-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Formteilmaschine und ein Maschinensystem sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Maschinensystems.
-
Formteilmaschinen werden zur Herstellung von Formteilen aus geschäumtem Kunststoff mittels eines als Schäumen bezeichneten Urformverfahrens verwendet. Beim Schäumen wird ein Kunststoffgranulat in eine Kavität eines Formwerkzeugs eingebracht und dort aufgeschäumt. Die einzelnen Perlen des Kunststoffgranulats vergrößern dabei ihr Volumen und verschmelzen miteinander. Nach dem Abkühlen wird das Formwerkzeug geöffnet und das Formteil kann entnommen und/oder ausgestoßen werden.
-
Zum Schäumen wird das Kunststoffgranulat vor, während und/oder nach der Befüllung des Formwerkzeugs mit Wasserdampf beaufschlagt, was zum Anwachsen (Expandieren) der Perlen führt. Zu diesem Zweck ist bei Formteilmaschinen ein Gehäuse vorgesehen, in dem das Formwerkzeug angeordnet ist. Das Gehäuse ist größer als das Formwerkzeug, sodass zwischen der Außenseite des Formwerkzeugs und der Innenseite des Gehäuses ein Zwischenraum gebildet wird, der als Leitung für den Wasserdampf dient. Dieser Zwischenraum wird Prozesskammer genannt. Wasserdampf wird durch eine oder mehrere an dem Gehäuse angeschlossene Schlauchleitungen in die Prozesskammer eingebracht, gelangt anschließend durch Bohrungen in dem Formwerkzeug in die Kavität desselben und schäumt dort das Kunststoffgranulat auf. Zum Anschlie-ßen der Schlauchleitungen weist das Gehäuse einen oder mehrere Anschlüsse auf.
-
Sowohl das Formwerkzeug als auch das Gehäuse bestehen in der Regel aus zwei Teilen (Hälften), die jeweils entlang einer Trennebene voneinander getrennt sind. Die beiden Teile des Formwerkzeugs sind jeweils an einem der Teile des Gehäuses (Kammerteil) befestigt. Die Gesamtheit aus Formwerkzeug und Gehäuse wird auch als Werkzeugblock bezeichnet.
-
Zum Öffnen und Schließen des Formwerkzeugs weisen Formteilmaschinen üblicherweise einen beweglichen Trägerrahmen auf, an dem das eine Kammerteil gemeinsam mit der einen Formwerkzeughälfte befestigt ist. Das andere Kammerteil des Gehäuses und die andere Formwerkzeughälfte sind an einem feststehenden (nicht-beweglichen) Trägerrahmen angeordnet. Der bewegliche Trägerrahmen ist entlang einer Schließrichtung zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung, in der das Formwerkzeug und die Prozesskammer geschlossen sind, bewegbar. Der Schließvorgang wird durch eine elektrische, hydraulische und/oder mechanische Antriebseinrichtung ausgeführt.
-
Neben Formteilmaschinen sind aus dem Stand der Technik Spritzgießmaschinen bekannt, in denen Kunststoff aufgeschmolzen und in eine Kavität eingespritzt wird. Auf diese Weise wird ein solides Kunststoffbauteil hergestellt. Derartige Spritzgießmaschinen sind beispielsweise aus der
DE 10 2014 011 135 A1 , aus der
DE 10 2004 051 249 A1 , aus der
US 5 773 049 A sowie aus der
WO 2009/143600 A1 bekannt. Ferner gibt es auch Anlagen, die eine Spritzgießfunktion mit einer Partikelschaumfunktion kombinieren, wie beispielsweise in der
DE 20 2011 004 533 U1 offenbart ist.
-
Die Herstellung vollständig aus dem geschäumten Kunststoffgranulat bestehender Formteile funktioniert mit bekannten Formteilmaschinen sehr gut. Die Zykluszeiten bei der Herstellung liegen teilweise bei nur 30 Sekunden, wodurch eine sehr wirtschaftliche Herstellung möglich ist.
-
Problematischer ist hingegen die Herstellung von Bauteilen mit sogenannten Einlegeteilen. Dort muss in jedem Zyklus vor dem eigentlichen Schäumprozess ein Einlegeteil in dem Formwerkzeug angeordnet werden. Das Formteil wird anschließend wie üblich hergestellt, wobei es jedoch durch den Schäumprozess mit dem Einlegeteil verbunden wird, insbesondere stoff- und/oder formschlüssig. Im Kraftfahrzeugbereich werden beispielsweise Kopfstützen und Fahrzeugsitze auf diese Weise hergestellt.
-
Das Anordnen des Einlegeteils kann manuell oder automatisiert geschehen. In beiden Fällen verlängert sich dadurch die Zykluszeit, wodurch die Wirtschaftlichkeit abnimmt.
-
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Herstellung von geschäumten Formteilen mittels Einlegeteilen wirtschaftlicher zu gestalten.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Formteilmaschine nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Die erfindungsgemäße Formteilmaschine zur Herstellung von Formteilen aus geschäumtem Kunststoff weist einen ersten feststehenden Trägerrahmen zur Aufnahme einer ersten Formwerkzeughälfte, einen zweiten feststehenden Trägerrahmen zur Aufnahme einer zweiten Formwerkzeughälfte und einen zwischen dem ersten und dem zweiten Trägerrahmen bewegbar angeordneten und relativ zu diesen entlang einer Schließrichtung S zwischen einer ersten Schließstellung und einer zweiten Schließstellung bewegbaren dritten Trägerrahmen zur Aufnahme von zumindest einer dritten Formwerkzeughälfte zur Bildung von jeweils einem Formwerkzeug mit den ersten und zweiten Formwerkzeughälften auf.
-
Bevorzugt sind der erste Trägerrahmen ferner zur Aufnahme von einem ersten Kammerteil, der zweite Trägerrahmen zur Aufnahme von einem zweiten Kammerteil und der dritte Trägerrahmen zur Aufnahme von zumindest einem dritten Kammerteil ausgebildet. Das erste mit dem dritten Kammerteil und das zweite zusammen mit dem dritten Kammerteil bilden jeweils ein Gehäuse für eine Prozesskammer, innerhalb der die von den ersten und dritten Formwerkzeughälften bzw. zweiten und dritten Formwerkzeughälften gebildeten Formwerkzeuge angeordnet sind. Die Gesamtheit aus Formwerkzeug und Gehäuse wird auch als Werkzeugblock bezeichnet.
