DE19634941A1

DE19634941A1 - Efficient heating of thermoplastic plate using radiating heat source

Info

Publication number: DE19634941A1
Application number: DE1996134941
Authority: DE
Inventors: Peter Schwarzmann
Original assignee: Adolf Illig Maschinenbau GmbH and Co KG
Current assignee: Adolf Illig Maschinenbau GmbH and Co KG
Priority date: 1996-08-29
Filing date: 1996-08-29
Publication date: 1998-03-05

Abstract

In a process for optimum heating of a thermoplastic plate (1) using a radiating heat source heater (2,3) output is varied during the heating period to account for changing characteristics in the plate and involves: (a) recording the surface temperature(TO) of one or both sides of the plate(1) with a sensor (5,6) and comparing(TO) with a set value(TS); (b) reducing the heater output from a high initial value so that the plate surface temperature(TO) is stabilised at the set temperature(TS); (c) maintaining the set temperature(TS) or a slightly lower post heating temperature(TG) for a prescribed post heating time(TN) at the reduced heating output.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beheizen einer Platte aus thermoplastischem Kunststoff nach der Gattung des Hauptanspruches.The invention relates to a method for heating a Thermoplastic sheet according to the genus of Main claim.

Aus der DE 30 07 999 A1 ist es bekannt, die Beheizung einer Platte oder Folienbahn aus thermoplastischem Kunststoffin der Weise vorzunehmen, daß die von der Heizung abgestrahlte Leistung während des Beheizens von einem Maximum kontinuier lich abgesenkt wird auf ein Minimum. Ausgehend von der Erkenntnis, daß man eine kalte Platte mit einer höheren Leistung bestrahlen kann als eine bereits erwärmte Platte - und daß die Wärme Zeit benötigt, ins Innere der Platte vorzudringen - wird die Heizleistung so gesteuert, daß die Oberfläche intensiv beheizt, dabei aber nicht überhitzt wird. Das Verändern der Heizleistung erfolgt in der Weise, daß ein Mikroprozessor eine Signalspannung erzeugt, die zur Leistungssteuerung der Heizung - im Prinzip einer Phasenan schnittssteuerung - herangezogen wird.From DE 30 07 999 A1 it is known to heat a Thermoplastic sheet or sheet the way that the radiated from the heater Power continuously during heating from a maximum is reduced to a minimum. Starting from the Realization that you can get a cold plate with a higher one Power can irradiate as an already heated plate - and that the heat takes time inside the plate to penetrate - the heating power is controlled so that the Surface intensely heated, but not overheated becomes. The heating output is changed in such a way that a microprocessor generates a signal voltage which is used for Power control of the heating - in principle a phase cut control - is used.

Der Nachteil bei diesem Verfahren liegt darin, daß die Signalspannung vorprogrammiert und dazu empirisch ermittelt werden muß. Eine universelle Thermoformmaschine kann viele Arten von Kunststoffen in Stärken von 0,5 bis 12 mm verarbei ten, so daß sich eine große Anzahl von möglichen Programmen ergibt. Wenn ein Anwender ein neues Material und/oder eine neue Plattenstärke verarbeiten will, muß er erst die empiri schen Werte ermitteln, was in dieser Zeit einen Produktions ausfall zur Folge hat. Der Anwender hat keine Rückmeldung, ob er optimale Werte ermittelt hat und bemerkt eine eventuel le Überhitzung der Folienoberfläche nur an einem - dann defekten - Teil. Es hat sich gezeigt, daß in der Praxis aus Sorge vor Überhitzung der Oberfläche sicherheitshalber mit zu geringer Heizleistung gefahren wird und eine längere Heiz zeit in Kauf genommen wird. Wie die einzustellenden empiri schen Werte ermittelt werden, ist der genannten Schrift nicht zu entnehmen. Es muß davon ausgegangen werden, daß es sich um ein zeitaufwendiges Verfahren handelt, das nicht unbedingt optimale Werte liefert.The disadvantage of this method is that the Signal voltage preprogrammed and empirically determined must become. A universal thermoforming machine can do many Process types of plastics in thicknesses from 0.5 to 12 mm ten, so that a large number of possible programs results. If a user has a new material and / or a wants to process new plate thickness, he must first the empiri values determine what a production failure. The user has no feedback, whether he has determined optimal values and notices a possible le Overheating of the film surface only on one - then broken part. It has been shown that in practice As a precaution, ensure that the surface overheats low heating power and a longer heating time is accepted. Like the empiri to be set values are determined is the font mentioned not to be removed. It must be assumed that is a time-consuming process that is not provides optimal values.

