DE102010012456A1 - Mold part e.g. plate, manufacturing plant for e.g. packaging, has material-deforming tool attached to cooling circuit, and part of waste heat exhausting over heat carrier mediums of dissipated heat for cooling tool and mold part - Google Patents

Mold part e.g. plate, manufacturing plant for e.g. packaging, has material-deforming tool attached to cooling circuit, and part of waste heat exhausting over heat carrier mediums of dissipated heat for cooling tool and mold part Download PDF

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Abstract

The plant has a material-deforming tool (5) attached to a cooling circuit, where the material-deforming tool and a mold part (1) e.g. film, are cooled. A thermal compressor in form of an adsorption refrigerating machine (14) is provided at an output of a cooling circuit. The compressor is attached at an input side of a heat exchanger circuit (11) that is arranged in a region of a warming up station (4). A part of waste heat exhausts over heat carrier mediums of dissipated heat through the warming up station for cooling the material-deforming tool and the mold part.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Herstellung von Formteilen aus Halbzeugen in Form von Folien oder Platten aus Kunststoff, bestehend aus einer Aufwärmstation zur Erwärmung des Halbzeugs auf Erweichungstemperatur des Kunststoffs und einem Umformwerkzeug zur Umformung des erwärmten Halbzeugs zu einem Formteil, wobei die Halbzeuge mittels Transportmitteln entlang der Anlage transportierbar sind, und wobei das Umformwerkzeug an einen Kühlkreislauf angeschlossen ist, mittels dessen das Umformwerkzeug und das Formteil gekühlt wird.The invention relates to a plant for the production of molded parts from semi-finished products in the form of films or sheets of plastic, consisting of a warm-up for heating the semifinished product to softening temperature of the plastic and a forming tool for forming the heated semi-finished product into a molded part, wherein the semifinished products by means of transport along the plant are transportable, and wherein the forming tool is connected to a cooling circuit, by means of which the forming tool and the molding is cooled.

Derartige Anlagen sind im Stand der Technik bekannt. So genannte Thermoformmaschinen stellen aus Kunststoffhalbzeugen in Form von Folien oder Platten dreidimensionale Formteile her, beispielsweise Verpackungen, Schalen und dergleichen. Hierbei wird die Folie oder Platte einer Aufwärmstation zugeführt, in welcher diese auf die Erweichungstemperatur des Kunststoffes mittels Wärmestrahlern aufgewärmt und nachfolgend in einem Umformwerkzeug dreidimensional verformt wird. Dabei wird das Werkzeug gekühlt, um das Formteil stabilisiert entnehmen zu können.Such systems are known in the art. So-called thermoforming machines produce plastic semi-finished products in the form of films or plates three-dimensional molded parts, such as packaging, trays and the like. Here, the film or plate is fed to a warm-up, in which it is heated to the softening temperature of the plastic by means of heat radiators and subsequently deformed three-dimensionally in a forming tool. The tool is cooled in order to remove the molded part stabilized.

Bei der Erwärmung der Folie beziehungsweise Platte durch die Heizstrahler nimmt das Kunststoffmaterial nur ca. 30% der von den Strahlern abgegebenen Leistung auf. Etwa 70% der Wärmeleistung wird als Verlustwärme an die Umgebung abgegeben.When the film or plate is heated by the radiant heaters, the plastic material absorbs only about 30% of the power output by the radiators. About 70% of the heat output is released as heat loss to the environment.

Nach dem Verformungsprozess im Umformwerkzeug wird die durch die Strahler in das Formteil eingebrachte Wärmeenergie durch das gekühlte Werkzeug wieder entzogen, um eine entsprechende Formteilstabilisierung zu erreichen. Für die Kühlung des Werkzeuges wird regelmäßig kaltes Wasser mittels einer Kältemaschine erzeugt, die elektrisch angetrieben ist.After the deformation process in the forming tool, the heat energy introduced by the radiator into the molded part is removed again by the cooled tool in order to achieve a corresponding stabilization of the molded part. For the cooling of the tool cold water is regularly generated by means of a chiller, which is electrically driven.

Folglich wird die Wärmeenergie, welche in die Folie oder Platte eingebracht wird, in gleichem Maße durch Erzeugung von Kälteleistung durch das Werkzeug als Wärmetauscher entzogen. Die Erzeugung der Kälteleistung erfolgt in der Regel durch eine elektrisch angetriebene Kompressor-Kältemaschine.Consequently, the heat energy which is introduced into the film or plate, extracted to the same extent by generating cooling capacity by the tool as a heat exchanger. The generation of the cooling power is usually carried out by an electrically driven compressor chiller.