-
Die Formteilmaschine ist also für den Einsatz von zwei Werkzeugblöcken mit zwei Formwerkzeugen eingerichtet, die abwechselnd zum Schäumen eines Formteils verwendet werden können. Auf diese Weise ist es möglich, bei Einsatz nur eines bewegbaren Trägerrahmens zwei Formwerkzeuge dergestalt gleichzeitig zu nutzen, dass ein Einlegeteil in einem der Formwerkzeuge angeordnet wird, während in dem jeweils anderen Formwerkzeug ein Formteil geschäumt wird.
-
Der Aufbau der erfindungsgemäßen Formteilmaschine erlaubt es, die beiden Formwerkzeuge unabhängig voneinander zu betreiben: Die Formwerkzeuge können gleiche oder unterschiedliche Kavitäten aufweisen, mit den gleichen oder mit unterschiedlichen Einlegeteilen bestückt werden und mit dem gleichen oder mit unterschiedlichen Kunststoffgranulaten befüllt werden. Zudem kann das Einlegen von Einlegeteilen und das Entnehmen der gefertigten Formteile in beiden Formwerkzeugen unabhängig voneinander manuell oder automatisiert geschehen. Die Formteilmaschine bietet somit insgesamt die gleiche Flexibilität für die Herstellung von Formteilen wie zwei völlig separate Formteilmaschinen bei geringeren Kosten.
-
Bei vorteilhaften Weiterbildungen weist die Formteilmaschine zumindest eine Auswerferplatte auf. Besonders bevorzugt ist sowohl dem ersten Trägerrahmen wie auch dem zweiten Trägerrahmen jeweils eine Auswerferplatte zugeordnet.
-
Die Auswerferplatten befinden sich jeweils bevorzugt auf der dem dritten Trägerrahmen abgewandten Seite des Trägerrahmens, dem sie zugeordnet sind. In anderen Worten befinden sich die Auswerferplatten nicht in dem Bereich zwischen dem ersten und dem zweiten Trägerrahmen, sondern außerhalb dieses Bereichs.
-
Die Formwerkzeughälften weisen bevorzugt Bohrungen auf, durch die Wasserdampf von der jeweiligen Prozesskammer in die Kavität des Formwerkzeugs treten kann. Auch können Bohrungen oder Leitungen vorgesehen sein, durch die Wasserdampf von einem Kammerteil zum anderen strömen kann. Dadurch muss eine Wasserdampfquelle nur an ein Kammerteil eines Werkzeugblocks angeschlossen sein.
-
Bei vorteilhaften Weiterbildungen ist eine Barriere vorgesehen, in deren Innenbereich die ersten, zweiten und dritten Trägerrahmen angeordnet sind. Während bei herkömmlichen Formteilmaschinen lediglich das Formwerkzeug bzw. der Werkzeugblock geöffnet und geschlossen wird, findet bei der erfindungsgemäßen Formteilmaschine eine umfassendere Bewegung des dritten Trägerrahmens statt. Durch die Barriere wird der Bereich, in dem sich der dritte Trägerrahmen bewegt, nach außen hin abgeschirmt, sodass beispielsweise die Gefährdung von Bedienpersonal verringert wird.
-
Die Barriere ist bevorzugt umfänglich geschlossen. Mit anderen Worten weist sie eine um die Trägerrahmen verlaufende geschlossene Kontur auf.
-
Um den Zugang in den Innenbereich wirksam zu verhindern, ist die Barriere bevorzugt als Wand ausgestaltet.
-
Um sicherzustellen, dass einerseits an dem ersten Trägerrahmen ein Formteil geschäumt werden kann, andererseits aber die Gefährdung des Bedienpersonals bei der Arbeit im Bereich des zweiten Trägerrahmens möglichst gering ist, ist bei vorteilhaften Weiterbildungen ein zwischen einem geöffneten und einem geschlossenen Zustand bewegbares Trennelement vorgesehen, welches den Innenbereich der Barriere in zwei voneinander getrennte erste und zweite Teilbereiche unterteilt, wobei in dem ersten Teilbereich der erste Trägerrahmen und in dem zweiten Teilbereich der zweite Trägerrahmen angeordnet ist. Besonders bevorzugt erlaubt das Trennelement in einer ersten Stellung das Bewegen des dritten Trägerrahmens zwischen den Schließstellungen und behindert dieselbe Bewegung in einer zweiten Stellung. Insbesondere kann dadurch verhindert werden, dass das Bedienpersonal in einen Bereich gelangt, in dem sich gerade der bewegliche zweite Trägerrahmen befindet und möglicherweise der Schäumvorgang eingeleitet ist. Das Trennelement kann beispielsweise ein Rolltor, eine Schiebetür, eine Schranke oder ein ähnliches Hindernis sein.
-
Für den Betrieb der Formteilmaschine ist es vorteilhaft, den Zustand des Trennelements zu kennen. Hierzu ist bevorzugt ein erster Sensor zum Ermitteln des Zustands des Trennelements vorgesehen. Der erste Sensor ist bevorzugt mit einer Steuereinheit der Formteilmaschine verbunden, sodass die Information über den Zustand des Trennelements an die Steuereinheit übermittelt werden kann.
-
Um dem Bedienpersonal den Zugang zu dem Innenbereich zu ermöglichen, ist bei vorteilhaften Weiterbildungen vorgesehen, dass die Barriere für zumindest einen der Teilbereiche ein verschließ- und vorzugsweise verriegelbares, in einen Außenbereich außerhalb der Barriere führendes Zugangstor aufweist. Das Zugangstor kann beispielsweise durch das Bedienpersonal von Hand oder automatisch geöffnet und geschlossen werden. Die Verriegelung erfolgt vorzugsweise zur Vermeidung von Missbrauch und daher besonders bevorzugt automatisch und gesteuert durch die Steuereinheit der Formteilmaschine. Bevorzugt ist für jeden der Teilbereiche ein solches Zugangstor vorgesehen.
