DE102006008622A1 - Trennvorrichtung zum Ablängen von Kunststoffprofilen - Google Patents
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Abstract
Eine
Trennvorrichtung (1) zum Ablängen
von Kunststoffprofilen hat einen Arbeitstisch (2), über den
das Kunststoffprofil geführt
ist. Ein metallisches Trennmesser (5) ist relativ zum Arbeitstisch
(2) angetrieben. Zum Beheizen des Trennmessers (5) dient eine Heizeinrichtung
(14). Für
diese ist eine Energiequelle (18) vorgesehen. Die Heizeinrichtung
(14) hat eine vom Trennmesser (5) beabstandete, induktive Heiz-Induktionsspule
(15). Die Energiequelle (18) hat eine elektrische Versorgungseinheit
zur Spannungsversorgung der Induktionsspule (15). Bei einer Trennvorrichtung
(1), die nicht unbedingt ein Trennmesser (5) aus Metall und bei
der zum Beheizen nicht unbedingt eine Heiz-Induktionsspule vorgesehen
sein muss, hat einen Temperatursensor (27) zur Erfassung der Temperatur
des Trennmessers (5). Es ergibt sich jeweils eine Trennvorrichtung
mit erhöhter
Schneidleistung.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Trennvorrichtung zum Ablängen von Kunststoffprofilen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Trennvorrichtung zum Ablängen von Kunststoffprofilen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
- Derartige Trennvorrichtungen sind durch offenkundige Vorbenutzung bekannt. Die Schneidleistung der bekannten Trennvorrichtungen ist für anspruchsvolle Anwendungen zu niedrig.
- Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Trennvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass eine erhöhte Schneidleistung resultiert.
- Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Trennvorrichtung mit den im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.
- Bei den bekannten Trennvorrichtungen erfolgte eine Messerbeheizung durch Strahlung bzw. Konvektion. Erfindungsgemäß wird hingegen über Induktion beheizt. Hierfür ist also kein Wärmeübertragungsmedium notwendig, wie dies bei der Konvektionsheizung der Fall ist. Die elektrische Energie wird dem Trennmesser durch ein Magnetfeld übertragen. Der durch die Induktionsspule fließende Wechselstrom erzeugt ein magnetisches Wechselfeld, welches im Messer einen bestimmten Strom zur Folge hat. Die über die Induktionsspule zugeführte elektrische Energie wird daher zunächst in magnetische Energie und diese dann im Messer als Wärme umgewandelt. Aufgrund des Skineffekts ist die Stromdichte an der Messeroberfläche, also dort, wo die Beheizung des Messers erwünscht ist, am größten. Es wird also insbesondere auch eine von der Induktionsspule abgewandte Messerrückseite beheizt, was zum Erzeugen eines sauberen Schnitts wesentlich sein kann. Im Inneren des Trennmessers erfolgt hingegen, da hier praktisch kein Strom mehr fließt, keine induktive Erwärmung.
- Induktiv wird also die Wärme dort erzeugt, wo sie zum Schneiden benötigt wird. Ein so optimiert beheiztes Messer führt zu einer Trennvorrichtung mit erhöhter Schneidleistung. Die Messertemperatur wird dabei durch die Heizeinrichtung auf der optimalen Schneidtemperatur gehalten. Letztere liegt je nach zu schneidendem Kunststoffmaterial zwischen 120 und 200 °C. Die optimale Schneidtemperatur kann mit der Heizeinrichtung innerhalb eines Toleranzbereichs von +/- 5 °C, bevorzugt von +/- 3 °C, gehalten werden.
- Eine Heizeinrichtung nach Anspruch 2 lässt sich einfach aufbauen, da insbesondere keine Vorkehrungen für eine bewegliche Versorgung der Heizeinrichtung getroffen werden müssen. Alternativ kann die Heiz-Induktionsspule zum Arbeitstisch auch angetrieben verlagerbar sein, falls dies, zum Beispiel zur Vermeidung einer Kollision zwischen der Induktionsspule und dem Trennmesser, erforderlich sein sollte.
- Eine Verstelleinrichtung nach Anspruch 3 ermöglicht eine optimale Ausrichtung der Induktionsspule zum zu beheizenden Trennmesser. Letzteres wird also genau dort beheizt, wo dies zum optimalen Schneiden erforderlich ist.
- Eine Induktionsspule nach Anspruch 4 gewährleistet eine energieeffiziente Messerheizung.
