DE3243632A1

DE3243632A1 - Verfahren und vorrichtung zur sinterung insbesondere unterschiedlicher formlinge aus insbesondere verschiedenartigen schaeumbaren kunststoffen

Info

Publication number: DE3243632A1
Application number: DE19823243632
Authority: DE
Inventors: Ortwin Prof. Dr.-Ing. 4790 Paderborn Hahn
Original assignee: Flewu Ag 9000 St Gallen; FLEWU AG
Current assignee: Sodemape Holding Ag Luxemburg/luxembourg Lu
Priority date: 1982-11-25
Filing date: 1982-11-25
Publication date: 1984-05-30
Also published as: EP0112501A1; EP0112501B1; US4615849A; ATE21650T1

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Sintarung inabBsondera unterschiedlicher Formlinga aus insbesondere verschiBdenartlgen schBumbaren KunBta-toffen.

Di® Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Sinterung insbesondere unterschiedlicher Formlinge aus schaum« barem Kunststoff- in jeweils einem entsprechenden Formwerkzeug, das an einer steuerbaren Versorgungseinrichtung für Medien, wie schSumbaren Kunststoff, Dampf, Kühlwasser, Vakuum, Druckluft veraorgungsmSBig angeschlossen ist und an dessen Formuand mindestens ein Druck- und/oder Temperaturgeber angs-'"--ordnet ist, der mit einer Steuervorrichtung eingangsseitig verbunden ist, die die gegebenen Druck- und/ oder Temperaturuert® jeweils mit einem entsprechenden Vorgabewert vergleicht und abhinglg von dem Vergleichsergebnis und von Zeitvorgaben entsprechende Steuersignale an die Versorgungseinrichtung gibt»

Eb ist bekannt, auf Vorrichtungen der genannten Art entsprechend den verschiedenen Formen, die jeweils in eine Vorrichtung eingesetzt sind; gleichzeitig unterschiedliche Formlinge herzustellen. Das BchSumbare Material wfcrd dabei aus einer zentralen Versorgungseinrichtung den Injektoren der Werkzeuge zugeführt, und die Zufahrung der Heiz-, Sinter- und Kühlmedien sowie des Druckmediums zum öffnen und Schließen der Form wird durch Zeitvorgaben, einen Druckvergleich oder einen Heiz- und/oder Kühltempera -"turvargleich mit aufgrund von Versuchen ermittelten Vorgabeuerten von der Steuervorrichtung durch dementsprechendes Offnen bzw. Schließen von Ventilen der Versorgungseinrichtung gesteuert.

Die Vergleichetemperaturen für das Heizen ader Kühlen der Formuand und der Druckwert zur Bestimmung der Sinterzeit sind dabei jeweils nur für ein bestimmtes Ausgangsmaterial zutreffend. Bei einem Obergang zu einem anderen Ausgangsmaterial, uias in der Praxis verschiedentlich erforderlich ist, ist es zur Optimierung der Zeiten und des Energiebedarfs erforderlich, ausgehend von überlangen Zeiten schrittweise bei weiteren Arbeitszyklen eine Verkürzung bis auf Minimalzei* ten , die mit einem Skonomisch sinnvollen Energieaufwand erreicht werden können, vorzunehmen, und zwar unter Wahrung von Verhältnissen, bei denen eine ausreichende Sinterung und eine ausreichende Abkühlung stattfindet. Diese Versuchsreihen erweisen sich als sehr aufwendig.

BAD ORIGINAL

«ββ ο © Ag αβη

9 QAO O 0> B ο β ο

Φ D A O Φ 0

A O Φ 0 β

Ο Q O 4 Φ

/3

Weiterhin ergibt sich die Einschränkung, daß nur eine Art von Ausgangsmaterlal gleichzeitig in den verschiedenen Formen verarbeitet werden kann,da die Steuerung der Zeiten nach Druckvergleich und Temperaturvergleich zwar die unterschiedliche Gestaltung der Formen,die gleichzeitig in der Vorrichtung eingesetzt sind„erfaßt„aber nicht unterschiedlich© Materialien berücksichtigt»

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu offenbaren, die es ermöglicht, insbesondere unterschiedliche Formlinge mit definierten und reproduzierbaren Formteileigenschaften aus verschiedenartigem schiurabaren Kunststoff vorzugsweise gleichzeitig zu sintern, wobsi jeweils das Optimum bezüglich des MaterialeinaatzeB und für Heizen,Sintern und Kühlen bezüglich der ProzeBzeit und des Energieeinsatzes, unter der Berücksichtigung der Erreichung definierter Produkt@lgeriachaften angestrebt

Die Lösung der Aufgabe besteht daring daß die Steuervorrichtung einen Speicher enthalt, in dem Materialdaten für den jeweils zu verarbeitenden Kunststoff und Formkennwerte für das jeweils eingesetzte Formwerkzeug gespeichert sind, aus denen die Steuervorrichtung,di@ Vorgabewerte bestimmt.

Die materlalapezifiachtn Vorgabewert! werden vorteilhaft aus Materialdaten,wi@ übt Erweichungstemperatur,dem Traibgasgehalt,der Schüttdichte,dem Molekulargewicht,der Riesel f8hlgk©lt,der Perlgröß© sowie der relativen Feuchtigkeit bestimmt. Im einzelnen- werden abhängig vom Material-zustand die Temperatur des Sinterdampfes und die Temperatur der Formwand zu Sinterung, der SchSumdruck, der Druckabbauvorgabewert, die Schli©ßtemperailiur, die Spaltweiten, der Entformungsdruck,und die Entformungstemperatur bestimmt und.vorgegeben, damit

AH

eine intensive Sinterung und auch eine ausreichende Verfestigung vor der Entfarmung stattfindet und sich die Formlinge danach nicht verformen.

