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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung optimierter Parameter bei einer zumindest teilweisen Befüllung einer Kavität gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffteilen.
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Für eine effiziente Herstellung hochwertiger Schaumstoffbauteile ist es erforderlich, die Parameter der Befüllung mit dem Herstellungsmaterial an die Kontur der zu befüllenden Kavität bzw. an die dadurch vorliegenden strömungstechnischen Besonderheiten optimal anzupassen. Parameter der Befüllung sind beispielsweise Eigenschaften des Materials, die Lage und die Ausrichtung der Öffnung, durch die das Material eingebracht wird, oder die Einfüllgeschwindigkeit. Dabei sind die Parameter üblicherweise nicht unabhängig voneinander, sondern beeinflussen sich gegenseitig.
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Typischerweise werden die bestmöglichen Parameter für die Befüllung einer Kavität in aufwendigen Versuchsreihen ermittelt, bei denen mehre Schaumstoffbauteile unter verschiedenen definierten Parametern erzeugt werden und die jeweiligen erzeugten Bauteile miteinander verglichen werden.
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Die
DE 10 2017 215 394 A1 zeigt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung des Schäumungsverhaltens eines Schaums. Die zugehörige Vorrichtung weist eine Vielzahl von Kammern auf, wobei wenigstens zwei benachbarte Kammern miteinander verbunden sind. Wenigstens eine Kammer hat einen Schaumeinlass, durch den Schaum in die Kammer der Vorrichtung eingelassen wird. Es kann durch ein transparentes Material hindurch beobachtet werden, wie sich der Schaum während des Schäumens in der Vorrichtung bzw. den Kammern ausbreitet.
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Die
DE 102 08 952 A1 zeigt ein Screeningverfahren zur Herstellung und Charakterisierung von Polyurethan-Schaumstoffen. Das Verfahren kann in einem transparenten Schäumbehälter durchgeführt werden, so dass während des Schäumungsvorgangs eine optische Messung von Parametern wie Steighöhe, Startzeit oder Steigzeit vorgenommen werden kann.
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Die
DE 10 2019 120 548 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils, das eine Bodenlage, eine Decklage und eine Wabenstruktur umfasst, wobei ein Aufbringen der Wabenstruktur auf die Bodenlage, so dass eine Vielzahl von Wabenkammern gebildet wird, ein Befüllen von Wabenkammern in einem Verstärkungsbereich mit einem Granulat und Entfernen von Granulat aus anderen Wabenkammern, so dass jede Wabenkammer in dem Verstärkungsbereich bis zu einer Granulatfüllhöhe gefüllt ist und Wabenkammern außerhalb des Verstärkungsbereichs frei von Granulat sind, ein Aufbringen der Decklage auf die Wabenstruktur, so dass die Vielzahl von Wabenkammern verschlossen wird, und ein Erwärmen des Verbundbauteils auf eine Prozesstemperatur erfolgt, bei der das in die Wabenkammern gefüllte Granulat expandiert, um die mit Granulat befüllten Wabenkammern auszufüllen.
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Die
DE 10 2019 109 840 A1 lehrt ein Formwerkzeug zur Verarbeitung von expandierbarem und/oder expandiertem Kunststoffpartikelmaterial zur Herstellung eines Formteils, insbesondere eines Partikelschaumformteils, umfassend einen wenigstens eine durch einen oder mehrere Wandungsabschnitte begrenzte formgebende Formwerkzeugkavität aufweisenden Formwerkzeugkörper, eine Befülleinrichtung, welche zur Befüllung der wenigstens einen Formwerkzeugkavität mit einem vermittels des Formwerkzeugs zu verarbeitenden expandierbaren und/oder expandierten Kunststoffpartikelmaterial eingerichtet ist, wobei die Befülleinrichtung wenigstens ein in wenigstens einer Bewegungsbahn relativ zu der wenigstens einen Formwerkzeugkavität bewegbar gelagertes Befülleinrichtungselement umfasst.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches es auf einfache und flexible Weise ermöglicht, optimierte Parameter zur Herstellung eines Schaumbauteils zu ermitteln.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Ermittlung optimierter Parameter für eine Befüllung einer Kavität gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in den Unteransprüchen 2-7 aufgezeigt. Ferner wird ergänzend ein Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffteilen gemäß Anspruch 8 zur Verfügung gestellt.
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Ein erster Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Ermittlung optimierter Parameter bei einer zumindest teilweisen Befüllung einer Kavität mit wenigstens einem granularen Material für die Herstellung von Schaumstoffteilen aus dem granularen Material. Dabei wird granulares Material unter definierten Parametern durch wenigstens eine Öffnung der Kavität in die Kavität eingebracht und mittels wenigstens einer optischen Aufnahmeeinrichtung zumindest eine optische Aufnahme von granularem Material in der Kavität erzeugt. Die optische Aufnahme wird einer Auswertung zugeführt.
