DE102014016365A1 - Apparatus and method for heating a semifinished product - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zum Erhitzen eines Halbzeugs (2) mit wenigstens einem Heizelement (3), wobei eine Ablöseeinheit (4) zur Unterstützung des Halbzeugs (2) sowie eine Bewegungsvorrichtung (5) zur Bewegung der Ablöseeinheit (4) vorgesehen ist, wobei die Bewegungsvorrichtung (5) zur Bewegung der Ablöseeinheit (4) in einer Richtung im Wesentlichen quer zu einer Oberfläche (6) des wenigstens einen Heizelements (3) ausgebildet ist.Device for heating a semifinished product (2) with at least one heating element (3), wherein a detachment unit (4) for supporting the semifinished product (2) and a movement device (5) for moving the detachment unit (4) are provided, wherein the movement device (5 ) for movement of the detaching unit (4) in a direction substantially transverse to a surface (6) of the at least one heating element (3) is formed.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erhitzen eines Halbzeugs gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Erhitzen eines Halbzeugs.The present invention relates to a device for heating a semifinished product according to the features of the preamble of
Bei formgebenden Verfahren, welche die Verwendung eines Halbzeugs, wie beispielsweise eines Organoblechs, involvieren, kann es notwendig sein, das Halbzeug vor dem Beginn des formgebenden Verfahrens bzw. als ersten Schritt des formgebendes Verfahrens zu erwärmen oder zu erhitzen. Durch dieses Erhitzen kann die Unformbarkeit des Halbzeugs erhöht werden und es kann erreicht werden, dass – beispielsweise bei einem Spritzgießprozess – die stoffflüssige Verbindung mit beispielsweise anzuspritzenden Strukturen verbessert wird.In forming processes which involve the use of a semifinished product, such as an organic sheet, it may be necessary to heat or heat the semifinished product prior to the start of the shaping process or as the first step of the shaping process. By this heating, the non-deformability of the semifinished product can be increased and it can be achieved that - for example, in an injection molding process - the substance-liquid compound is improved with example structures to be sprayed.
Verschiedene Ansätze zur Einbringung von Wärme ins Halbzeug bestehen im Stand der Technik. Zunächst wäre hier die Verwendung von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Infrarotstrahlung, zu nennen. Eine entsprechende Heizvorrichtung ist beispielsweise in der nicht vorveröffentlichten
Wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, kann der größte Wirkungsgrad beim Aufheizen erreicht werden, wenn Wärmeenergie mittels Wärmeleitung in ein Halbzeug übertragen wird. Um Wärmeenergie mittels Wärmeleitung zu übertragen, muss ein Heizelement mit dem aufzuheizenden Halbzeug in direkten Kontakt stehen. Um ein Halbzeug in einem weiterführenden Schritt umformen bzw. funktionalisieren zu können, muss dieses über Schmelzetemperatur erwärmt werden. Dieses Aufschmelzen an dem Heizelement führt in weiterer Folge dazu, dass das Entformen von dem Heizelement erschwert wird, da Polymerschmelzen sehr gut an anderen Oberflächen haften und somit die Entformbarkeit einschränken.As is known from the prior art, the greatest efficiency can be achieved during heating, when heat energy is transferred by means of heat conduction in a semi-finished product. In order to transfer thermal energy by means of heat conduction, a heating element must be in direct contact with the semi-finished product to be heated. In order to be able to reshape or functionalize a semifinished product in a further step, it must be heated above the melt temperature. This melting on the heating element subsequently leads to the demolding of the heating element being made more difficult, since polymer melts adhere very well to other surfaces and thus limit mold release.
In der
Diese geschieht indem eine an eine Bewegungsvorrichtung gekoppelte Ablöseeinheit, welche während des Aufheizvorganges mit dem Heizelement kontaktiert ist, nach dem Aufheizen im Wesentlichen quer zu einer Oberfläche des wenigsten einen Heizelements bewegbar ist. Ein Aspekt der Erfindung besteht darin, dass durch die Querbewegung das Halbzeug vom Heizelement schädigungsarm abgeschält wird.This is done by a detachment unit coupled to a movement device, which is contacted with the heating element during the heating process, is movable after heating substantially transversely to a surface of the at least one heating element. One aspect of the invention is that the semifinished product is peeled off by the heating element with little damage due to the transverse movement.