Da die Materialdaten in der Anlieferung erheblichen Taleranzschbiankungen unterworfen sind und sich zum Beispiel Feuchtigkeit und Treibgasgehalt abhängig vom Vorschäumen und Zwischenlagern und zum Beispiel im Laufe eines Arbeitstages ändern, ist es eine vorteilhafte Weiterentwicklung, aus den gemessenen Temperatur- und Druckwerten während der Verarbeitung Kennwerte zu ermitteln, die zur-laufenden Bestimmung der Vorgabeliierte bzw. deren Korrektur dienen. Die Kennwerte und die neuen Vorgabewerte werden dabei zweckmäßig mit vorgegebenen materialspezifischen Grenzwerten und/oder Mittelwerten verglichen und Überschreitungen bzw. Abweichungen an die Materialzufuhr als Alarm- oder Steuersignal weitergegeben. Es wird dadurch ermöglicht, die Toleranzen in den Materialeigenschaften als auch die Schwenkungen der Zustünde der anderen Veiaorgungsmedien und die unterschiedlichen Zustände der Form im Anfahr- und Dauerbetrieb durch die Betriebssteuerung auszugleichen, so daß Formlinge mit weltgehend gleichen Formteileigenechaften, die vorgegebenen Nennwerten mindestens entsprechen,alai einer bestimmten Dichte,Festigkeit, maximalen Feuchtigkeit und Formgenauigkeit erzeugt werden, ohne dabei die Prozeßzeit unnötig zu verlängern oder den Energieelnsatz extrem zu erhöhen oder extrem enge Toleranzen in den Daten der Ausgangsmaterialien zu fordern. Darüber hinaus ist eine Überwachung des Gesamtprozesses gegeben.

BAD ORIGINAL'

AS
- g -

Die formspezlfischen Zeitkonstanten werden vorteilhaft durch EichprozeßablSufe ohne Materialeinsatr. und mit definiertem Standardmaterial oder mit Materialien mit Grenzeigenschaften bestimmt. Um dabei die Toleranzen und zeitlichen Veränderungen der MedienzustSnde eliminieren zu können, iat es zweckmäßig/ einerseits die Zustandedaten der Medien vor Eintritt in das Formwerkzeug sowie nach Austritt aus dem Formwerkzeug und anderer» aeits Druck und Temperatur im Formhohlraum bzw. der Formwand, die den Formhohlraum umgibt, zu-messen und die entsprechenden Differenzen auszuwerten. Aus dem zeitlichen thermischen Verhalten der Farmwand ergibt sich ein Formkennujart der in Verbindung mit den Materialkennwerten zu einer Bestimmung der Hsiz- und Höhlzeiten föhrt.

Sind die Zustandssensoren nicht ein- und ausgangsaeitig direkt an dem Formwerkzeug angeordnet, sondern an den VeraorgungsgerSten, also vor den Installationsleitungen, Ventilen usuj. , so geht jeweils in den Formkennwart ein zusätzlicher installatlönsspezifischer Anlagen-· odör Maschinenkennuert ein. Dieser kann getrennt im Kurzschluß ohne Form ermittelt werden, wodurch der exakte Formkennuiert bestimmt werden kann.

Aus den einmal bestimmten Formkennwerten und den laufend ermittelten Materialkennwerten erfolgt unter Zugrundelegung übt für die Erreichung bestimmter FormtBilsigenschaften gespeicherten Prozeßabliufe ein© laufende Bestimmung der optimalen Betriebsparemeter; es wird also eine Regelung vorgenommen, wobei als Optlmierungskriterium einerseits die geforderten Formteileigenschaften als Gmnzbedingungen und andererseits die Prozeßzeit und der EnegieVerbrauch als Bemessungsgrundlage dienen.

BAD ORIGINAL

Eine Weiterbildung der Vorrichtung besteht darin, daß mehrere getrennte Zuführungen von unterschiedlichen Materialien insbesondere verschiedener Schüttgewichte, verschiedener Erweichungstemperatur oder verschiedener Farben zugeordnet mit den gleichzeitig in der Vorrichtung befindlichen Formwerkzeugen verbunden sind und dementsprechend in dem Speicher der Steuervorrichtung die verschiedenen zugehörigen Materialdaten gespeichert sind, aus denen zugeordnet zu den Formwerkzeugen mit den jeweiligen Formkennwerten die Üorgabewerte bestimmt werden. Bei der Optimierung wird, berücksichtigt, daß Material mit niedrigerer Erweichungstemperatur, das in einem einfacheren Prozeß herzustellen ist, eine längere Kühlzeit oder höheren Energieeiheatz.ibei der Verarbeitung zum Formling erfordert. Dieses Material wird deshalb bei der gleichzeitigen Herstellung unterschiedlicher Formlinge vorzugsweise für dünnwandige, relativ schnell erkaltende Formlinge verwendet.

Um eine wettere Steigerung der Genauigkeit der bestimmten Vorgabwerte zu erreichen, ist es vorteilhaft, an mehreren Stellen der Formwand Temperaturgeber und Druckgeber einzusetzen und auch in den Versorgungszu- und ableitungen Temperatur- und Druckgeber anzuordnen.