-
Bevorzugt ist ein zweiter Sensor zum Ermitteln eines Schließzustands und/oder Verriegelungszustands des Zugangstors vorgesehen. Besonders bevorzugt ist für jedes Zugangstor ein zweiter Sensor vorgesehen. Der zweite Sensor ist bevorzugt mit einer Steuereinheit der Formteilmaschine verbunden, sodass die Information über den Zustand des Zugangstors an die Steuereinheit übermittelt werden kann.
-
Die Formteilmaschine weist bevorzugt zumindest einen Antrieb für die Bewegung des dritten Trägerrahmens sowie das Öffnen und Schließen des Trennelements und das Verriegeln der Zugangstore auf.
-
Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein Maschinensystem mit einer Formteilmaschine nach der obigen Beschreibung, einer dem ersten Trägerrahmen zugeordneten ersten Formwerkzeughälfte, einer dem zweiten Trägerrahmen zugeordneten zweiten Formwerkzeughälfte und zumindest einer dem dritten Trägerrahmen zugeordneten dritten Formwerkzeughälfte auf, wobei die Formwerkzeughälften in der ersten Schließstellung ein erstes Formwerkzeug und in der zweiten Schließstellung ein zweites Formwerkzeug bilden. Bevorzugt weist das Maschinensystem zu der ersten Formwerkzeughälfte ein erstes Kammerteil, zu der zweiten Formwerkzeughälfte ein zweites Kammerteil und zu der dritten Formwerkzeughälfte ein drittes Kammerteil auf. Jede Formwerkzeughälfte weist eine Teilkavität auf. Die Teilkavitäten der ersten und zweiten Formwerkzeughälften sind bevorzugt einander zugewandt.
-
Bei vorteilhaften Ausführungsformen weist das Maschinensystem genau eine dritte Formwerkzeughälfte mit einer Teilkavität auf, wobei die dritte Formwerkzeughälfte um eine Drehachse von einer ersten Position in eine zweite Position bewegbar ist und die Teilkavität der dritten Formwerkzeughälfte in der ersten Position der ersten Formwerkzeughälfte und in der zweiten Position der zweiten Formwerkzeughälfte zugewandt ist. Die Herstellung von Formwerkzeughälften ist aufwendig und mit hohen Kosten verbunden. Durch die Verwendung von nur einer dritten Formwerkzeughälfte wird der dahingehende Kostenaufwand begrenzt.
-
Die Verwendung von genau einer dritten Formwerkzeughälfte führt dazu, dass die dritte Formwerkzeughälfte Bestandteil beider Formwerkzeuge ist, die zusammen mit der ersten Formwerkzeughälfte und mit der zweiten Formwerkzeughälften gebildet werden. Die dritte Formwerkzeughälfte kühlt dadurch zwischen den Schäumprozessen weniger stark ab, wodurch weniger Energie zum Aufheizen bei jedem Schäumprozess eingesetzt werden muss. Gleiches gilt auch für das dazugehörige dritte Kammerteil.
-
Bei einer alternativen Ausführungsform weist das Maschinensystem neben einer dritten noch eine vierte Formwerkzeughälfte mit jeweils einer Teilkavität auf, wobei die Teilkavität der dritten Formwerkzeughälfte der ersten Formwerkzeughälfte und die Teilkavität der vierten Formwerkzeughälfte der zweiten Formwerkzeughälfte zugewandt ist. Die Rückseiten der dritten und vierten Formwerkzeughälften sind einander zugewandt. Bei einer solchen Anordnung müssen die dritte und vierte Formwerkzeughälfte nicht drehbar angeordnet sein. Vielmehr müssen die dritte und vierte Formwerkzeughälfte nur zusammen mit dem dritten Trägerrahmen und ihren zugeordneten dritten und vierten Kammerteilen in der Schließrichtung bewegt werden.
-
Die Verwendung zweier Formwerkzeughälften hat den Vorteil, dass die Teilkavitäten der zweiten Formwerkzeughälften unterschiedlich ausgestaltet sein können. Auf diese Weise können mit einer Formteilmaschine abwechselnd zwei Formteile unterschiedlicher Geometrie hergestellt werden.
-
Neben einer dritten und einer vierten Formwerkzeughälfte können auch noch eine weitere fünfte, sechste, etc. Formwerkzeughälfte an dem dritten Trägerrahmen angeordnet sein, um eine variablere Produktgestaltung auf einfache Weise bei Einsatz nur eines Maschinensystems zu ermöglichen. In diesem Fall bietet es sich an, dass die dritten, vierten und weiteren Formwerkzeughälften um eine gemeinsame Drehachse von einer ersten Position in eine zweite und weitere Positionen drehbar ist, in denen jeweils eine der dritten, vierten und weiteren Formwerkzeughälften einer der ersten und/oder zweiten Formwerkzeughälften zugewandt ist.
-
Bei vorteilhaften Weiterbildungen sind zwei Kunststoffgranulatquellen vorgesehen, wobei eine Kunststoffgranulatquelle mit der ersten Formwerkzeughälfte und die andere Kunststoffgranulatquelle mit der zweiten Formwerkzeughälfte verbunden ist. Ebenfalls bevorzugt ist eine Wasserdampfquelle vorgesehen, die mit der ersten Formwerkzeughälfte und der zweiten Formwerkzeughälfte verbunden ist, also den Wasserdampf für beide Formwerkzeuge zur Verfügung stellt. Für das Schäumen wird in der Regel unabhängig vom verwendeten Kunststoffmaterial Wasserdampf mit den immer gleichen Parametern, insbesondere der immer gleichen Temperatur, verwendet, sodass es wirtschaftlicher ist, nur eine Wasserdampfquelle für beide Formwerkzeuge vorzusehen. Die Verwendung zweier Kunststoffgranulatquellen hingegen ermöglicht die Herstellung zweier Formteile aus unterschiedlichen Materialien in den beiden Formwerkzeugen. Hinzu kommt noch, dass die Kunststoffgranulatquellen in der Regel nur Zwischenspeicher für das Kunststoffgranulat sind, die ihrerseits ebenfalls regelmäßig befüllt werden müssen. Bei der Verwendung von einer einzigen Kunststoffgranulatquelle müsste darauf geachtet werden, dass sich die Befüllung der Kunststoffgranulatquelle und die Befüllung eines Formwerkzeugs zeitlich nicht überschneiden. Dadurch könnten sich Pausen in der Herstellung ergeben, welche die Herstellung eines Formteils verzögern und somit die Wirtschaftlichkeit der Formteilmaschine reduzieren würden. Daher ist die Verwendung zweier Kunststoffgranulatquellen von Vorteil.