Das bekannte Verfahren berücksichtigt zudem in keinster Weise, daß die Kunststoffplatten zu Beginn des Aufheizens nicht immer die gleiche Ausgangstemperatur aufweisen. So kann diese im Winter viel tiefer liegen als im Hochsommer, so daß hier ohne weiteres Temperaturunterschiede von 25°C vorliegen können. Vorprogrammierte Leistungskurven der Heizung nehmen darauf keine Rücksicht, so daß Ausschuß entstehen kann.In addition, the known method does not take into account at all Way that the plastic plates at the beginning of the heating do not always have the same starting temperature. So it can be much lower in winter than in high summer, so that here temperature differences of 25 ° C without further notice can be present. Pre-programmed performance curves of the Heating take no account of it, so committee can arise.

Aus der DE-OS 21 62 129 ist es bekannt, die Oberflächentempe ratur der erwärmten Platte über einen Sensor zu messen und bei Erreichen der vorgegebenen Solltemperatur den Verfor mungsvorgang einzuleiten, also das Beheizen einzustellen. Die Heizleistung ist konstant, so daß die Vorteile einer optimalen Beheizung nicht gegeben sind. Welche Temperatur die Platte im Innern aufweist, wenn die Oberfläche ihre Solltemperatur erreicht hat, ist bei diesem Verfahren nur dadurch beeinflußbar, daß man die konstante Heizleistung als Ganzes verändert und damit auch die Heizzeit.From DE-OS 21 62 129 it is known the surface temperature to measure the temperature of the heated plate using a sensor and when the specified target temperature is reached, the Verfor initiate the heating process, i.e. stop heating. The heating power is constant, so that the advantages of a optimal heating are not given. What temperature the plate has inside if the surface is their Has reached the target temperature is only with this method can be influenced that the constant heating power as Everything changed and with it the heating time.

In der DE 35 12 843 A1 ist die Erfassung der Oberflächentem peratur einer bewegten Folienbahn außerhalb des Heizfeldes mittels Sensor beschrieben, wobei diese erfaßte Temperatur mit einer Solltemperatur verglichen wird. Die vorgeschaltete Heizung wird in ihrer Ausgangsleistung beeinflußt, wobei diese dann nach erfolgtem Regelvorgang konstant bleibt. Die Vorteile einer optimalen Beheizung - kalte Folie stärker, warme Folie geringer - sind bei diesem Verfahren nicht gegeben. Durch das Messen hinter der Heizung dauert es einige Takte, bis das System im Gleichgewicht ist und produ ziert in dieser Zeit Ausschuß. DE 35 12 843 A1 describes the detection of the surface temperature temperature of a moving film web outside the heating field described by means of a sensor, this detected temperature is compared with a target temperature. The upstream Heating is affected in its output, whereby this then remains constant after the control process has taken place. The Advantages of optimal heating - cold foil stronger, warm foil less - are not with this procedure given. It takes time by measuring behind the heater a few bars until the system is balanced and produ adorns committee during this time.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren so auszubilden, daß zeitlich und energiemäßig eine optimale Beheizung erfolgt, wobei die Ermittlung und Einstellung der materialspezifischen Werte auf einfache Weise erfolgen kann. Zeitaufwendige Versuche des Benutzers sollten hierzu nicht erforderlich sein. Das Verfahren sollte unterschiedliche Ausgangstemperaturen der Platte ohne Eingriff des Bedieners ausgleichen. Eine gute Durchwärmung der Platte, also auch im Innern, sollte entsprechend den Anforderungen des Tiefzieh verfahrens auf einfache Weise erzielbar sein.The invention has for its object the method train that optimal in terms of time and energy Heating takes place, the determination and setting of material-specific values can be done in a simple manner. Time-consuming attempts by the user should not do this to be required. The procedure should be different Initial temperatures of the plate without operator intervention compensate. Good warming of the plate, also in the Inside, it should meet the requirements of deep drawing Procedure can be achieved in a simple manner.