Um den Aufwand hierfür gering zu halten, wird da^ür zweckmäßig die Verwendung von bekannten Gebern vorgesehen, die unmittelbar digitale Meßdaten an ihren LeitungeanschlUssen liefern und vorzugsweise mit einem Abruf speicher versehen sind, EIo daß alle Geber mit einem Zweileitersystem angesteuert und abgefragt werden können.

BADORtGJNAL

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind in der Veraorgungavorrichtung Durchflußmesser für die Medien ang©ordn®t₉ ao daß der Verbrauch an Dampf, Druckluft,Vakuum usw* fortlaufend gemessen wird und insbesondere bei den EichprozeBablMufen die spezifischen Medi©nv©rb8uche der Formen als Formkennmerte ermittelt werden, die als Basis für die Optimierung benutzt werden«,

Weiterhin sind Meßeinrichtungen zur Erfassung der Formteileigenschaften an den fertigen Formungen vorhanden, deren MeBdaten zur Rückmaldung und zum Vergleich mit den vorgegebenen Formteileigenschaften dienen, wobei aus dem Vergleichsergebnis sine Korrektur des ProzeBablaufes gesteuert wird, sofern unzulässige Abweichungen auftreten,» was eine Sebstoptimierung des Prozesses bewirkt»
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung und des Verfahrens ist gegeben.durch eine BlShvorrich-» tung, die jeweils unmittelbar vor den Injektoren angeordnet ist und jeweils ao gesteuert wird, daß die Materialdaten wie Schüttgewicht und Feuchtigkeit d®n Erfordernissen des jeweils optimalen Sinterprozasaes und den Formteileigenschaftan laufend angepaSt werden.

In den Fig. 1 bia k ist ein© Vorrichtung dargestellt, die zur Durchführung des Verfahrens besonders geeignet ist, und in der Fig» 5 sind di® zeitlichen Verläufe der Zustandsdaten und die ProzeBschritte und Verknüpfungen der Meßdaten und ProzeQparametar gezeigt.

BAD. ORIGINAL

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung mit mehreren Formwerkzeugen mit getrennten Materialzuführungen in Seitenansicht Fig. 2 zeigt die Vorrichtung in Frontansicht ohne die

Materialzuführungen

Fig. 3 zeigt ein Formwerkzeug im Schnitt Fig. k zeigt die Steuervorrichtung und Versorgungsvorrichtung als Blockschaltung Fig. 5a zeigt den zeitlichen Ablauf des Steuervorganges

und zeitlich korreliert* darunter den b Druckverlauf im Injektor, die c Kondensattemperatur, den d SchHumdruck, die e Iderkzeugtemperatür und den f Öffnungs-/SchlieBu)Bg der Schilde.

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung dargestellt zur gleichzeitigen Herstellung mehrerer Formlinge aus verschiedenartigem Kunststoff K1.K2. Das Silo Si ist in Kammern eingeteilt, die einzeln mit den Injektoren 11,12 Ober Zuleitungen Zl,Z2 verbunden sind, die die Formwerkzeuge FüJ11,FüJ21 mit Sintermaterial versorgen. Die Formwerkzeuge FLJ11, FÜJ21 bestehen jeweils aus zwei Formteilwerkzeugen FIiJ 11a,b, die in den Schilden 51,32 jeweils gehaltert sind. Mit dem Schildantrieb SA kann.der Schild S2 mit jeweils dem einen Formteilwerkzeug FüJ11a aufgefahren werden,so daß nach dem Sintern die Formlinge entnommen bzw. durch die Auswerfer Aw ausgestoßen werden können. Zwischen den Silos Si und den Injektoren 11,12 sind BlShvorrichtungen B1,B2 angeordnet.

BAD ORIGINAL

Die Formwerkzeuge FUI11,FüiJ21 werden Ober prozeßabhingig gesteuerte Ventile V, die in einer .Gruppe für jedes Formteilwerkzeug vorgesehen sind, mit einer in Fig„ k dargestellten Versorgungs- und Entsorgungsverrichtung VV für Dampf Da,Vakuum Va, Preßluft PL, Kühlwasser Kwz und die zugehörige Entsorgung Es₁KhIr .verbunden.,

Außerdem tragen die Formwerkzeuge Temperaturgeber TB und Druckgeber PG, und in den Kammern des Silos Si sind Niveaugeber NG angeordnet, die das Vorhandensein von Rohmaterial K1,K2 anzeigen. Zwischen den Schilden S1,S2 bzw. an dem Schildantrieb SÄ ist weiterhin ein Abstandsgeber AS angeordnet. Alle Signalleitungen von diesen Gebern sind mit der Steuervorrichtung STV (Fig. k) eingangsseitlg verbunden.

In Fig. 2 iat dargestellt, wie jeweils ein Formteilusrkzeug FüJ 11, FüJ21, Flü31 zu einer Ventilgruppe V räumlich zugeordnet ist. Das Schild S1 trHgt jeweils oben und unten zwei Ventilgruppen V. Die Formteiluerkzsuge sind von verschiedener GrOBe und austauschbar.

