DE10033702C2

DE10033702C2 - Gießvorrichtung

Info

Publication number: DE10033702C2
Application number: DE10033702A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Makishima; Yoshihiro Ito; Toshio Shimizu; Susumu Kinoshita
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-07-12
Filing date: 2000-07-12
Publication date: 2002-11-14
Anticipated expiration: 2020-07-13
Also published as: JP2001018240A; DE10033702A1; JP3560858B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gießvorrichtung zum Formen von elektrischen Artikeln, und insbesondere eine Gießvorrichtung zum Verwenden eines in Wärme aushärtenden Kunstharzes, wie eines Epoxidharzes, zum Formen von elektrischen Artikeln für hohe Spannung, zwischen 6.000 bis 500.000 V oder darüber, wie Durchführungen, isolierende Abstandshalter, aus Kunstharz geformte Spulen und geformte Ventile, die für elektronische Einrichtungen wie gasisolierte Leistungsschalter verwendet werden.

Hochgeschwindigkeits-Gießen beinhaltet die automatische Druckverfestigungsmethode. Dies ist eine Herstellungsmethode zum Erhalten von Epoxid-Formteilen in einer kurzen Zeit mittels Härten.

Eine Gießvorrichtung, die zum Durchführen dieser Methode geeignet ist, beinhaltet einen Kunstharz-Mischtank, eine Gießform, die mit dem Kunstharz-Mischtank über eine Vakuumkammer verbunden ist, und eine Gießformöffnungs- und -schließeinrichtung zum Öffnen und Schließen der Gießform.

Gießharze zur Verwendung in der automatischen Druckverfestigungsmethode beinhalten in Wärme aushärtende Kunstharze, wie hochreaktive Epoxidharze, gefüllt mit Silika- oder Tonerdepulver.

Ein Verfahren zum Formen von elektrischen Artikeln unter Verwendung einer solchen Methode wird erklärt werden. Zunächst wird ein Kunstharz in den Mischtank eingefüllt und umgerührt und mit einem Härter vermischt, während es entgast wird. Ein vorgewärmter und getrockneter metallischer Leiter oder Einsatz, der in ein Formteil eingebettet werden soll, wird in eine Gießform eingesetzt. Die Gießform wird in der Vakuumkammer unter Verwendung der Gießformöffnungs- und -schließeinrichtung verschlossen, und in der Vakuumkammer wird dann ein Vakuum erzeugt. Anschließend wird das Kunstharz durch Unterdrucksetzen eines Inneren des Kunstharzmischtanks durch eine Einspritzöffnung, die in einem unteren Abschnitt der Gießform ausgeformt ist, in die Gießform eingespritzt. Die mit dem Kunstharz gefüllt Gießform wird dann erhitzt, während sie einem Druck zwischen ungefähr 0,1 und 0,5 MPa von dem Kunstharzmischtank her ausgesetzt ist, so dass das Kunstharz in der Gießform gehärtet wird. Das Härten ermöglicht das Formen eines elektrischen Artikels.

Um eine Standzeit des Kunstharzes aufrecht zu erhalten, wird beim Hochgeschwindigkeitsgießen typischerweise die Temperatur des Kunstharzes vor dem Einspritzen auf einen kleinen Wert zwischen 40°C und 60°C gesetzt, während die Gießform auf eine hohe Temperatur von 120°C oder höher gesetzt wird, um in einer kurzen Zeit gehärtete Artikel zu erhalten. Dies ermöglicht das Auslösen eines großen Formteils mit 10 kg oder mehr Kunstharz in einer sehr kurzen Zeit zwischen 20 und 60 Minuten.

Das Formteil, das ausgelöst wird, wenn die Gießform geöffnet wird, wird in einen zweiten Härteofen eingeführt und vollständig ausgehärtet, bis die Reaktion des Kunstharzes beendet ist.

Um mit der Hochgeschwindigkeits-Gießtechnik Qualitätsformteile zu erhalten, müssen Herstellungsbedingungen wie Temperatur, Druck und Zeit optimiert werden, die bestimmten Herstellungsbedingungen müssen präzise gesteuert werden, und das Verhalten von Viskoelastizität bezüglich des Harzes während des Härtens muss genau bestimmt werden.

Mit der Hochgeschwindigkeits-Gießtechnik ist das Kunstharz sehr reaktiv und wird während des Härtens sehr hart, so dass Abweichungen in Bedingungen wie der Temperatur, dem Druck und der Einspritzgeschwindigkeit des eingespritzten Kunstharzes sowie kleine Änderungen des Gießtemperatur-Gleichgewichts und der Auslösezeit signifikant die Reißfestigkeit, die dimensionale Genauigkeit und den Teilentladungskennwert des Formteils beeinflussen, wodurch der Ausschussprozentsatz steigt.

Wenn das Härten des Kunstharzes in der Gießform aus dem Gleichgewicht gerät, steigt eine Eigenspannung in dem Formteil an, Schrumpfstellen oder dergleichen treten auf und vermindern die Reißfestigkeit oder die dimensionale Genauigkeit, und die Spannung führt dazu, dass der Leiter und das Kunstharz wechselseitig voneinander abgeschält werden, so dass sich elektrische Kennwerte, wie der Teilentladungs- Kennwert, signifikant verschlechtern. Außerdem sind Auslösezeitpunkte insbesondere wichtig für Formteile mit komplizierter Gestalt, wie feldentspannenden U-förmigen Nuten. Mit einem frühen Auslösezeitpunkt wird keine ausreichende Stärke für die Auslösung erhalten.