-
Alternativ können die Kunststoffgranulatquellen und die Wasserdampfquelle auch mit der dritten und, soweit vorhanden, der vierten Formwerkzeughälfte verbunden sein. Eine solche Ausführung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn nur eine Kunststoffgranulatquelle vorgesehen ist. Die Kunststoffgranulatquelle benötigt in diesem Fall nur eine Zuleitung zu dem dritten Trägerrahmen anstelle von jeweils einer Zuleitung zu dem ersten und dem zweiten Trägerrahmen.
-
Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein Verfahren zum Betreiben eines Maschinensystems nach der obigen Beschreibung mit folgenden Schritten gelöst:
- - Bewegen des dritten Trägerrahmens zu dem ersten Trägerrahmen und in die erste Schließstellung, wodurch das erste Formwerkzeug geschlossen wird,
- - Schäumen eines Formteils in dem ersten Formwerkzeug
- - Öffnen des ersten Formwerkzeugs
- - Bewegen des dritten Trägerrahmens zu dem zweiten Trägerrahmen und in die zweite Schließstellung, wodurch das zweite Formwerkzeug geschlossen wird,
- - Schäumen eines Formteils in dem zweiten Formwerkzeug
- - Öffnen des zweiten Formwerkzeugs.
-
Die Schritte werden bevorzugt in der genannten Reihenfolge ausgeführt.
-
Im laufenden Betrieb werden die Schritte wiederholt ausgeführt. Die sechs aufgeführten Schritte bilden dadurch einen wiederkehrenden Zyklus des Maschinensystems. Nach dem Öffnen des zweiten Formwerkzeugs wird der dritte Trägerrahmen demnach wieder zu dem ersten Trägerrahmen bewegt, mit dessen erster Formwerkzeughälfte das erste Formwerkzeug gebildet wird.
-
Das in dem Verfahren verwendete Maschinensystem kann sämtliche der oben erwähnten vorteilhaften Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Maschinensystems und der erfindungsgemäßen Formteilmaschine aufweisen. Falls das in dem Verfahren verwendete Maschinensystem genau eine dritte und eine vierte Formwerkzeughälfte aufweist, so wird das erste Formwerkzeug mit der dritten Formwerkzeughälfte und das zweite Formwerkzeug mit der vierten Formwerkzeughälfte gebildet.
-
Bei vorteilhaften Weiterbildungen des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Trennelement vor dem Bewegen des dritten Trägerrahmens zu dem ersten Trägerrahmen geöffnet und nach dieser Bewegung geschlossen wird. Auf diese Weise werden die beiden ersten und zweiten Teilbereiche nur für das Überführen des dritten Trägerrahmens miteinander verbunden, wodurch die Arbeitssicherheit für das Bedienpersonal erhöht wird.
-
Wie erwähnt, sind bei dem für das Verfahren verwendeten Maschinensystem vorteilhafterweise Zugangstore vorgesehen, die jeweils dem ersten und zweiten Teilbereich zugeordnet sind, wobei sich in dem ersten Teilbereich der erste Trägerrahmen mit der ersten Formwerkzeughälfte und in dem zweiten Teilbereich der zweite Trägerrahmen mit der zweiten Formwerkzeughälfte befindet. Bevorzugt ist vorgesehen, dass nach dem Bewegen des dritten Trägerrahmens zu dem ersten Trägerrahmen zur Bildung des ersten Formwerkzeugs das zweite Zugangstor zu dem zweiten Teilbereich, in dem sich der zweite Trägerrahmen befindet, geöffnet wird. Umgekehrt ist vorgesehen, dass nach dem Bewegen des dritten Trägerrahmens zu dem zweiten Trägerrahmen zur Bildung des zweiten Formwerkzeugs das erste Zugangstor zu dem ersten Teilbereich, in dem sich der erste Trägerrahmen befindet, geöffnet wird. Es wird also immer das Zugangstor zu dem Teilbereich geöffnet, in dem sich der dritte Trägerrahmen nicht befindet. Bevorzugt erfolgt die Öffnung erst nach dem Schließen des Trennelements.
-
Da sichergestellt werden soll, dass das Bedienpersonal keinen Zugang zu Bereichen hat, in denen ein Schäumprozess stattfindet oder in denen der dritte Trägerrahmen bewegt wird, und ferner zur Vermeidung von Maschinenschäden und -ausfällen sind bei vorteilhaften Weiterbildungen des Verfahrens Sicherheitsprüfungen vorgesehen. Bevorzugt wird zumindest eine der folgenden Sicherheitsprüfungen durchgeführt:
- i) Ermittlung, ob das Trennelement geöffnet ist vor dem Bewegen des dritten Trägerrahmens zu einem der ersten oder zweiten Trägerrahmen zur Bildung des ersten oder zweiten Formwerkzeugs;
- ii) Ermittlung, ob die Zugangstore geschlossen und/oder verriegelt sind vor dem Bewegen des dritten Trägerrahmen zu einem der ersten oder zweiten Trägerrahmen zur Bildung des ersten oder zweiten Formwerkzeugs iii) Ermittlung, ob das Trennelement geschlossen ist vor dem Öffnen und/oder Entriegeln eines der Zugangstore
- iv) Ermittlung, ob sich der dritte Trägerrahmen in einem Teilbereich befindet vor dem Öffnen des Zugangstores dieses Teilbereichs
- v) Ermittlung, ob sich eine Person in dem Innenbereich befindet vor dem Öffnen des Trennelements
- vi) Ermittlung, ob sich eine Person in einem Teilbereich befindet vor dem Schließen des Zugangstores dieses Teilbereichs.
