DE102004045357B4 - Verfahren und Vorrichtung zum kontrollierten Gelieren und/oder Aushärten und/oder Abkühlen von Bauteilen, insbesondere von vergossenen Gießharzteilen, wie Zündspulen - Google Patents

Abstract

Verfahren zum kontrollierten Gelieren und/oder Aushärten und/oder Abkühlen von Bauteilen, insbesondere von vergossenen Gießharzteilen, wie beispielsweise Zündspulen, wobei die auf Paletten angeordneten Bauteile vergossen und nachfolgend einem Ofen zum Gelieren, Aushärten und/oder Abkühlen zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Paletten mit den vergossenen Bauteilen mittels einer Fördereinrichtung (14) separat und unabhängig voneinander Einzelöfen (20) zugeführt werden, welche über eine separate Temperatursteuerung verfügen.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontrollierten Gelieren und/oder Aushärten und/oder Abkühlen von Bauteilen, insbesondere von vergossenen Gießharzteilen, wie Zündspulen, nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 6.
• Technisches Gebiet
• Speziell im Bereich Automobilzündspulen entwickelt sich die Technologie hin zu kleineren Zündspuleneinheiten, die immer näher an hochtemperierte Zonen des Motors heranrücken. Dadurch werden die Ansprüche an die Herstellung solcher Teile sowie an die eingesetzten Materialien wesentlich erhöht. Es ist daher um so wichtiger, gewisse Toleranzfenster bei der Fertigung dieser Zündspulen nicht zu überschreiten, um die Ausschussrate der Produkte in tolerierbaren Grenzen zu halten. Ein wichtiger Parameter für die Qualität der Teile ist die Einhaltung der Temperaturgrenzen innerhalb der Gelierung und/oder der Härtung des eingegossenen Gießharzes in die Zündspulen.
• In 1 ist eine zum Beispiel aus der nachveröffentlichten DE 103 28 946 A1 bekannte Vorrichtung zum automatisierten Vergießen von Gießharzteilen, insbesondere eine typische Zündspulenproduktion, dargestellt.
• Die Vorrichtung weist eine Gießharzaufbereitung 2 auf, die eine Gießstation 4 bedient, sowie einen Vorwärmeofen 6, einen Aushärteofen 8 mit der Gelierzone 10 und der Aushärtezone 12, ein Fördersystem 14, eine Be- und Entladestation 16 und eine Plasmakammer 18.
• Dabei werden die mittels Gießharz zu vergießenden Teile auf Paletten angeordnet und in dem kontinuierlich betriebenen Vorwärmeofen 6 vorgewärmt, wobei der Vorwärmeofen 6 eventuell sogar mehrere Temperaturenzonen aufweist. In einem solchen Ofen 6 laufen die Paletten, auf denen die Zündspulen platziert sind, an einem Ende ein und werden vom Fördersystem 14 kontinuierlich durch die Temperaturzonen gefördert, bis sie am anderen Ende austreten. Danach werden sie in die beispielsweise als Vakuum-Gießkammer ausgebildete Gießstation 4 eingeschleust, dort vergossen und laufen in den Aushärteofen 8, der in seiner Konstruktion nahezu identisch zum Vorwärmeofen 6 ist. Dadurch ergeben sich für die Gießlinge innerhalb des Ofens 8 verschiedene Probleme.
• So stellt die Förderung von einer Temperaturzone (Gelierzone 10) in die andere (Aushärtezone 12) einen erheblichen Temperatursprung für die Teile dar. Dies kann sich insbesondere bei sehr kleinen Bauteilen mit sehr dünnen Isolierschichtdicken kritisch auswirken. Zu schnelle Temperaturänderungen können zu Rissen führen.
• Bei einer Stockung des Ofens 8, aus welchen Gründen auch immer, werden alle Paletten betroffen, d.h., dass alle Paletten nicht mehr im korrekten Temperaturzyklus gefahren werden und die darauf angeordneten Bauteile fehlerhaft sein können.
• Die Ein- und Auslaufzonen des Ofens 8 sind generell bezüglich der Temperaturgenauigkeit extrem schwer beherrschbar. Unkontrolliert eindringende Kaltluft kann den vorberechneten Temperaturverlauf stören und zu Fehlern in den Vergussmassen der Bauteile führen.
• Es ist unmöglich, eine vorgegebene Temperaturrampe (Anstieg dT/dt) in einem solchen Ofen exakt zu fahren, was jedoch für neue Generationen von Zündspulen erforderlich ist.
