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DE19909307A1 - Produktionsmaschine mit elektrischen Antrieben für den Einsatz in der Kunststoffindustrie - Google Patents

Produktionsmaschine mit elektrischen Antrieben für den Einsatz in der Kunststoffindustrie

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Publication number
DE19909307A1
DE19909307A1 DE19909307A DE19909307A DE19909307A1 DE 19909307 A1 DE19909307 A1 DE 19909307A1 DE 19909307 A DE19909307 A DE 19909307A DE 19909307 A DE19909307 A DE 19909307A DE 19909307 A1 DE19909307 A1 DE 19909307A1
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DE
Germany
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production machine
machines
machine according
built
motor units
Prior art date
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Ceased
Application number
DE19909307A
Other languages
English (en)
Inventor
Heribert Krause
Jens-Uwe Schreiber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens Corp
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
Priority claimed from DE29805025U external-priority patent/DE29805025U1/de
Application filed by Siemens Corp filed Critical Siemens Corp
Priority to DE19909307A priority Critical patent/DE19909307A1/de
Publication of DE19909307A1 publication Critical patent/DE19909307A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Produktionsmaschine für den Einsatz in der Kunststoffindustrie, wie Kunststoffspritzgießmaschine, Extrusionsmaschine, Blasformmaschine, aufweisend: DOLLAR A - bewegliche Formelemente für die Formgebung eines Kunststoffteils DOLLAR A - zumindest ein Materialzuführungselement zum Hohlraum der Formelemente DOLLAR A - einen elektrischen Antrieb für die Bewegung der Formelemente DOLLAR A - einen elektrischen Antrieb für das Materialzuführungselement DOLLAR A - einen elektrischen Antrieb für die Bewegung des Materialzuführungselements, DOLLAR A wobei zumindest einer der elektrischen Antriebe als elektrischer Direktantrieb ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Produktionsmaschine für den Ein­ satz in der Kunststoffindustrie, wie Kunststoffspritzgießma­ schinen, Extrusionsmaschine, Blasformmaschine, aufweisend:
  • - Bewegliche Formelemente für die Formung eines Kunststoff­ teils
  • - zumindest ein Materialzuführungselement zum Hohlraum des Formelements
  • - einen elektrischen Antrieb für die Bewegung der Formelemen­ te
  • - einen elektrischen Antrieb für das Materialzuführungsele­ ment
  • - einen elektrischen Antrieb für die Bewegung des Materialzu­ führungselements.
Aus der WO 91/00418 ist eine dem vorstehenden entsprechende Produktionsmaschine bekannt.
Es ist Aufgabe der Erfindung ei­ ne entsprechende Produktionsmaschine technisch und kostenmä­ ßig zu verbessern.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zumindest einer der elektrischen Antriebe als elektrischer Direktantrieb ausge­ bildet ist. Durch diese erfindungsgemäße Lösung wird vorteil­ haft erreicht, daß die Antriebe mit der Maschinenmechanik oh­ ne Kupplungselemente verbunden werden können. Der Einbau ist platzsparend und damit wirtschaftlicher. Weiterhin verbessert sich die Maschinendynamik.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die elektrischen Direktantriebe als Einbaumotoreinheiten ausge­ bildet sind. So ist eine besonders platzsparende Antriebskon­ struktion möglich.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Einbaumotoreinheiten permanenterregt ausgebildet sind. So wird eine besonders günstige Ausbildung der Einbaumotorein­ heiten erreicht, und die Leistungsdichte des Antriebs erhöht.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Einbaumotoreinheiten als Synchronmotoreinheiten ausgebil­ det sind. So ergibt sich vorteilhaft die Einsatzmöglichkeit bekannter Werkzeugmaschinen-Regelungen und Steuerungen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Einbaumotoreinheiten flüssigkeitsgekühlt ausgebildet sind. So ergibt sich eine besonders günstige Ausbildung der Kühlung. Die erreichbare Leistungsdichte ist hoch.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Einbaumotoreinheiten ohne Übertragungsmittel, wie Riemen, Getriebe, Hydraulikelemente oder Zahnstange, arbeitend ausge­ bildet sind. So ergibt sich eine kompakte Konstruktion durch den Wegfall von Übertragungselementen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Einbaumotoreinheiten massenminimiert ausgebildet sind. So ergibt sich vorteilhaft eine hohe Dynamik der Einbaumotorein­ heiten.