Der Energieverbrauch bei solchen Anlagen ist erheblich, wobei die zur Erwärmung der Folie oder Platte aus Kunststoff benötigte Wärme verloren geht und zusätzliche Energie für die elektrisch angetriebene Kompressore-Kältemaschine eingesetzt werden muss.The energy consumption in such systems is significant, with the heat required to heat the plastic sheet or plate is lost and additional energy for the electrically driven compressor chiller must be used.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anlage gattungsgemäßer Art zu schaffen, die mit erheblich besserer Energiebilanz betrieben werden kann.Based on this prior art, the present invention seeks to provide a system of the generic type, which can be operated with significantly better energy balance.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, dass ein thermischer Kompressor in Form einer Adsorptions-Kältemaschine ausgangsseitig in den Kühlkreislauf integriert ist, die eingangsseitig an einen Kreislauf eines Wärmetauschers angeschlossen ist, der im Bereich der Aufwärmstation angeordnet ist und mindestens einen Teil von deren Abwärme abführt, so dass mindestens ein Teil der über das Wärmeträgermedium der Aufwärmstation entzogenen Verlustwärme zur Kühlung des Umformwerkzeuges und des Formteils dient.To solve this problem, the invention proposes that a thermal compressor in the form of an adsorption chiller is integrated on the output side into the cooling circuit, which is connected on the input side to a circuit of a heat exchanger, which is arranged in the heating station and at least a part of their waste heat dissipates, so that at least a portion of the extracted via the heat transfer medium of the warm-up station heat loss for cooling the forming tool and the molding is used.

Gemäß der Erfindung wird die Wärme, die im Bereich der Aufwärmstation durch die entsprechenden Strahler erzeugt wird, teils dazu benutzt, die Folien oder Platten auf Erweichungstemperatur des Kunststoffes zu erwärmen. Der Rest der eingesetzten Wärmeenergie wird über den Wärmetauscher, der vorzugsweise als Luftwärmetauscher ausgebildet ist, aufgenommen und der Adsorptions-Kältemaschine eingangsseitig zugeführt. Als Wärmeträgermedium wird dabei regelmäßig Wasser eingesetzt. Die Energie, die der Adsorptions-Kältemaschine über den Wärmetauscher zur Verfügung gestellt wird, wird in der Adsorptions-Kältemaschine dazu benutzt, den Kühlkreislauf des Umformwerkzeuges zu betreiben, wobei der Kühlkreislauf ausgangsseitig an die Adsorptions-Kältemaschine angeschlossen ist.According to the invention, the heat generated in the region of the warming station by the corresponding radiators is used partly to heat the foils or sheets to the softening temperature of the plastic. The remainder of the heat energy used is taken up via the heat exchanger, which is preferably designed as an air heat exchanger, and fed to the adsorption chiller on the input side. As the heat transfer medium while water is used regularly. The energy provided to the adsorption refrigerator via the heat exchanger is used in the adsorption refrigerator to operate the refrigerant circuit of the forming tool, the refrigerant circuit being connected to the adsorption refrigerator on the output side.

Die Erfindung beruht also auf der Nutzung der Verlustwärme des Aufheizprozesses zur Erzeugung von Kühlleistung für die Werkzeugkühlung mittels einer Adsorptions-Kältemaschine. Hierbei wird die Verlustwärme direkt über den Adsorptionsprozess in Kühlleistung umgewandelt. Eine zusätzlich elektrisch angetriebene Kältemaschine entfällt vollständig, kann jedoch bei Bedarf zur Deckung von Spitzenleistungen hinzugenommen werden.The invention is thus based on the utilization of the heat loss of the heating process for the generation of cooling power for the tool cooling by means of an adsorption chiller. Here, the heat loss is converted directly into the cooling capacity via the adsorption process. An additional electrically driven chiller deleted completely, but can be added if necessary to cover peak performance.

Bevorzugt kann dabei vorgesehen sein, dass in den Kühlkreislauf eine Pumpe eingeschaltet ist.Preferably, it can be provided that in the cooling circuit, a pump is turned on.