• Ein solches bekanntes Konzept behandelt immer eine große Anzahl von Zündspulen innerhalb eines Ofensystems gleichzeitig. Das bedeutet, dass der Verlust entsprechend groß ist, wenn die Fertigung aus irgendwelchen Gründen für eine gewisse Zeit unterbrochen wird.
• Eine solche Produktion erfüllt auch nicht die Grundidee des Single-Piece-Flow. Moderne Fertigungseinrichtungen zielen nämlich darauf ab, möglichst geringe Losgrößen zu produzieren, und zwar „just in time", was bei der Vorrichtung gemäß 1 nicht möglich ist.
• Problem
• Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, mit dem/der exakter und den einzelnen Gießteilen besser angepasst gearbeitet werden kann. Dabei sollen auftretende Fehler weniger gravierende Folgen haben.
• Erfindung und vorteilhafte Wirkungen
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß von einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche.
• Das erfindungsgemäße Konzept sieht ein Transportsystem mit mehreren Einzelöfen vor, welchen die Paletten mit vergossenen Bauteilen separat und unabhängig voneinander zugeführt werden. Dabei sind die Öfen so ausgelegt, dass sie jeweils nur eine oder wenige Paletten aufnehmen. Innerhalb dieser einzelnen Öfen wird dann gezielt ein Temperaturzyklus gefahren, durch den die Gießmasse geliert und/oder gehärtet und eventuell auch gezielt abgekühlt wird. Nach kompletter Gelierung und Aushärtung wird die Palette dann von einem Robotersystem entnommen und zu einer Entladestation gefördert.
• Im Gegensatz zu einem großen konventionellen Durchlaufofen werden bei einer mittleren Produktionsleistung beispielsweise ca. 60–100 kleine Einzelkammeröfen benötigt. Die Öfen verfügen bevorzugt über eine elektronische Temperatursteuerung und sind, beispielsweise mittels einer Thyristorsteuerung zur exakten Temperaturführung innerhalb von ± 1°C oder genauer ausgestattet.
• Jede Palette im Produktionsprozess kann also individuelle Temperaturzeiten, -profile und -werte durchlaufen. Somit können verschiedene Bauteiltypen hintereinander verarbeitet werden, und zwar auch dann, wenn sie unterschiedliche Prozessparameter haben. Es ist sogar möglich, auf der Gießanlage unterschiedliche Gießharze mit entsprechend unterschiedlichen Prozessen zu verarbeiten. Dies ist zum Beispiel dann der Fall, wenn die Gießharze auf zwei getrennten Aufbereitungsanlagen aufbereitet und dosiert werden und dann unabhängig voneinander im Gießkessel die jeweiligen Bauteile vergossen werden. Vorteilhaft ist dies, wenn eine hohe Teilevielfalt (zum Beispiel für verschiedene Auftraggeber und Modelle) vorliegt. Außerdem bietet dieses Vorgehen auch eine absolute On-Demand-Fertigung. Die Flexibilität der Anlage wird somit deutlich erhöht.
• Die Anzahl der Paletten in den Einzelöfen richtet sich nach der Taktzeit der Anlage und nach der maximal zulässigen Beschickungszeit (auch Toleranzzeit genannt) des jeweiligen Ofens. Bei Zündspulen neuerer Bauart, zum Beispiel Stabzündspulen mit entsprechend modernen Gießharzen, sind deshalb nur sehr kleine Stückzahlen an Paletten (eine, zwei, drei oder vier) pro Ofen möglich.
• Erfindungsgemäß können Bauteile mit extremen Baugrößenunterschieden über die gleiche Gießanlage gefahren werden. So kann ein großes Bauteil mit einem anderen Gelier- und/oder Härteprofil gefahren werden als ein kleines Bauteil.
• Eine solche Variante ist in einer konventionellen Anlage, wie in 1 beschrieben, unmöglich zu realisieren. Erfindungsgemäß müssen nur den einzelnen Öfen unterschiedliche Temperaturprofile vorgegeben werden, um unterschiedliche Bauteile jeweils unterschiedlich behandeln zu können. Große oder dickwandige Bauteile können langsamer geliert, gehärtet oder abgekühlt werden, um Thermospannungen zu vermeiden.
• Mit der Erfindung können die Gelier-, Härte- oder Abkühlprozesse in einem oder mehreren der Öfen zu einem bestimmten Zeitpunkt für weitere Behandlungen unterbrochen werden. So können zum Beispiel die Bauteile entnommen, nachvergossen und dann aufgefüllt wieder in den Ofen eingesetzt werden. Schließlich wird der Prozess bis zum Schluss fortgesetzt.