-
Bei der Sicherheitsprüfung i) wird der dritte Trägerrahmen nur dann bewegt, wenn das Trennelement geöffnet ist. Auf diese Weise wird eine Beschädigung des Trennelements sowie des dritten Trägerrahmens und der zweiten bzw. ersten Formwerkzeughälfte vermieden.
-
Die Sicherheitsprüfung ii) dient dem Arbeitsschutz. Erst wenn die Zugangstore geschlossen und verriegelt sind, wird der dritte Trägerrahmen bewegt. Dadurch wird verhindert, dass das Bedienpersonal mit dem sich bewegenden dritten Trägerrahmen in Berührung kommt.
-
Durch die Sicherheitsprüfung iii) wird ermittelt, ob der Innenbereich wieder durch das Trennelement in zwei voneinander getrennte Teilbereiche unterteilt worden ist. Erst dann wird der Zugang für das Bedienpersonal ermöglicht. Auf diese Weise wird verhindert, dass das Bedienpersonal in einen Bereich gelangen kann, in dem ein Formteil geschäumt wird.
-
Bei der Sicherheitsprüfung iv) wird sichergestellt, dass kein Zugang zu einem Teilbereich ermöglicht wird, in dem sich der dritte Trägerrahmen befindet. Soll ein Zugangstor zu einem bestimmten Teilbereich geöffnet werden und wird mittels der Sicherheitsprüfung iv) festgestellt, dass sich in diesem Teilbereich der dritte Trägerrahmen befindet, so wird das Öffnen des Zugangstors unterbunden.
-
Die Sicherheitsprüfung v) dient ebenfalls dem Arbeitsschutz. Nach dem Öffnen des Trennelements erfolgt die Bewegung des dritten Trägerrahmens von dem ersten Trägerrahmen zu dem zweiten Trägerrahmen oder umgekehrt. Bei dieser Bewegung sollen sich keine Personen in dem Innenbereich aufhalten. Wird im Rahmen der Sicherheitsprüfung v) festgestellt, dass sich Personen in dem Innenbereich befinden, so wird die Öffnung des Trennelements unterbunden.
-
Um zu verhindern, dass Personen in einem Teilbereich eingeschlossen werden, wird die Sicherheitsprüfung vi) durchgeführt. Falls eine Person in dem Teilbereich detektiert wird, so wird das entsprechende Zugangstor nicht geschlossen.
-
Die Sicherheitsprüfungen werden bevorzugt unmittelbar vor dem Schritt durchgeführt, auf den sie einen Einfluss haben.
-
Bei vorteilhaften Weiterbildungen des Verfahrens wird vor dem Bewegen des dritten Trägerrahmens zu dem ersten oder zweiten Trägerrahmen ein Einlegeteil in der dem ersten bzw. zweiten Trägerrahmen zugeordneten ersten bzw. zweiten Formwerkzeughälfte angeordnet. Das Anordnen kann manuell oder automatisch, insbesondere durch einen Roboter, durchgeführt werden.
-
Bevorzugt erfolgt das Anordnen des Einlegeteils in der ersten Formwerkzeughälfte, während in dem aus der zweiten und der dritten oder - soweit vorhanden - der zweiten und der vierten oder einer weiteren, fünften, etc. Formwerkzeughälfte gebildeten Formwerkzeug ein Formteil geschäumt wird. Umgekehrt erfolgt das Anordnen des Einlegeteils in der zweiten Formwerkzeughälfte bevorzugt, während in dem aus der ersten und der dritten oder - soweit vorhanden - der ersten und der vierten oder einer weiteren, fünften, etc. Formwerkzeughälfte gebildeten Formwerkzeug ein Formteil geschäumt wird.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren beispielhaft dargestellt und erläutert. Es zeigen dabei
- 1a bis 1f den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand einer sequentiellen Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Maschinensystems in perspektivischer Ansicht;
- 2a eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Maschinensystems in einer geschnittenen Teilansicht;
- 2b eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Maschinensystems in einer geschnittenen Teilansicht; und
- 2c eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Maschinensystems in einer geschnittenen Teilansicht.
-
Das in den 1a bis 1f dargestellte Maschinensystem 1 umfasst eine Formteilmaschine 3 mit einem ersten Trägerrahmen 5, einem zweiten Trägerrahmen 7 und einem dritten Trägerrahmen 9. Die ersten und zweiten Trägerrahmen 5, 7 sind ortsfest, werden also bei bestimmungsgemäßem Gebrauch des Maschinensystems 1 nicht bewegt. Der dritte Trägerrahmen 9 ist zwischen dem ersten und dem zweiten Trägerrahmen 5, 7 bewegbar angeordnet und entlang einer Schließrichtung S zwischen den ersten und zweiten Trägerrahmen 5, 7 bewegbar. Auf diese Weise kann der dritte Trägerrahmen 9 einem der ersten oder zweiten Trägerrahmen 5, 7 zugeordnet werden.
-
In den ersten und zweiten Trägerrahmen 5, 7 sind jeweils ein erstes bzw. zweites Kammerteil 11, 13 und eine erste bzw. zweite Formwerkzeughälfte 15, 17 vorgesehen. Die erste Formwerkzeughälfte 15 weist eine Teilkavität 16 und die zweite Formwerkzeughälfte 17 weist eine Teilkavität 18 auf. Das erste Kammerteil 11 bildet mit der ersten Formwerkzeughälfte 15 eine erste Werkzeugblockhälfte. Entsprechend bildet das zweite Kammerteil 13 mit der zweiten Formwerkzeughälfte 17 eine zweite Werkzeugblockhälfte.
-
In dem dritten Trägerrahmen 9 sind ein drittes und ein viertes Kammerteil 21 bzw. 23 und eine dritte und eine vierte Formwerkzeughälfte 25 bzw. 27 angeordnet. Die dritte Formwerkzeughälfte 25 weist eine Teilkavität 26 und die vierte Formwerkzeughälfte 27 weist eine Teilkavität 28 auf. Bei bestimmungsgemäßem Gebrauch bildet die erste Formwerkzeughälfte 15 mit der dritten Formwerkzeughälfte 25 ein erstes Formwerkzeug und die zweite Formwerkzeughälfte 17 mit der vierten Formwerkzeughälfte 27 ein zweites Formwerkzeug.