Wenn andererseits der Auslösezeitpunkt verspätet ist, was ein übermäßiges Härten in der Gießform verursacht, härtet und schrumpft das Kunstharz, während es in der Gießform eingeschlossen ist. Folglich tritt eine Eigenspannung auf, so dass der Leiterabschnitt freigegeben und der Teilentladungskennwert verschlechtert wird, was möglicherweise zu Rissen führt.

Um die Herstellungsbedingungen zu steuern, ist es bei der Hochgeschwindigkeits-Gießtechnik wichtig, genau zu bestimmen, wie das Kunstharz in der Gießform gehärtet wird. Daher werden Versuche unternommen, den Härtezustand unter Verwendung von verschiedenen Sensoren zu bestimmen.

Beispielsweise kann ein Drucksensor auf einer Oberfläche der Gießform angeordnet werden, um deren internen Druck zu messen, aber in diesem Fall verschlechtert sich die Bestimmung des Härtens, nachdem das Kunstharz sich verfestigt hat. Außerdem erlauben Temperatursensoren wie Thermoelemente es nicht, die Härtehitze des Produkts einfach in einer nicht zerstörenden Art und Weise zu bestimmen.

KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gießvorrichtung für Kunstharzformteile zu schaffen, die dazu dient, Qualitätsformteile zu erzielen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Gießvorrichtung mit einem Tank, der ein Kunstharz beinhaltet, mit einer in einer Vakuumkammer angeordneten Gießform, in die ein Kunstharz von dem Tank her eingefüllt wird, und mit einer Gießformöffnungs- und -schließsteuerung, die die Gießform öffnet und schließt, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie Folgendes enthält:
einen Sensor, der zumindest zum Erfassen eines dielektrischen Kennwerts zumindest, der einen der folgenden Werte umfasst: die Dielektrizitätskonstante, den dielektrischen Verlustkoeffizienten oder die äquivalente Widerstandsfähigkeit des Kunstharzes, das in der Gießform gehärtet wird; und
eine Überwachungs- und Steuerungseinheit, zum Erhalten zumindest von Information über die dynamische Viskosität des Kunstharzes, das gehärtet wird, basierend auf einem erfassten Wert von dem Sensor.

Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung dargelegt werden, und sie werden teilweise aus der Beschreibung deutlich werden oder können bei der Ausführung der Erfindung erlernt werden. Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung können realisiert und erreicht werden mittels der Ausrüstung und der Zusammenstellungen, die insbesondere im Folgenden dargelegt werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNG

Die begleitenden Zeichnungen, die in die Patentbeschreibung aufgenommen sind und einen Teil davon bilden, zeigen gegenwärtig bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung, und zusammen mit der oben erfolgten allgemeinen Beschreibung und der unten folgenden genauen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen dienen sie dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erklären.

Fig. 1 ist eine schematische erläuternde Zeichnung einer Gießvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist eine Draufsicht eines dielektrischen Sensors;

Fig. 3 ist eine Seitenansicht des dielektrischen Sensors;

Fig. 4 ist ein Flussdiagramm, das zeigt, wie ein Formteil hergestellt wird;

Fig. 5 ist eine schematische erläuternde Zeichnung eines DMA/DEA-Sensors;

Fig. 6 ist eine erläuternde Zeichnung eines Prinzips für einen DMA/DEA-Sensor;

Fig. 7 ist eine erläuternde Zeichnung, die zeigt, wie sich eine dynamische Viskoelastizität verändert, während ein Gießharz gehärtet wird;

Fig. 8 ist eine erläuternde Zeichnung, die zeigt, wie eine äquivalente Widerstandsfähigkeit sich verändert, während ein Gießharz gehärtet wird;

Fig. 9 ist eine erläuternde Zeichnung, die das Verhältnis zwischen der dynamischen Viskoelastizität und der äquivalenten Widerstandsfähigkeit zeigt, während das Gießharz gehärtet wird;

Fig. 10 ist eine erläuternde Zeichnung ähnlich Fig. 1, wo die elektrische Sensoren sowohl in einem Kunstharzmischtank als auch in einem Kunstharzmischrohr vorgesehen sind; und

Fig. 11 ist eine erläuternde Zeichnung eines dielektrischen Sensors vom Füllungstyp.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer Gießvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform. Die Gießvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform wendet die automatische Druckverfestigungsmethode an und kann ein in Wärme aushärtendes Kunstharz wie ein Epoxidharz verwenden, um elektrische Artikel für hohe Spannung zwischen 6.000 und 500.000 V oder darüber, wie Durchführungen, isolierende Abstandshalter, aus Kunstharz geformte Spulen und geformte Ventile, zu formen, die für elektronische Einrichtungen wie gasisolierte Leistungsschalter verwendet werden.

Wie in Fig. 1 gezeigt, beinhaltet die Gießvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform einen Kunstharzmischtank 1, eine Gießform 7, die sich in einer Vakuumkammer 3 befindet und mit dem Kunstharzmischtank 1 über ein Kunstharzeinspritzrohr 5 verbunden ist, und ein Paar von Öffnungs- und Schließsteuerungen 9 zum steuerbaren Öffnen und Schließen der Gießform 7. Die Temperatur des Kunstharzmischtanks 1 und des Kunstharzeinspritzrohrs 5 wird mittels eines Heizers 11 steuerbar zwischen ungefähr 40 und 60°C gehalten.