Auch kann vorgesehen sein, dass in den Kreislauf des Wärmetauschers zwischen den Ausgang des Wärmetauschers und den Eingang der Adsorptions-Kältemaschine ein Regelventil geschaltet ist, mittels dessen das Wärmeträgermedium teilweise zu anderen Aggregaten oder Zwecken abzweigbar ist und/oder in einen Pufferspeicher abzweigbar ist.It can also be provided that in the circulation of the heat exchanger between the output of the heat exchanger and the inlet of the adsorption chiller, a control valve is connected, by means of which the heat transfer medium is partially branched off to other units or purposes and / or can be branched off into a buffer memory.

Sofern die Wärme aus dem Wärmetauscher nur teilweise zur Erzeugung von Kälte mittels der Adsorptions-Kältemaschine genutzt werden muss, so kann ein Überschuss an Wärmeträgermedium zu anderen Zwecken abgezweigt werden oder in einen Pufferspeicher überführt werden. Durch das Regelventil ist eine entsprechende Regelung des Stroms des Wärmeträgermediums ermöglicht.If the heat from the heat exchanger only partially to generate cold by means of the adsorption chiller must be used, so an excess of heat transfer medium can be diverted for other purposes or transferred to a buffer memory. By the control valve, a corresponding control of the flow of the heat transfer medium is possible.

Für die entsprechende Kühlung des Umformwerkzeuges reicht eine Temperaturdifferenz von ca. 5°K aus, wobei diese Temperaturdifferenz in einfacher Weise durch die Adsorptions-Kältemaschine erzeugt werden kann. For the corresponding cooling of the forming tool, a temperature difference of about 5 ° K is sufficient, wherein this temperature difference can be generated in a simple manner by the adsorption chiller.

Durch einen entsprechenden als Luftwärmetauscher ausgebildeten Wärmetauscher kann die Verlustwärme der Heizstrahler zu großen Teilen aus der Umgebung aufgenommen werden und zur Erwärmung eines Wasserkreislaufs genutzt werden, welcher auf einem Temperaturniveau zwischen 60°C und 90°C eine thermisch angetriebene Adsorptions-Kältemaschine antreibt. Durch den Adsorptionsprozess wird in der Maschine Kaltwasser erzeugt, welches wiederum den Kühlbedarf des Werkzeuges deckt. Die Erzeugung von Kälteleistung aus Fremdenenergie entfällt vollständig.By a corresponding formed as an air heat exchanger heat exchanger, the heat loss of the radiant heaters can be largely absorbed from the environment and used to heat a water cycle, which drives a thermally driven adsorption chiller at a temperature level between 60 ° C and 90 ° C. The adsorption process produces cold water in the machine, which in turn covers the cooling requirement of the tool. The generation of cooling power from foreign energy is completely eliminated.

Die Verlustwärme aus den Heizstrahlern und dergleichen wird zur Erwärmung eines flüssigen Mediums, beispielsweise Wasser, Kältemittel oder Thermalöl, genutzt, welches den Wärmetauscher durchströmt. Das mittels der Adsorptions-Kältemaschine gekühlte Kühlmittel wird für die Werkzeugkühlung bedarfsgerecht mittels Pumpe und Regelorganen durch die Kühlkanäle des Werkzeuges gefördert. Unter Umständen kann auch im Wärmetauschprozess erwärmtes flüssiges Medium direkt oder indirekt bestimmten Werkzeugzonen zugeführt werden, um diese auf ein höheres Temperaturniveau zu temperieren, sofern dies erforderlich ist. Durch entsprechende Sensorik und Regel- und Steuerungstechnik können die Wärmeströme erfasst und bedarfsgerecht verschiedenen Teilprozessen zur Verfügung gestellt werden.The heat loss from the radiant heaters and the like is used for heating a liquid medium, for example water, refrigerant or thermal oil, which flows through the heat exchanger. The cooled by the adsorption chiller coolant is promoted as needed for the tool cooling by means of pump and control elements through the cooling channels of the tool. Under certain circumstances, even in the heat exchange process heated liquid medium can be supplied directly or indirectly to certain tool zones, in order to temper them to a higher temperature level, if necessary. By appropriate sensors and control technology, the heat flows can be detected and made available to different sub-processes as needed.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im Folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is illustrated in the drawing and described in more detail below.

Es zeigt:It shows:

1 eine erfindungsgemäße Anlage schematisch; 1 a plant according to the invention schematically;

2 eine Anlage gemäß Stand der Technik ebenfalls schematisch gesehen. 2 a plant according to the prior art also seen schematically.