• Auch wenn beim Giessen von Zündspulen diese im Gießkessel bis zum Rand gefüllt wurden, entsteht durch das Belüften und das endgültige Imprägnieren ein erster Schwund und durch die chemische Reaktion während des Gelierens ein zweiter Schwund. Ist aber vom Kunden eine vollständige Befüllung der Spule bis zum Rand gefordert, muss ein nachträgliches Gießen erfolgen. Diese Spulen lassen sich erfindungsgemäß sehr einfach einer „Extrabehandlung" in speziell eingestellten Öfen unterziehen. Nach einem ersten Erwärmen – und eventuell einer Haltezeit –werden die Spulen den Öfen entnommen, nachvergossen und dann wieder aufgeheizt, um auch den neuen Gießharzanteil gelieren und härten zu lassen. Selbstverständlich kann sich auch hier eine gesteuerte Abkühlphase anschließen.
• Erfindungsgemäß können die Einzelöfen auch für das Vorwärmen der Bauteile verwendet werden. So kann der übliche Durchlaufofen für das Vorwärmen entfallen und auch beim Vorwärmen die Flexibilität genutzt und eine Energie- und Kosteneinsparung durch Teilausnutzung der Öfen erreicht werden.
• In einer bevorzugten Ausführung ist an den Einzelöfen ein Erkennungssystem vorgesehen, welches automatisch erkennt, welche Behandlung oder Temperaturführung die gerade eingebrachten Bauteile erfordern. An den Bauteilen selbst oder an ihren Paletten können Strichcodes oder andere Identifizierungsmittel angebracht sein, die der Ofensteuerung angeben, welche Temperaturverläufe gefahren werden sollen. Dies führt zu einer automatisch richtig eingestellten, dem Bauteil individuell angepassten Behandlung. Fehlbedienungen sind damit weitgehend ausgeschlossen.
• In einer bevorzugten Ausführung weist die Fördereinrichtung ein Robotersystem zum Bestücken und Entladen der Einzelöfen auf, vorzugsweise einen Portalroboter. Solche Systeme sind ausgereift und preiswert am Markt erhältlich. Sie sind einfach programmierbar und arbeiten zuverlässig.
• In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist im Bereich der Öfen ein Platz vorgesehen, an dem eine Plasmakammer zum Behandeln der Bauteile installiert ist. Einige Hersteller von Zündspulen behandeln die Bauteile kurz vor dem Verguss in einer separaten Kammer mit einem Plasma. Damit erreicht man eine zusätzliche Reinigung und eine physikalische oder chemische Aktivierung der Oberflächen. Dies führt zu einer besseren Haftung des Gießharzes an den zu umhüllenden Zündspulen.
• Die Vorteile der Erfindung stellen sich wie folgt dar:
  Ein Toleranzfenster in der Gelierzeit von max. 5% ist leicht einhaltbar, im Gegensatz zu einem kontinuierlich arbeitenden Ofen, wo Unterbrechungen die gesamte Batch im Ofen beeinflussen können.
• Die Geliertemperaturtoleranz von < oder = 1°C, gemessen über die gesamte Palette, ist mit Sicherheit einhaltbar.
• Eine gleichmäßige Temperaturverteilung im Ofen, unabhängig vom Beladungszustand (beladen oder teilbeladen), ist sehr einfach zu realisieren.
• Alle Gießlinge erhalten in ihrem Einzelofen ein exaktes Temperaturprofil über die gesamte Gelier-, Härte- und/oder Abkühlzeit, im Gegensatz zu einem kontinuierlichen Ofen, wo dies aufgrund der Baugröße nicht erreichbar ist.
• Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung können Bauteile optional auch kontrolliert abgekühlt werden. Ein kontrolliertes Abkühlen ist für manche Bauteile sehr wichtig. Mit den erfindungsgemäßen Einzelöfen kann für jedes Bauteil ein kontrolliertes Abkühlprofil gefahren werden. Dadurch können zu große Temperatursprünge vermieden werden, die ansonsten zu Rissbildungen im Bauteil führen könnten.