- Eine Heizungssteuerung nach Anspruch 5 ermöglicht eine Anpassung der Induktionsheizung an sich ändernde Betriebsbedingungen der Trennvorrichtung, z. B. an wechselnde Trennmesser oder an verschiedene abzulängende Kunststoffmaterialien bzw. Profilgeometrien.
- Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Trennvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6 derart weiterzubilden, dass eine erhöhte Schneidleistung resultiert.
- Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Trennvorrichtung mit den im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 6 angegebenen Merkmalen.
- Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass es in vielen Fällen nicht ausreicht, die Heizeinrichtung alleine aufgrund von Erfahrungswerten anzusteuern. Der Temperatursensor ermöglicht eine objektive Kontrolle des Betriebs der Trennvorrichtung. Abweichungen der Messertemperatur von Vorgabewerten können auf diese Weise erfasst und gegebenenfalls korrigiert werden.
- Bei einer Trennvorrichtung nach Anspruch 7 ist eine Kalibrierung und auch eine Überwachung der Energiequelle auf Basis der Messwerte des Temperatursensors gewährleistet.
- Eine Trennvorrichtung nach Anspruch 8 ermöglicht eine automatisierte Kalibrierung bzw. Überwachung der Energiequelle und damit der Messerheizung auf Grundlage der vom Temperatursensor erfassten Temperaturdaten.
- Eine Anordnung des Temperatursensors nach Anspruch 9 gewährleistet eine unverfälschte Temperaturmessung.
- Eine Anordnung des Temperatursensors nach Anspruch 10 verhindert eine Verfälschung des Messergebnisses durch eine Belagbildung auf dem Messer aufgrund des Schneidvorgangs.
- Ein Infrarot-Detektor nach Anspruch 11 gewährleistet eine berührungslose Temperaturmessung. Der Infrarot-Detektor kann insbesondere auch als Wärmebildkamera ausgeführt sein, und so auch Informationen zur räumlichen Temperaturverteilung auf dem Trennmesser liefern.
- Ein alternativer Temperatursensor nach Anspruch 12 lässt sich kostengünstig realisieren.
- Ein Temperatursensor nach Anspruch 13 erlaubt eine feine Überwachung des thermischen Verhaltens des Trennmessers. Entsprechende zeitlich aufgelöste Messergebnisse können für eine entsprechende zeitliche Heizungssteuerung herangezogen werden. So ist es z. B. möglich, die Ansteuerung der Heizeinrichtung über die Heizungssteuerung synchronisiert zum Trennzyklus durchzuführen. Alternativ zur Erfassung der Trennmessertemperatur mehrmals während eines Trennzyklus ist auch ein kontinuierliches Messen der Temperatur durch den Temperatursensor möglich.
- Eine bereichsweise Temperaturerfassung nach Anspruch 14 liefert weitere Detailinformationen zum thermischen Verhalten des Messers. Auf Grundlage dieser Informationen kann das Trennmesser z. B. hinsichtlich seiner Form oder Stärke optimiert werden. Zudem ist es möglich, auf Basis der räumlichen Informationen eine entsprechende, räumlich selektive Beheizung des Messers vorzunehmen.
- Die räumlich selektive Erfassung kann durch mehrere Einzeldetektoren oder, bei flächiger Erfassung, durch mehrere Erfassungsbereiche realisiert werden.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
-
1 eine benachbart zu einer Messerebene geschnittene Seitenansicht einer Trennvorrichtung zum Ablängen von Kunststoffprofilen, wobei die Zeichenebene parallel zu einer Messebene der Trennvorrichtung liegt; -
2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht gemäß Sichtlinie II in1 . - Eine insgesamt mit 1 bezeichnete Trennvorrichtung dient zum Ablängen von Endlos-Kunststoffprofilen, die insbesondere durch Extrusion erzeugt wurden. Die abzulängenden Kunststoffprofile werden auf einem Arbeitstisch
2 längs einer Förderrichtung2a (vgl.2 ) gefördert. Zur Führung der abzulängenden bzw. abgelängten Kunststoffprofile dienen Führungsschienen vor und nach einer Trennstation3 der Trennvorrichtung1 , von denen stellvertretend die Führungsschiene4 (vgl.2 ) dargestellt ist. - Die Trennstation