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Dabei ist wenigstens ein definierter Parameter der Winkel zwischen einer Ausströmrichtung des granularen Materials aus der Öffnung und der Wirkrichtung der Schwerkraft.
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Insbesondere wird das erfindungsgemäße Verfahren mehrfach durchgeführt, wobei jeweils wenigstens ein definierter Parameter verändert wird, so dass durch einen Vergleich der optischen Aufnahmen der jeweiligen Durchführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens optimierte Parameter ermittelt werden können.
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Unter einem granularen Material, bzw. einem Granulat, ist ein Material zu verstehen, welches eine Vielzahl kleiner fester Partikel wie Körner, Kugeln oder Perlen umfasst. Ein granulares Material kann auch eine Mischung aus Partikeln mit unterschiedlichen Eigenschaften, wie beispielsweise einer unterschiedlichen Größe, einem unterschiedlichen Material und einer unterschiedlichen Dichte, sein. Es soll erfindungsgemäß nicht ausgeschlossen sein, dass die Kavität mit mehr als einem granularen Material befüllt wird.
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Eine Kavität im Sinne der Erfindung bezeichnet einen typischer- aber nicht zwingenderweise im Wesentlichen vollständig geschlossen umgrenzten Hohlraum, welcher die negative Kontur des mittels der Kavität herzustellenden Bauteils aufweist.
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Ein Schaumstoffteil ist typischer- aber nicht zwingenderweise ein Schaumstoffformteil, welches durch die Ausbildung von Verbindungen zwischen eine Kavität wenigstens teilweise ausfüllenden Partikeln des granularen Materials, insbesondere eines Kunststoffgranulats, erzeugt wird. Typischerweise erfolgt die Ausbildung der Verbindungen zwischen den Partikeln durch ein Sintern benachbarter Partikeln infolge der Zufuhr von Wärme in das granulare Material. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Partikeln wenigstens teilweise während der Wärmezufuhr expandieren.
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Das granulare Material wird unter definierten Parametern in die Kavität eingebracht. Das bedeutet, dass wenigstens ein Parameter der Befüllung und/oder eine Veränderung eines Parameters während des Befüllungsvorgangs vor dem Start der Befüllung definiert festgelegt wird. Insbesondere wird eine Vielzahl von Parametern bzw. deren Veränderung während des Befüllens vor dem Start der Befüllung definiert festgelegt.
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Dabei kann ein definierter Parameter Merkmale bzw. Eigenschaften des granularen Materials, der Kavität und/oder des Ausströmens des granularen Materials aus der Öffnung während des Befüllens betreffen.
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Zwecks Befüllung weist die Kavität wenigstens eine Öffnung auf. In oder an der Öffnung kann eine Fördereinrichtung, wie beispielsweise eine Düse oder ein Injektor, angeordnet sein, mit der das granulare Material in die Kavität hinein gefördert wird. Das granulare Material strömt typischerweise durch die Öffnung in die Kavität ein. Das bedeutet, dass die Partikeln des granularen Materials die Öffnung mit einer bestimmten Austrittsgeschwindigkeit verlassen.
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Eine optische Aufnahmeeinrichtung ist beispielsweise eine Kamera, insbesondere eine Hochgeschwindigkeitskamera. Mittels der optischen Aufnahmeeinrichtung wird wenigstens eine optische Aufnahme erzeugt. Eine optische Aufnahme im Sinne der Erfindung ist ein Bild bzw. Foto und/oder eine Filmaufnahme. Dabei wird eine optische Aufnahme granularen Materials in der Kavität erzeugt. Die optische Aufnahme kann während und/oder nach dem Befüllen erzeugt werden, so dass die optische Aufnahme granulares Material in der Kavität zu einem Zeitpunkt während des Befüllens und/ oder granulares Material in der Kavität nach dem Abschluss des Befüllens zeigt. Insbesondere werden während des Befüllens mehrere optische Aufnahmen zu unterschiedlichen Zeitpunkten erzeugt.
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Die optische Aufnahme bzw. die mehreren optischen Aufnahmen werden einer Auswertung zugeführt. Die Auswertung kann maschinell und/oder automatisiert erfolgen. Insbesondere werden mehrere, zu unterschiedlichen Zeitpunkten des Befüllens erzeugte optische Aufnahmen durch Vergleich der optischen Aufnahmen untereinander ausgewertet.