Ein Gießharz 13 wird in einen Kunstharzmischtank 1 eingefüllt und mittels eines Betriebs eines Rührmotors 19 unter Verwendung einer Rührschaufel 21, die einen dynamischen Mischer bildet, durchmischt, während das Gießharz gleichzeitig mittels des Betriebs einer Vakuumpumpe 15 und eines Vakuumventils 17 entgast wird. Das Gießharz 13 in dem Kunstharzmischtank 1 ist durch Einstellen eines Druckbeaufschlagungsventils 23, das einen Kunstharzdruck zum Befüllen zur Verfügung stellt, einem Luftdruck zwischen 0,1 und 0,5 MPa ausgesetzt. Das Gießharz 13 wird dann durch Öffnen eines Kunstharzeinspritzventils 25 in die Gießform 7 eingefüllt.

Anstatt der Rührschaufel 21 kann auch ein statischer Mischer verwendet werden, in den ein Hauptagens und ein Härter durch ein separates Rohr eingefüllt und dann sofort durch mehrere Schlitze zusammengemischt werden.

Die Gießform 7 hat eine Entlüftungsnut 29, die ein Absperrventil an ihrem oberen Ende hat und die mittels eines Gießformheizers 31 steuerbar auf ungefähr 120°C gehalten wird. Die Gießform 7 ist in der Vakuumkammer 3 angeordnet und kann mit einem Stützblock 35 in der rechten und der linken Richtung der Zeichnung entlang einer oberen und einer unteren Wand 3a, 3b der Vakuumkammer 3 mittels eines Zylinders 33, der sich von der hydraulischen Gießformöffnungs- und - schließsteuerung 9 her erstreckt, geöffnet und geschlossen werden.

Die Vakuumkammer 3 wird steuerbar in einem vorbestimmten Vakuum gehalten mittels eines Betriebs einer Vakuumpumpe 37 und eines Vakuumventils 39.

Die Gießform 7 hat dielektrische Sensoren 43, die oben nahe der Entlüftungsnut 29 und unten nahe einer Entlüftungsöffnung 41 angeordnet sind, um zu bestimmen, wie der Kunstharz gehärtet wird.

Der dielektrische Sensor 43 misst die Viskoelastizität des Kunstharzes als dielektrischen Kennwert, wie eine dielektrische Konstante, einen dielektrischer Verlustfaktor oder eine äquivalente Widerstandsfähigkeit, in einer nicht zerstörenden Art und Weise, und er wandelt die Viskoelastizität des Kunstharzes abhängig von Schwankungen des dielektrischen Kennwerts um. Entsprechend wird ein umgewandelter Parameter, der durch den dielektrischen Sensor 43 erhalten wird, überwacht und angezeigt durch ein Überwachungssteuermittel 45.

Die Überwachungs- und Steuerungseinheit 45 führt auch verschiedene Berechnungen und/oder verschiedene Steuerungen aus auf der Basis von erfassten Werten von dem dielektrischen Sensor 43 und/oder einem DMA/DEA-Sensor 43, der später beschrieben wird.

Die verschiedenen Berechnungen, die von der Überwachungs- und Steuerungseinheit 45 durchgeführt werden, beinhalten zumindest eine der folgenden Berechnungen: eine Berechnung eines umgewandelten Parameters für die Viskoelastizität auf der Basis der äquivalenten Widerstandsfähigkeit, eine Berechnung eines Verhältnisparameters zwischen einer komplexen Viskosität der Viskoelastizität und der äquivalenten Widerstandsfähigkeit, die ein dielektrischer Kennwert ist, eine Berechnung von Verhältniswerten zwischen der äquivalenten Widerstandsfähigkeit, die ein dielektrischer Kennwert ist, und einer Speicherfestigkeit und Verlustfestigkeit der Viskoelastizität, eine Berechnung einer Standzeit des Kunstharzes von Veränderungen in der äquivalenten Widerstandsfähigkeit, und eine Berechnung eines Endpunktes des Härtens des Kunstharzes.

Die verschiedenen Steuerungen, die durch die Überwachungs- und Steuerungseinheit 45 ausgeführt werden, beinhalten zumindest eine der folgenden: das steuerbare Öffnen und Schließen der Gießformöffnungs- und -schließsteuerung 9, die Steuerung eines Klopfstiftes, die Steuerung eines Absperrventils, die Steuerung eines Drucks auf einem Gießharz, die Steuerung der Heizertemperatur zum Aufrechterhalten einer konstanten Kunstharzviskosität, die Steuerung des Mischens in dem Kunstharzmischtank 1, die Steuerung der Zeit, die für das Einspritzen des Kunstharzes in die Gießform benötigt wird, und eine veränderliche Steuerung des Gießformheizers.

Der dielektrische Sensor 43 wird erhalten durch Drucken von kreisförmigen metallenen kammförmigen Elektroden 45 mit unterschiedlichen Durchmessers auf ein Keramiksubstrat 47 von außen zur Mitte hin, wie in Fig. 2 gezeigt. Der dielektrische Sensor 43 hat in seiner Mitte ein Thermoelement 49 angeordnet, um zu ermöglichen, dass eine Temperatur gleichzeitig gemessen wird.

Der Betrieb der Gießvorrichtung für Kunstharzformteile, die wie oben beschrieben aufgebaut ist, wird nun mit Bezug auf das Herstellungsprozessdiagramm in Fig. 4 beschrieben.

Zunächst wird das Material einer Abnahmeinspektion unterzogen, und ein Kunstharz und ein Härter werden gelagert (Schritte 101, 102).

Als Nächstes wird nach dem Vorwärmen ein Gießharz 13 in den Kunstharzmischtank 1 eingefüllt und mittels des Betriebs des Rührmotors 19 unter Verwendung der Rührschaufel 21 durchmischt, während es mittels des Betriebs der Vakuumpumpe 15 und des Vakuumventils 17 entgast wird (Schritte 103, 104).