Im Gegensatz zu den in Fig„ 1 dargestellten Formwerkzeugen FId 11,FUJ21 erstreckt sich das Formwerkzeug FUI 31 über die ganze Höhe der Schilde. Dies ist nur beispielhaft dargestellt, da eine groöe Variabilitit in der Anordnung gegeben ist. FDr das einfache, schnelle Umrüsten sind lediglich die Anschlüsse normiert fest installiert. Auch die Injektoren 11 bis IU und die Auswerfer Aw und die Temperatur- und Druckgeber TG,PG sind beim Umrüsten leicht montisrbar, bzw. sofern im Werkzeug fest, leicht an die Steuerung anschließ bar,, Dies ist aus der Schnittzeichnung einea Formwerkzeuges in Fig. 3 ersichtlich. In die Formwand 11b,die den Formhohl~ raum FH1 umschließt, sind der Injektor I, der Druckgeber PG

'614 ό b

-3d-

und der Temperaturgeber TG durch die Medienkammer 15b hindurchragend von der Rückwand 12b her eingesetzt, wie auch der Auswerfer AIiJ in die Formwand 11a von der Rückwand 12a her eingesetzt ist. Die Lage ist durch Klemmnippel 30a-d fixiert, und die Medien werden an den Durchführungen durch Dichtungen 31a-d,52,62,78 abgesperrt. Bei ausreichender LMngB der Schaffte ^D₁50,60,70 der eingesetzten Baugruppen sind dieee für verachiedenate Formwerkzeuge passend. Um Toleranzen in dem Teilwerkzeug insbesondere bei Temperatur- und DruckSnderungen auszugleichen sind in vorteilhafter Weise der Druck- und Temperaturgeber PG,TG mit einem federelastischen Längenausgleich versehen. Das Druck- bzw. Temperaturgeberelement 75,it5 ist in der Spitze eines Trägers 72,ί*2 befestigt, der sich mit einem Kragenelnsatz 72a,U2a an einer Druckfeder 71,M gegen den Schaft 70, UO abstützt. Das Temperaturgeberelement U5 ragt in einB Bohrung kU in der Formrand 11b, und das Druckgeberelement 75 ist durbh eine Bohrung bündig mit der inneren Formujand an den Formhohlraum FH1 geführt. Der Kragenanaatz 72a stützt sich an der kammeraeitigen Fläche 111 der Formuiand 11b ab. Die Signalleitungen 76,i*6 der Geber sind durch Innenbohrungen in dem Träger 72,U2 und dem Schaft 70,UO herauageführt und mit der Steuervorrichtung verbunden.

Von den Ventilen I/ auf den Schilden S1,S2 sind jeweils in den Formuänden Ha, b ¹ Medienkanäle 16a,b zu den Düsen 20 zum Formhohlraum FH1 geführt. Weitere Ventile V sind in bekannter Uleise über Bohrungen 18a, b mit Dampf verteilern 19, KühluiBBBBrverteilBm und Entsorgungsanachlüssen Es für Kondensat oder Kühlwasser Kur in den Kammern 15a,b jeweils verbunden. Da die verschiedenen Bohrungen, Ventile und Verteiler räumlich hintereinander liegen, sind aie im einzelnen nicht sichtbar in der Zeichnung.

BAD ORIGINAL

■■* φ 't Φ

Im einzelnen sind folgende l/erknüpfungen vnn der Versorgungs- und Entsorgungsvorrichtung VU vorhanden:

Bifiibeitungen von Dampf Da zum Sinter,Druckluft PL, Vakuum Va und die Entsorgung Es von Kondensat sind jeweils getrennt gesteuert mit den MedienkanMlen 16a,b verbunden.

Die Leitungen für Dampf Da zum Heizen, di© Kühlwasserzuleitung Kmz,di© Entsorgung Es von Kondensat und Rückleitung von Kühlwasser Kur sind jeueils getrennt gesteuert ober Ventil© mit den entsprechenden Einrichtungen für die Verteilung bzw. Sammlung in den Kammern 15a,b verbunden.

Die Leitungen für das Füllen des Formhohlraumes FH1 sind jeweils getrennt gesteuert mit den Leitungen für Sinterdampf ,jVBkuum und Preßluft an den Medienkanglen verbunden

Der Dampf zum Sintern und Heizen kann über ein Reduzierventil unterschiedlich vorgegeben werden,soweit dies zweckmMSig ist. (nicht dargestellt).

Die Entsorgung Es nimmt das Kondensat des Heiz- und Sinterdampfes und das Kühlwasser auf,solange die Farmwand noch auf relativ hoher Temperatur ist. Ist kaltes Kühlwasser im Rücklauf, wird es in den Kühlwasserrücklauf Kwr,geführt,wodurch Energie- und üJasseraufbereitungs kosten eingespart werden.(In Fig.5 nicht enthalten)

In Fig. i» ist die Steuervorrichtung STV schematisch dargestellt, die ausgangsseltig über Signalleitungen VS₅IS, ALJS₁SAS die cerschiedenen Ventile V,die In'jsktö^en I, die Auswerfer AId und den Schildsntrieb SAS steuert. Außer dem werden über die Steuprleitungen St die Aggregate der Versorgungsvofrichtung VV über Leitung RM an die Steuervorrichtung STV Tückgemeldet.

14 ό b" ό

Weiterhin sind an der Versorgungsvorrichtung VV, DurchfluBmesaer D, Druckgeber P und Temperaturgeber T an den Medienausgängen angeordnet, die zuaammen mit den Druck-und Temperaiturgebern PG₁TG zum Eingang der Steuervorrichtung STV geführt aind. Zusätzlich aind zweckmäßig, Temperaturund/ader Druckgeber TG1,PG1,TGI,PGI anöden Zu- bzw. Abführungen 17a,b,18a,b usu. der Medienkanäle bzw. Kammern angeordnet, wovon aus Gründen der Übersichtlichkeit in Fig. 3 nur ein Paar dargestellt ist.