Natürlich kann, sobald das Halbzeug vom Heizelement abgelöst ist, eine zusätzliche Bewegung überlagert werden, welche nicht quer zur Oberfläche des wenigsten einen Heizelements ist. Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass während des Ablösens eine Bewegung durchgeführt werden kann, welche im Wesentlichen quer – insbesondere rechtwinklig – zu einer Oberfläche des wenigstens einen Heizelements ist.Of course, as soon as the semi-finished product is detached from the heating element, an additional movement can be superimposed, which is not transverse to the surface of at least one heating element. An advantage of the invention is that a movement can be performed during the detachment, which is substantially transversely - in particular at right angles - to a surface of the at least one heating element.
Das Halbzeug ist somit nur noch mit der Ablöseeinheit im Kontakt wobei die neue Kontaktfläche geringer ist als die Ursprüngliche und somit die weitere Manipulation des Halbzeuges von der Ablöseeinheit ermöglicht wird.The semifinished product is thus only in contact with the detaching unit, wherein the new contact surface is smaller than the original one and thus the further manipulation of the semifinished product by the detaching unit is made possible.
Die Form und das Material der Ablöseeinheit sind für den Grundgedanken der Erfindung nicht wesentlich, das heißt für die Zwecke der Erfindung kann jede Vorrichtung, welche einerseits für eine homogene Unterstützung des Halbzeugs sorgen kann und andererseits Zwischenräume aufweist, durch welche ein teilweise flächiger Kontakt zwischen dem Halbzeug und dem wenigstens einen Heizelement hergestellt werden kann, als Ablöseeinheit aufgefasst werden.The shape and the material of the detaching unit are not essential to the basic idea of the invention, that is for the purposes of the invention, any device which on the one hand can provide homogeneous support of the semifinished product and on the other hand has spaces through which a partial surface contact between the Semi-finished product and the at least one heating element can be produced, be construed as a detachment unit.
Insbesondere kann durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung erreicht werden, dass zumindest eine Teiloberfläche des Halbzeugs in den Schmelzezustand versetzt wird, das heißt das Matrixmaterial des Halbzeugs ist zumindest teilweise aufgeschmolzen, wodurch es sich vollflächig an das wenigstens eine Heizelement und/oder die Ablöseeinheit anlegen kann. Dadurch kann eine effektive, gleichmäßige Durchwärmung des Halbzeugs erreicht werden.In particular, it can be achieved by a device according to the invention that at least one partial surface of the semi-finished product in the Melting state is offset, that is, the matrix material of the semifinished product is at least partially melted, whereby it can invest all over the surface of the at least one heating element and / or the release unit. As a result, an effective, uniform heating of the semifinished product can be achieved.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Ablöseeinheit zumindest teilweise – vorzugsweise vollständig – im wenigstens einen Heizelement versenkbar ist. Im Falle einer Verwendung eines Heizrosts als wenigstens ein Heizelement kann dies dadurch geschehen, dass beispielsweise Drähte des das Halbzeug unterstützenden Gitters zwischen Drähte des Heizrosts bewegt werden.Further advantageous embodiments of the invention are defined in the dependent claims. In a particularly preferred embodiment of the invention it can be provided that the detachment unit is at least partially - preferably completely - in the at least one heating element retractable. In the case of using a heating grate as at least one heating element, this can be done by, for example, wires of the semifinished support grille are moved between wires of the Heizrosts.