Unter Berücksichtigung des Entgasens des Kunstharzes, der Einspritzeffizienz und der Standzeit haben der Kunstharzmischtank 1 und das Kunstharzeinspritzrohr 5 zu diesem Zeitpunkt eine Temperatur, die einstellbar mittels des Heizers 11 zwischen 40 und 60°C gehalten wird.

Andererseits wird die Gießform 7, die einem Auslöseprozess unterzogen worden ist, parallel mit den Schritten 103, 104 vorgewärmt (Schritte 105, 106).

Anschließend wird ein vorgewärmter und getrockneter metallener Leiter 51, der in ein Formteil eingebettet werden soll, in die Gießform eingesetzt, die Gießform 7 wird in der Vakuumkammer 3 unter Verwendung der Gießformöffnungs- und - schließsteuerung 9 verschlossen, und die Vakuumpumpe 37 und das Vakuumventil 39 werden dann betrieben, um in der Vakuumkammer 3 ein Vakuum zu erzeugen (Schritte 107, 108).

Dann wird das Vakuum in dem Kunstharzmischtank 1 abgelassen, und ein Druckbeaufschlagungsventil 23 wird betrieben, um ein Inneres des Kunstharzmischtanks 1 unter Druck zu setzen. Folglich wird das Gießharz 13 durch eine Einspritzöffnung an der Unterseite der Gießform 7 in die Gießform 7 eingespritzt (Schritte 111, 112).

Nachdem die Gießform 7 mit dem gesamten Kunstharz ausgefüllt worden ist, wird das Druckbeaufschlagungsventil 23 des Kunstharzmischtanks 1 so eingestellt, dass ein Luftdruck zwischen 0,1 und 0,5 MPa aufrechterhalten wird, während Elektrizität durch den Gießformheizer 31 geleitet wird, um das Kunstharz zu erhitzen und zu härten (Schritt 113).

Der dielektrische Sensor 43 misst Schwankungen des dielektrischen Kennwerts, diese werden in Schwankungen der dynamischen Viskoelastizität des Kunstharzes umgewandelt, und daraus wird der Aushärtezustand des Kunstharzes berechnet. Dieser wird dann durch der Überwachungs- und Steuerungseinheit 45 in Echtzeit auf der Basis dieses umgewandelten Parameters überwacht und angezeigt. Anschließend, nach dem ersten Härten, wird das Kunstharz aus der Gießform ausgelöst (Schritt S114).

Nach dem Auslösen wird das Kunstharz einem zweiten Härten in einem zweiten Härteofen ausgesetzt, gefolgt von einem Arbeits- und Inspektionsprozess (Schritte 115, 116).

Wie oben beschrieben, dienen die überwachten und angezeigten optimalen Auslösezeitpunkte zum Erzielen von Qualitätsformteilen. Insbesondere ermöglicht die Gießvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform das Formen von elektrischen Qualitätsartikeln für hohe Spannung zwischen 6.000 bis 500.000 V oder darüber, wie Durchführungen, isolierende Abstandshalter, aus Kunstharz geformte Spulen und geformte Ventile, die für Leistungseinrichtungen wie gasisolierte Leistungsschalter verwendet werden.

Als Nächstes wurde in einer anderen Ausführungsform ein dynamischer, die Viskoelastizität/den dielektrischen Kennwert gleichzeitig messender Sensor 53 (im Folgenden bezeichnet als "DMA/DEA-Sensor") verwendet, um sofort das Verhältnis zwischen dem dielektrischen Kennwert und der Viskoelastizität des Kunstharzes zu erreichen, wie in Fig. 5 gezeigt. Das heißt, ein dielektrischer Sensor 43 wurde auf einem Führungsring 57 einer Messvorrichtung 55 für die dynamische Viskoelastizität montiert und unter Verwendung einer Schraube 59 befestigt. Fig. 6 ist eine Schnittansicht des DMA/DEA-Sensors 53 entlang einer Linie A-A.

Das Prinzip der Messung wird nun erklärt. Die dynamische Viskoelastizität wird durch Aufbringen einer Rotationsschwingung einer Sinuswelle auf ein Polymer 65 zwischen parallelen Platten 63 erhalten, deren Temperatur durch einen Heizer 61 gesteuert wird, und durch Bestimmen einer Drehkraft zwischen den gegenüberliegenden parallelen Platten 63. Die Messvorrichtung 55 für die dynamische Viskoelastizität beinhaltet den DMA/DEA-Sensor 53, und der dielektrische Kennwert und die dynamische Viskoelastizität werden gleichzeitig in der gleichen Umgebung erhalten.

Folglich kann die dynamische Viskoelastizität des Kunstharzes innerhalb der Düse sofort in einer nicht zerstörenden Art und Weise bestimmt werden.

Als Nächstes zeigt gemäß einer weiteren Ausführungsform Fig. 7 Schwankungen der dynamischen Viskoelastizität während eines Härteprozesses eines Gießharzes, die unter Verwendung der Messvorrichtung für dynamische Viskoelastizität gemessen wurden, die von Rheometrics, N. J. hergestellt wird (Produktbezeichnung: ARES). Bezugszeichen G-1 bezeichnet einen Lager-Schermodul, Bezugszeichen G-2 bezeichnet einen Verlust-Schermodul, und Bezugszeichen η bezeichnet eine komplexe Viskosität.

Fig. 8 zeigt Schwankungen der äquivalenten Widerstandsfähigkeit, gemessen durch den DMA/DEA-Sensor 53 in derselben Umgebung wie in Fig. 7. Der dielektrische Sensor 43 war ein Sensor, der in der Messeinrichtung für den dielektrischen Kennwert angeordnet ist, der von Microment hergestellt wird (Produktbezeichnung: U Metric System 3). Wenn eine Messfrequenz niedrig gewählt wird, wird eine äquivalente Widerstandsfähigkeit R ausgedrückt durch:

R = 1/σ = 1/(ε" ε₀ω) (Gleichung 1)

worin σ eine elektrische Leitfähigkeit ist, ε" ein dielektrischer Verlustfaktor, ω eine Winkelfrequenz und ε₀ ein vakuum-dielektrischer Faktor.