Auf diese Weise ist die Voraussetzung für eine Überwachung der Funktion und eine quantitative Ermittlung der Zeitkonstanten der Abschnitte des Gesamtsystems gegeben. Es werden jeweils die Verbindungsleitungen zwischen der Versorgungsvorrichtung und den Eingängen der Kammern, die Kammern am jeweiligen Ein- und Ausgang und die Entsorgungsleitung an der Kammer und der Entsorgungsvorrichtung überwacht, zusätzlich wird von dem Temperaturgeber in der Formwand über den FIuB der Wärme zwischen der Kammer und der Formwand eine Information geliefert.

Weiterhin werden die Versorgungsleitungen der Medienkanäle dnd die Wege durch die Medienkanäle zum Formhohlraum jeweils durch Ein- und Ausgangstemperatur- bzw. -druckmessung überwacht. In verschiedenen Fällen wird der Formhohlraum vsn einem Medienkanal zum anderen quer durchströmt. Dann sind jeweils zwei Abschnitte von der Versorgungsvorrichtung zum Formhohlraum und von dort zur Entsorgungsvorrichtung hintefeinandergeschaltet und einzeln Überwachbar.

BAD ORIGINAL

In den ZeitablSufen In Fig. 5a » f sind für einen Steuerzyklus an einem Formwerkzeug in Zeitfolge charakteristische Schaltabliufe der Ventile und wichtige Druck- und Temperaturverlüufe sowie der Öffnungs- bzw. SchlieBweg A der Formteilmerkzeuge dargestellt.

In Flg. 5a sind als Balken jweils die SchlieB-zeiten der Ventile V gezeigt. Die Indizes a,b bedeuten die Zuordnung zu den Formteilwerkzeugen bzw» Form» wänden 11a,11b; die mittleren Buchstaben beziehen sich auf das gesteuerte Medium. Im einzelnen sind ei: die Heizdampfkondenaatentsorgungsventile VEa,b; die Heizdampfventile VDa,b; die Injektorsteuerung IS; die an den Medlenkanilen angeschlossenen Entsorgungsventile VEfa,b; das Vakuumventil VVa, das an den Medlenkanal angeschlossen ist; die KUhlwasserventile VKwa,b; die Druckluftventile VPLa,b, die an die MedienkariSie angeschlossen sind.

Fig. 5b zeigt den Druckverlauf PGI im Injektor, ddtmit dem Brückaufnehmer PGI gemessen wird.

Fig. 5c zeigt den Temperaturverlauf TE, der an dem EntsorgungaanschluB hinter den Ventilen VEa,b und VEfa,b gemessen wird.

Fig. 5d zeigt den Sinterdruckverlauf Ps Im Formhohl- , der von dem Druckgeber PG gemessen wird.

Fig. 5e zeigt den Temperaturverlauf TF In der Formwand, der mit dem !Femparaturgeber TG gemessen ülrd«

Fig. 5f zeigt den Abstand A der Farmteiluerkzeuga, der durch den Abatandsgeber mit Signal· AS gemeldet wird.

ZH

Die überlappenden Anteile der vor- oder nachlaufenden Zyklen aind jeuella strickpunktiert dargestellt.Bereits uiHhrend dee öffnena dea Formwerkzeuges beginnt der Aufheizvorgang durch daa Einschalten der HRizdampfventile V/Da,b.Der Temperaturverlauf an den EntBOrgungsanachlüssen TE zeigt dabei an,wBnn das Kondensa.t jeweils die vorgegebene Temperatur TE1 von etwa 10D° C erreicht hat und kein Kondensat weiter anfällt. Abhängig davon werden die Entsorgungsventile für Kondensat Ea,b jeweils geschlossen,

Den Temperaturverlauf TF in einer Formwand zeigt dazu Fig. 5e. Der Temperaturverlauf In der zweiten Formwand ist ähnlich und deshalb nicht dargestellt. Bei der Durchführung von Vergleichen ist jeweils der höhere bzw. niedrigere der beiden Temperaturwerte geeignet zu wählen.

Nach dem Auswerfen des vorher gesinterten Formlings wird die Form bis auf einen vorgegebenen Spalt Av1 geschlosspn. Sobald dieser von dem Abstandsgeber AS gemeldet wird, wird der Injektor betätigt und die Entsorgung über die MedienkanMle mit dem Formhohlraum durch V/entile \/EfB,b verbunden. DIr Füllluft entweicht durch das System zur Entsorgung.Ein Füllen ohne Spalt ist ebenfalls möglich.