Im erfindungsgemäßen Verfahren müssen die Verfahrensschritte nicht nacheinander ausgeführt werden. Beispielsweise ist es ohne Weiteres denkbar die ersten beiden Schritte „Ablegen des Halbzeugs auf der Ablöseeinheit” und „Kontaktieren des Halbzeugs mit dem wenigstens einen Heizelement” gleichzeitig auszuführen. Hierzu kann die Ablöseeinheit bereits in dem wenigstens einen Heizelement versenkt sein, wenn das Halbzeug mit dem wenigstens einen Heizelement kontaktiert wird.In the method according to the invention, the method steps need not be carried out one after the other. For example, it is readily conceivable to carry out the first two steps "depositing the semifinished product on the detaching unit" and "contacting the semifinished product with the at least one heating element" simultaneously. For this purpose, the detachment unit can already be recessed in the at least one heating element when the semifinished product is contacted with the at least one heating element.
Besonders bevorzugt ist jedoch eine Ausführungsform, bei der wenigstens eine Heizplatte als wenigstens ein Heizelement Verwendung findet, da hier eine zumindest teilweise flächige Kontaktierung zwischen dem Halbzeug und dem wenigstens einen Heizelement erreicht werden kann.However, an embodiment in which at least one heating plate is used as at least one heating element is particularly preferred since an at least partially planar contacting between the semifinished product and the at least one heating element can be achieved here.
Indem die Ablöseeinheit in Vertiefungen in der Heizplatte versenkt wird, kann es sogar im Wesentlichen zur vollflächigen Kontaktierung zwischen der Heizplatte und dem Halbzeug während des gesamten Aufheizvorganges kommen. Indem die Querschnitte von Drähten der Ablöseeinheit auf Querschnitte der Vertiefungen abgestimmt sind, kann des Weiteren eine effektive Wärmeübertragung nicht nur zwischen dem Heizelement und dem Halbzeug, sondern auch vom Heizelement über die Drähte der Ablöseeinheit zum Halbzeug, erreicht werden.By sinking the detachment unit into depressions in the heating plate, it is even possible for substantially full contact between the heating plate and the semifinished product to occur during the entire heating process. Furthermore, by matching the cross sections of wires of the detaching unit to cross sections of the recesses, effective heat transfer can be achieved not only between the heating element and the semifinished product but also from the heating element via the wires of the detaching unit to the semifinished product.
Bei der Verwendung einer Heizplatte als Heizelement ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass in der wenigstens einen Heizplatte – vorzugsweise im wesentlichen quer zur Oberfläche ausgerichtete – Heizpatronen zum Erhitzen der Platte angeordnet sind.When using a heating plate as a heating element is particularly preferably provided that in the at least one heating plate - preferably arranged substantially transversely to the surface - heating cartridges are arranged to heat the plate.
Da die Oberfläche des wenigstens einen Heizelements im Normalfall horizontal ausgerichtet ist, ist eine vertikale Ausrichtung der Heizpatronen Teil einer besonders bevorzugten Ausführungsform. Natürlich sind andere Ausrichtungen – beispielsweise vertikal – für das wenigstens eine Heizelement ebenso denkbar.Since the surface of the at least one heating element is normally oriented horizontally, a vertical orientation of the heating cartridges is part of a particularly preferred embodiment. Of course, other orientations - for example vertically - for the at least one heating element also conceivable.
Die Ablöseeinheit kann bevorzugt als Gitter ausgeführt sein. Die Drähte des Gitters können verschiedene Querschnitte und Stärken aufweisen und sind bevorzugt aus Metall – insbesondere Stahl – oder Kunststoff gefertigt.The detachment unit can preferably be designed as a grid. The wires of the grid may have different cross-sections and thicknesses and are preferably made of metal - in particular steel - or plastic.
Bei einigen Anwendungen können die Drähte so ausgebildet sein, dass sie eher als Stäbe zu bezeichnen wären. Für die Zwecke dieser Patentschrift sei dies unter dem Begriff „Draht” subsummiert.In some applications, the wires may be designed to be termed rods. For the purposes of this specification, this is subsumed under the term "wire".