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Durch mehrfaches Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens und den Vergleich der Auswertungen der Durchführungen miteinander ist es möglich, von den definierten Parametern einer jeweiligen Durchführung denjenigen zu bestimmen, der zum besten Befüllungsergebnis führt. Dabei ist das beste Befüllungsergebnis typischer- aber nicht zwingenderweise dasjenige, bei dem die Partikeln des granularen Materials die Kavität im Wesentlichen vollständig ausfüllen und/oder die Schüttdichte der Partikeln in verschiedenen Bereichen der Kavität im Wesentlichen gleich ist. Mit anderen Worten ist das beste Befüllungsergebnis typischer- aber nicht zwingenderweise durch eine im Wesentlichen vollständige und gleichmäßige Befüllung der Kavität mit granularem Material gekennzeichnet.
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Die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung optimierter Parameter bei einer zumindest teilweisen Befüllung einer Kavität ermittelten optimierten Parameter können auf eine der hinsichtlich ihrer Kontur und ihrer Größe im Wesentlichen gleiche Kavität, mittels der beispielsweise durch Einbringung von Wärme in das granulare Material Schaumstoffteile erzeugt werden, übertragen werden.
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Dass wenigstens ein definierter Parameter der Winkel zwischen einer Ausströmrichtung des granularen Materials aus der Öffnung und der Wirkrichtung der Schwerkraft ist ist insbesondere dadurch realisierbar, dass die Kavität vor und/oder während des Befüllens um eine senkrecht zur Wirkrichtung der Schwerkraft ausgerichtete Rotationsachse geschwenkt wird.
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In dieser Ausführungsform kann die Bewegung der in die Kavität eingebrachten Partikeln, d.h. die Bewegungsrichtung und die Bewegungsgeschwindigkeit der Partikeln in der Kavität, mittels Nutzung der Schwerkraft alternativ oder zusätzlich zur Ausströmrichtung und/oder zur Ausströmgeschwindigkeit der Partikeln aus der Öffnung beeinflusst werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung optimierter Parameter bietet die Möglichkeit, auf schnelle, einfache und kostengünstige Weise optimierte Parameter für die Herstellung von Schaumstoffteilen zu ermitteln.
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In einer Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung optimierter Parameter wird die optische Aufnahme während des Befüllens der Kavität erzeugt.
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Insbesondere werden mehrere Aufnahmen zu verschiedenen Zeitpunkten während des Befüllens erzeugt. Zusätzlich kann eine optische Aufnahme nach abgeschlossener Befüllung erzeugt werden.
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In einer besonderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass bei mehrfacher Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens jeweils im Wesentlichen zum gleichen Zeitpunkt während des Befüllens eine optische Aufnahme erzeugt wird.
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Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass die Auswertung optischer Aufnahmen, die während des Befüllens erzeugt werden, eine Bewertung der Kinematik einzelner Partikeln und/oder Partikel kollektive des granularen Materials beim Einbringen des granularen Materials in die Kavität ermöglicht.
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Dabei kann in einer Ausführungsform des Verfahrens vorgesehen sein, dass mehrere Bereiche der Kavität, abgebildet jeweils zum gleichen Zeitpunkt durch jeweils eine oder mehrere optische Aufnahmen, vergleichend ausgewertet werden, so dass die Befüllung eines ersten Bereichs der Kavität mit der Befüllung eines zweiten Bereichs der Kavität verglichen werden kann.
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In einer Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung optimierter Parameter wird die optische Aufnahme durch einen transparenten Abschnitt einer die Kavität begrenzenden Wandung hindurch erzeugt.
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Ein transparenter Abschnitt einer die Kavität begrenzenden Wandung kann beispielshaft dadurch realisiert sein, dass ein Abschnitt der Wandung aus einem für elektromagnetische Wellen durchlässigen Material ausgebildet ist. Dabei ist der transparente Abschnitt durchlässig für elektromagnetische Wellen wenigstens einer Wellenlänge, insbesondere für wenigstens eine Wellenlänge im Wellenlängenspektrum des sichtbaren Lichts.
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Der transparente Abschnitt kann aus Glas und/oder Acrylglas ausgebildet sein, wobei andere transparente Werkstoffe nicht ausgeschlossen sind.
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Die die Kavität begrenzende Wandung kann mehrere transparente Abschnitte aufweisen. Insbesondere kann die begrenzende Wandung im Wesentlichen vollständig aus einem transparenten Material ausgebildet sein.
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Die optische Aufnahmeeinrichtung ist derart in Bezug zum transparenten Abschnitt ausgerichtet, dass eine optische Aufnahme durch den transparenten Abschnitt hindurch erzeugbar ist.