Nachdem im Injektor ein Druckanstieg auf einen vorgegebenen Wert Piv2 gemessen wird oder spätestens nach einer vorgegebenen Zeit ZIi wird der Injektor abgeschaltet und die Form und dBr Injektor vollständig dicht geschlossen. Dann wird das Entsorgungsventil \/efb geschlossen und der Sinterdampf über Ventil USDb dem Formhohlraum zugeführt und durch daa Sintergut querströmend zur Entsorgung geleitet, wo Kondensat abgeleitet wird* Enspricht die Temperatur TE des Kondensats an dem EntsorgungsanschluB der vorgegebenen

BAD ORIGINAL

Temperatur TE1 von ca. 100° C, so winJ das Entsorgungsventil VEfa geschlossen und auch von der zweiten Seite Sinterdampf über das Ventil USDa auf geschaltet«,

Bei der Querdurchströmung des Sinterdampfes baut sich ein Druck auf, der mit beidseitiger Bedampfung auf den vollen Dampfdruck ansteigt.Die Höhe dieser Druckwerte uiird mit den Werten an den Versorgungseinrichtungen fortlaufend verglichen und bei zu langsamem oder unge™ '-nagendem Druckaufbau infolge der Expansion des im Dampfstrom erwörmten Materials eine Alarmmeldung abgegeben»

Der SchBum- bzui. Sintervorgang kann anhand des D^uckverlaufes Ps überwacht werden. Es baut sich unmittelbar nach Schließen der Farm ein Expansionsdruck auf, der bei völligem Schließen der Entsorgungsventile auf etwa zwei Atmosphären bis zum SchSumd-nuck Ps2 ansteigt» Für die Qualität dBS Formlings ist es von entscheidender Bedeutung, daS der Druck Ps2 für eine vorgegebene Sints·"-ZBit Zsv über einem vorgegebenen Sinterdruck Psv2 liegt _f wobei gleichzeitig die FormwandtBrnperaturen TF a und TF b Ober einBm vorgegebenen Wert TFvI liegen müssen. Sobald dieser vorgegebene Temperaturwert in den Formwinden jeweils erreicht ist, wird der Hpizdampf jeweils abgeschaltet. Die beiden UlerkzeughMlften können auch nach dem spgtpstPⁿ Erreichen der Temperatur gesteuert werden.

Ist der Sintervorgang nach Ablauf der vorgegebenen Zeit Zsv abgeschlossen, so wird der Sinterdampf abgeschaltet und die Kühlung über die Ventile VKwa,b angeschaltet, wobei gleichzeitig die Entsorgung geöffnet wird. Nun muß der Druck Ps in dem Formling möglichst so schnell

O L if O D >3 Z

unter einen vorgegebenen Entformungadruck Psv^ abgebaut werden, wie daa Abkühlen der Formuiand auf die vorgegebene Entformungetemperatur TFv2, die unter der Erweichungstemperatur des Materials liegen muß,dauert. Sobald die genannten vorgegebenen Werte unterschritten bzw. erreicht sind, uird die· Kühlung abgeschaltet und die Form geöffnet.

Um den Druckabbau zu beschleunigen, ohne daß sich der noch weiche und mit Treibgas gefüllte Sinterkuchen unzulässig verformt, uird der Spalt auf einen vorgegebenen Wert Av2 geöffnet und "dann Vakuum durch Öffnen des Ventils VVa dem Fo^mhohJ.raum für eine Mindestzeit ZVv zur Kondensatbeseitigung zugeführt.

Die FoTn uird mieder geschlossen, ωβηη eine vorgegebene Temperatur TFv3, die über der Erweichungstemperatur liegt, erreicht ist.

Das Vakuum bleibt über die vorgegebene Mindestzeit ZVv so lange eingeschaltet, um den Druckabbau und die Kühlung zu beschleunigen, bis ein vorgegebener Druck Psv3 erreicht ist. Dies kann auch über den Zeitpunkt des Schließens der Form hinaus sein. Danach erfolgt im Bedarfsfall die weitere zusätzliche Kühlung und . Trocknung des Formlinge mit Druckluft durch öffnung der Ventile VPLa_fb mit so geringem Druck von ca. 1.2 bis 1.if bar, daß der Formling nicht zusammeoH-gedrückt wird. Das Ventil VPIb bleibt noch wBhrend des öffnens der Form zur Unterstützung des Ausujerfens geöffnet, wobei der Druck auf mehrere Atmosphären erhöht URrden kann. Hat sich der Formling gelöst, so fallt der Druck ab, worauf die Druckluft abgeschaltet wird.

BAD ORIGINAL

m -

Da die Druckluft und insbesondere das Vakuum relativ teure Medien sind, udrd riemen Einsatz go ku^z iuie möglich gehalten und die Maximalzeit der Uentilöffnung überwacht und eine Alarmmpldung abgegeben, sofern zu den vorgegebenen G.renzzeiten die vorgegebenen Drücke Psv2,Psvi» oder Temperaturen TFv2, TFv3 nicht erreicht werden.

Insbesondere wird die Kombination der druckluftunterBtützten Abkühlung des Förmlings und des Form- · Verschlusses, des vakuumunt.er stützten Druckabbauea und des spaltunterstützten Druckabbaus in solchen Füllen eingesetzt, bei denen es auf kurze Zykluszelten ankommt. Jedef Prozeßschritt ist für sich allein bereits vorteilhaft und verkürzt die Abkühlphase und Druckabbauphase und damit die Geaamtzyklus'-zeit.

Aus dBm Druckanstieg nach dem Schließen der Form auf den Idert Ps5 uird der Gehalt des Sinterkuchens an Resttreibgas bestimmt. Hieraus ergibt sich bei vorgegebener Maßgenauigkeit und OberflMchenbeschaffenheit des Formteiles die notwendige Absenkung der vorzugebenden Entformungstemperatur TFv2 unter die Erweichungstemperatur.

Die' Gesamtheit des Zyklus ist minimal, wenn die Summe aus der Heizzeit ZH, Sinterzeit Zsv und Kühlzeit ZK minimal ist und dabei das öffnen und Schließen Form, das Füllen und der Druckabbau bis zum

vorgegebenen Sinterdruck höchatena der Heizzeit ZH zum Aufheizen der Formuiand auf die vorgegebene Sintertemperatur TFvI entspricht und ueiterhin der Druckabbau auf den vorgegebenen Entformungsdruck Pa \iK höchstens der Abkühlzeii; ZK der Formuiand auf die vorgegebene Entformungstemperatur TFv2 entspricht.