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Belegung des Gitters mit Drähten der Form des Halbzeugs angepasst. Beispielsweise bei einem kreissektorförmigen Halbzeug, kann es von Vorteil sein, Drähte des Halbzeugs ausgehend vom Kreismittelpunkt in verschiedene radiale Richtungen des Kreissektors anzuordnen.In a preferred embodiment, the occupation of the grid with wires is adapted to the shape of the semifinished product. For example, in a circular sector-shaped semi-finished product, it may be advantageous to arrange wires of the semifinished product starting from the center of the circle in different radial directions of the circular sector.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Drähte des Gitters gespannt. Vorteilhafterweise ist diese Spannung so hoch, dass ein auf dem Gitter angeordnetes, biegeschlaffes Halbzeug weniger als 10 mm, vorzugsweise weniger als 3 mm und besonders bevorzugt weniger als 1 mm, durchhängt.In a further preferred embodiment, the wires of the grid are tensioned. Advantageously, this tension is so high that a slippery semifinished product arranged on the grid sags less than 10 mm, preferably less than 3 mm and particularly preferably less than 1 mm.
Bevorzugt ist weiterhin eine Ausführungsform, bei der die Drähte des Gitters eine Antihaftbeschichtung aufweisen. Diese kann beispielsweise aus PTFE bestehen. Auch eine Beschichtung beispielsweise aus Kohlenstoff – insbesondere eine „Diamond-like Carbon” Schicht (DLC) – kann zum Einsatz kommen. Verschiedenste Verfahren wie beispielsweise „Chemical Vapor Deposition” (CVD) oder „Physical Vapor Deposition” (PVD) können zur Aufbringung einer solchen Antihaftbescichtung verwendet werden.Also preferred is an embodiment in which the wires of the grid have a non-stick coating. This can for example consist of PTFE. A coating, for example made of carbon, in particular a "diamond-like carbon" layer (DLC), can also be used. Various methods such as chemical vapor deposition (CVD) or physical vapor deposition (PVD) can be used to apply such a non-stick coating.
Auch eine Oberfläche des wenigstens einen Heizelements kann eine ähnliche Beschichtung aufweisen.A surface of the at least one heating element may also have a similar coating.
Außerdem können besonders bevorzugt genau zwei Heizelemente vorgesehen sein, wobei ein erstes der zwei Heizelemente feststehend ist und ein zweites der zwei Heizelemente relativ zum ersten Heizelement bewegbar ist. Auf recht einfache Weise kann hierdurch eine Beheizung des Halbzeugs von beiden Seiten erfolgen, wodurch eine homogene Durchwärmung des Halbzeugs erreicht werden kann.In addition, more preferably, exactly two heating elements may be provided, wherein a first of the two heating elements is stationary and a second of the two heating elements is movable relative to the first heating element. In a very simple way, this can be done by heating the semifinished product from both sides, whereby a homogeneous heating of the semifinished product can be achieved.
Bei der Verwendung von beidseitigen Heizelementen kann durch eine intelligente Temperaturführung dafür gesorgt werden, dass ein Anhaften an einer gewünschten Heizplatte nicht möglich ist. Das lässt sich durch zwei verschiedene Temperaturen realisieren. Dabei kann die Heizplatte, an der die Haftung erfolgt, auf einer Temperatur über der Schmelztemperatur betrieben werden. Die Heizplatte, an der keine Haftung erfolgt, kann mit einer Temperatur unter der Temperatur jener Heizplatte, an der die Haftung erfolgt, betrieben werden. Zusätzlich kann das Lösen einer Heizplatte erleichtert werden, in dem die Heizplatte vor Aufschmelzen der Substratoberfläche vom Substrat weg bewegt wird. Nachdem die Heizplatte weg bewegt wurde, kann das Substrat mit der Heizplatte, an welcher die Ablöseeinheit integriert ist, vollständig aufgeschmolzen werden.When using double-sided heating elements, an intelligent temperature control can ensure that adhesion to a desired heating plate is not possible. The can be realized by two different temperatures. The heating plate, on which the adhesion takes place, can be operated at a temperature above the melting temperature. The hot plate, which is not liable to adhesion, can be operated at a temperature lower than the temperature of the hot plate to which the adhesion takes place. In addition, the dissolution of a heating plate can be facilitated in which the heating plate is moved away from the substrate before the substrate surface has melted. After the heating plate has been moved away, the substrate can be completely melted with the heating plate on which the detaching unit is integrated.