In weiteren Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß an­ stelle von Synchronmotoreinheiten Asynchronmotoreinheiten vorgesehen sind. So ist die vorteilhafte Verwendung von be­ sonders kostengünstigen Antriebseinheiten möglich.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Einbaumotoreinheiten weitere Komponenten, wie Lagege­ ber, Kupplungsflansche oder Spannfutter aufweisen. So wird vorteilhaft ein einfach anzuschließender Komplettantrieb ge­ schaffen.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Einbaumotoreinheiten luftgekühlt ausgebildet sind. So ergibt sich eine besonders einfache Kühlung.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Einbaumotoreinheiten als Linearmotoren ausgebildet sind. So ergibt sich vorteilhaft eine besonders einfache Li­ near-Antriebseinheit für bewegliche Teile.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die erfindungsgemäßen Direktantriebe eine digitale Rege­ lung aufweisen. So ist vorteilhaft die Verwendung üblicher Werkzeugmaschinensteuerungen und -Regelungen möglich.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die erfindungsgemäßen Direktantriebe eine digitale Regelein­ heit mit analoger oder digitaler Schnittstelle für die Füh­ rungsgröße aufweisen. So ist vorteilhaft die Verwendung übli­ cher Sensoren mit analogen Ausgängen möglich.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist schließlich vorgesehen, daß die erfindungsgemäßen Direktantriebe eine di­ gitale Schnittstelle aufweisen. So ist vorteilhaft eine Ein­ bindung in übliche digitale Steuer- und Regelsysteme möglich.
Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen näher erläutert aus denen ebenso wie aus ihrer Beschreibung auch weitere erfinde­ rische Einzelheiten entnehmbar sind. Im einzelnen zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Einbaumotoreinheit in der Ausfüh­ rung mit einem permanenterregten Synchronmotor in 3D-Dar­ stellung,
Fig. 2 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Einbaumo­ toreinheit und
Fig. 3 das erfindungsgemäße Kontrollsystem.
In Fig. 1 ist mit 1 der Motorteil der Einbaueinheit bezeich­ net. 2 bezeichnet einen Montageflansch und 3 die Hohlwelle. Es ergibt sich eine kompakte Konstruktion durch Wegfall von Riemen, Getriebe, Hydraulikkomponenten und Kupplungen. Hohe Leistungsdichte durch Flüssigkeitskühlung. Hohe Genauigkeit am Werkstück durch steifen Antriebsstrang. Ein zusätzlicher Lagegeber entfällt. Einfache Spindelkonstruktion mit 90% we­ niger Verlustleistung im Rotor, d. h. wesentlich geringere La­ geerwärmung. Höherer Wirkungsgrad und weniger Kühlleistung.
Weiterhin ergibt sich eine kompaktere Maschinenkonstruktion mit einem höheren Drehmoment (ca. 60%) bei gleichem Aktiv­ teilvolumen. Die Folge sind bessere Arbeitsergebnisse.
Die thermische Ausnutzbarkeit ist bei Nenndrehzahl um bis zu 70% und bei Maximaldrehzahl bis zu 100% höher. Dabei liegt eine höhere Überlastbarkeit (keine Kippgrenze) und geringere Nebenzeiten von ca. 50% vor.
In Fig. 2 bezeichnet 4 die Hohlwelle, 5 den Läufer, 6 die Hül­ se, 7 den Luftspalt und 8 den Ständer einer erfindungsgemäßen Einbaumotoreinheit in permanenterregter Bauart.
Allgemein ist zu den Einbaumotoreinheiten in permanenterreg­ ter Ausführung folgendes zu bemerken:
Die erheblich reduzierte Wärmeentwicklung kommt der Spindel­ ausdehnung und -lagerung zugute. Die Läuferverlustleistung ist bei gleicher Nennleistung - gegenüber einer Asynchron­ maschine um ca. 90% reduziert. Der Rotor wird lediglich von der Reibung der Lager und den Dichtelementen erwärmt. Dazu kommt noch die Luftreibung sowie die Wärme der Wicklung bzw. Wickelköpfe, die durch Konvektion übertragen wird. Außerdem ist der Kühlaufwand gering. Ein nicht zu vernachlässigender Punkt, wenn man 1 Watt Kühlleistung mit einer DM an Aufwand zugrundelegt.