Der vorgegebene Sinterdruck Psv2, die Spaltuiäte Av1 und die Entformungstemperatur TFv2 ergeben sich aus Materialeigenschaften des Sintermaterials und den geforderten Formteileigenschaften. Ob und wie schnell der Sinterdruck Ps2 erreicht uiird, hSngt von der Formuiandtempratur TF, dem T-^eibgasgehBlt, dem Föllgrad, der fo~m- und msterialspeziflachen Zeit zur l/e^drBngung der Luft aus dem Zuiickelvolumen und dem Sinterdampfdruck PD1 ab. Die Heizzeit ZH bis zum Erreichen einer Formmandtemperatur TFvI ist abhängig von der thermischen Zeitkonstanten des ZulBitungssystems und der der Form soule der Differenz der Temperatur des Hpizdampfes und der zu erreichenden Formuandtemperatur TFvI.

Zu dem dargestellten Fall kann durch eine geringe Erhöhung der Heizdampftemperatur die Heizzeit ZH noch Bouieit verkürzt melden, daß ihr Ende mit dem Erreichen des vorgegebenen Sinterdncks Psv2 übereinstimmt.

Ist hingegen der Treibgasgehalt des Materials geringer, so steigt der Druck langsamer an und die genannten Zeitpunkte liegen enger zusammen.

SAD OR5GJNÄL

Ist dei* Druckaufbau aber sehr langsam, da nur sehr wenig Treibgas im Material enthalten Ist, so müssen die vorgegebenen Formujandtemperaturen und die Heizdampftemperatur heraufgesetzt wenden. Dadurch erhöht sich der Energieeinsatz für Heizen und Kühlen, und souDhl die Heizseit ZH als auch die Kühlzelt ZK verlängern sich.

Die Sinterzeit Zsv ist ebenfalls van Materialeigenschaften abhängig und wird durch den tatsächlichen Sinterdruck Ps2 mitbestimmt. Bei einem hohen Gehalt an Treibgas wird die Sinterzeit verkürzt.

Ist der Treibgasgehalt relativ gering, ist die Erweichungstemperatur höher und der Druckaufbau löngsamer. Die HpIz- und Sinterzpit bzw. - temperatur und der Sinterdampfdruck müssen dementsprechend erhöht vorgegeben werden; andererseits fällt der Druck beim Kohlen schneller ab und die EntfDrmung kann bei einer höher vorgegebenen Temperatur und somit nach einer kürzeren Kühlzeit erfolgen.

Für die Gesamtuiirtschaftlichkeit ist außer dem Energieeinsatz und der Prozeßzeit wesentlich daß Material mit niedrigerem Molekulargewicht, das einfacher herstellbar ist, bei Teilen mit diedrigen Anforderungen an dir Formteileigenschaften gleichzeitig mit Material mit anderen Eigenschaften in der Uorrtchtung verarbeitet werden kann.

Da häufig Sätze von Verpackungstellen hergestellt werden, von deren Teile"» verschiedene Formteileigenschaften gefordert werden, und da andererseits die Formgeometrie der verschiedenen Formen jeweils eine

V 4 « *

30 «Τ -

unterschiedliche Zykluszeit ergeben,- kann das Material mit niedrigem Molekulargewicht bzm. Erweichungstemperatur in den Formen mit kurzen Zykluszeiten verwandt ü/erden und gleichz-eitig in den Formen mit langen Zykluszeiten das hochujertige Material eingesetzt werden. Die Optimierung der Zeiten erfolgt dann for die ungünstigste Kombination von Material und Form. Die Zykluszeit, die somit für alle parallel ablaufenden Prozeese in den anderen Formen vorgegeben ist,uird dann optimal auf Heiz-, Sinter- und Kühlzeit aufgeteilt.

Eine weitere wesentliche Materialkenngrüße 1st die Schüttdichte. Diese wird durch das Vorschäumen bestimmt und ist für die Dichte des Endproduktes maßgebend. Bereits stark vorgeblähtes Material benötigt einen höheren Druck zum Sintern. Andererseits ist der Druckabbau beim Kühlen schneller.

Aus dem Zusammenhang zwischen der Schüttdichte des vo-ngeblMhten Materials und der vorgegebenen Spaltweite im Verhältnis zur Dicke, dee Formteils ,das heißt der relativen Kompression nach dem Füllen/ ergibt sich die Dichte und Festigkeit des Fertig* teils. Findet eine hohe Kompression statt, entsteht ein dichterer und festerer Formling; aber de-" Druckabbau nach dem Sinterprozeß findet langsamer statt.

Weiterhin ist die Perlgröße der vorgeschgumten Partikel wesentlich für die Oberflächengüte und die Festigkeit des Formlinge.