Die gleichzeitige Messung verdeutlicht, dass die äquivalente Widerstandsfähigkeit des Gießharzes, das gehärtet wird, sich ähnlich verhält wie die Viskoelastizität. Fig. 9 wird erhalten durch Verschieben der zwei Zeitachsen zum Bestimmen der Beziehung zwischen der Viskoelastizität und dem dielektrischen Kennwertparameter. Die dynamische Viskoelastizität und die äquivalente Widerstandsfähigkeit werden ausgedrückt durch die relativ einfache Gleichung.

logG = A.logR + B (Gleichung 2)

worin Bezugszeichen G-1 den Lager-Schermodul bezeichnet, Bezugszeichen G-2 den Verlust-Schermodul, Bezugszeichen η die komplexe Viskosität und Bezugszeichen A, B Konstanten.

In dieser Ausführungsform kann die Gleichung 2, die auf der Basis der Beziehung 67 zwischen der komplexen Viskosität und der äquivalenten Widerstandsfähigkeit in Fig. 9 erhalten wird, verwendet werden, um sofort die Viskoelastizität des Kunstharzes anzuzeigen und zu überwachen.

Als Nächstes können in einer weiteren Ausführungsform die Beziehungen 67, 71 zwischen der komplexen Viskosität und der äquivalenten Widerstandsfähigkeit sowie Gleichung 2, die aus Fig. 9 erhalten werden, verwendet werden, um zu überwachen, wie das Kunstharz innerhalb der Gießform gehärtet wird, das heißt, um sofort den Lager-Schermodul und den Verlust- Schermodul als die Viskoelastizität des Kunstharzes innerhalb der Gießform anzuzeigen und zu überwachen.

Als Nächstes können in einer weiteren Ausführungsform, wenn der DMA/DEA-Sensor 53 verwendet wird, um gleichzeitig den dielektrischen Kennwert und die Viskoelastizität zu messen, genaue Messergebnisse durch Setzen einer Entfernung zwischen den Platten für den Sensor 53 zwischen 0,5 und 3 mm und Verwenden dieses Sensors 53 für die Messungen erhalten werden.

Als Nächstes werden in einer weiteren Ausführungsform, wenn der DMA/DEA-Sensor 53 verwendet wird, um die Beziehung zwischen dem dielektrischen Kennwert und der Viskoelastizität zu erhalten, während der Kunstharz gehärtet wird, Verhältniswerte bei einer konstanten Kunstharztemperatur erhalten.

Der Heizer 61 in Fig. 6 wird isotherm gesteuert auf eine Temperatur, die ungefähr derjenigen entspricht, die auf die Gießform 7 der Gießvorrichtung für Kunstharzformteile aufgebracht wird, um die Verhältniswerte entsprechend den Fig. 7 bis 9 zu erhalten. In der Ausführungsform in den Fig. 7 und 8 werden durch das steuerbare Aufrechterhalten der Temperatur des Kunstharzes bei 120°C während des Messens des Härtekennwerts, nachdem 600 Sekunden seit dem Beginn des Härtens des Kunstharzes vergangen sind, genaue Messergebnisse in Echtzeit erhalten, und die Viskoelastizität des Kunstharzes kann sofort angezeigt und überwacht werden.

Als Nächstes wird in einer weiteren Ausführungsform, wenn der DMA/DEA-Sensor 53 verwendet wird, um das Verhältnis zwischen dem dielektrischen Kennwert und der Viskoelastizität zu erhalten, während das Kunstharz gehärtet wird, ein Programm für gleiche Geschwindigkeit und für eine Temperaturerhöhung auf die Temperaturumgebung des Sensors 53 angewandt. Wenn der Heizer 61 in Fig. 6 angesteuert wird, um heiß zu werden, zeigen die Viskoelastizität und die äquivalente Widerstandsfähigkeit des Kunstharzes eine vergleichbare Abhängigkeit von der Temperatur. In den Ausführungsformen in den Fig. 7 und 8 werden durch Erhöhen der Temperatur um 5°C/Min., bevor 600 Sekunden seit dem Beginn des Härtens des Kunstharzes vergangen sind, und durch Ausführen der gleichzeitigen Messungen genaue Messergebnisse erhalten, und die Viskoelastizität des Kunstharzes kann sofort angezeigt und überwacht werden.

Als Nächstes werden in einer weiteren Ausführungsform die Messungen für Materialabnahme- und -inspektionsprozesse verwendet, um die Materialien genau vorzubereiten. Dies gründet auf der Tatsache, dass die Materialien durchgehend die gleiche Viskoelastizität, den gleichen dielektrischen Kennwert und ein gleiches Verhältnis dazwischen haben, wodurch es möglich wird, die Intaktheit von Herstellungsposten in kurzer Zeit festzustellen.

Durch das selektive Anordnen von Sensoren an Stellen der Gießform 7 nahe einer Einspritzöffnung eines Formteils, nahe dicken Bereiche davon mit einem großen Harzvolumen, und nahe schwachen Bereiche davon, wo Risse wahrscheinlich auftreten, dienen als Nächstes in einer weiteren Ausführungsform Überwachungsanzeigen, basierend auf den Sensoren, zum Erzielen von Produkten mit einem konstanten Elastizitätsmodul, unabhängig von der Reaktivität des Materials und von Abweichungen in Bedingungen unter den Prozessen.