3 ist nach Art einer Guillotine aufgebaut. Ein metallisches Trennmesser5 mit gegenüber einer Tischebene6 des Arbeitstisches2 schräg verlaufender Schneidkante7 ist zwischen Messerspanner8 ,9 eingespannt. Die Messerspanner8 ,9 sind über Befestigungsschrauben an einem Messerhalter10 festgelegt. Der Messehalter10 ist, geführt an zwei Führungsstangen11 ,12 , nach Art einer Guillotine zwischen einer in der Zeichnung dargestellten Ruheposition und einer dieser gegenüber nach unten verlagerten Trennposition angetrieben verlagerbar. - Beim Betrieb der Trennvorrichtung
1 wird das metallische Trennmesser5 im Bereich einer Schnittfläche13 , also zwischen den beiden Messerspannern8 ,9 , beheizt. Hierzu dient eine insgesamt mit14 bezeichnete Heizeinrichtung. Letztere umfasst eine Induktionsspule15 , die der Schnittfläche13 benachbart, diese aber nicht berührend, angeordnet ist. Die Induktionsspule15 hat einen Stromversorgungsanschluss16 zum Anschluss an eine elektrische Versorgungseinheit18 und einen Steuerungsanschluss17 zum Anschluss an eine schematisch dargestellte Heizungssteuerung19 . - Über Befestigungsschrauben ist die Induktionsspule
15 an einem Haltewinkel20 angebracht. Zwischen dem Haltewinkel20 und der Induktionsspule15 ist eine Isolierplatte21 zur Wärmeisolation der Induktionsspule15 angeordnet. Der Haltewinkel20 ist mit einer horizontal verlaufenden Führungsstange22 verschraubt. Letztere ist Teil einer Verstelleinrichtung23 zur Verstellung der Induktionsspule15 relativ zum Arbeitstisch2 . Zur Ermöglichung weiterer Verstell-Freiheitsgrade ist die Führungsstange22 an einem Grundkörper24 der Heizeinrichtung14 festgelegt, welcher wiederum gegenüber dem Arbeitstisch2 über Führungsschienen25 verstellbar ist. Mit der Verstelleinrichtung23 kann die Induktionsspule15 in ihrer räumlichen Position relativ zum Trennmesser5 so einjustiert werden, dass ein gewünschter Abschnitt der Schnittfläche13 durch die Induktionsspule15 beheizt werden kann. In der so einjustierten Betriebsposition der Induktionsspule15 ist Letztere fest zum Arbeitstisch2 angeordnet, macht also die Verlagerung des Trennmessers5 zwischen der Ruheposition und der Trennposition nicht mit. Das Beheizen der Schnittfläche13 über die Induktionsspule15 erfolgt in der Ruheposition des Trennmessers5 . - Die Induktionsspule
15 hat eine Wärmübertragungsfläche26 , deren Geometrie an die Geometrie der zu beizenden Schnittfläche13 , also an die Geometrie des Trennmessers5 , angepasst ist. Benachbart zum Trennmesser5 hat die Wärmeübertragungsfläche26 also eine der Schnittfläche13 entsprechende Geometrie. - Zur Erfassung der Temperatur des Trennmessers
5 dient ein Temperatursensor27 . Letzterer ist als berührungslos messender Infrarot-Detektor ausgebildet. Der Temperatursensor27 ist einem Abschnitt der Schnittfläche13 benachbart angeordnet, welcher beim Schneiden nicht mit dem abzulängenden Kunststoffprofil in Kontakt kommt. Derartige Abschnitte der Schnittfläche13 liegen insbesondere benachbart zu den Messerspannern8 ,9 vor. Über einen Sensorhalter28 ist der Temperatursensor27 am Messerhalter10 festgelegt. Der Temperatursensor27 ist also messerfest angeordnet. Über eine nicht dargestellte Signalverbindung steht der Temperatursensor mit der Heizungssteuerung19 in Signalverbindung. Letztere steht mit der elektrischen Versorgungseinheit18 in ebenfalls nicht dargestellter Weise in Signalverbindung. Der Temperatursensor steht also mit der, eine Energiequelle für die Induktionsspule15 darstellenden, elektrischen Versorgungseinheit18 zumindest zeitweilig in Signalverbindung. - Bei einer nicht dargestellten Variante ist der Temperatursensor als Kontaktsensor ausgebildet. In diesem Falle ist der Temperatursensor in einer Aufnahme des Trennmessers
5 oder in einer Aufnahme einer Komponente, die mit dem Trennmesser5 in gutem Wärmekontakt steht, angeordnet. Bei einer derartigen Komponente kann es sich beispielsweise um einen der Messerspanner8 ,9 oder um einen dem Trennmesser5 benachbarten Abschnitt des Messerhalters10 handeln. - Die Trennvorrichtung