Eine mögliche Lösung sieht nur ein Heizelement mit einer Ablöseeinheit vor. Diese Variante kann für lange Zykluszeit eine kostengünstigere Alternative bedeutenOne possible solution provides only a heating element with a detachment unit. This variant can mean a cheaper alternative for a long cycle time
Es kann weiterhin ein Ablöseschieber am wenigstens einen Heizelement vorgesehen sein. Dieser kann beispielsweise an einer der Ablöseeinheit abgewandten Seite des Halbzeugs angeordnet sein. Aber auch eine Anordnung an der der Ablöseeinheit zugewandten Seite kann sinnvoll sein. Durch das Vorsehen eines solchen Ablöseschiebers kann es ebenfalls erreicht werden, dass die Ablösung des Halbzeugs vom wenigstens einen Heizelement unterstützt wird.It can also be provided on the at least one heating element a release slide. This can be arranged for example on a side facing away from the detachment unit of the semifinished product. But even an arrangement on the detachment unit facing side may be useful. By providing such a release slider, it can also be achieved that the detachment of the semifinished product is supported by the at least one heating element.
Um diese Ablöseunterstützung weiter zu verbessern, kann es vorgesehen sein, dass der Ablöseschieber einen Heißgaskanal aufweist. Insbesondere dann, wenn eine Öffnung des Heißgaskanals quer zu einer Ausschieberichtung des Ablöseschiebers ausgerichtet ist, dringt das Heißgas zwischen das wenigstens eine Heizelement und das Halbzeug vor und unterstützt so das Ablösen weiter.In order to further improve this detachment support, it may be provided that the release slider has a hot gas channel. In particular, when an opening of the hot gas channel is oriented transversely to a Ausschieberichtung the detachment slide, the hot gas penetrates between the at least one heating element and the semifinished product and thus further supports the detachment.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren können insbesondere faserverstärkte Thermoplaste wie beispielsweise Organobleche und/oder Tapes als Halbzeuge verwendet werden. Unter Tapes können unidirektional verstärkte, thermoplastische Halbzeuge verstanden werden.In a method according to the invention in particular fiber-reinforced thermoplastics such as organic sheets and / or tapes can be used as semi-finished products. Tapes can be understood to mean unidirectionally reinforced, thermoplastic semi-finished products.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind anhand der Figuren sowie der dazugehörigen Figurenbeschreibung ersichtlich. Dabei zeigen:Further advantages and details of the invention are apparent from the figures and the associated description of the figures. Showing:
Der Verfahrensablauf ist überblicksmäßig in
In den
Die Bewegungsvorrichtung
In der in
Genauso gut kann natürlich zuerst eine Ablösung des Halbzeugs
Letztlich ist natürlich auch eine gleichzeitige Ablösung des Halbzeugs
Die in den
Natürlich sind auch mit dieser Ausführungsform die im Zusammenhang mit den
Dabei steht es völlig frei, welche Seite des Halbzeugs zuerst mit einem Heizelement kontaktiert wird. Tatsächlich ist auch eine gleichzeitige Kontaktierung beider Seiten des Halbzeugs möglich.It is completely free, which side of the semifinished product is first contacted with a heating element. In fact, a simultaneous contacting of both sides of the semifinished product is possible.
Die Bauweise und der Befestigungsort der Bewegungsvorrichtung
Natürlich ist es auch denkbar eine zweite Ablöseeinheit
Die in den
Die Drähte
In den Darstellungen der
Der Übersichtlichkeit halber wurden nicht alle Drähte
In
Zum Anderen sind verschiedene Querschnitte für die Drähte
Der Übersichtlichkeit halber sind wieder nicht alle Drähte
Des Weiteren können Anschläge
In
Der Ablöseschieber
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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