Als Nächstes kann in einer weiteren Ausführungsform durch das Anordnen von Sensoren an Stellen der Gießform 7 nahe schwachen Bereichen des Formteils die Steifigkeit geregelt werden durch das Steuern von Ablösepunkten, während die Überwachungseinrichtung kontrolliert wird, und durch das Steuern eines Klopfstiftes zum Auslösen des Produkts aus der Gießform 7, nachdem die Gießform 7 geöffnet worden ist. Folglich ermöglichen es Überwachungsanzeigen, basierend auf den Sensoren, Produkte einer konstanten Steifigkeit vollständig auszulösen, unabhängig von der Reaktivität des Materials und von Abweichungen in Bedingungen unter den Prozessen.

Als Nächstes kann in einer weiteren Ausführungsform durch Überwachen des Reaktionsverhaltens des Kunstharzes innerhalb des Kunstharzmischtanks 1, das heißt durch Verwenden eines dielektrischen Sensors 75 zum Überwachen und Steuern der komplexen Viskosität, einer der Viskoelastizitäten, wie in Fig. 10 gezeigt, die Standzeit des Kunstharzes in dem Kunstharzmischtank 1 präzise gesteuert werden.

Als Nächstes erfasst in einer weiteren Ausführungsform während des Prozesses zum Gießen des Epoxidformteils der dielektrische Sensor 43 einen Zeitpunkt, an dem das eingespritzte Kunstharz nach dem Befüllen der Gießform 7 durch die Entlüftungsnut 28 an der Oberseite der Gießform 7 hindurchtritt. Durch Steuern des Absperrventils 27 basierend auf einem Erfassungssignal von dem dielektrischen Sensor 43 kann verhindert werden, dass das Kunstharz nach dem Befüllen leckt.

Als Nächstes erfasst in einer weiteren Ausführungsform während des Prozesses zum Gießen des Epoxidformteils der dielektrische Sensor 43 den Zeitpunkt, an dem das eingespritzte Kunstharz nach dem Befüllen der Gießform 7 durch die Entlüftungsnut 28 an der Oberseite der Gießform 7 hindurchtritt. Durch Ansteuern des Kunstharzeinspritzventils 25 und dann des Druckbeaufschlagungsventils 23 basierend auf dem Erfassungssignal von dem dielektrischen Sensor 43 kann verhindert werden, dass das Kunstharz nach dem Befüllen leckt.

Das heißt, durch Anzeigen und Überwachen von Schwankungen der äquivalenten Widerstandsfähigkeit, die von dem dielektrischen Sensor 43 erhalten werden, wird ein Verfestigungspunkt des Kunstharzes erfasst. Im Allgemeinen bezieht sich das Verfestigen des Kunstharzes auf einen Punkt 77 in Fig. 7, an dem der Lager-Schermodul dem Verlust-Schermodul entspricht. Wenn ein Überdruck erzielt wird, bevor das Kunstharz beginnt sich zu verfestigen, leckt das Kunstharz von der Oberseite der Form. Entsprechend wird das Kunstharzeinspritzventil 25 wie oben beschrieben teilweise geschlossen, um den Fluss des Kunstharzes zu reduzieren. Nach dem Kontrollieren der Überwachungsanzeige für den Verfestigungspunkt 77 des Kunstharzes wird das Kunstharzeinspritzventil 25 vollständig geöffnet, und das Druckbeaufschlagungsventil 23 wird eingestellt, um den Kunstharzdruck zu erhöhen. Als Ergebnis hat diese Ausführungsform den Vorteil, dass das Absperrventil 27 aufgrund der Fähigkeit zum Steuern des Kunstharzeinspritzens weggelassen wird.

Als Nächstes wird in einer weiteren Ausführungsform durch das Anordnen eines dielektrischen Sensors 79 innerhalb des Kunstharzeinspritzrohrs, durch überschlägiges Berechnen der komplexen Viskosität des Kunstharzes von Schwankungen der äquivalenten Widerstandsfähigkeit, die von dem dielektrischen Sensor 79 erhalten werden, und durch Anzeigen und Überwachen von Ergebnissen der Berechnung, wie in Fig. 10 gezeigt, die Temperatur des Heizers 11 gesteuert, um die Viskosität des Kunstharzes in dem Rohr konstant zu halten. Die angezeigte und überwachte Kunstharzviskosität dient auch dazu, die Standzeit (verfügbare Zeit) des Kunstharzes in dem Rohr 5 genau zu bestimmen, wodurch es möglich wird, angemessene Zeiten für das Waschen und Ersetzen des Rohres 5 genau zu bestimmen.

Als Nächstes wird in den oben beschriebenen Ausführungsformen das Gießharz 7 unter Verwendung des dynamischen Mischers, der die Rührschaufel 21 verwendet, in dem Kunstharzmischtank 1 gemischt, aber in einer weiteren Ausführungsform wird ein statischer Mischer anstelle des dynamischen Mischers verwendet. Insbesondere hat der statische Mischer ein Hauptagens und einen Härter für das Gießharz 13, die darin durch ein separates Rohr eingefüllt werden, und er mischt sie sofort durch mehrere Schlitze. So wird eine Überwachungssteuerung mit dem Sensor 75 effektiv verwendet, um eine verlässliche Mischung zu erzielen.