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Der transparente Abschnitt ermöglicht es, in einfacher Weise eine optische Aufnahme von granularem Material in der Kavität zu erzeugen.
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In einer Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung optimierter Parameter wird das granulare Material pneumatisch, insbesondere mittels einer Strahlpumpe, in die Kavität eingebracht.
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Mittels eines durch die Öffnung der Kavität in die Kavität einströmenden Treibmediums, welches typischer- aber nicht zwingenderweise Druckluft ist, wird in den Strahl des Treibmediums eingespeistes granulares Material mitbewegt, und auf diese Weise in die Kavität eingebracht. Mittels der Geschwindigkeit des Treibmediums bzw. dem durch die Strömungsgeschwindigkeit des Treibmediums erzeugten Unterdruck an der Position der Einspeisung ist der Massenstrom des granularen Materials bzw. die Menge der Partikeln des granularen Materials, welches durch eine Druckdifferenz von dem Treibmedium pro Zeiteinheit in den Strahl des Treibmediums hinein angesaugt wird, einstellbar. Auf diese Weise wird das granulare Material zusammen mit dem Treibmittel in die Kavität gefördert.
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Dieses Förderungsprinzip kann insbesondere mittels einer sogenannten Strahlpumpe realisiert werden. Eine solche Strahlpumpe wird auch als Injektor bezeichnet.
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Der Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass die Parameter der pneumatischen Förderung, insbesondere der Druck und die Geschwindigkeit des Treibmediums, auf besonders einfache Weise, insbesondere auch während des Befüllens, einstellbar und/oder veränderbar sind.
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In einer Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung optimierter Parameter umfasst das granulare Material im Wesentlichen Partikeln mit einem Durchmesser dP, wobei 0,2 mm < dP < 15 mm, insbesondere 1 mm < dP < 10 mm, ist.
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Dabei ist unter dem Durchmesser der Partikeln der geometrische Äquivalentdurchmesser zu verstehen. Typischerweise weisen die Partikeln im Wesentlichen eine Sphärizität von mehr als 0,8 insbesondere von mehr als 0,9 auf.
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In einer speziellen Ausführungsform weist das granulare Material eine wenigstens bimodale Partikelgrößenverteilung auf. Das bedeutet, dass die Partikelgrößenverteilung des granularen Materials zwei Maxima aufweist. Es ist nicht ausgeschlossen, dass die Partikelgrößenverteilung multimodal ist und mehr somit als zwei Maxima aufweist. Der Vorteil einer derartigen Partikelgrößenverteilung besteht in der höheren erreichbaren Packungs- bzw. Schüttdichte des granularen Materials in der Kavität.
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In einer speziellen Ausführungsform ist das granulare Material ein Kunststoffgranulat, insbesondere ein im Wesentlichen mittels Wärmezufuhr schäumbares Kunststoffgranulat. Dabei kann das Kunststoffgranulat treibmittelhaltig sein.
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Insbesondere sind in einer speziellen Ausführungsform die Partikeln des granularen Materials vor dem Befüllen wenigstens teilweise expandierte Schaumperlen, insbesondere Kunststoffschaumperlen.
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In einer weiteren speziellen Ausführungsform umfasst das granulare Material Partikeln aus Polyethylenterephthalat, Polystyrol, expandiertes Polystyrol, Polyolefin, Polypropylen, expandiertes Polypropylen, Polyethylen, expandiertes Polyethylen, thermoplastisches Polyurethan, expandiertes thermoplastisches Polyurethan, Polycarbonat und/oder expandiertes Polycarbonat, wobei diese Auflistung lediglich exemplarisch zu verstehen ist.
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Insbesondere hat das granulare Material eine Schüttdichte von wenigstens 20g/l und höchstens 600 g/l.
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Insgesamt entspricht das granulare Material im Wesentlichem demjenigen, mittels dem Schaumstoffteile unter Verwendung der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelten optimierten Parameter erzeugt werden sollen.
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In einer Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung optimierter Parameter herrscht in der Kavität ein Überdruck p, wobei p > 2 bar, insbesondere p > 3 bar, ist.
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Dabei bezeichnet der Überdruck den Druck relativ zum Atmosphärendruck. Insbesondere ist in einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Überdruck in der Kavität ein definierter bzw. definierbarer Parameter ist und der Überdruck in der Kavität einstellbar ist. Der Überdruck in der Kavität wird mittels Drucksensoren gemessen.
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Die Kavität wird während des Befüllens mittels wenigstens einer Entlüftungsöffnung entlüftet. Dabei kann die Entlüftungsöffnung auch durch eine gezielte Undichtigkeit der Kavität realisiert sein. Die Entlüftungsöffnung kann derart gestaltet sein, dass sie erst bei Anliegen eines Mindestdrucks in der Kammer zum Entlüften freigegeben wird.