1 wird folgendermaßen auf ihren Betrieb vorbereitet und dann betrieben: Zunächst erfolgt mit Hilfe des Temperatursensors27 eine Kalibrierung der Beheizung des Trennmessers5 durch die Induktionsspule15 . Ziel dieser Kalibrierung ist es, über einen Trennzyklus der Trennvorrichtung1 , also über den Zeitraum vom Beginn eines Trennschnitts bis zum Beginn, nach einem entsprechenden Vorschub des abzulängenden Kunststoffprofils, des nächsten Trennschnitts, einen vorgegebenen zeitlichen und gegebenenfalls auch räumlichen Verlauf der Messertemperatur im Bereich der Schnittfläche13 einzuhalten. Die Messertemperatur wird auf +/- 5 °C, bevorzugt auf +/- 3 °C, genau auf einer Temperatur zwischen 120 und 200 °C gehalten. Beim Schneiden soll dabei die Schnittfläche13 eine vorgegebene Schneidtemperatur innerhalb dieses Toleranzbereichs einhalten. Zur Kalibrierung erfolgt zunächst die Versorgung der Induktionsspule15 , gesteuert über die Heizungssteuerung19 , durch die elektrische Versorgungseinheit18 anhand eines Erfahrungswertes. Anschließend werden in einem Testlauf der Trennvorrichtung1 mehrere Trennzyklen durchlaufen und es wird der zeitliche Verlauf der Temperatur des Trennmessers5 , gemessen mit Hilfe des Temperatursensors27 , aufgezeichnet. Anhand der Abweichung des gemessenen zeitlichen Temperaturverlaufes von einem Soll-Temperaturverlauf erfolgt nun eine Korrektur der Vorgabewerte für die elektrische Versorgungseinheit18 durch die Heizungssteuerung19 . Dieser Testlauf-Betrieb wird solange wiederholt, bis, in einem iterativen Prozess, der gemessene zeitliche Temperaturverlauf sich ausreichend an den Soll-Temperaturverlauf angenähert hat. Anschließend ist die Trennvorrichtung1 betriebsbereit. Das Trennmesser5 hat dann zum Ablängen des Kunststoffprofils während aufeinander folgender Trennzyklen stets die optimale Temperatur. Während der Trennzyklen wird das Endlos-Kunststoffprofil längs der Förderrichtung2a mit Hilfe eines nicht dargestellten Förderantriebs vorgeschoben. Eine typische Vorschubgeschwindigkeit liegt bei 15 m/min. Während der Durchführung des Trennschnittes wird die Trennstation3 synchron mit diesem Profilvorschub in der Förderrichtung2a mitgefördert. Bei dem angegebenen Profilvorschub können zum Beispiel zwei bis fünf Trennschnitte mit der Trennvorrichtung1 durchgeführt werden. - Die Heizstation
14 wird nicht mit dem Vorschub mitbewegt, sondern bleibt ortsfest. Pro Trennzyklus wird das Trennmesser5 mindestens 5 s, bevorzugt 10 s, beheizt, sodass die erforderliche Temperaturkonstanz gewährleistet ist. Beim synchronisierten Vorschieben entfernt sich das Trennmesser5 von der Induktionsspule15 in der Förderrichtung2a . Ab dem Lösen des Trennmessers5 von der Induktionsspule15 bis zum eigentlichen Trennschnitt vergehen typisch 2 bis 3 s, sodass kein nennenswerter Temperaturabfall des Trennmessers5 stattfindet. - Es kann insbesondere eine zeitlich auf den Trennzyklus hin synchronisierte Ansteuerung der elektrischen Versorgungseinheit
18 durch die Heizungssteuerung19 anhand entsprechender Vorgabewerte als Ergebnis der Kalibrierung erfolgen. - Während des Betriebs der Trennvorrichtung
1 kann stichprobenweise die Temperatur der Schnittfläche13 mit Hilfe des Temperatursensors27 während ausgewählter Trennzyklen überwacht werden. Auf diese Weise können Drifteffekte, z. B. durch eine Kunststoffbelagbildung auf der Schnittfläche13 , erkannt und durch entsprechende Signale an die Heizungssteuerung19 auskorrigiert werden. Derartige Drifteffekte durch Kunststoffbelagbildung können, wie Messungen der Anmelderin gezeigt haben, zu einem unerwünschten Abfall der Ist-Messertemperatur bis zu 30 °C führen. - Zur Erfassung des zeitlichen Temperaturverlaufes während eines Trennzyklus kann der Temperatursensor
27 die Trennmessertemperatur mehrmals während des Trennzyklus erfassen. Alternativ ist es möglich, die Trennmessertemperatur kontinuierlich zu messen. - Der Temperatursensor kann bei einer nicht dargestellten Variante so ausgebildet sein, dass er die Trennmessertemperatur in mehreren Trennmesserbereichen separat erfasst. Hierzu kann der Temperatursensor mehrere, räumlich verteilte Einzeldetektoren oder, bei einer flächigen Erfassung, mehrere Erfassungsbereiche aufweisen. Bei der letzten Variante kann der Temperatursensor z. B. als Wärmebildkamera mit einem zweidimensionalen Erfassungsbereich gestaltet sein, bei der verschiedene Erfassungsbereiche getrennt ausgewertet werden.