Als Nächstes erfassen in einer weiteren Ausführungsform während des Prozesses zum Gießen des Epoxidformteils die Sensoren 75, 77 Informationen über die Viskosität von dem Kunstharzmischtank 1 und dem Rohr 5, um diese Information zum Überwachen anzuzeigen. Die Kunstharzeinspritzzeit, die Auswirkungen auf die Produktqualität hat, wird auf der Grundlage der oben genannten Information für den Gießprozess gesteuert; ein Anstieg der Viskosität, der aus dem Vorwärmen des Kunstharzes folgt, steigert die Kunstharzeinspritzzeit, und so kann durch das automatische oder manuelle Öffnen oder Schließen des Druckbeaufschlagungsventils 23 des Kunstharzmischtanks auf der Grundlage des angezeigten und überwachten Viskositätskennwerts der Druck auf das Kunstharz in dem Tank 1 veränderlich gesteuert werden, um eine konstante Einspritzzeit aufrecht zu erhalten.

Als Nächstes wird in einer weiteren Ausführungsform der Auslösezeitpunkt während des Gießprozesses genau gesteuert, um Abweichungen in der Zeitmenge zu reduzieren, die vor dem Auslösen benötigt wird, um eine konstante erste Härtezeit zu erhalten. Das heißt, die erste Härtezeit tendiert in einem gängigen Gießprozess zum Abnehmen abhängig von dem Vorwärmen des gemischten Kunstharzes.

Diese Abweichung wird genau angezeigt und überwacht durch die Überwachungs- Steuerungseinheit 45. Durch das veränderliche Steuern der Temperatur des Gießformheizers 31 zum Kompensieren von Abweichungen der Reaktionsgeschwindigkeit kann die erste Härtezeit, die zur Herstellung jedes Produkts benötigt wird, auf einen Minimalwert gesteuert werden.

In dieser Ausführungsform können durch Verändern der Gießformtemperatur um 3 bis 5°C Abweichungen in der Härtezeit auf eine Minute oder weniger reduziert werden.

Als Nächstes wird in einer weiteren Ausführungsform ein Formteil, das mit der Gießvorrichtung für Kunstharzformteile hergestellt worden ist, ausgelöst und dann zum zweiten Mal in dem zweiten Härteofen gehärtet, bis die Reaktion des Epoxidkunstharzes beendet ist.

Das heißt, ein in Fig. 11 gezeigter Foliensensor 80 wird in ein überschüssiges Kunstharz des Formteils eingebettet, zum Beispiel in das Kunstharz an der Einspritzöffnung oder in einem Gradbereich, und er wird dann gleichzeitig mit dem Kunstharz gehärtet, um so einen Endzeitpunkt des Härtens zu überwachen. Der Foliensensor 80 hat eine kammförmige Elektrode 45, die mit einer Polyamidfolie 81 ummantelt ist. Zu diesem Endzeitpunkt ist die Kunstharzfestigkeit, die während des zweiten Härtens erhalten wird, vollständig gesättigt, um ihren Endwert zu erhalten. Der Foliensensor 80, der in dieser Überwachungsmethode verwendet wird, kann während des Arbeitsprozesses beseitigt werden und stellt einen genauen bestimmten Wert für den Kunstharzhärte- Endzeitpunkt zur Verfügung.

Diese Ausführungsform verwendet den oben beschriebenen Näherungsausdruck (Gleichung 2), der aus Fig. 9 erhalten wird, als Methode zum Umwandeln der äquivalenten Widerstandsfähigkeit, eines der dielektrischen Kennwerte, in die dynamische Viskoelastizität.

Das Gießharz zeigt jedoch aufgrund der Harzbestandteile oder der Zusammensetzung eines Füllers kaum solch ein lineares Verhältnis wie in Gleichung 2 gezeigt, sondern typischerweise ein gekrümmtes. Wenn das Kunstharz solch ein gekrümmtes Verhältnis zeigt, kann eine Regression durchgeführt werden, um eine angemessene Ableitung an die Kurve anzupassen, oder ähnliche Effekte werden erhalten durch Einführen eines neuen Korrelationsparameters, wie einer Kunstharzreaktivität, eines Glasübergangspunkts oder eines Schrumpfungsfaktors anstelle des Viskositätsüberwachungsparameters. Im letzteren Fall wird eine Analysevorrichtung, wie ein differentiales Abtast- Kalirometer oder ein PVC-Messinstrument wünschenswerterweise zum Bestimmen des Verhältnisses zwischen dem neuen Parameter und der äquivalenten Widerstandsfähigkeit verwendet.

Des weiter werden die oben beschriebenen Ausführungsformen auf die Vorrichtung angewandt, die die automatische Druckverfestigungsmethode durchführt, eine der Hochgeschwindigkeits-Gießmethoden, aber die vorliegende Erfindung ist anwendbar auf Vorrichtungen, die andere Hochgeschwindigkeits-Gießmethoden durchführen.

Obwohl außerdem das Epoxidkunstharz als das in Wärme aushärtende Kunstharz beschrieben worden ist, ist die vorliegende Erfindung auf andere in Wärme aushärtende Kunstharze anwendbar und auch auf Gießvorrichtungen, die thermoplastische Kunstharze verwenden.

Wie oben beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Erfindung der Härtezustand des Kunstharzes präzise und quantitativ während des Gießprozesses gesteuert werden. Als Ergebnis können die Rissfestigkeit, die dimensionale Genauigkeit und der Teilentladungskennwert des Gießharzes verbessert werden, unabhängig von Abweichungen in Herstellungsbedingungen, wodurch Qualitätsformteile entstehen.

Weitere Vorteile und Modifikationen werden Fachleuten sofort bewusst sein. Deshalb ist die Erfindung in ihren breiteren Aspekten nicht auf die spezifischen Details und die repräsentativen Ausführungsformen begrenzt, die hier gezeigt und beschrieben sind. Entsprechend können verschiedene Modifikationen durchgeführt werden, ohne von dem Geist oder dem Bereich des allgemeinen erfinderischen Konzepts abzuweichen, das durch die anliegenden Ansprüche und deren Äquivalente bestimmt ist.