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In einer Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung optimierter Parameter wird ein Parameter des Partikelstroms in die Kavität und/ oder einer in der Kavität herrschenden physikalischen Größe während des Befüllens verändert.
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Dabei wird der Parameter insbesondere definiert verändert. Das bedeutet, dass der Zeitpunkt der Befüllung, zu dem der Parameter verändert wird, und/oder die Größe der Veränderung des Parameters pro Zeiteinheit definiert festgelegt werden.
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In einer speziellen Ausführungsform ist vorgesehen, dass vor der Befüllung mit granularem Material in der Kavität ein Bauteil, insbesondere ein Elektronik-Bauteil, angeordnet wird und das Bauteil bei Befüllen von granularem Material wenigstens teilweise umgeben wird. Dabei kann das Bauteil auch ein Dummybauteil sein, welches lediglich hinsichtlich seiner Form und/oder Größe einem in ein Schaumstoffteil wenigsten teilweise einzuschäumenden Bauteil entspricht.
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In einer speziellen Ausführungsform wird anhand wenigstens einer optischen Aufnahme die Schüttdichte des granularen Materials in wenigstens einem Bereich der Kavität bestimmt. Dabei werden insbesondere Kontrastinformationen der optischen Aufnahme ausgewertet, indem z. B. die Flächen heller Bereiche der optischen Aufnahme zu Flächen dunkler Bereiche der optischen Aufnahme ausgewertet und zueinander ins Verhältnis gesetzt werden.
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In einer weiteren speziellen Ausführungsform wird anhand wenigstens einer optischen Aufnahme die Geschwindigkeit einzelner Partikeln in der Kavität während des Befüllens bestimmt. Insbesondere wird durch den Vergleich der jeweiligen Position eines bestimmten Partikels in zwei optischen Aufnahmen, die im Abstand von wenigen Millisekunden während des Befüllens erzeugt werden, die Geschwindigkeit des bestimmten Partikels bestimmt. Der zeitliche Abstand zweier optischer Aufnahmen beträgt dabei typischerweise weniger als 100 ms.
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In einer weiteren speziellen Ausführungsform wird anhand wenigstens einer optischen Aufnahme die Bewegungsrichtung wenigstens eines Partikels des granularen Materials in der Kavität während des Befüllens bestimmt. Insbesondere wird durch den Vergleich der jeweiligen Position eines bestimmten Partikels in zwei optischen Aufnahmen, die im Abstand von wenigen Millisekunden während des Befüllens erzeugt werden, die Bewegungsrichtung des bestimmten Partikels bestimmt. Der zeitliche Abstand zweier optischer Aufnahmen beträgt dabei typischerweise weniger als 100 ms.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, die Geschwindigkeit und/oder die Bewegungsrichtung eines bestimmten Partikels in einer optischen Aufnahme aus der Länge und der Ausrichtung des abgebildeten bewegten Partikels, insbesondere dessen Unschärfe, zu bestimmen.
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In einer weiteren speziellen Ausführungsform wird anhand wenigstens einer optischen Aufnahme der Volumenanteil Vg/Vk des mit granularem Material gefüllten Volumens Vg der Kavität im Verhältnis zum Volumen Vk der Kavität zu wenigstens einem Zeitpunkt der Befüllung bestimmt.
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In einer weiteren speziellen Ausführungsform wird die zur Befüllung wenigstens eines definierten Bereichs der Kavität benötigte Zeit gemessen. Insbesondere wird die zur Befüllung benötigte Zeit in mehreren definierten Bereichen der Kavität gemessen, so dass durch einen Vergleich der gemessenen Zeiten langsamer und/schneller befüllbare Bereiche der Kavität bestimmbar sind.
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In einer weiteren speziellen Ausführungsform ist der definierte Parameter das Volumen der Kavität. Des Weiteren kann der definierte Parameter der Abstand zwischen zwei die Kavität begrenzenden Wandungen sein.
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In einer weiteren speziellen Ausführungsform ist der definierte Parameter der Durchmesser bzw. Äquivalentdurchmesser dP der Partikeln und/oder die Partikelgrößenverteilung der Partikeln, insbesondere die Anzahl und Lage der Maxima der Partikelgrößenverteilung des granularen Materials.
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In einer weiteren speziellen Ausführungsform ist der definierte Parameter die, insbesondere während des Befüllens veränderbare, Raumlage der Kavität. Dabei ist unter der Raumlage die Ausrichtung der Kavität in dem die Kavität umgebenden Raum zu verstehen.