- Durch die somit erfolgende, räumlich selektive Trennmessertemperaturerfassung lassen sich exakte Rückschlüsse auf die Temperaturverteilung im Trennmesser z. B. während des Schnitts ziehen.
- Aufgrund der so gewonnen Informationen kann beispielsweise eine Anpassung der Form der Wärmeübertragungsfläche
26 der Induktionsspule15 erfolgen. Alternativ ist eine selektive räumliche Anpassung der Wärmeübertragung durch eine entsprechende Unterteilung der Induktionsspule in verschiedene, separat angesteuerte Einzelspulen möglich. - Durch die exakte Vorgabe der Messertemperatur mit Hilfe der Trennvorrichtung
1 wird ein optimierter Trennschnitt erzeugt. Insbesondere erfolgt beim Trennen keine unerwünschte plastische Verformung des Kunststoffprofils im Bereich der Trennebene, wie dies bei einer zu geringen Messertemperatur der Fall sein kann. Auch eine übermäßige Belagbildung auf dem Trennmesser wird vermieden, wie dies bei einer zu hohen Messertemperatur der Fall sein kann.
Claims (14)
- Trennvorrichtung (
1 ) zum Ablängen von Kunststoffprofilen – mit einem Arbeitstisch (2 ), über den das Kunststoffprofil geführt ist, – mit einem relativ zum Arbeitstisch (2 ) angetriebenen, metallischen Trennmesser (5 ), – mit einer Heizeinrichtung (14 ) zum Beheizen des Trennmessers (5 ), – mit einer Energiequelle (18 ) für die Heizeinrichtung (14 ), dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (14 ) aufweist: – eine vom Trennmesser (5 ) beabstandete, induktive Heiz-Induktionsspule (15 ), – wobei die Energiequelle (18 ) eine elektrische Versorgungseinheit zur Spannungsversorgung der Induktionsspule (15 ) aufweist. - Trennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heiz-Induktionsspule (
15 ) arbeitstischfest angeordnet ist. - Trennvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Verstelleinrichtung (
23 ) zur Vorgabe einer Relativposition der Heiz-Induktionsspule (15 ) zum Trennmesser (5 ). - Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Heiz-Induktionsspule (
15 ) eine Wärmeübertragungsfläche (26 ) aufweist, deren Geometrie an die Geometrie des Trennmessers (5 ) angepasst ist. - Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (
14 ) eine Heizungssteuerung (19 ) umfasst, die mit der elektrischen Versorgungseinheit (18 ) in Signalverbindung steht. - Trennvorrichtung (
1 ) zum Ablängen von Kunststoffprofilen – mit einem angetriebenen Trennmesser (5 ), – mit einer Heizeinrichtung (14 ) zum Beheizen des Trennmessers (5 ), – mit einer Energiequelle (18 ) für die Heizeinrichtung (14 ), gekennzeichnet durch einen Temperatursensor (27 ) zur Erfassung der Temperatur des Trennmessers (5 ). - Trennvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (
27 ) mit der Energiequelle (18 ) zumindest zeitweilig in Signalverbindung steht. - Trennvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (
27 ) mit einer Heizungssteuerung (19 ) in Signalverbindung steht. - Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (
27 ) messerfest angeordnet ist. - Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (
27 ) so angeordnet ist, dass er die Trennmessertemperatur dort misst, wo das Trennmesser (5 ) beim Schneiden nicht mit dem Kunststoffprofil in Kontakt kommt. - Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (
27 ) als Infrarot-Detektor ausgebildet ist, der dem Trennmesser (5 ) benachbart angeordnet ist. - Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (
27 ) als Kontaktsensor ausgebildet ist, der in einer Aufnahme des Trennmessers (5 ) oder einer mit dem Trennmesser (5 ) in gutem Wärmekontakt stehenden Komponente (8 ,9 ,10 ) angeordnet ist. - Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (
27 ) so ausgebildet ist, dass er die Trennmessertemperatur mehrmals während eines Trennzyklus erfasst. - Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (
27 ) so ausgebildet ist, dass er die Trennmessertemperatur in mehreren Trennmesserbereichen separat erfasst.
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