Claims

1. Gießvorrichtung mit einem Tank (1), der ein Kunstharz beinhaltet, einer Gießform (7), die in einer Vakuumkammer (3) angeordnet ist und in die ein Kunstharz von dem Tank (1) her eingefüllt wird, und einer Gießformöffnungs- und -schließsteuerung (9), die die Gießform (7) öffnet und schließt, wobei die Vorrichtung folgendes beinhaltet:
einen Sensor (43, 53) zum Erfassen eines dielektrischen Kennwerts, der zumindest einen der folgenden Werte umfasst: die Dielektrizitätskonstante, den dielektrischen Verlustfaktor oder die äquivalente Widerstandsfähigkeit des Kunstharzes, das innerhalb dieser Gießform (7) gehärtet wird; und
eine Überwachungs- und Steuerungseinheit (45) zum Erhalten zumindest von Information über die dynamische Viskosität des Kunstharzes, das gehärtet wird, basierend auf einem erfassten Wert von dem Sensor (43, 53).

2. Gießvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensor (43, 53) ein Sensor (53) zum gleichzeitigen Messen der dynamischen Viskoelastizität und eines dielektrischen Kennwerts des härtenden Kunstharzes verwendet wird.

3. Gießvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (43, 53) innerhalb der Gießform (7) angeordnet ist, und dass die Überwachungs- und Steuerungseinheit (45) Mittel zum steuerbaren Öffnen und Schließen der Gießformöffnungs- und - schließvorrichtung (9) basierend auf Information von dem Sensor (43, 53) beinhaltet.

4. Gießvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (43, 53) innerhalb der Gießform (7) angeordnet ist, und dass die Überwachungs- und Steuerungseinheit (45), basierend auf Information von dem Sensor (43, 53), Mittel zum Steuern eines Klopfstiftes beinhaltet, der in der Gießform (7) angeordnet ist.

5. Gießvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (43, 53) innerhalb der Gießform (7) angeordnet ist, und dass die Überwachungs- und Steuerungseinheit (45) Mittel zum Erfassen beinhaltet, dass das Kunstharz die Gießform (7) ausfüllt und eine in der Gießform (7) ausgeformte Entlüftungsnut erreicht, basierend auf einem erfassten Wert von dem Sensor (43, 53), und Mittel zum Ausführen basierend auf einem Signal von diesem Mittel zum Erfassen, zumindest einer der beiden folgenden Steuerungen: einer Absperrventilsteuerung oder einer Kunstharzeinspritzdrucksteuerung zum Anhalten einer Zuführung in die Gießform.

6. Gießvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungs- und Steuerungseinheit (45), basierend auf dem erfassten Wert von dem Sensor (43, 53), Mittel zum Kompensieren zeitlicher Abweichungen in den Kunstharzhärtebedingungen durch Beaufschlagen der Gießform (7) mit einer Heizersteuerung aufweist.

7. Gießvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (43, 53) innerhalb der Gießform (7) angeordnet ist, und dass die Überwachungs- und Steuerungseinheit (45), basierend auf dem erfassten Wert von dem Sensor (43, 53), Mittel zum Berechnen der äquivalenten Widerstandsfähigkeit des Kunstharzes beinhaltet, das zum zweiten Mal gehärtet wird, nachdem es aus der Gießform (7) ausgelöst worden ist, und für das anschließende Überwachen der Festigkeit des Kunstharzes und für das Erfassen eines Härteendpunkts, basierend auf dem berechneten Wert.

8. Gießvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiter einen Sensor (43, 53) umfasst, der in dem Tank angeordnet ist, um zumindest einen dielektrischen Kennwert zu erfassen, der einen der folgenden Werte umfasst: die Dielektrizitätskonstante, den dielektrischen Verlustfaktor oder die äquivalente Widerstandsfähigkeit, wobei:
die Überwachungs- und Steuerungseinheit (45), basierend auf dem erfassten Wert von dem Sensor (53), Mittel zum Berechnen der äquivalenten Widerstandsfähigkeit des Kunstharzes in dem Tank und in dem Rohr (5) während des Härtens umfasst, und zum Steuern der Zeit, die für das Einspritzen des Kunstharzes in die Gießform (7) benötigt wird, basierend auf dem berechneten Wert.

9. Gießvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungs- und Steuerungseinheit (45), basierend auf dem erfassten Wert von dem Sensor (43, 53), Mittel zum Erfassen umfasst, wie das Kunstharz, innerhalb des Tanks (1) durchmischt wird, und zum Steuern eines Mischzustands von diesem Kunstharz, basierend auf dem Erfassungssignal.

10. Gießvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiter einen Sensor (43, 53) umfasst, der in einem Kunstharzzuführrohr (5) angeordnet ist, der den Tank (1) und die Gießform (7) miteinander verbindet, zumindest zum Erfassen eines dielektrischen Kennwert, der einen der folgenden Werte umfasst: die Dielektrizitätskonstante, den dielektrischen Verlustfaktor oder die äquivalente Widerstandsfähigkeit, wobei:
die Überwachungs- und Steuerungseinheit (45), basierend auf dem erfassten Wert von dem Sensor (43, 53), Mittel zum Berechnen der äquivalenten Widerstandsfähigkeit des Kunstharzes innerhalb des Rohrs (5) während des Härtens umfasst, und zum Ausführen einer Heizersteuerung zum Aufrechterhalten einer konstanten Viskosität des Kunstharzes in dem Rohr (5) und Erfassen einer Standzeit des Kunstharzes, basierend auf dem berechneten Wert.