Die herkömmliche Anlage gemäß 2 dient zur Herstellung von Formteilen 1 aus Halbzeugen 2 in Form von Platten oder Folien aus Kunststoff. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Folie 2 aus Kunststoff, die von einer Rolle 3 abgezogen und dem Verarbeitungsprozess zugeführt wird. Zunächst wird dabei das Halbzeug 2 einer Aufwärmstation 4 zugeführt, die mit einer ganzen Anzahl von Heizstrahlern, Infrarotstrahlern oder Gasstrahlern, besetzt ist. Hier wird das Halbzeug auf die Erweichungstemperatur des Kunststoffes erwärmt. Nachfolgend wird dieses Halbzeug 2 in ein Umformwerkzeug 5 transportiert, in welchem es zu Formteilen 1 verformt wird. Nach dem Verformungsprozess im Formwerkzeug 5 wird die durch die Strahler in das Formteil 1 eingebrachte Wärmeenergie durch das gekühlte Werkzeug wieder entzogen. Zur Werkzeugkühlung wird beispielsweise kaltes Wasser mittels einer elektrisch angetriebenen Kältemaschine 6 erzeugt, welches entsprechend den Pfeilen 7, 8 im Kreislauf geführt ist. Die Pfeile 9, 10 geben prinzipiell die Prozesswärme (30%) und die Verlustwärme (70%) an, die in der Aufwärmstation zur Verfügung gestellt wird.The conventional system according to 2 used for the production of molded parts 1 from semi-finished products 2 in the form of plastic sheets or foils. The exemplary embodiment is a film 2 made of plastic, made of a roll 3 withdrawn and fed to the processing process. First, the semifinished product 2 a warm-up station 4 supplied with a number of radiant heaters, infrared radiators or gas radiators, is occupied. Here, the semifinished product is heated to the softening temperature of the plastic. Below is this semi-finished product 2 in a forming tool 5 transported, in which it to moldings 1 is deformed. After the deformation process in the mold 5 is passing through the spotlights in the molding 1 introduced heat energy withdrawn by the cooled tool again. For tool cooling, for example, cold water by means of an electrically driven chiller 6 generated according to the arrows 7 . 8th is circulated. The arrows 9 . 10 give in principle the process heat (30%) and the heat loss (70%), which is provided in the warm-up station.

Um die Energiebilanz zu verbessern ist gemäß der Erfindung bei ähnlichem Ablauf die Anlage mit Besonderheiten versehen, die in 1 gezeigt sind. Bei dieser erfindungsgemäßen Anlage ist oberhalb der Aufwärmstation 4 ein Luftwärmetauscher 11 angeordnet, mittels dessen die durch die Heizstrahler der Aufwärmstation 4 erwärmte Luft aufgefangen wird und an ein über Leitungen in einem Kreislauf transportiertes flüssiges Medium übertragen wird, beispielsweise Wasser. Die entsprechenden Leitungen für den Übertragungsweg sind mit 12 und 13 angegeben. Mit diesem warmen Trägermedium wird eine Adsorptions-Kältemaschine 14 gespeist, die also eingangsseitig an den Kreislauf des Wärmetauschers 11 angeschlossen ist. Ausgangsseitig ist die Adsorptions-Kältemaschine 14 in den Kühlkreislauf 7, 8 des Werkzeuges 5 integriert, so dass also das Kühlmedium, welches vom Werkzeug 5 aufgewärmt wird, die Adsorptions-Kältemaschine 14 durchströmt und gekühlt wird und anschließend gekühlt über die Leitung 7 wieder dem Werkzeug 5 zugeführt wird. Zum Antrieb der Adsorptions-Kältemaschine 14 wird also die Wärmeenergie genutzt, die bisher als Abwärme in der Aufwärmstation 4 ungenutzt in die Umgebung entwich.In order to improve the energy balance is provided according to the invention in a similar process, the system with special features in 1 are shown. In this system according to the invention is above the warm-up 4 an air heat exchanger 11 arranged, by means of which by the radiant heater of the warm-up 4 heated air is collected and transferred to a via lines in a circuit transported liquid medium, such as water. The corresponding lines for the transmission path are with 12 and 13 specified. This warm carrier medium becomes an adsorption chiller 14 fed, so the input side to the circulation of the heat exchanger 11 connected. On the output side is the adsorption chiller 14 in the cooling circuit 7 . 8th of the tool 5 integrated, so that is the cooling medium, which from the tool 5 is warmed up, the adsorption chiller 14 is flowed through and cooled and then cooled over the line 7 again the tool 5 is supplied. To drive the adsorption chiller 14 So the heat energy is used, which was previously as waste heat in the warm-up 4 escaped into the environment unused.