-
Die Formteilmaschine 3 weist ferner eine Barriere 31 mit einem Innenbereich 33 auf. Die Trägerrahmen 5, 7, 9 sind in dem Innenbereich 33 angeordnet. Die Barriere 31 verhindert den unkontrollierten Zugang zu dem Innenbereich 33 von einem Außenbereich. Die Barriere 31 ist als Wand ausgebildet und weist zwei Zugangstore 35, 37 auf. In den 1a bis 1f ist die Barriere 31 transparent dargestellt. Die Barriere 31 kann beispielsweise aus Glas, insbesondere Sicherheitsglas, oder aus Kunststoff, beispielsweise PMMA, bestehen oder Elemente aus diesen Materialien aufweisen. Falls das Maschinensystems 1 in der Nähe einer bestehenden Wand (beispielsweise der Wand einer Maschinenhalle) angeordnet ist, kann auch die Wand einen Teil der Barriere 31 bilden.
-
Der Innenbereich 33 wird von einem Trennelement 39 in zwei Teilbereiche 41, 43 unterteilt. In dem ersten Teilbereich 41 befindet sich bei dem in 1a dargestellten Zustand der erste Trägerrahmen 5 mit dem ersten Kammerteil 11 und der ersten Formwerkzeughälfte 15. In dem zweiten Teilbereich 43 sind der zweite Trägerrahmen 7 mit dem zweiten Kammerteil 13 und der zweiten Formwerkzeughälfte 17 sowie der dritte Trägerrahmen 9 mit den dritten und vierten Kammerteilen 21, 23 und den dritten und vierten Formwerkzeughälften 25, 27 angeordnet. Das aus der zweiten Formwerkzeughälfte 17 und der vierten Formwerkzeughälfte 27 gebildete zweite Formwerkzeug ist geschlossen.
-
Durch das Trennelement 39 wird verhindert, dass das Bedienpersonal von dem ersten Teilbereich 41 in den zweiten Teilbereich 43 gelangen kann. Das Trennelement 39 ist als Segmenttor ausgeführt. Bei anderen Ausführungsformen kann es sich bei dem Trennelement 39 beispielsweise um ein Rolltor, eine Schiebetür, eine Falttür, eine Schranke oder ähnliches handeln.
-
Bei dem in 1a dargestellten Zustand wäre es grundsätzlich möglich, das erste Zugangstor 35 zu dem ersten Teilbereich 41 zu öffnen, um beispielsweise ein hergestelltes Formteil aus der ersten Formwerkzeughälfte 15 zu entnehmen und/oder ein Einlegeteil in die erste Formwerkzeughälfte 15 einzulegen. 1a zeigt jedoch den Zustand des Maschinensystems 1 bei Inbetriebnahme. In diesem Zustand ist kein Einlegeteil in dem geschlossenen zweiten Formwerkzeug vorhanden, weshalb in dem zweiten Formwerkzeug noch kein Formteil geschäumt wird.
-
Die Formteilmaschine 3 weist zwei Kunststoffgranulatquellen 51, 53 auf, aus denen bei bestimmungsgemäßem Gebrauch Kunststoffgranulat über nicht dargestellte Zuleitungen und Injektoren in die Kavitäten der Formwerkzeuge einbringbar ist. Die Formteilmaschine 3 weist außerdem eine nicht dargestellte Wasserdampfquelle auf, aus der bei bestimmungsgemäßem Gebrauch Wasserdampf in die Kavitäten der Formwerkzeuge einbringbar ist. Ferner weist die Formteilmaschine 3 ein Bedienpanel 55 auf, mittels dem der Betrieb der Formteilmaschine gesteuert und überwacht werden kann. Das Bedienpanel 55 ist mit einer Steuereinrichtung (nicht dargestellt) der Formteilmaschine 3 verbunden.
-
Die Formteilmaschine 3 weist Antriebe (nicht dargestellt) für die Bewegung des Trennelements 39, für die Bewegung des dritten Trägerrahmens 9 sowie für das Verriegeln der Zugangstore 35, 37 auf. Die Antriebe sind ebenfalls mit der Steuereinrichtung der Formteilmaschine 3 verbunden.
-
Ausgehend von dem in 1a dargestellten Zustand läuft die Herstellung von Formteilen wie folgt ab.
-
Wie in 1a dargestellt, befindet sich der dritte Trägerrahmen 9 in dem zweiten Teilbereich 43. Die erste Formwerkzeughälfte 15 in dem ersten Teilbereich 41 ist leer.
-
Ein Bediener kann nun durch Druck auf eine dafür vorgesehene Taste auf dem Bedienpanel 55 das Maschinensystem 1 anweisen, das erste Zugangstor 35 zu öffnen. Die Steuereinrichtung der Formteilmaschine 3 prüft dann zunächst, ob das Trennelement 39 geschlossen ist und ob sich der dritte Trägerrahmen 9 in dem ersten Teilbereich 41 befindet. Hierfür sind entsprechende Sensoren (nicht dargestellt) vorgesehen. Ermittelt die Steuereinrichtung, dass das Trennelement 39 geschlossen ist und dass sich der dritte Trägerrahmen 9 nicht in dem ersten Teilbereich 41, sondern in dem zweiten Teilbereich 43 befindet, so öffnet sie das erste Zugangstor 35 (siehe 1b).
-
Der Bediener kann nun in den ersten Teilbereich 41 gelangen und ein Einlegeteil in die erste Formwerkzeughälfte 15 einlegen. Anschließend verlässt der Bediener den ersten Teilbereich 41 und betätigt eine auf dem Bedienpanel 55 vorgesehene Taste zum Schließen des ersten Zugangstores 35. Bevor das erste Zugangstor 35 geschlossen wird, prüft die Steuereinrichtung der Formteilmaschine 3, ob sich eine Person in dem ersten Teilbereich 41 befindet. Ist dies nicht der Fall, so wird das erste Zugangstor 35 geschlossen und gegebenenfalls verriegelt.
-
Vor dem anschließenden Bewegen des dritten Trägerrahmens 9 in den ersten Teilbereich 41 wird das Trennelement 39 geöffnet (1c). Die Steuereinrichtung ermittelt auch vor dem Auslösen der Bewegung des dritten Trägerrahmens 9, ob das Trennelement 39 geöffnet ist. Ist dies der Fall, so wird der dritte Trägerrahmen 9 in den ersten Teilbereich 41 bewegt, ist dies nicht der Fall, so wird die Bewegung unterbunden und es kann beispielsweise eine Warnung auf dem Bedienpanel 55 angezeigt werden.
-
Anschließend wird der dritte Trägerrahmen 9 entlang der Schließrichtung S aus dem zweiten Teilbereich 43 in den ersten Teilbereich 41 bewegt. Dies kann automatisch nach dem Schließen des ersten Zugangstores 35 oder durch die Betätigung einer weiteren dafür vorgesehenen Taste auf dem Bedienpanel 55 geschehen. Dadurch wird ein aus der ersten Formwerkzeughälfte 15 und der dritten Formwerkzeughälfte 25 bestehendes erstes Formwerkzeug gebildet und geschlossen (1d).
-
Anschließend wird das Trennelement 39 geschlossen (1e). Zuvor ermittelt die Steuereinrichtung, ob sich der dritte Trägerrahmen 9 in der vorgesehenen Position befindet, um eine Beschädigung des dritten Trägerrahmens 9 und der darin befindlichen Teile sowie des Trennelements 39 zu vermeiden. Durch das Schließen des Trennelements 39 ist der Innenbereich 33 der Barriere 31 wieder in zwei getrennte Teilbereiche 41, 43 unterteilt. In dem ersten Formwerkzeug kann nun ein Formteil geschäumt werden.
-
Während des Schäumprozesses kann das zweite Zugangstor 37 zu dem zweiten Teilbereich 43 geöffnet werden (1f). Dies kann auf Veranlassung des Bedieners mittels des Bedienpanels 55 oder automatisch nach dem Schließen des Trennelements 39 geschehen. Vor dem Öffnen des zweiten Zugangstores 37 wird ermittelt, ob das Trennelement 39 geschlossen ist und ob sich der dritte Trägerrahmen 9 in dem zweiten Teilbereich 43 befindet.
-
Nachdem das zweite Zugangstor 37 geöffnet wurde, kann der Bediener in den zweiten Teilbereich 43 gelangen und in späteren Zyklen ein hergestelltes Formteil aus der zweiten Formwerkzeughälfte 17 entnehmen. Zudem kann der Bediener ein Einlegeteil in der zweiten Formwerkzeughälfte 17 anordnen. Im Anschluss daran kann der Bediener den zweiten Teilbereich 43 wieder verlassen und veranlassen, dass das zweite Zugangstor 37 geschlossen und gegebenenfalls verriegelt wird.
-
Sobald der Schäumprozess in dem ersten Formwerkzeug abgeschlossen und das zweite Zugangstor 37 wieder geschlossen ist, kann das Trennelement 39 geöffnet und der dritte Trägerrahmen 9 zurück in den zweiten Teilbereich 43 bewegt werden. Anschließend wird das Trennelement 39 wieder geschlossen, so dass das Maschinensystem 1 äußerlich wieder den in 1a dargestellten Zustand erreicht hat, wobei dann auch in dem zweiten Formwerkzeug ein Formteil geschäumt werden kann.
-
Grundsätzlich können die durch den Bediener durchgeführten Tätigkeiten auch vollständig automatisiert werden. Das Einlegen des Einlegeteils und das Entnehmen des Formteils können durch einen Roboter vorgenommen werden. Bei einer vollständigen Automatisierung der Bestückung und Entnahme in beiden Formwerkzeugen kann auf die Barriere mit ihren Zugangstoren und dem Trennelement sowie auf die damit verbundenen Verfahrensschritte verzichtet werden. Bei solchen Ausführungsformen umfasst das Maschinensystem vorteilhafterweise einen Handhabungsroboter sowie eine Transporteinrichtung zum Abtransportieren von Formteilen und zum Transportieren von Einlegeteilen zu der Formteilmaschine.
-
In den 2a, 2b und 2c ist der Aufbau der Formwerkzeuge von drei unterschiedlichen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Maschinensystems 1 dargestellt.
-
Bei dem Maschinensystem 1 gemäß 2a weist die Formteilmaschine 3 erneut einen ersten und einen zweiten Trägerrahmen 5, 7 sowie einen dritten Trägerrahmen 9 auf. In dem ersten Trägerrahmen 5 sind ein erstes Kammerteil 11 sowie eine erste Formwerkzeughälfte 15 angeordnet. In dem zweiten Trägerrahmen 7 sind ein zweites Kammerteil 13 und eine zweite Formwerkzeughälfte 17 vorgesehen. Wie bei der in den 1a bis 1f gezeigten Ausführungsform weist die in 2a dargestellte Ausführungsform ebenfalls ein drittes und ein viertes Kammerteil 21, 23 auf, welche in dem dritten Trägerrahmen 9 angeordnet sind. An dem dritten Kammerteil 21 ist eine dritte Formwerkzeughälfte 25 und an dem vierten Kammerteil 23 ist eine vierte Formwerkzeughälfte 27 angeordnet.
-
Der dritte Trägerrahmen 9 ist auch hier entlang der Schließrichtung S bewegbar. Wird der dritte Trägerrahmen 9 in die Richtung bewegt, die in der 2a nach links zeigt, so gelangt er in eine erste Schließstellung, in welcher die erste Formwerkzeughälfte 15 und die dritte Formwerkzeughälfte 25 aneinander anliegen und auf diese Weise ein erstes Formwerkzeug bilden. In der ersten Schließstellung ist das erste Formwerkzeug geschlossen, so dass in der Kavität des ersten Formwerkzeugs bestehend aus den Teilkavitäten 16, 26 ein Formteil geschäumt werden kann. Wird der dritte Trägerrahmen 9 in die Richtung bewegt, die in der 2a nach rechts zeigt, so gelangt er in eine zweite Schließstellung, in welcher die zweite Formwerkzeughälfte 17 und die vierte Formwerkzeughälfte 27 aneinander liegen und auf diese Weise ein geschlossenes zweites Formwerkzeug bilden. In der zweiten Schließstellung kann somit ein Formteil in der Kavität des zweiten Formwerkzeugs, die aus den Teilkavitäten 18, 28 gebildet wird, geschäumt werden.