Gelöst ist diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Kenn zeichen des Hauptanspruches gegebenen Maßnahmen. Die Unteran sprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen dar. Das Verfah ren ist anhand der schematischen Zeichnungen näher beschrie ben. Es zeigt:This problem is solved according to the invention by the in the characteristic Sign of the main claim given measures. The Unteran sayings represent advantageous further training. The procedure ren is described in more detail using the schematic drawings ben. It shows:

Fig. 1 eine schematische Darstellung von zwei Heizungen und der Steuereinrichtung zum Erwärmen einer Platte. Fig. 1 is a schematic representation of two heaters and the control device for heating a plate.

Fig. 2 Ein Diagramm Temperatur/Leistung/Heizzeit. Fig. 2 A diagram of temperature / power / heating time.

Fig. 3 Eine Darstellung von verschiedenen Parametern in Tabellenform. Fig. 3 A representation of various parameters in tabular form.

Fig. 4 Eine Darstellung einer Bildschirmmaske zur Eingabe in die Steuerung. Fig. 4 shows a screen mask for input into the controller.

Das Verfahren findet Anwendung beim Beheizen einer einge spannten Platte 1 aus thermoplastischem Kunststoff mittels einer Strahlungsheizung. Zum Beheizen sind eine oder zwei Heizungen 2, 3 im Abstand zur Platte 1 angeordnet. Sie bestehen aus gitterartig angeordneten Heizelementen 4, wobei es sich hierbei beispielsweise um Keramikstrahler, Quarz strahler oder Halogenstrahler handelt. Vorzugsweise werden Heizelemente eingesetzt, deren Leistungsabgabe relativ rasch verändert werden kann. Eine oder beide Heizungen 2, 3 ist/sind mit einem Sensor 5, 6 versehen, der durch die Heizung 2, 3 hindurch die Oberflächentemperatur der Platte 1 erfaßt und an die Steuerung 7 meldet. Eine seitliche Anord nung der Sensoren 5, 6 ist denkbar, so daß diese durch den Spalt zwischen den Heizungen 2, 3 und dem Spannrahmen hin durch messen. Wegen des ungünstigen Einfallwinkels werden solche Messungen aber ungenauer, als wenn die Messung senk recht zur Platte 1 erfolgt. Der Steuerung 7 vorgegeben wird entweder direkt oder indirekt die Solltemperatur der Oberflä che der Platte 1. Direkt wäre dies durch Eingabe der Solltem peratur über ein Tastenfeld, wobei die maximal zulässige materialabhängige Temperatur dem Anmelder in der Regel bekannt ist. Indirekt wäre dies durch Eingabe des Materials in die Steuerung, z. B. "PS" für Polystyrol, wobei sich die Steuerung z. B. den Wert 160°C aus einer hinterlegten Tabelle entnehmen würde.The method is used when heating a clamped plate 1 made of thermoplastic material by means of radiant heating. For heating, one or two heaters 2 , 3 are arranged at a distance from the plate 1 . They consist of grid-like heating elements 4 , for example ceramic radiators, quartz radiators or halogen radiators. Heating elements are preferably used, the power output of which can be changed relatively quickly. One or both heaters 2 , 3 is / are provided with a sensor 5 , 6 , which detects the surface temperature of the plate 1 through the heater 2 , 3 and reports it to the controller 7 . A lateral arrangement of the sensors 5 , 6 is conceivable, so that they measure through the gap between the heaters 2 , 3 and the tenter frame. Because of the unfavorable angle of incidence, such measurements are less accurate than when the measurement is made perpendicular to plate 1 . The controller 7 is either directly or indirectly the target temperature of the surface of the plate 1 . This would be done directly by entering the target temperature via a keypad, the maximum permissible material-dependent temperature is generally known to the applicant. Indirectly this would be by entering the material in the control, e.g. B. "PS" for polystyrene, the control z. B. would take the value 160 ° C from a stored table.

Von der Steuerung 7 aus wird die Stromzufuhr zu den Heizun gen 2, 3 gesteuert und zwar in folgender Weise:
Mit Beginn des Heizvorganges wird die Heizleistung auf Maximum gestellt, d. h. entsprechend 100% der Anschlußlei stung der Heizungen 2, 3. Die Oberflächentemperatur TO steigt rasch an und wird der Steuerung 7 laufend über die Sensoren 5, 6 gemeldet. Die Oberflächentemperatur TO wird nun von der Steuerung 7 geregelt, d. h. bei Annäherung des Istwertes an den Sollwert TS wird die Stromzufuhr zu den Heizungen 2, 3 und damit die Heizleistung N entsprechend abgesenkt, so daß die Oberflächentemperatur TO die Solltem peratur TS erreicht, diese möglichst nicht oder nur kurz überschreitet und auf dieser konstant gehalten wird.From the controller 7 , the power supply to the heater 2 , 3 is controlled in the following way:
At the beginning of the heating process, the heating output is set to maximum, ie corresponding to 100% of the connection lead of the heaters 2 , 3 . The surface temperature TO rises rapidly and is continuously reported to the controller 7 via the sensors 5 , 6 . The surface temperature TO is now controlled by the controller 7 , ie when the actual value approaches the setpoint TS, the current supply to the heaters 2 , 3 and thus the heating power N is reduced accordingly, so that the surface temperature TO reaches the target temperature TS, if possible does not exceed or only briefly and is kept constant on this.

Nach Erreichen der Solltemperatur TS wird je nach Plattendic ke, Material und Gestalt des herzustellenden Formteiles für eine gewisse Nachheizzeit TN diese Temperatur gehalten, damit die Temperatur der Plattenmitte TM sich der Oberflä chentemperatur TO annähern kann. After reaching the target temperature TS, depending on the plate finish ke, material and shape of the molded part for a certain post-heating time TN kept this temperature, so that the temperature of the plate center TM corresponds to the surface can approach temperature TO.

Durch die Regelung und den angestrebten tangentialen Über gang der Kurve von TO in die Horizontale TS ist es problema tisch, als Start für die Nachheizzeit TN den Zeitpunkt zu wählen, an dem der Sensor 5, 6 erstmals diesen Wert erfaßt. Es hat sich als sicherer und reproduzierbarer erwiesen, einen Temperaturwert TG gering unterhalb der Solltemperatur zu wählen, an dem die Kurve von TO noch relativ steil an steigt. Mit Erreichen dieses Temperaturwertes TG startet die Nachheizzeit TN.Due to the control and the desired tangential transition of the curve from TO to the horizontal TS, it is problematic to choose the time at which the sensor 5 , 6 first detects this value as the start for the post-heating time TN. It has proven to be safer and more reproducible to choose a temperature value TG slightly below the target temperature at which the curve from TO rises relatively steeply. When this temperature value TG is reached, the post-heating time TN starts.

Die erforderliche Zeitdauer von TN ist im wesentlichen abhängig vom Kunststoffmaterial und der Plattendicke. Die mittlere Plattentemperatur TM kann nicht ohne weiteres gemessen werden und ist niedriger als die Oberflächentempera tur TO. Während der Zeit TN nähert sich TM an TO und verrin gert sich nach Ablauf der Zeit TN auf den Wert TX.The time required by TN is essentially depending on the plastic material and the plate thickness. The mean plate temperature TM can not easily be measured and is lower than the surface temperature to TO. During the time TN, TM approaches TO and verrin changes after the time TN to the value TX.

Ein wesentlicher Teil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, den Wert für die Nachheizzeit TN zu ermitteln bzw. vorzugeben. Es gibt hier mehrere Möglichkeiten:
Eine Möglichkeit besteht darin, den Wert TN über ein Tasten feld der Steuerung vorzugeben. Es liegt dann in der Erfah rung des Thermoformers, solche Werte in Abhängigkeit des zu erwärmenden Materials der Plattenstärke, der geometrischen Struktur des Formteiles und damit den Tiefziehbedingungen einzugeben.An essential part of the method according to the invention is to determine or specify the value for the post-heating time TN. There are several options here:
One possibility is to specify the TN value via a keypad on the control. It then lies in the experience of the thermoformer to enter such values depending on the material to be heated, the sheet thickness, the geometric structure of the molded part and thus the deep-drawing conditions.

Eine zweite Möglichkeit besteht darin, daß in der Steuerung eine oder mehrere Tabellen hinterlegt sind, aus denen sich die Steuerung aufgrund der Eingabe von Material- und Platten dicke außer dem Wert für die Oberflächentemperatur TO und ggf. den Wert TG auch den Wert für die Nachheizzeit TN entnimmt. Es wäre dabei denkbar, daß mehrere Tabellen hinter legt sind, wobei jede für einen bestimmten Wert TX ausgelegt ist, so daß nach Eingabe von Material, Plattendicke und TX die Zeit TN aus Tabellen entnommen werden kann. Solche Tabellen sind in Fig. 3 beispielhaft dargestellt. Eine Eingabemaske des Bedienpultes (in der Regel Bildschirmmaske) ist in Fig. 4 dargestellt. Nach Eingabe dieser Werte muß sich der Bediener nicht mehr um Heizzeiten, Temperaturen und Leistungswerte der Heizung kümmern. Wobei es ihm aber unbe nommen bleibt, diese von der Steuerung ermittelten Werte in den entsprechenden Eingabemasken zu verändern, sollte sich dies beim Tiefziehen als erforderlich erweisen.A second possibility is that one or more tables are stored in the control, from which the control is based on the input of material and plate thickness in addition to the value for the surface temperature TO and possibly the value TG also the value for the reheating time TN takes. It would be conceivable that several tables are stored, each of which is designed for a specific value TX, so that the time TN can be taken from tables after input of material, plate thickness and TX. Such tables are shown by way of example in FIG. 3. An input mask of the control panel (usually a screen mask) is shown in FIG. 4. After entering these values, the operator no longer has to worry about heating times, temperatures and power values of the heating. However, it is up to him to change these values determined by the control in the corresponding input screens, should this prove to be necessary during deep drawing.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß die Steuerung anhand vorgegebener mathematischer Formeln nach Eingabe der Werte gemäß Fig. 4 die Werte für die Nachheizzeit TN errech net, wobei die Werte für TO und ggf. TG weiterhin einer Tabelle entnommen oder von Hand vorgegeben werden.A further possibility is that the control calculates the values for the post-heating time TN using the given mathematical formulas after entering the values according to FIG. 4, the values for TO and possibly TG still being taken from a table or given manually.

Wenn das Beheizen der Platte 1 über zwei Heizungen erfolgt, also von beiden Seiten, können wie dargestellt beide Heizun gen mit einem Sensor 5, 6 ausgerüstet sein. Die Nachheizzeit TN würde man vorzugsweise über eine der Heizungen 2, 3 steuern, damit beide Heizungen nicht unterschiedlich lange heizen. Jede Heizung würde leistungsmäßig beeinflußt, so daß die ihr zugewandte Oberfläche mit der entsprechenden Oberflä chentemperatur TO geregelt wird.If the heating of the plate 1 takes place via two heaters, that is to say from both sides, both heaters can be equipped with a sensor 5 , 6 as shown. The post-heating time TN would preferably be controlled via one of the heaters 2 , 3 so that both heaters do not heat for different lengths of time. Each heater would be affected in terms of performance, so that the surface facing it is regulated with the corresponding surface temperature TO.