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In einer weiteren speziellen Ausführungsform ist der definierte Parameter der Überdruck p in der Kavität.
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In einer weiteren speziellen Ausführungsform ist der definierte Parameter die mittlere Geschwindigkeit der in die Kavität eingebrachten bzw. einströmenden Partikeln des granularen Materials während der Befüllung.
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In einer weiteren speziellen Ausführungsform ist der definierte Parameter die pro Zeiteinheit in die Kavität eingebrachte Masse granularen Materials und/oder die pro Zeiteinheit in die Kavität eingebrachte Anzahl an Partikeln des granularen Materials.
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In einer weiteren speziellen Ausführungsform ist der definierte Parameter die Anzahl der Öffnungen der Kavität, durch die granulares Material in die Kavität eingebracht wird.
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In einer weiteren speziellen Ausführungsform ist der definierte Parameter der Abstand der Öffnung der Kavität, durch die granulares Material in die Kavität eingebracht wird, zum geometrischen Schwerpunkt der Kavität.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffteilen, insbesondere von Schaumstoffteilen für ein Kraftfahrzeug, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung optimierter Parameter durchgeführt wird, und wenigstens ein in diesem Verfahren zur Ermittlung optimierter Parameter ermittelter Parameter bei der Herstellung von Schaumstoffteilen eingestellt wird.
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Dabei wird bei dem Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffteilen, insbesondere Schaumstoffformteilen, das granulare Material unter wenigstens einem ermittelten optimierten Parameter in eine Kavität zur Herstellung von Schaumstoffteilen eingebracht. Das granulare Material wird zwecks Ausbildung stoffschlüssiger Verbindungen zwischen benachbarten Partikeln des granularen Materials erwärmt. Dabei kann die Erwärmung mittels eines in die Kavität eingebrachten erwärmten gasförmigen Wärmeträgermediums, insbesondere Wasserdampf, erfolgen. Alternativ kann eine Erwärmung ohne Einbringung eines Wärmeträgermediums in die Kavität erfolgen. Insbesondere kann eine Erwärmung des granularen Materials mittels Radiofrequenz und/oder beheizbare Wandungen der Kavität erfolgen.
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Zur Durchführung des Verfahrens kann eine Vorrichtung zur Ermittlung optimierter Parameter für eine Befüllung einer Kavität mit einem granularen Material zwecks Herstellung von Schaumstoffteilen dienen, welche eine Kavität zur Befüllung mit granularem Material, eine optische Aufnahmeeinrichtung zur Erzeugung einer optischen Aufnahme von granularem Material in der Kavität, sowie wenigstens eine Einstelleinrichtung zur Einstellung zumindest eines definierten Parameters des Partikelstroms in die Kavität und/ oder einer in der Kavität herrschenden physikalischen Größe umfasst.
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Darüber hinaus kann die Vorrichtung
- - wenigstens einen Drucksensor zur Messung des Überdrucks in der Kavität,
- - wenigstens eine pneumatische Fördereinrichtung, insbesondere eine Strahlpumpe, angeordnet in oder an einer Öffnung der Kavität zur Einbringung granularen Materials in die Kavität,
- - eine Wandung der Kavität mit wenigstens einem transparenten Abschnitt,
- - eine optische Aufnahmeeinrichtung, insbesondere eine Kamera, im Speziellen eine Hochgeschwindigkeitskamera,
- - eine Bewegungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, die Kavität im Raum um wenigstens eine Rotationsachse zu schwenken, und/oder
- - eine Einstelleinrichtung zur Einstellung wenigstens eines Parameters, insbesondere zur Einstellung des Drucks und/oder der Geschwindigkeit eines Treibmediums zur pneumatischen Förderung des granularen Materials
umfassen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand des in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
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Es zeigen
- 1: eine Ausgestaltungsform der genannten Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung optimierter Parameter für eine Befüllung einer Kavität in geöffneter Stellung;
- 2: die Ausgestaltungsform der genannten Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung optimierter Parameter für eine Befüllung einer Kavität gemäß 1 in geschlossener Stellung und um 90° geschwenkt;
- 3: einen Querschnitt durch einen Bereich der genannten Vorrichtung;
- 4: eine Ansicht der Kavität durch den transparenten Ausschnitt hindurch ohne granulares Material;
- 5 - 7: drei optische Aufnahmen einer ersten Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung optimierter Parameter für eine Befüllung einer Kavität, wobei
- 5 die Befüllung nach 5 Sekunden,
- 6 die Befüllung nach 10 Sekunden und
- 7 die Befüllung nach 17 Sekunden zeigt,
sowie - 8-10: drei optische Aufnahmen einer zweiten Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung optimierter Parameter für eine Befüllung einer Kavität, wobei
- 8 die Befüllung nach 5 Sekunden,
- 9 die Befüllung nach 10 Sekunden und
- 10 die Befüllung nach 17 Sekunden zeigt.
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1 zeigt eine Ausgestaltungsform der Vorrichtung 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung optimierter Parameter für eine Befüllung einer Kavität 10 in geöffneter Stellung. In der gezeigten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung 1 eine erste Werkzeughälfte 2 und eine zweite Werkzeughälfte 3, die in geschlossenem Zustand zusammen die zu befüllende Kavität 10 ausbilden. Die Werkzeughälften 2, 3 sind mittels Spannverschlüssen 6 verschließbar. Die Werkzeughälften 2, 3 sind auf einem Gestell 7 montiert. Die zweite Werkzeughälfte 2 weist einen transparenten Abschnitt 5 auf, durch den hindurch mit einer hier nicht gezeigten optischen Aufnahmeeinrichtung optische Aufnahmen erzeugbar sind.
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2 zeigt die Ausgestaltungsform der Vorrichtung 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung optimierter Parameter für eine Befüllung einer Kavität gemäß 1 in geschlossener Stellung und mit um 90° geschwenkter Kavität. Die Spannverschlüsse 6 sind geschlossen und befestigen die beiden auf dem Gestell 7 montierten Werkzeughälften 2, 3 aneinander. Nachdem die zwischen den beiden Werkzeughälften 2, 3 ausgebildete Kavität geschlossen wurde, wurden die Werkzeughälften 2, 3 bzw. die Kavität um die Rotationsachse 4 um 90° geschwenkt, so dass die Wirkrichtung der Schwerkraft 22 mit der Ausströmrichtung 21 des granularen Materials, welches über die pneumatischen Fördereinrichtung 13 in die Kavität eingebracht wird, einen Winkel von 90° ausbildet. Das Schwenken wird hier mittels einer Antriebseinrichtung 9 und einer Führungsvorrichtung 23 realisiert. Der Winkel zwischen der Wirkrichtung der Schwerkraft 22 und der Ausströmrichtung 21 ist ein mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zu optimierender Parameter, der vor der Befüllung definiert werden kann.
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3 zeigt einen Querschnitt durch einen Bereich der Vorrichtung in geschlossenem Zustand. Zu erkennen ist zum einen die erste Werkzeughälfte 2, die einen hier aus PPMA ausgeführten transparenten Abschnitt 5 aufweist, der in einem Rahmen 12 angeordnet ist. Ferner ist die zweite Werkzeughälfte 3 zu erkennen, die im Beispiel aus Aluminium ausgeführt ist. Zwischen dem transparenten Abschnitt 5 und der zweiten Werkzeughälfte 3 ist die Kavität 10 ausgebildet, die mit granularem Material zu befüllen ist. Der transparente Abschnitt 5 taucht in die Aussparung 24 der zweiten Werkzeughälfte 3 entlang der Tauchkante 11 ein. Der Abstand a zwischen dem transparenten Abschnitt 5 und der zweiten Werkzeughälfte 3 ist veränderbar, indem die zweite Werkzeughälfte 3 relativ zur ersten Werkzeughälfte 2 entlang von Führungsbolzen 15 bewegt wird. Der Abstand a zwischen dem transparenten Abschnitt 5 und der zweiten Werkzeughälfte 3 ist ein mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zu optimierender Parameter, der vor der Befüllung definiert werden kann.
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4 zeigt eine Ansicht der Kavität 10 durch den transparenten Ausschnitt hindurch ohne granulares Material. In der gezeigten Ausführungsform weist die zweite Werkzeughälfte 3 fünf Öffnungen 8 auf, in denen jeweils eine pneumatische Fördereinrichtung 13 angeordnet ist. Im einem Randbereich 19 der Kavität 10 sind zwei Drucksensoren 16 angeordnet, mit denen der Überdruck in der Kavität 10 während des Befüllens gemessen werden kann. Der Überdruck in der Kavität 10 ist ein mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zu optimierender Parameter, der vor der Befüllung definiert werden kann.
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5 bis 7 zeigen eine erste Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung optimierter Parameter für eine Befüllung einer Kavität 10 anhand von drei optischen Aufnahmen 30 zu drei verschiedenen Zeitpunkten des Befüllens. Dabei sind in dieser ersten Durchführung die Öffnungen 8 bzw. die Kavität 10 derart im Raum ausgerichtet, dass die Ausströmrichtung des granularen Materials der Wirkrichtung der Schwerkraft entgegengesetzt ist. Der Überdruck in der Kavität während des Befüllens beträgt im Beispiel 6 bar. Die Befüllung erfolgt lediglich mittels einer Öffnung 8 im zentralen Bereich 18 der Kavität 10.
