。为这些热区设定单独预先设定的的温度，并且热区的相应的温度被保持为用于注塑的预先设定的值。向输入电路提供来自热区中的温度传感器的温度检测信号。此外，输出电路与热区中的加热装置的开关连接。通过这种布置，PC-CPU控制整个注塑机的顺序运行。PC-CPU根据预先设定的温度和由温度传感器检测到的温度实施PID-调控。此外，PC-CPU控制开关，以便向加热装置供电，并分别将热区加热到预先设定的温度。因此，在该已知方法中，使用PID-调控器对加热进行调控。虽然PID-调控器长期以来在温度调控中在很多不同的受控系统（Regelstrecke）中已经良好地经受住考验，但表现出了不可避免的缺点。一方面无法避免在受控系统的振荡期间的过冲（Überschwingen）。过冲虽然可以抑制，但不能完全消除。然而，随着抑本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于调控注塑机（9）的温度的方法，其中：‑ 检测在所述注塑机（9）的第一位置上的温度，其中，所述第一位置尤其是所述注塑机（9）的注射单元（10）的或封闭单元（11）的位置，或者是所述注射单元（10）的挤出机喷嘴（17）的位置，或者是所述封闭单元（11）的注塑模具（18）的位置，或者是所述注塑模具（18）的冷流道系统（29）的或热流道系统（29）的或冷流道（22）的位置，或者是所述冷流道系统（29）的冷流道喷嘴（30）的位置，或者是所述热流道系统（29）的热流道喷嘴（30）的或热流道（22）的位置；‑ 在第一阶段中，使用初级‑调控器（24）来调控温度；‑ 所述初级‑调控器（24）具有人工神经网络；‑ 在所述第一阶段之后的第二阶段中，使用次级‑调控器（25）来调控温度。

【技术特征摘要】
2018.04.05 DE 102018108106.51.一种用于调控注塑机（9）的温度的方法，其中：-检测在所述注塑机（9）的第一位置上的温度，其中，所述第一位置尤其是所述注塑机（9）的注射单元（10）的或封闭单元（11）的位置，或者是所述注射单元（10）的挤出机喷嘴（17）的位置，或者是所述封闭单元（11）的注塑模具（18）的位置，或者是所述注塑模具（18）的冷流道系统（29）的或热流道系统（29）的或冷流道（22）的位置，或者是所述冷流道系统（29）的冷流道喷嘴（30）的位置，或者是所述热流道系统（29）的热流道喷嘴（30）的或热流道（22）的位置；-在第一阶段中，使用初级-调控器（24）来调控温度；-所述初级-调控器（24）具有人工神经网络；-在所述第一阶段之后的第二阶段中，使用次级-调控器（25）来调控温度。2.如前述权利要求所述的方法，其中，-在所述第一阶段期间检查是否满足第一切换标准；-如果满足所述第一切换标准，则结束所述第一阶段并且开始所述第二阶段。3.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，-所述第一切换标准取决于在所述第一阶段开始之后的预先确定的时间点。4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，-针对在所述第一阶段中的调控和/或针对在所述第二阶段中的调控，预先确定用于所述温度的参考量；-根据等式e=wM-yM来求取调控差，其中，wM是温度的目标值，并且yM是温度的实际值。5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，-所述第一切换标准取决于所述调控差和/或所述调控差的变化率。6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，-所述第一切换标准具有不等式|e|≤E（E≥0），其中，E是预先确定的第一阈值；和/或-所述第一切换标准具有不等式|f|≤F（F≥0），其中，f是所述调控量的变化率，对此适用例如f=de/dt，并且F是预先确定的第二阈值。7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，-在所述第二阶段期间检查是否满足第二切换标准；-如果满足所述第二切换标准，则结束所述第二阶段并且开始所述第一阶段。8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，-所述第二切换标准取决于所述参考量和/或所述参考量的变化率。9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，-所述第二切换标准具有不等式|w(t)-w(t1)|≥W（W≥0且t1<t），其中，w为所述参考量，t为时间，t1为预先确定的时间点，并且W为预先确定的第三阈值；和/或，-所述第二切换标准具有不等式|x|≥X（X≥0），其中，x为所述参考量的变化率，对此适用例如x=dw/dt，并且X是预先确定的第四阈值。10.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，-在所述第一阶段中不使用所述次级-调控器（25）和/或仅使用所述初级-调控器（24）和/或不使用另一个调控器进行调控，和/或将所述次级-调控器（25）去激活。11.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，-在所述第二阶段中不使用所述初级-调控器（24）和/或仅使用所述次级-调控器（25）进行调控，和/或将所述初级-调控器（24）去激活。12.