DE19753660C2 - Verfahren und Einrichtung zum Aufbringen eines Trennmittels auf eine Spritzgußform - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Aufbringen eines Trennmittels auf eine Spritzgußform.

Bisher wurden als Trennmittel für Spritzgußformen regelmäßig Flüssigkeiten eingesetzt, die meistens auf einer Wasser/Öl/Fett-Emulsionsbasis beruhen. Die flüssigen Trennmittel werden nach dem Öffnen der Spritzgußform über einen Düsenkopf unter sehr hohem Drucklufteinsatz auf die Formhälften gesprüht. Dieser Düsenkopf wird über eine Linear- Verschiebeeinheit zwischen die Formhälften gebracht. Da die Formhälften nach dem Öffnen und bei Beginn des Aufsprühens des flüssigen Trennmittels noch sehr heiß sind - im Bereich von einigen Hundert Grad Celsius bis 700°C und mehr, verdampft ein großer Teil des flüssigen Trennmittels, bevor die Temperatur soweit gesunken ist, daß sich eine Schicht auf den Oberflächen der Formhälften ausbilden kann, die im nächsten Spritzgußzyklus das Herauslösen des Spritzgußteiles aus der Spritzgußform erleichtert.

Beim Aufsprühen des flüssigen Trennmittels auf die heiße Spritzgußform verdampft der größte Teil des versprühten Trennmittels und geht somit verloren. Da auch der Druckluftbe­ darf zum Versprühen des flüssigen Trennmittels nicht unerheblich ist, führt die Verwendung von flüssigem Trennmittel zu einem sehr hohen Materialeinsatz. Das Verdampfen des flüssi­ gen Trennmittels erzeugt zusätzlich eine erhebliche Umweltbelastung durch verdampfende Substanzen, wie Lösungsmittel und dergleichen.

Bei der Verwendung flüssiger Trennmittel für die Formen von Spritzgußmaschinen entsteht darüberhinaus das Problem, daß der Verdampfungsvorgang die maximale Taktzeit der Spritz­ gußmaschine begrenzt, weil solange kein neues Spritzgußteil gespritzt werden kann, bis nicht die Spritzgußform soweit abgekühlt ist, daß ein ausreichender Trennmittelfilm aufgesprüht werden kann.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Einrichtung zum Aufbringen eines Trennmittels auf eine Spritzgußform anzugeben, die insbesondere einen geringeren Materialeinsatz an Druckluft und Trennmitteln erfordern und höhere Taktzeiten der Spritzgußmaschinen erlauben.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie durch eine Einrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 10 gelöst.

Erfindungsgemäß soll statt des flüssigen Trennmittels ein pulverförmiges Trennmittel mit Hilfe von Druckluft auf die Teile der heißen Spritzgußform gesprüht werden.

Aus dem DE GM 17 96 837 ist ein Verfahren zum Aufbringen eines pulverförmigen Schmier­ mittels zum Schmieren der Matrizen von Spritzgußanlagen, Pressen und Stoßwerkzeugen bekannt. Da es sich hierbei um Schmiermittel handelt, können die Bedingungen für den Auftrag nicht auf Trennmittel übertragen werden. Außerdem ist dieses Verfahren hinsichtlich der Einstel­ lung des Pulver-Luftgemisches nicht näher spezifiziert.

Aus DE 41 21 455 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Speisen von Pulverbe­ schichtunsgeräten mit einem Pulverluftgemisch bekannt. Dabei wird das Pulver in einem Vor­ ratsbehälter fluidisiert und das dabei entstandene Pulverluftgemisch über eine Förderleitung zu einem Dosierbehälter gefördert. Dort wird aus dem Pulverluftgemisch die Fluidisierluft ausgeschieden, daß verbleibende Pulver dosiert und anschließend das dosierte Pulver wieder fluidisiert und einem Beschichtungsgerät zugeführt. Eine Verwendung dieser Vorrichtung für Trennmittel ist nicht vorgesehen.

Aus der Druckschrift CH 668934 ist eine Einrichtung zum Besprühen von Formflächen mehrteiliger Spritz- und Preßwerkzeuge bekannt. Diese Einrichtung ist mit einer Antriebsvor­ richtung mit einer programmierbaren Steuereinrichtung versehen, um den Sprühkopf automa­ tisch in seine dem jeweiligen Werkzeug angepaßte Arbeitsstellung zu bewegen und wieder in Ruhestellung zurückzuziehen. Das Problem des Verdampfens des Trennmittels auf der heißen Spritzgußform wird darin nicht erwähnt.

Bei der Erfindung wird das Pulver so eingestellt, daß es beim Auftreffen auf die heiße Spritz­ gußform, die z. B. eine Oberflächentemperatur von 500° bis 700°C hat, blitzartig verläuft und einen geschlossenen Film auf der Oberfläche der Spritzgußformteile bildet, ohne daß die In­ haltsstoffe des Pulvers verdampfen oder verbrennen. Die zum Aufschmelzen und Vernetzen des pulverförmigen Trennmittels benötigte Energie wird den Oberflächen der Spritzgußform­ teile entzogen, wodurch diese gekühlt werden.

Das Verfahren und die Vorrichtung zum Aufbringen dieses pulverförmigen Trennmittels können aus der Pulverlackiertechnik abgeleitet werden, wobei jedoch den Besonderheiten beim Aufsprühen des pulverförmigen Trennmittels Rechnung getragen werden muß.

Zunächst sind die benötigten Pulvermengen beim Aufsprühen des pulverförmigen Trennmit­ tels auf die Spritzgußform deutlich geringer als bei der "normalen" Pulverlackiertechnik. In den heutigen Pulverlackieranlagen wird in der Regel mit Pulverausstoßraten zwischen 100 und 300 g/min pro Sprühpistole gearbeitet. Bei dem vorliegenden Verfahren und der Einrich­ tung zum Aufbringen des Trennmittels auf die Spritzgußform wird dagegen mit einer Ober­ grenze für die Menge des ausgestoßenen pulverförmigen Trennmittels von 50 g/min pro Sprühvorgang gerechnet. Dies bedeutet, daß die Durchmesser der Förderleitung für das pul­ verförmige Trennmittel und der Pulverkanäle in den Sprüheinrichtungen sowie die Ab­ messungen der Sprühdüse so ausgelegt werden müssen, daß einerseits die maximale Aus­ stoßmenge auf z. B. 50 g/min begrenzt ist und daß andererseits eine gute Dosiermöglichkeit im Bereich zwischen 0 und 50 g/min besteht und eine saubere Zerstäubung bei der Sprühdüse gewährleistet ist. Auch die Fördervorrichtung zum Fördern des pulverförmigen Trennmittels muß auf die niedrigere Ausstoßmengen ausgelegt sein.

Die genaue Dimensionierung der Leitungen und Kanäle, der Sprühdüse oder des Injektors wird im Einzelfall stark abhängig von der jeweiligen Anlage (Größe der Spritzgußformen, zu überbrückende Entfernungen etc.) werden. Der Fachmann auf dem Gebiet der Pulverbes­ chichtungstechnik wird jedoch wissen, welche Dimensionen er für die verschiedenen Teile der Sprüheinrichtung wählen muß, um die geforderten Fördermengen und die Dosiergenauig­ keit zu erzielen. Als Richtwert für die Pulverförderleitungen zu den Sprühvorrichtungen kann z. B. ein maximaler Innendurchmesser der Förderleitung von 10 mm angenommen werden.

Erfindungsgemäß ist eine spezielle Ansteuerung der Pulverfördervorrichtung mittels Förder- und Dosierluft vorgesehen. Um einen optimalen Wirkungsgrad und eine minimale zeitliche Verzögerung zu erreichen, muß das pulverförmige Trennmittel direkt nach dem Öffnen der Spritzgußform und dem Auswurf der gespritzten Teile schwallfrei eingesprüht werden. Bei konventionellen Sprühanlagen entsteht jedoch beim Einschalten der Pulverförderung immer ein mehr oder weniger ausgeprägter Einschaltschwall, weil sich vom unmittelbar vorherge­ henden Sprühvorgang noch Pulver im Schlauch befindet, welches beim Wiedereinschalten schwallförmig ausgeblasen wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird daher beim Einschalten und beim Abschalten der Pulverförderung mit vorgegebenen Steuerprofilen gearbeitet. So ist es z. B. vorteilhaft, bei jedem Abschalten der Pulverförderung am Ende eines Sprühschusses zunächst die Förderluft abzuschalten und die Dosierluft auf einen höheren oder sogar einen maximalen Wert hochzu­ regeln. Dadurch wird kein neues Pulver mehr angesaugt, und die Förderleitung wird schwall­ frei leergeblasen, wobei die Pulverwolke langsam ausklingt. Die immer dünner werdende Pulverwolke kann dazu genutzt werden, um an Stellen der Spritzgußform, an denen noch re­ lativ wenig Trennmittel aufgetragen werden soll, noch einen letzten Hauch des Trennmittels aufzutragen.

Beim Wiedereinschalten der Pulverförderung für den nächsten Sprühschuß werden die För­ der- und Dosierluft ebenfalls gemäß spezieller Steuervorgaben erhöht, um das pulverförmige Trennmittel möglichst schwallfrei und mit einem vorgegebenen Mengenanstieg auszubringen. Die Förder- und Dosierluft werden hierfür z. B. nicht schlagartig, sondern allmählich zuneh­ mend, rampenförmig erhöht.

Es ist nicht zweckmäßig, starre Vorgaben für die Steuerprofile für Förder- und Dosierluft zu erstellen, wie bestimmte Rampen, Anstiegs- und Abschaltzeiten, weil diese Werte abhängig von der jeweiligen Anlage und den speziellen Anforderungen für die jeweiligen Spritzgußfor­ men sind.

Um einen automatischen Ablauf der oben beschriebenen Vorgänge und eine gleichmäßige Qualität beim Aufbringen des Trennmittels sowie einen Qualitätsnachweis zu erhalten, wer­ den die oben beschriebenen Steuerfunktionen vorzugsweise nicht manuell vorgenommen, sondern sie laufen automatisch ab. Das heißt, es wird eine Steuer- und Regeleinrichtung be­ nötigt, um die gewünschten Einschalt- und Abschaltprofile für Förder- und Dosierluft und die geforderte Dosiergenauigkeit zu erreichen. Diese Steuer- und Regeleinrichtung sollte vor­ zugsweise einen elektronischen Speicher haben, um Steuerabläufe zu speichern.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Einrichtung haben die wichtigen Vorteile einer 100%igen Materialausbeute des pulverförmigen Trennmittels, weil das auf die heiße Spritz­ gußform aufgebrachte Trennmittel sofort vernetzt und einen Film bildet, ohne daß das Trennmittel verdampft oder verbrennt, und einer drastischen Verringerung des Druckluftver­ brauchs. In einem Pilotversuch wurden folgende Werte ermittelt:

Beim Druckgießen von Aluminiumteilen mit einem Verbrauch von 28.000 kg Aluminium pro Tag bestand bei der Verwendung von flüssigem Trennmittel ein Druckluftbedarf von 900 Nm³/h. Bei der Verwendung von pulverförmigem Trennmittel für dieselbe Menge Aluminium ergab sich ein Druckluftbedarf von 15 Nm³/h bei einer Sprühzeit von 5 sek/Sprühschuß. Bei Drucklufterzeugungskosten von 5 Pfennig pro Nm³ ergeben sich somit bei der Verwendung von flüssigem Trennmittel allein für die Erzeugung der Druckluft pro Jahr Kosten von DM 138.000, gegenüber Drucklufterzeugungskosten von DM 2.300 pro Jahr bei der Verwendung von pulverförmigem Trennmittel. Dazu kommen die Vorteile der wesentlich besseren Mate­ rialausbeute bei Verwendung von pulverförmigem Trennmittel sowie der Erhöhung der er­ zielbaren Taktfrequenz der Spritzgußmaschine und der geringeren Umweltbelastung.

Die Erfindung ist im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine Schemazeichnung einer Anlage zum Aufbringen eines pulverförmigen Trennmittels auf eine Spritzgußform, mit geöffneter Spritzgußform, gemäß der Erfindung; und

Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild einer Einrichtung zum Aufbringen von pul­ verförmigem Trennmittel gemäß der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine allgemeine Schemazeichnung einer Anlage zum Aufbringen eines pulver­ förmigen Trennmittels auf eine Spritzgußform gemäß der Erfindung. In Fig. 1 ist ein Sprüh­ kopf 10 dargestellt, der acht Sprühpistolen oder -düsen enthält und mittels einer Linearver­ schiebungseinrichtung 12, 13 in einer x-Richtung und einer y-Richtung verschiebbar ist. Ebenfalls in Fig. 1 gezeigt sind zwei Gleitachsen 14, auf denen ein bewegliches oder Ver­ schiebeteil 16 der Spritzgußform und ein feststehendes Teil 17 der Spritzgußform geführt sind. An dem feststehenden Teil 17 der Spritzgußform ist ein Einspritzkanal 18 vorgesehen. Das Verschiebeteil 16 ist über einen Druckstempel 20 in den Pfeilrichtungen A (Öffnen) und Z (Schließen) verschiebbar.

Zum Gießen eines Spritzgußteils werden das Verschiebeteil 16 und das feststehende Teil 17 zusammengebracht, wobei der Sprühkopf 10 zurückgezogen ist. Material wird über den Ein­ spritzkanal 18 eingespritzt, und nach dem Aushärten des Materials wird das Verschiebeteil 16 mit dem Druckstempel 20 in Pfeilrichtung A zurückgezogen, um die Spritzgußform zu öff­ nen. Das gespritzte Teil (nicht gezeigt) fällt heraus, und der Sprühkopf 10 wird mit der Line­ arverschiebungseinrichtung 12 und 13 zwischen die geöffneten Formteile 16 und 17 eingefah­ ren, um das pulverförmige Trennmittel auf die Teile 16 und 17 zu sprühen.

Wie eingangs beschrieben, muß die Pulverförderung sowohl hinsichtlich der insgesamt aus­ gebrachten Pulvermenge als auch des Einschalt- und Abschaltverhaltens gesteuert werden, um schwallfrei die benötigte Pulvermenge auszubringen. Hierzu kann das in Fig. 2 gezeigte Steuersystem verwendet werden.

In Fig. 2 ist der Sprühkopf 10 in Form einer einzelnen Sprühpistole gezeigt, die über die Linearverschiebungseinrichtung 12, 13 in x- und y-Richtung (siehe Fig. 1) bewegbar ist. Die Linearverschiebungseinrichtung 12, 13 umfaßt einen x-Achsenmotor 22 und einen y- Achsenmotor 23, die beide über eine Verschiebeachsensteuerung 24 ansteuerbar sind. Zur Sprühpistole 10 führen eine Pulverleitung 26 und eine Zerstäuberluft-Leitung 28. Die Zer­ stäuberluftleitung 28 ist an eine Luftmengenregeleinheit 30 angeschlossen. Von der Luftmen­ genregeleinheit 30 führen eine Förderluftleitung 32 und eine Dosierluftleitung 33 zu einer Fördereinrichtung 34, z. B. zu einem Venturi-Injektor mit Dosierlufteingang.

Eine für die Erfindung geeignete Regeleinrichtung ist z. B. in der DE 197 13 668 A1 beschrieben. In der DE 196 50 112 C1 ist eine Vorrichtung zum Messen eines Pulver- Massenstromes in einer Förderleitung beschrieben, die zum Ableiten der für die Regelung nötigen Ist-Werte geeignet ist. Ein für die Realisierung der Erfindung geeigneter Injektor ist in der DE 197 38 144 A1 (Fig. 5) gezeigt.

Die erfindungsgemäße Einrichtung arbeitet wie folgt. Nach dem Öffnen einer Spritzgußform, und nachdem das Spritzgußteil herausgefallen ist, wird die Sprühpistole 10 zwischen die ge­ öffneten Spritzgußformhälften 16, 17 eingefahren. Abhängig von der jeweiligen Spritzguß­ form und verschiedenen Anlagenparametern werden von der SPS-Steuerung 50 Einschalt- und Abschaltprofile für die Pulverförderung vorgegeben. Entsprechend dieser Einschalt- und Abschaltprofile werden die Förderluft, die Dosierluft und die Zerstäuberluft eingeschaltet, erhöht, vermindert und abgeschaltet. Dabei wird sichergestellt, daß das Aufbringen des pul­ verförmigen Trennmittels auf die Spritzgußformhälften schwallfrei erfolgt, um die aufge­ brachte Trennmittelmenge genau zu kontrollieren und zu dosieren, und um unkontrollierte Pulverwolken oder -püffe zu verhindern. So wird z. B. bei Einschalten der Pulverförderung am Anfang eines Sprühschusses die Dosier- und die Förderluft nicht schlagartig, sondern allmäh­ lich erhöht. Bei Abschalten wird z. B. zunächst die Förderluft langsam heruntergeregelt, und die Dosierluft wird auf ein Maximum erhöht, bevor auch dieser abgeschaltet wird. Der Fach­ mann kann durch entsprechende Versuche Dir die jeweilige Beschichtungsumgebung geeig­ nete Einschalt- und Abschaltprofile ermitteln.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß bei dem Aufbringen des pulver­ förmigen Trennmittels im Vergleich zu den Beschichtungsvorgängen in den heute üblichen Pulverlackieranlagen wesentlich geringere Pulvermengen aufgebracht werden müssen. Die Menge des aufzubringenden pulverförmigen Trennmittels beträgt nach heutigen Erfahrungen maximal 50 g/min, wobei der Pulverstrom im Bereich von 0 bis 50 g/min fein dosierbar sein sollte. Bei automatisierten Anlagen sollte daher die über die Pulverleitung 26 tatsächlich zur Sprühpistole 10 geförderte Pulvermenge gemessen und geregelt werden.

Die Regelung kann z. B. gemäß der DE 197 13 668 A1 erfolgen. In der DE 196 50 112 C1 ist eine besonders geeignete Meßeinrichtung für den Pulvermassenstrom beschrieben. Auf diese An­ meldungen wird Bezug genommen.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zum Aufbringen des pulverförmigen Trennmittels ist in Fig. 2 mit einer SPS-Steuerung gezeigt. Sie kann alternativ auch dezentral gesteuert und gemäß den Grundsätzen aufgebaut sein, die in der DE 197 38 141 A1 für ein Steuersystem einer Beschichtungsanlage beschrieben sind. Auf diese Druckschrift wird Bezug genommen.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.

Claims (18)

1. Verfahren zum Aufbringen eines Trennmittels auf eine Spritzgußform, bei dem ein pulverförmiges Trennmittel mit Hilfe von Druckluft auf die heiße Spritzgußform gesprüht wird und beim Auftreffen auf die Spritzgußform verläuft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Trennmittel unmittelbar nach dem Auswurf eines Spritzgußteils aus der Spritzgußform schwallfrei aufgesprüht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckluft einen Förderluftanteil und einen Dosierluftanteil enthält und daß am Anfang und/­ oder am Ende eines Sprühschusses der Förderluftanteil und der Dosierluftanteil gesteuert erhöht bzw. vermindert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Förderluftanteil und/oder der Dosierluft­ anteil anhand von vorgegebenen Steuerprofilen verändert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Förderluftanteil und der Dosier­ luftanteil abhängig von der tatsächlich ausgebrachten Menge des pulverförmigen Trennmittels geregelt werden.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils am Ende eines Sprühschusses der Förderluftanteil verringert und der Dosierluftanteil erhöht wird, um eine Förderleitung (26) für das Trennmittel schwallfrei leerzublasen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß der Förderluftanteil am Ende des Sprühschusses abgeschaltet und der Dosierluftanteil vorrübergehend auf ein Maximum erhöht wird.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils am Anfang eines Sprühschusses die Förderluft und die Dosierluft allmäh­ lich erhöht werden.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das pulverförmige Trennmittel gesteuert in einer Menge von 0 bis etwa 50 g/min versprüht wird.

10. Einrichtung zum Aufbringen eines Trennmittels auf eine Spritzgußform (16, 17), mit
einer Pulver-Sprühvorrichtung (10)
einer Förderleitung (26) für pulverförmiges Trennmittel, die mit der Pulver-Sprühvorrichtung verbunden ist,
einer Fördervorrichtung (34) zum Fördern des pulverför­ migen Trennmittels durch die Förderleitung zur Pulver- Sprühvorrichtung mit Hilfe von Druckluft, und
einer Luftmengenregeleinrichtung (30) zum Einstellen der Druckluft und somit der geförderten Menge des pulver­ förmigen Trennmittels.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Förderluftleitung (32) und eine Dosierluftlei­ tung (33), die zu der Fördervorrichtung (34) führen, wo­ bei die Luftmengenregeleinrichtung (30) mit der Förder­ luftleitung und der Dosierluftleitung verbunden ist, um die Förderluftmenge und die Dosierluftmenge einzustellen.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Luftmengenregeleinrichtung (30, 48) einen Speicher zum Speichern von Steuerprofilen für das Erhöhen und das Vermindern der Förderluftmenge und/oder der Dosierluftmenge aufweist.

13. Einrichtung nach Anspruch 11 oder 12, gekenn­ zeichnet durch eine Meßeinrichtung zum Erfassen des der durch die Förderleitung (26) transportierten Mas­ senstromes des pulverförmigen Trennmittels.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, ge­ kennzeichnet durch eine Zerstäuberluftleitung (28), die mit der Sprühvorrichtung (10) und der Luftmen­ genregelvorrichtung (30) verbunden ist.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, ge­ kennzeichnet durch eine Verschiebe-Vorrichtung (12, 13) zum Verschieben der Pulver-Sprühvorrichtung (10) in zwei orthogonalen Richtungen, um die Pulver-Sprühvor­ richtung zischen zwei Hälften einer geöffneten Spritzguß­ form (16, 18) zu bewegen.

16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderleitung (26) einen Innendurchmesser von maximal 10 mm hat.

17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftmengenregelein­ richtung (30) die Förderluftmenge und die Dosierluftmenge so einstellt, daß ein Pulvermassenstrom des Trennmittels von 0 bis etwa 50 g/min erzielt wird.

18. Trennmittel für eine Spritzgußform bestehend aus einem Pulver, das bei dem Auftreffen auf der heißen Spritzguß­ form blitzartig verläuft.