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5 zeigt eine mittels einer Hochgeschwindigkeitskamera aufgenommene optische Aufnahme 30 fünf Sekunden nach dem Start des Befüllens der Kavität 10. Es ist zu erkennen, wie sich das granulare Material 20 in der Kavität 10 verteilt. Insbesondere ist zu erkennen, welche Bereiche der Kavität 10 zuerst befüllt werden. Es ist ebenfalls zu erkennen, in welche Richtung einzelne Partikel 25 des granularen Materials 20 aus der Öffnung 8 ausströmen. Unter anderem aus der der Belichtungszeit geschuldeten Länge einzelner abgebildeter Partikel 25 in Bewegung ist die Geschwindigkeit der jeweiligen Partikel 25 ableitbar.
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6 zeigt eine mittels einer Hochgeschwindigkeitskamera aufgenommene optische Aufnahme 30 zehn Sekunden nach dem Start des Befüllens der Kavität 10. Es ist zu erkennen, dass im zentralen Bereich 18 der Kavität 10 die Befüllung fast vollständig abgeschlossen ist, während Randbereiche 19 der Kavität 10 teilweise ungefüllt sind.
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7 zeigt eine mittels einer Hochgeschwindigkeitskamera aufgenommene optische Aufnahme 30 17 Sekunden nach dem Start des Befüllens der Kavität 10. Der Befüllvorgang ist abgeschlossen, so dass 7 das Ergebnis der Befüllung zeigt. Im Gegensatz zum zentralen Bereich 18 wurden Randbereiche 19 der Kavität 10 nicht vollständig befüllt.
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8 bis 10 zeigen eine zweite Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung optimierter Parameter für eine Befüllung einer Kavität 10 anhand von drei optischen Aufnahmen 30 zu drei verschiedenen Zeitpunkten des Befüllens. Dabei sind in dieser zweiten Durchführung die Öffnungen 8 bzw. die Kavität 10 derart im Raum ausgerichtet, dass die Ausströmrichtung des granularen Materials 20 mit der Wirkrichtung der Schwerkraft 22 einen Winkel von 90° ausbildet. Der Überdruck in der Kavität 10 während des Befüllens beträgt auch in der zweiten Durchführung 6 bar. Die Befüllung erfolgt ebenfalls lediglich mittels einer Öffnung 8 im zentralen Bereich 18 der Kavität 10.
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8 zeigt eine mittels einer Hochgeschwindigkeitskamera aufgenommene optische Aufnahme 30 fünf Sekunden nach dem Start des Befüllens der Kavität 10. Im Vergleich zu 5 ist zu erkennen, dass zunächst der darstellungsgemäß untere Bereich der Kavität 10 befüllt wird und der untere Randbereich 19 der Kavität mit mehr granularem Material 20 vollständiger befüllt ist
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9 zeigt eine mittels einer Hochgeschwindigkeitskamera aufgenommene optische Aufnahme 30 zehn Sekunden nach dem Start des Befüllens der Kavität 10. Es ist auch hier im Vergleich zu 6 ein insgesamt gleichmäßigeres Befüllen, insbesondere ein vollständigeres Befüllen der Randbereiche 19 zu erkennen.
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10 zeigt eine mittels einer Hochgeschwindigkeitskamera aufgenommene optische Aufnahme 30 17 Sekunden nach dem Start des Befüllens der Kavität 10. Der Befüllvorgang ist abgeschlossen, so dass 10 das Ergebnis der Befüllung zeigt. Im Vergleich zu 7 ist insgesamt eine gleichmäßigere und vollständigere Befüllung zu sehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- erste Werkzeughälfte
- 3
- zweite Werkzeughälfte
- 4
- Rotationsachse
- 5
- transparenter Abschnitt
- 6
- Spannverschluss
- 7
- Gestell
- 8
- Öffnung
- 9
- Antriebseinheit
- 10
- Kavität
- 11
- Tauchkante
- 12
- Rahmen
- 13
- pneumatische Fördereinrichtung
- 15
- Führungsbolzen
- 16
- Drucksensor
- 18
- zentraler Bereich Kavität
- 19
- Randbereich Kavität
- 20
- granulares Material
- 21
- Ausströmrichtung
- 22
- Wirkrichtung Schwerkraft
- 23
- Führungsvorrichtung
- 24
- Aussparung
- 25
- Partikel
- 30
- optische Aufnahme
- a
- Abstand