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，-所述第二阶段紧接于所述第一阶段之后。13.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，-所述初级-调控器（24）没有积分部分。14.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，-所述次级-调控器（25）不是所述初级-调控器（24），和/或所述初级-调控器（24）和所述次级-调控器（25）彼此分开地或分离地设计，和/或所述次级-调控器（25）独立于所述初级-调控器（24）工作，和/或所述初级-调控器（24）独立于所述次级-调控器（25）工作，和/或所述初级-调控器（24）和所述次级-调控器（25）彼此不同，和/或所述初级-调控器（24）和所述次级-调控器（25）是不同的或不相同的。15.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，-所述次级-调控器（25）具有P-调控器和/或I-调控器和/或D-调控器和/或PI-调控器和/或PD-调控器和/或ID-调控器和/或PID-调控器和/或I-KNN-调控器—其具有人工神经网络和积分部分—和/或PT1-调控器和/或PT2-调控器和/或模糊-调控器和/或自适应-调控器和/或无差拍-调控器。16.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，-所述I-KNN-调控器的积分部分具有I-调控器和/或PI-调控器和/或ID-调控器和/或PID-调控器。17.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，-所述人工神经网络中的至少一个具有至少一个双层的或多层的前馈-感知器。18.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，-所述人工神经网络中的至少一个借助于MATLAB®予以训练。19.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，-所述注塑机（9）具有注射单元（10）；-所述第一位置是所述注射单元（10）的位置，或者，检测所述注射单元（10）的位置上的温度。20.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，-所述注射单元（10）具有挤出机喷嘴（17）；-所述第一位置是所述挤出机喷嘴（17）的位置，或者，检测所述挤出机喷嘴（17）的位置上的温度。21.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，-所述注塑机（9）具有封闭单元（11）；-所述第一位置是所述封闭单元（11）的位置，或者，检测所述封闭单元（11）的位置上的温度。22.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，-所述封闭单元（11）具有注塑模具（18）；-所述第一位置是所述注塑模具（18）的位置，或者，检测所述注塑模具（18）的位置上的温度。23.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，-所述注塑机（9）或所述注塑模具（18）具有冷流道系统（29）；-所述第一位置是所述冷流道系统（29）的位置，或者，检测所述冷流道系统（29）的位置上的温度。24.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，-所述冷流道系统（29）具有冷流道喷嘴（30）和/或冷流道（22）；-所述第一位置是所述冷流道喷嘴（30）的和/或所述冷流道（22）的位置，或者，检测在所述冷流道喷嘴（30）的和/或所述冷流道（22）的位置上的温度。25.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，-所述注塑机（9）或所述注塑模具（18）具有热流道系统（29）；-所述第一位置是所述热流道系统（29）的位置，或者，检测所述热流道系统（29）的位置上的温度。26.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，-所述热流道系统（29）具有热流道喷嘴（30）和/或热流道（22）；-所述第一位置是所述热流道喷嘴（30）的和/或所述热流道（22）的位置，或者，检测在所述热流道喷嘴（30）的和/或所述热流道（22）的位置上的温度。27.一种用于注塑机（9）的或者在该注塑机中的调控系统（12），该调控系统具有：-初级-调控器（24）；-次级-调控器（25）；-控制机构（26）；其中，-所述注塑机（9）具有：•第一温度传感器（23），该第一温度传感器布置在所述注塑机（9）的第一位置上并且检测存在于该位置上的温度，其中，所述第一位置尤其是所述注塑机（9）的注射单元（10）的或封闭单元（11）的位置，或者是所述注射单元（10）的挤出机喷嘴（17）的位置，或者是所述封闭单元（11）的注塑模具（18）的位置，或者是所述注塑模具（18）的冷流道系统（29）的或热流道系统（29）的位置，或者是所述冷流道系...

【专利技术属性】
技术研发人员：M科门科，R查里科夫，HW米勒，D德林，
申请(专利权)人：诺顿控制系统有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE