用于模具的热调节的方法和设备与流程

如已知的，为了正常实现功能，模具需要在每个模制周期之前升高至限定的温度并且在每个模制周期结束时冷却下来。为了该目的，每个模具均设置有诸如油或水的热调节流体在其中流动的通道。

热调节流体由热调节设备循环，该热调节设备包括泵和流体加热和/或冷却装置，例如电阻器和热交换器。泵控制流体向模具的供应和流体从模具的返回，关闭热调节回路。

还已知的是热调节回路的负载曲线，即最高效率的热调节的曲线，涉及可以由以下公式近似表示的关系中的压力和流动速率

p＝kv^x

其中，p是热调节流体的压力，k是等于0.069的常数，v是流动速率，并且指数x通常在1.5和2之间变化。

泵的特征操作曲线而是由涉及流动速率和泵压力的准线性关系(almost linear relationship)描述。基于这个关系，流动速率随着压力增加而降低。

两个曲线的交叉点被确定为泵最高效率地作用的点。

迄今为止，模具的热调节通过作用于热调节流体的流动速率上来进行。例如，如果需要从模具去除热峰值，则流动速率增加以产生更大量的流体循环。然而，根据上述负载曲线，流动速率的增加伴随压力的相应的增加。

而压力的过多的增加使得泵在特性为高压的应力和低流动速率的情况下工作，从而达到产生有害的汽蚀现象(cavitation phenomena)的程度。

为了克服这样的缺点，人们已经尝试通过引入没有穿过模具而使供应回路连接至返回回路的旁通液压回路来沿着泵的特征曲线移动操作点。实际上，旁通回路提供排气通道，从而能够使得泵免于由于汽蚀而导致的转子损坏的风险。

然而，这样的权宜之计使得热调节回路在没有处于最高效率曲线的操作点下工作，从而导致随之发生的效率损失和能量消耗。事实上，尽管电能没有改变，但是热调节中使用的能量仅部分地用于模具的热调节；而在旁通回路中流动的部分能量没有促进模具的能量传递。

本发明的目的是提出以下热调节方法和相关的设备，该方法和设备能够克服现有技术的上述缺点并且尤其可以实现模具的有效的和均匀的热调节。

这样的目的通过根据权利要求1所述的热调节方法并利用根据权利要求8所述的热调节设备来实现。从属权利要求描述本发明的优选实施方式。

在任何情况下，参考附图以非限制性实例的方式给出的下文的说明将使根据本发明的热调节方法和设备的特征和优点显而易见，附图中：

-图1是根据本发明的热调节方法的框图；

-图2示出了与回路的不同的负载曲线有关的和与在不同的工作频率下操作的泵有关的压力-流动速率图；并且

-图3是根据本发明的热调节设备的液压方案。

具体参考图1，在一般的实施方式中，模具10的热调节方法使用适于插入模具10中的热调节流体(诸如油或水)中的泵12。提供热调节方法用于设置所述热调节流体的设定点压力P_sp，所述设定点压力被选择为使得泵的功能处于最高效率下。例如，所述设定点压力P_sp是大约2.5巴。

进一步提供热调节方法用于检测热调节流体循环的回路的压降并且用于进行泵12的压力的反馈控制以便消除所述压力设定点与所述压降之间的差。

在非加压的模具的通常的情况下，压降实际上与模具中的热调节流体的供给压力Pm相对应。

在加压模具的情况下，压降将等于流体至模具的供应压力与流体从模具输出的返回压力之间的差。

回路表示热调节流体通过将泵连接至模具的供应回路、通过将模具连接至泵的返回回路的路径，以及流体在其中流动的模具的通道的组。

实际上，泵可以由逆变器(inverter)电子供电(electronically powered)，并且泵的压力的反馈控制包括通过所述逆变器调节泵的转数n，也就是说电机的转速通过调节电力供应频率来改变。

因此，根据本发明的一个方面，设定点压力P_sp在根据回路的有效负载要求调节泵的特征曲线的同时保持恒定。换言之，与当前情况相反，是泵适应回路而不是相反的。

在图2的压力-流动速率图中示出了这样的适应性控制方法(即，适应回路的负载曲线)的实例。在该图中，示出了回路的三个负载曲线cl、c2和c3和泵在发动机的不同的操作频率下的特征曲线。已设置了允许泵在最高效率下工作的设定点压力P_sp，根据泵插入其中的回路的负载曲线，泵电机的供应频率通过以下方式改变，即，在那个电力供应频率下的泵曲线与在设定点压力P_sp下的负载曲线相交。

如果回路的负载曲线改变，例如因为阻塞物，则回路的压降的检测装置检测这样的改变并且泵电机的电力供应频率被相应地调节以改变泵的特征曲线。通过这种方法，回路的新的曲线与在电机的新的旋转速度下的泵的特征曲线继续在与设定点压力相对应的压力值处相交。

热调节回路应当需要与模具热交换，这样比与例如在在短暂过程中获得的与回路的负载曲线上的设定点压力相对应的流动速率下的流体热交换更有效，图1中的控制图中的外控制环路，基于对流入模具的流体的流动温度与流出模具的流体的返回温度之间的温差ΔT的监控而开始运行。

如以下将描述的，这种控制算法基于以下概念，即超出热传递流体的特定流动速率，流体和模具之间的热交换的量不再取决于流动速率，而是取决于流体的温度。

事实上，如果Tl是热调节流体的流动温度，T2是返回温度，m是质量流动速率，并且q是交换的热功率，并且C_p是比热(specific heat)：

q＝C_p*m*(T2-T1)＝C_p*m*ΔΤ

在模具的简化的集总元件形式下，假定Rsc被限定为模具和通道之间的热交换的电阻，R_CF被限定为通道和热调节流体之间的热交换的电阻并且R_CA被限定为通道和环境之间的热交换的电阻，并且其中，模具温度被限定为T_s，该温度在时间上是统一和恒定的，那么：

q＝q₀-T_F/R_F,

其中

R_F＝R_CF+R_SC//R_CAe

T_F＝(T1+T2)/2

分解(broken down)：

q＝[2*m*c_p/(2*m*Cp*R_F-l)]*(R_F+q₀-Ti)

如果2*m*cp*R_F>>1

那么

q≈q₀–Tx/R_F

即，从模具去除的热功率不取决于流动速率。

条件

m>>1/(2*c_p*R_F)

限定了合适的热调节的条件。

使RF近似RSF并且假设模具的冷却通道被适当地设计，则这个条件可以重写为：

ΔΤ<<T_s–T₁

实际中并且在满足合适的近似值的情况下，在以下情况时满足该条件：

ΔΤ≤(T_s–T₁)/5

例如，T_s＝350℃、T_x＝150℃、ΔΤ≤40℃

因此，在合适的热调节的情况下：

-模具的温度基本上取决于流体而不是模具的温度；

-供应和返回之间的温差小，所以实现了通道上的温度的均匀性；

-监控供应和返回之间的温差足以确保合适的热调节的条件。

换言之，如果ΔΤ≤(T_s–Τ₁)/5，或者等于或低于预定温度值，例如在10℃和40℃的范围中，则意味着流体的流动速率足以确保合适的热调节；如果不是这样，温差ΔT超过该温度阈值，那么压力并且因而流动速率需要增加。

根据本发明的另一方面，提供热调节方法用于检测模具中的热调节流体的流动温度并且用于检测从模具输出的热调节流体的返回温度。如果返回温度与流动温度之间的温差ΔT超过如上所述计算的预定的阈值，则设定点压力值Psp被改变为使得所述温差回降到阈值以下。

换言之，在超过所述温度阈值的情况下，泵被控制以增加压力并且因此增加热调节流体的流动速率，以使得温差下降到所述温度阈值以下。

在这种情况下，泵的特征曲线在工作点没有远离回路的负载曲线的情况下向上平移，从而即使在这种情况下还确保热调节的最高效率。

图3示出了实现上述热调节方法的设备的实施方式。

该设备包括：泵12，用于将热调节流体供应至模具；以及泵12的电子控制单元14，例如PLC。在一个实施方式中，控制单元起到为泵的电机提供的电力的逆变器的作用，根据上文论述的算法控制电力供应频率。

该设备进一步包括热调节流体的冷却装置16，优选地，该冷却装置沿着将模具连接至泵的返回回路放置并且制造为例如具有油-水热交换器。

该设备进一步包括热调节流体的加热装置18，优选地，该加热装置沿着将泵12连接至模具10的返回回路放置并且制成为例如具有电阻。

该设备进一步包括热调节流体在其中流动的回路的压降的检测装置20，并包括分别用于检测流体的供应流22、24以及流体的返回温度的装置。

如可以看出的，不存在旁通回路。

本领域技术人员可以对根据本发明的热调节方法和设备的实施方式进行修改和变动，利用其他功能等效元件代替这些元件以便保持在权利要求的保护范围以内的同时满足可能的要求。被描述为属于可能的实施方式的每个特征可以与所描述的其他实施方式独立地实现。