• Innerhalb des Temperatursprungs von einer Temperaturzone zur nächsten kann mit einer gezielten elektronisch gesteuerten Rampe gefahren werden. Hierbei können beliebige Temperaturrampen exakt eingehalten werden. Dies kann bei sehr kritischen Gießlingen von entscheidender Wichtigkeit für die Imprägnierung beziehungsweise Stressbildung im Teil sein. Der Temperaturanstieg beziehungsweise -abfall des Ofens kann so eingestellt werden, dass immer eine minimale Temperaturdifferenz zwischen Ofen und Bauteil und/oder im Bauteil selbst erreicht wird.
• Die Gelier- und/oder Aushärte- und/oder Abkühlzeiten sind beliebig einstellbar und werden exakt auf die Sekunde gehalten.
• Die Gelier- und/oder Aushärte- und/oder Abkühltemperatur für die oben genannten Zeiten sind beliebig einstellbar und können produktbedingt in einem Einzelofen angepasst werden.
• Für den Prozess ist nur eine Kennung der Palette beziehungsweise der Bauteile erforderlich, so dass der Ofen automatisch eingestellt wird und so das entsprechende Temperaturprofil fährt. Dies ergibt eine wesentliche Erweiterung der Flexibilität hinsichtlich unterschiedlicher Produkte auf der Anlage.
• Wenn Probleme auftreten bei der Gelierung/Härtung/Abkühlung der Charge in Einzelöfen, so sind nur eine oder wenige Palette/n verloren, und nicht wie im anderen Konzept möglicherweise die gesamte Ofencharge.
• Das Konzept kommt der kleinsten, wirtschaftlich sinnvollen Einheit nahe, d.h. bei einer geringeren Produktionsleistung, die evtl. bei geringeren Stückzahlen sinnvoll zu produzieren wäre, muss auch nur ein Teil dieser Anlage arbeiten. Der Energieverbrauch wird entsprechend reduziert.
• Ein solches Konzept kommt auch der Forderung nach, dass ein Gelier-, Aushärte- und/oder Abkühlprozess exakt gefahren und nicht unterbrochen werden sollte.
• Darüber hinaus müssen die Einzelöfen erst kurz vor der wirklichen Benutzung eingeschaltet werden. Daraus resultiert eine erhebliche Energie- und Kosteneinsparung. Das Einschalten erfolgt somit immer abhängig von der Auslastung. Bei geringerer Auslastung werden weniger Öfen benötigt, so dass auch hier eine zusätzliche Einsparung von Energie und Kosten erfolgen kann.
• Das gesamte System kann in sehr einfacher Weise modular erweitert werden, indem weitere Öfen in entsprechender Anzahl hinzugefügt werden. Dies kann sich zum Beispiel dann empfehlen, wenn sich die Prozessparameter hinsichtlich längerer Taktzeiten geändert haben oder wenn eine Kapazitätserhöhung der Gesamtanlage angestrebt wird.
• Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
• Es zeigen:
• 1 eine Vorrichtung zum automatischen Vergießen von Gießharzteilen nach dem Stand der Technik,
• 2 eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Gießen, Gelieren, Härten und/oder Abkühlen von Gießteilen in schematischer Darstellung und
• 3 eine zweite Ausführungsform, ebenfalls schematisch dargestellt.
• 2 zeigt die aus der 1 bekannten Einheiten Gießharzaufbereitung 2, Gießstation 4, Vorwärmeofen 6, Fördersystem 14, Be- und Entladestation 16 und die Plasmakammer 18. Von der bekannten Vorrichtung verschieden sind unter anderem die bevorzugt schließbaren Einzelöfen 20, die den Durchlauf-Aushärteofen 8 der 1 ersetzen. Gezeigt ist außerdem das Palettenlager 22.
• Das Fördersystem 14 führt die Paletten mit den zu behandelnden Bauteilen praktisch im Kreis, und zwar von der Be- und Entladestation 16 über den Vorwärmeofen 6 zur Gießstation 4 und von dort zu den Einzelöfen 20, wo die Bauteile entsprechend den Vorgaben bestimmte Zeiten auf vorgeschriebenen Temperaturen gehalten werden. Nach Entnahme aus den Öfen 20 bringt das Fördersystem 14 die fertigen Bauteile wieder zur Be- und Entladestation 16.
• 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anlage, bei der das Fördersystem 14 keinen Kreislauf, sondern eine Hin- und Herbewegung ausführt. Ein Roboter 24 fährt in einer Gasse zwischen zwei Reihen von Einzelöfen 20 hin und her und belädt oder entlädt diese mit den die Bauteile tragenden Paletten. Gezeigt ist außerdem eine Nachgießstation 26, in der eventueller Schwund der Gießmasse ausgeglichen werden kann.