Größere Heizungen sind meist mit mehreren Heizzonen ausgerü stet, z. B. müssen die äußeren Reihen der Strahler mit einer höheren Leistung die Platte erwärmen, weil die Platte am Rand stärker an die Umgebung abstrahlt. In diesem Fall wird vorgeschlagen, pro Heizzone einen Sensor einzusetzen, wobei über jeden Sensor die Ausgangsleistung der ihm zugeordneten Heizzone gesteuert wird in der Weise, daß die Oberflächentem peratur TO auf den vorgegebenen Wert geregelt wird. In diesem Fall ist es auch möglich, einzelne Bereiche der Platte 1 auf unterschiedliche Temperaturen TO zu regeln. In jedem Fall übernimmt eine Heizzone die Führung bei der Ermittlung des Startpunktes TG für die Nachheizzeit TN sowie für die Ermittlung der Nachheizzeit TN. Larger heaters are usually equipped with several heating zones, e.g. B. the outer rows of the radiators with a higher power must heat the plate because the plate radiates more to the environment at the edge. In this case, it is proposed to use one sensor per heating zone, the output power of the heating zone assigned to it being controlled via each sensor in such a way that the surface temperature TO is regulated to the predetermined value. In this case, it is also possible to regulate individual areas of the plate 1 to different temperatures TO. In any case, a heating zone takes the lead in determining the starting point TG for the post-heating time TN and for determining the post-heating time TN.

Die dargestellten Sensoren 4, 5 erfassen die Oberflächentem peratur TO nur an einer Stelle der Platte 1 bzw. an einer Stelle einer Heizzone. Meßungenauigkeiten können auftreten. Diese können dadurch vermindert werden, daß pro Heizung/Heiz zone mehrere Sensoren eingesetzt werden und ein Mittelwert gebildet wird. Dieser wird für die Regelung herangezogen. Eine Verbesserung der Meßgenauigkeit kann auch dadurch erreicht werden, daß die Sensoren 5, 6 nicht starr, sondern verschiebbar z. B. schwenkbar, ausgebildet sind. Sie können dann einen größeren Meßfleck erfassen und ebenfalls einen Mittelwert bilden.The sensors 4 , 5 shown detect the surface temperature TO only at one point on the plate 1 or at one point in a heating zone. Measurement inaccuracies can occur. These can be reduced by using several sensors per heating / heating zone and forming an average. This is used for the regulation. An improvement in the measuring accuracy can also be achieved in that the sensors 5 , 6 are not rigid, but displaceable z. B. pivotable, are formed. You can then record a larger measurement spot and also form an average.

Claims

1. A method for heating a plate made of thermoplastic plastic by a heater with radiators, the output power of which is changed during the heating process to adapt to the characteristics of the plate to be heated, characterized by the following features:

a) The surface temperature (TO) of at least one side of the plate ( 1 ) is detected by a sensor ( 5 , 6 ) and compared with a predetermined temperature setpoint (TS).
b) The output power of the heaters ( 2 , 3 ) is lowered from a high initial value in such a way that the surface temperature (TO) of the plate ( 1 ) is brought to the predetermined target value (TS) in the sense of a regulation.
c) After reaching the specified target value (TS) or a specified, differing, lower post-heating temperature (TG), the target temperature (TS) is kept constant with a correspondingly reduced heating output for a specified or determined post-heating time (TN).

2. The method according to claim 1, characterized in that the post-heating time (TN) is specified manually.

3. The method according to claim 1, characterized in that the post-heating time (TN) from the controller ( 7 ) is taken from a stored table, this taking into account at least plastic material and plate thickness.

4. The method according to claim 1, characterized in that the post-heating time (TN) from the control using a stored formula is calculated.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the values for the surface temperature to be controlled (TS) and possibly for the post-heating time (TN) are taken from the control ( 7 ) after entering the plastic material from a table .

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that when using two heaters ( 3 , 4 ), the second heater is operated in terms of performance parallel to the first heater.

7. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that when using two heaters, both heaters have a sensor ( 4 , 5 ), each controlling the temperature of the surface facing it, the determination of the post-heating time (TN) and its start from a surface temperature (TO) and the heating time of both heaters ( 2 , 3 ) ends together.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it is used separately for heaters ( 2 , 3 ) with several heating zones for each heating zone.

9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that several sensors ( 5 , 6 ) are arranged per heater ( 2 , 3 ) or per heating zone and the measured values are averaged.

10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the sensors ( 4 , 5 ) are oscillating or displaceable, so that they can detect a larger measurement spot, the measured values being averaged.