Die Aufstellfläche der Maschine, die reduziert werden kann, ist ein wichtiger Gesichtspunkt. Im unteren Drehzahlbereich ist die Drehmomentdichte gegenüber der Asynchronmaschine um bis zu 80% höher.
Die Produktivität der Maschine steigt sowohl durch eine höhe­ re Leistungsdichte (bei gleichem Bauvolumen) im oberen Dreh­ zahlbereich, was kürzere Nebenzeiten (z. B. Hochlauf) bringt, als auch durch die Reduzierung des Massenträgheitsmomentes bei gleicher Leistung. Besonders vorteilhaft ist die Möglich­ keit, entsprechende Einbaumotoreinheiten in der Ausführung als Standardantriebseinheiten zu verwenden. Diese Standardan­ triebseinheiten sind bekannt und werden unter dem Markennamen "SIMODRIVE 1FE" von der Siemens AG vertrieben. Zum Betrieb entsprechender Einbaumotoren steht eine entsprechende Rege­ lungssoftware zur Verfügung. Diese Software ist auf den heute bekannten Hardwarekomponenten des SIMODRIVE 611 lauffähig. Zum Einsatz kommen FE-Einbaumotoren mit der CNC-Steuerung SINUMERIK 840D und dem Umrichtersystem SIMODRIVE 611 mit di­ gitaler Regelung. Bei diesen Komponenten handelt es sich um Erzeugnisse der Firma Siemens AG, die bisher noch nicht für den Antrieb von Kunststoffmaschinen verwendet wurden.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, das Einrichten, Bedienen und Beobachten der Maschine zu verbessern um so den bestmöglichen Gebrauch von den Direktantrieben zu machen. Da­ zu dient eine verbesserte Kontrolle des Bedienungspersonals in Bezug auf die Auswirkungen getroffener Änderungs- und Ein­ stellmaßnahmen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die aus der US-PS 5 062 052 bekannte Datenverbindung zwischen Industrie-PC und der oder den Kunststoffmaschinen durch eine drahtlose Daten­ verbindung ersetzt oder zumindest ergänzt ist. So wird die räumliche Beziehung zwischen Industrie-PC und Kunststoffma­ schine beliebig ausgestaltbar.
Der Monitor des Industrie-PC und die jeweilige Funktionsein­ heit können in eine Blickrichtung gebracht werden, wobei sich der Bedienungsmann der Funktionseinheit beliebig nähern kann. Ein weiterer wesentlicher Vorteil.
Die Fesseln, die eine Verdrahtung des Kontrollsystems aufer­ legen, entfallen.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die draht­ lose Verbindung als Funkverbindung ausgebildet ist. Eine Funkverbindung, insbesondere auf dem Frequenzbereich der In­ house-Telefonverbindungen, aber auch durch eine Funkverbin­ dung im Mikrowellenbereich o. ä. ist besonders günstig mit handelsüblichen Komponenten realisierbar. Hierdurch ergeben sich sogar geringere Kosten als bei einer Verdrahtung.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die drahtlose Verbindung als Infrarotverbindung ausgebildet ist. Auch eine Infrarotverbindung ist durch handelsübliche Komponenten realisierbar, wie sie z. B. in der Bürokommunika­ tion oder im Hausbereich benutzt werden. Vorteilhaft ist bei einer Infrarotverbindung die hohe Störsicherheit.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Industrie-PC als mobile Einheit ausgebildet ist. Hier­ durch kann in besonders günstiger Weise von den Vorteilen Ge­ brauch gemacht werden, die sich aus der drahtlosen Verbindung ergeben. Es ist dabei insbesondere vorgesehen, daß der Indu­ strie-PC als tragbare Einheit ausgebildet ist. So ist eine vollständige Beweglichkeit des Industrie-PC gegeben, so daß eine direkte Inaugenscheinnahme des Erfolgs der getroffenen Maßnahmen durch den Bedienungsmann möglich ist. Die Durchfüh­ rung von Einstellvorgängen aller Art wird hierdurch weiter verbessert.
Es ist weiterhin vorgesehen, daß der Industrie-PC auch eine drahtlose Datenverbindung zur Maschinenbeschickungskomponen­ ten und Maschinenentnahmekomponenten aufweist. So können auch diese in einem einheitlichen Vorgang mit der Maschine selbst eingestellt werden, wobei bei der direkten Inaugenscheinnahme der Wirkung der getroffenen Maßnahmen für die Maschinenbe­ schickungskomponenten und Maschinenentnahmekomponenten der sich ergebende Zeitvorteil noch größer ist, als bei den Ma­ schinen selbst.
Es ist vorgesehen, daß die Datenverbindung Regeldaten und Steuerdaten austauscht. Hierdurch wird vorteilhaft eine Kon­ trolle erreicht, wie sie bisher mit den festverdrahteten Kon­ trollsystemen erreicht wurde. Die Funktionalität der bisheri­ gen Kontrollsysteme kann also erhalten bleiben.
Es ist weiterhin vorgesehen, daß die Datenverbindung Ein­ richtdaten für die Maschine austauscht, sowie daß die Ein­ richtdaten auch die Maschinenkomponenten betreffen. So ist eine vollständige direkte Kontrolle aller Einrichtvorgänge an der Kunststoffmaschine und an Gruppen von Kunststoffmaschinen möglich. Der getroffenen Maßnahmen können sofort auf ihren Erfolg überprüft werden. Dies geschieht durch direkte Inau­ genscheinnahme aus nächster Entfernung und ermöglicht so eine bisher unerreicht gute und schnelle Einstellung und Einrich­ tung der Maschinen. So wird der schnelle Direktantrieb vor­ teilhaft ergänzt.
Die Kunststoffmaschinen selbst und ihre Funktionseinheiten sind vorteilhaft als relativ autonom arbeitende Maschinen ausgebildet. Die Funktion des Industrie-PC kann so im wesent­ lichen auf das Einrichten und Beobachten beschränkt werden. Der Datenverkehr wird so erheblich reduziert.
In Fig. 3 bezeichnet 11 den Bedienungsmann mit einem tragbaren Industrie-PC 12. Der tragbare Industrie-PC 12 kann vorteil­ haft ein handelsüblicher Laptop sein, der an einer Trag­ schleife getragen wird. Es ist aber auch ebenso möglich, ei­ nen Industrie-PC zu verwenden, der unter einem Flachbild­ schirm angeordnet ist, der als Touch-Screen ausgebildet ist und/oder Bedienungselemente auf dem Rand oder in einem sepa­ raten Tastenfeld aufweist.
Der tragbare Industrie-PC 12 weist eine Antenne 13 auf, die mit einer Antenne 14 an der Kunststoffmaschine in Verbindung steht. Zwischen beiden wird die erfindungsgemäße drahtlose Verbindung aufgebaut. Falls eine IR-Verbindungsstelle der Funkverbindung verwendet wird, werden anstelle der Antennen entsprechende IR-Komponenten verwendet. Das gleiche gilt für eine Übertragung der Daten mittels Mikrowellen.
In Fig. 3 ist als Ausführungsbeispiel einer Kunststoffmaschine eine Spritzgießmaschine 15 gezeigt. Die Spritzgießmaschine 15 weist einen Antrieb 16 mit einem Getriebe 17 auf, sie kann aber ebenso gut getriebelos, z. B. mit dem erfindungsgemäßen umrichterversorgten Direktantrieb, ausgerüstet sein. Die Spritzgießmaschine selbst weist eine Spritzeinheit 18 und ei­ nen symbolisch gekennzeichneten Beschickungs- und Entnahmero­ boter 19 auf. An diesem ist gegebenenfalls noch eine separate Ein/Ausschalttastatur 20 mit weiteren Eingabemöglichkeiten angeordnet. Die Schließeinheit der Spritzgießmaschine ist mit 21 bezeichnet. Die Antenne 14, die ebenso wie die Antenne 13 dem bidirektionalen Datenverkehr dient, wird vorteilhaft an dem Ende der Spritzgießmaschine angeordnet, an dem die ge­ ringsten EMV-Probleme zu erwarten sind.
Der tragbare Industrie-PC 12 kann als Hauptkontrolleinrich­ tung ausgebildet sein. Ebenso kann er jedoch als drahtlos Da­ ten austauschende Unterstation einer Zentralstation ausgebil­ det sein.
Es ist dabei natürlich auch möglich, die Vorteile des Di­ rektantriebs in Verbindung mit einem teilweise oder vollstän­ dig drahtgebundenen Datenaustausch zu nutzen.

Claims (24)

1. Produktionsmaschine für den Einsatz in der Kunststoff­ industrie, wie Kunststoffspritzgießmaschine, Extrusionsmaschi­ ne, Blasformmaschine, aufweisend:
  • - bewegliche Formelemente für die Formung eines Kunststoff­ teils
  • - zumindest ein Materialzuführungselement zum Hohlraum der Formelemente
  • - einen elektrischen Antrieb für die Bewegung der Formelemen­ te
  • - einen elektrischen Antrieb für das Materialzuführungsele­ ment
  • - einen elektrischen Antrieb für die Bewegung des Materialzu­ führungselements
    dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der elektrischen Antriebe als elektrischer Direktan­ trieb ausgebildet ist.
2. Produktionsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Direkt­ antriebe als Einbaumotoreinheiten ausgebildet sind.
3. Produktionsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbaumotoreinheiten permanenterregt ausgebildet sind.
4. Produktionsmaschine nach Anspruch 2, oder 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einbaumo­ toreinheiten als Synchron-Motoreinheiten ausgebildet sind.
5. Produktionsmaschine nach Anspruch 2, 3, oder 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einbaumo­ toreinheiten flüssigkeitsgekühlt ausgebildet sind.
6. Produktionsmaschine nach Anspruch 2, 3, 4, oder 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einbaumo­ toreinheiten ohne Übertragungsmittel, wie Riemen, Getriebe, Hydraulikelemente oder eine Zahnstange, arbeitend ausgebildet sind.
7. Produktionsmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbaumotoreinheiten massenminimiert ausgebildet sind.
8. Produktionsmaschine nach einem der Ansprüche 2, 3, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbaumotoreinheiten als Asynchron-Motoreinheiten ausge­ bildet sind.
9. Produktionsmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbaumotoreinheiten Zusatz-Komponenten, wie Lagege­ ber, Kupplungsflansche oder Spannfutter aufweisen.
10. Produktionsmaschine nach einem oder mehreren der An­ sprüche 2 bis 4 oder 6 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einbaumotoreinheiten luftgekühlt ausgebildet sind.
11. Produktionsmaschine nach einem oder mehreren der Ansprü­ che 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbaumotoreinheiten als Linearmotoren ausgebildet sind.
12. Produktionsmaschine nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die Direktantriebe eine digitale Regelung auf­ weisen.
13. Produktionsmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Direktantriebe eine digitale Regeleinheit mit analoger Schnittstelle aufweisen.
14. Produktionsmaschine nach Anspruch 12 oder 13, da­ durch gekennzeichnet, daß die Direktan­ triebe eine digitale Regeleinheit mit digitaler Schnittstelle aufweisen.
15. Einrichtung mit einem Industrie-PC zum Einrichten, Bedie­ nen und Beobachten von Maschinen zur Herstellung von Kunst­ stoffprodukten, z. B. von Kunststoffspritzgießmaschinen, wie Extrusionsmaschinen oder Blasformmaschinen, wobei zwischen dem Industrie-PC und den Maschinen Datenverbindungen vorhan­ den sind, insbesondere nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtverbindungen durch eine drahtlose Datenverbin­ dung ersetzt oder zumindest ergänzt sind.
16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die drahtlose Datenverbindung als Funkverbindung ausgebildet ist.
17. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die drahtlose Datenverbindung als Infrarotverbindung ausgebildet ist.
18. Einrichtung nach Anspruch 15, 16 oder 17, da­ durch gekennzeichnet, daß der Indu­ strie-PC als mobile Einheit ausgebildet ist.
19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch ge­ kennzeichnet daß der Industrie-PC als tragbare Einheit ausgebildet ist.
20. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Industrie-PC auch eine drahtlose Datenverbindung zu Beschickungskomponenten und Entnahmekomponenten der Maschinen aufweist.
21. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem Industrie-PC und den Maschinen ausge­ tauschten Daten Parametrierdaten und Einstelldaten sind.
22. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem Industrie-PC und den Maschinen ausge­ tauschten Daten Regeldaten und Steuerdaten sind.
23. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffmaschinen und/oder ihre Funktionseinheiten als nach Einstellung und Produktionsdateneingabe autonom ar­ beitende Maschinen ausgebildet sind.
24. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der tragbare Industrie-PC als Substation einer Zentral­ station ausgebildet ist, wobei die Zentralstation vorzugswei­ se die Kontrolle über die Zusammenarbeit von Maschinen und Funktionseinheiten übernimmt.
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