-
Die dritten und vierten Kammerteile 21, 23 berühren sich nicht. Auf diese Weise wird verhindert, dass während eines Schäumprozesses in einem der Formwerkzeuge allzu viel Wärme zu dem jeweils nicht beteiligten Kammerteil sowie der nicht beteiligten Formwerkzeughälfte abgeleitet wird, wodurch diese weniger mit aufgeheizt werden. Ein Aufheizen von nicht an dem Schäumprozess beteiligten Massen erfordert den überflüssigen Einsatz zusätzlicher Energie. Zusätzlich kann es durch die Wärmeableitung zu einer mangelhaften Herstellung des Formteils kommen.
-
Bei der Ausführungsform gemäß 2b weist das Maschinensystem 1 erneut einen ersten und einen zweiten Trägerrahmen 5, 7 sowie einen dritten Trägerrahmen 9 auf. Der dritte Trägerrahmen 9 ist auch hier zwischen einer ersten Schließstellung und einer zweiten Schließstellung zwischen den ersten und zweiten Trägerrahmen 5, 7 entlang der Schließrichtung S bewegbar. In dem ersten Trägerrahmen 5 sind ein erstes Kammerteil 11 und eine erste Formwerkzeughälfte 15 und in dem zweiten Trägerrahmen 7 ein zweites Kammerteil 13 und eine zweite Formwerkzeughälfte 17 angeordnet.
-
In dem dritten Trägerrahmen 9 ist nur ein einziges drittes Kammerteil 21 sowie eine einzige dritte Formwerkzeughälfte 25 angeordnet. Der dritte Trägerrahmen 9 ist gemeinsam mit dem dritten Kammerteil 21 und der dritten Formwerkzeughälfte 25 um eine senkrecht zu der Schließrichtung S verlaufende Drehachse D drehbar. Durch die Drehung kann der dritte Trägerrahmen 9 in zwei Endstellungen gebracht werden, von denen eine in 2b dargestellt ist. In dieser Endstellung ist die Teilkavität 26 der dritten Formwerkzeughälfte 25 der Teilkavität 16 der ersten Formwerkzeughälfte 15 zugewandt. Durch eine Bewegung des dritten Trägerrahmens 9 in die erste Schließstellung wird das von der ersten Formwerkzeughälfte 15 und der dritten Formwerkzeughälfte 25 gebildete erste Formwerkzeug geschlossen.
-
Nach dem Öffnen dieses Formwerkzeugs wird der dritte Trägerrahmen 9 um 180° um die Drehachse D gedreht, so dass die Teilkavität 26 der dritten Formwerkzeughälfte 25 der Teilkavität 18 der zweiten Formwerkzeughälfte 17 zugewandt ist. Durch eine anschließende und/oder gleichzeitige Bewegung des dritten Trägerrahmens 9 entlang der Schließrichtung S in die zweite Schließstellung wird das auf diese Weise von der zweiten Formwerkzeughälfte 17 und der dritten Formwerkzeughälfte 25 gebildete zweite Formwerkzeug geschlossen.
-
Die Drehbarkeit des dritten Trägerrahmens 9 kann beispielsweise durch einen Drehteller, auf dem der dritte Trägerrahmen 9 angeordnet ist, oder eine drehbare Aufhängung für den dritten Trägerrahmen 9 realisiert werden.
-
Die Ausführung des Maschinensystems 1 gemäß 2c ist hinsichtlich des ersten Trägerrahmens 5 und des zweiten Trägerrahmens 7 identisch zu den Ausführungsformen der 2a und 2b. Das Maschinensystem 1 weist auch hier einen dritten Trägerrahmen 9 auf, welcher entlang der Schließrichtung S zwischen dem ersten und dem zweiten Trägerrahmen 5, 7 bewegbar ist.
-
In dem dritten Trägerrahmen 9 ist bei dieser Ausführungsform nur ein einziges drittes Kammerteil 21 angeordnet. An dem dritten Kammerteil 21 sind eine dritte und eine vierte Formwerkzeughälfte 25, 27 vorgesehen, deren Teilkavitäten 26, 28 in entgegengesetzte Richtungen gewandt sind. Die Teilkavität 26 der dritten Formwerkzeughälfte 25 ist der Teilkavität 16 der ersten Formwerkzeughälfte 15 und die Teilkavität 28 der vierten Formwerkzeughälfte 27 der Teilkavität 18 der zweiten Formwerkzeughälfte 17 zugewandt. Die von dem dritten Kammerteil 21 und den dritten und vierten Formwerkzeughälften 25, 27 gebildete Prozesskammer 61 wird von einer Wand 63 in zwei Hälften geteilt, wodurch zwei Teilprozesskammern für die beiden Formwerkzeughälften 25, 27 gebildet werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Maschinensystem
- 3
- Formteilmaschine
- 5
- erster Trägerrahmen
- 7
- zweiter Trägerrahmen
- 9
- dritter Trägerrahmen
- 11
- erstes Kammerteil
- 13
- zweites Kammerteil
- 15
- erste Formwerkzeughälfte
- 16
- Teilkavität
- 17
- zweite Formwerkzeughälfte
- 18
- Teilkavität
- 21
- drittes Kammerteil
- 23
- viertes Kammerteil
- 25
- dritte Formwerkzeughälfte
- 26
- Teilkavität
- 27
- vierte Formwerkzeughälfte
- 28
- Teilkavität
- 31
- Barriere
- 33
- Innenbereich
- 35
- erstes Zugangstor
- 37
- zweites Zugangstor
- 39
- Trennelement
- 41
- erster Teilbereich
- 43
- zweiter Teilbereich
- 51
- Kunststoffgranulatquelle
- 53
- Kunststoffgranulatquelle
- 55
- Bedienpanel
- 61
- Prozesskammer
- 63
- Wand
- D
- Drehachse
- S
- Schließrichtung