Zusätzlich kann in die Leitung 7 und/oder 8 eine Pumpe eingeschaltet sein oder auch in den Kreislauf des Wärmetauschers 11. Des Weiteren kann ein Regelventil 15 in den Kreislauf des Wärmetauschers eingeschaltet sein, vorzugsweise vor den Eingang der Adsorptions-Kältemaschine 14. Mittels dieses Regelventils kann eine Teilumlenkung des vom Wärmetauscher kommenden erhitzten Mediumstroms an andere Verbraucher oder an einen Pufferspeicher erfolgen.In addition, in the line 7 and or 8th a pump be switched on or in the circulation of the heat exchanger 11 , Furthermore, a control valve 15 be turned on in the circulation of the heat exchanger, preferably in front of the entrance of the adsorption chiller 14 , By means of this control valve partial deflection of the coming from the heat exchanger heated medium flow to other consumers or to a buffer memory can be done.

Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern im Rahmen der Offenbarung vielfach variabel.The invention is not limited to the embodiment, but in the context of the disclosure often variable.

Alle neuen, in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarten Einzel- und Kombinationsmerkmale werden als erfindungswesentlich angesehen.All new, disclosed in the description and / or drawing single and combination features are considered essential to the invention.

Claims (3)

Anlage zur Herstellung von Formteilen (1) aus Halbzeugen (2) in Form von Folien oder Platten aus Kunststoff, bestehend aus einer Aufwärmstation (4) zur Erwärmung des Halbzeugs (2) auf Erweichungstemperatur des Kunststoffs und einem Umformwerkzeug (5) zur Umformung des erwärmten Halbzeugs (2) zu einem Formteil (1), wobei die Halbzeuge (2) mittels Transportmitteln entlang der Anlage transportierbar sind, und wobei das Umformwerkzeug (5) an einen Kühlkreislauf angeschlossen ist, mittels dessen das Umformwerkzeug (5) und das Formteil (1) gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein thermischer Kompressor in Form einer Adsorptions-Kältemaschine (14) ausgangsseitig in den Kühlkreislauf integriert ist, die eingangsseitig an einen Kreislauf eines Wärmetauschers (11) angeschlossen ist, der im Bereich der Aufwärmstation (4) angeordnet ist und mindestens einen Teil von deren Abwärme abführt, so dass mindestens ein Teil der über das Wärmeträgermedium der Aufwärmstation (4) entzogenen Verlustwärme zur Kühlung des Umformwerkzeuges (5) und des Formteils (1) dient.Plant for the production of molded parts ( 1 ) from semi-finished products ( 2 ) in the form of foils or sheets of plastic, consisting of a warm-up station ( 4 ) for heating the semifinished product ( 2 ) to softening temperature of the plastic and a forming tool ( 5 ) for forming the heated semifinished product ( 2 ) to a molded part ( 1 ), the semi-finished products ( 2 ) are transportable by means of transport along the plant, and wherein the forming tool ( 5 ) is connected to a cooling circuit, by means of which the forming tool ( 5 ) and the molded part ( 1 ) is cooled, characterized in that a thermal compressor in the form of an adsorption refrigerator ( 14 ) is integrated on the output side in the cooling circuit, the input side to a circuit of a heat exchanger ( 11 ) connected in the area of the warm-up station ( 4 ) is arranged and dissipates at least a portion of their waste heat, so that at least a part of the heat transfer medium of the warm-up ( 4 ) extracted heat loss for cooling the forming tool ( 5 ) and the molded part ( 1 ) serves. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kühlkreislauf eine Pumpe eingeschaltet ist.Installation according to claim 1, characterized in that in the cooling circuit, a pump is turned on. Anlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kreislauf des Wärmetauschers (11) zwischen den Ausgang des Wärmetauschers (11) und den Eingang der Adsorptions-Kältemaschine (14) ein Regelventil (15) geschaltet ist, mittels dessen das Wärmeträgermedium teilweise zu anderen Aggregaten oder Zwecken abzweigbar ist und/oder in einen Pufferspeicher abzweigbar ist.Installation according to one of claims 1 or 2, characterized in that in the circulation of the heat exchanger ( 11 ) between the outlet of the heat exchanger ( 11 ) and the inlet of the adsorption chiller ( 14 ) a control valve ( 15 ), by means of which the heat transfer medium is partially branched off to other units or purposes and / or can be branched off into a buffer memory.
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