2

Gießharzaufbereitung

4

Gießstation

6

Vorwärmeofen

8

Aushärteofen

10

Gelierzone

12

Aushärtezone

14

Fördersystem

16

Be- und Entladestation

18

Plasmakammer

20

Einzelofen

22

Palettenlager

24

Roboter

26

Nachgießstation

Claims (10)

1. Verfahren zum kontrollierten Gelieren und/oder Aushärten und/oder Abkühlen von Bauteilen, insbesondere von vergossenen Gießharzteilen, wie beispielsweise Zündspulen, wobei die auf Paletten angeordneten Bauteile vergossen und nachfolgend einem Ofen zum Gelieren, Aushärten und/oder Abkühlen zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Paletten mit den vergossenen Bauteilen mittels einer Fördereinrichtung (14) separat und unabhängig voneinander Einzelöfen (20) zugeführt werden, welche über eine separate Temperatursteuerung verfügen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeiten und/oder Temperaturen und/oder Temperaturverläufe für das Gelieren, Aushärten und/oder Abkühlen in den Einzelöfen (20) unabhängig voneinander einstellbar beziehungsweise variierbar sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich Einzelöfen (20) mit unterschiedlichen Temperaturverläufen in der gleichen Gießanlage befinden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gelier-, Härte- und/oder Abkühlprozess in einem oder mehreren der Einzelöfen (20) zu einem bestimmten Zeitpunkt unterbrochen wird, dass die Bauteile entnommen, nachvergossen und wieder in die Öfen (20) eingesetzt werden und der Prozess dann fortgesetzt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelöfen (20) auch für das Vorwärmen verwendet werden.
6. Vorrichtung zum kontrollierten Gelieren, Aushärten und/oder gegebenenfalls Abkühlen von Bauteilen, insbesondere von vergossenen Gießharzteilen, wie beispielsweise Zündspulen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer Gießstation (4) zum Vergießen der Gießlinge mittels Gießharz mehrere Einzelöfen (20) zum Gelieren, Aushärten und/oder Abkühlen der Gießharzmasse zugeordnet sind, wobei ein Fördersystem (14) vorgesehen ist, mittels welchem die die Bauteile tragenden Paletten, vorzugsweise einzeln, den jeweiligen Einzelöfen (20) zuführbar sind, und dass jeder Einzelofen (20) eine separate Temperatursteuerung aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Einzelofen (20) eine Steuerung für die Zeiten, Temperaturen und/oder Temperaturverläufe für das Gelieren, Aushärten und/oder Abkühlen aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage ein Erkennungssystem für die Paletten beziehungsweise deren Bauteile mit den jeweils erforderlichen Temperaturprofilen, Zeiten und/oder Temperaturen aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch ein Robotersystem (Roboter 24), bevorzugt einen Portalroboter, zum Bestücken oder Entladen.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch eine, vorzugsweise in das Ofensystem integrierte, Plasmakammer (18).