.34

Die RirselfShigkeit des vorgeblöhten Materials ist 'durch den Feuchtigkeitagehalt und elektrostatische Aufladungen bestimmt. Bei schlechter Rieselfähigkeit kann eine ungleichmäßige· Füllung der Form und damit Loch- und Lunkerbildung auftreten,, kann die Füllzeit sich scheinbar verkürzen, da durch \/erklumpung und Verstopfung in der Form ein Druckanstieg entsteht, der eine gute Füllung vortäuscht. Eine Überwachung der Füllzeit dient zur Anzeige dieses Mangels. Eine Korrektur"des Einflusses geringer Rieselfähigkeit ist in gewissen Grenzen durch Vergrößerung der Spaltweite iuBhrend des Füllvorqangss möglich. Für eine durchgreifende Abhilfe gegen Störungen dieser Art ist einr Einflußnahme auf den Blähprozeß'.oder eine Nachbehandlung des geblShten Materials vorzunehmen.

Eine weitere wesentliche Matet·ialeigenschaft ist der relative Feuchtigkeitsgehalt , da es Ziel ist, möglichst so trockene Formlinge herzustellen, daß für die jeweils vorgesehene Verwendung keine weitere Trocknung in einem nachgeschalteten Prozeß vorgenommen werden muß. Die Feuchtigkeit des Formlinge kann durch einen höheren Sinterdampfdruck verringert werden. Der Sinterdampfdurck wird nach unten begrenzt durch den Punkt > wo eine hinreichende V/evschweißung der Partikel nicht mehr stattfindet und nach oben hin dort, wo eine Zerstörung des Schaumstoffs durch Überhitzung erfolgt«,

Es aolltB deshalb mit einem möglichst niedrigen Dampfdruck gearbeitet werden. Ebenso wird ein Abfallen der Feuchtigkeit du^ch höhere Werkzeugtemperatur erreicht.

Eine zusätzliche Verringerung der Feuchtigkeit des Formlinge kann beim Kühlvorgang durch Vakuum und/oder Druckluft erfolgen; denn das._oberfl8chlich anhaftende blasser wird abgesaugt, weggeblasen ,oder es kann abfliesen. Entsprechend steigender Feuchtigkeit der geschäumten Farmtei-ie ist der Sinterdampfdruck„.zu erhöhen oder die Sinterzeit Zsv zu verlSnqern und die Vorgabezeit für das Vakuum ZVv zu verlängern.

Die verschiedenen durch Herstellung und Aufbereitung bestimmten Msterialdaten von mehreren Materialien, die verschiedenen Farmkennwerte mehrerer Formen und unterschiedliche FormteilkBnnwBrte von Formteileigenschaften, die von verschiedenen parallel zu fertigenden Teilen gefordert werden, bilden mit ihren Verknüpfungen für eine Optimierungsrechnung ein derart komplexes Problem mit einer sehr großen Zahl Variablen, daß es zweckmäßig ist, das Optimierungsproblem in einzelne Verfahrensschritte aufzuteilen, die mit einer eingeschränkten Zahl Variable durchgeführt werden. Als besondere vorteilhaft hat sich folgendes Verfahren erwiesen:

BAD ORIGINAL

' S3

23—

1.1. Bestimmung der Materialdaten der ung©sch§umten AuagangsmatBrialien: Molekulargewicht,Treibgasgehalt, Erweichungstemperatur.

1.2. Vorgabe dB?· spezifischen Hisdienkosten für: Dampf, Kühlung, Vakuum, Druckluft»

ZBitkoaten.
3» Bestimmung der FormkennueTte: Druck- und Tempe^aturzeitkonstanten, McdiendurchaitzB, Betri@b8zeit-

Dichte,Festigkeit, DberflSchenbeschaffenheit, Feuchtigkeit, Dumpfung, StoBfeatigkelt, Meßhaltigkeit usbJ.

5.1. Auswahl der.-veruendbaren AusgangamaterlaliBn bezüglich: Molekulargewicht und Tfieibgasgehalt gemMß den Festigkeits- und den OberflSchenbeschaffenheitsanforderungen für..die verschiedenen Teile.

5.2. Auswahl aus nach 5.1 ermittelten Ausgangsmaterialien jeweils das preisgünstigste für jedes Teil.

6. Vorgabe der Schüttdichte der vargesch§umten Materialien entsprechend der Dichteanforde^ung nach it.

7. Vorschäumen der Materialien nach Vorgabe aus 6.

7.1. Bestimmung de*· Materialdaten der geschäumten Materialien: Schüttdichte, Feuchtigkeit, RipselfBhigkeit, Psrlgröße .

7.2. Prüfung und evtl. Korrektur* ob Vorgaben aus 6., 4. und 3. erreicht sind bzw. bis Vorgaben erreicht sind.

7.3. Bestimmung des Ττ-eibgasgeahaltes, der PerlgrBBe

und Rieselfihigkeit«,

θ. Ermittlung vorläufiger Vorgabewerte von Druck, Temppratur, Sinterzp.it, Trockenzeit für die ProzeßablSufe für alle Teile unabhängig voneinander und zwar jeweils aus den Daten nach dem Molekulargewicht,der Erweichungstemperatur, den DBten nach 7.1..7.3. und"der nach U. vorgegebenen Obe^flächenbeschaffenheit und Feuchtigkeit.

8.1. Berechnung vorlauf ige-r Zykluszeiten aus den Vorgabewerten nach β. und den Kennwprten- nach 2. und 3. ohne Kastenbetrachtung,

8.2. Ermittlung der längsten Zykluszeit.

Θ.3. Optimierung der längsten Zykluszeit unter Berücksichtigung der Kosten nach 2. und 3. durch Variation der Vorgabewerte nach 8. und Bestimmung der endgültigen Vorgabewette und Vorgabezeiten.

8.U. Optimierung de^ Vorgabewerte de·»* übrigen True durch Variation der entsprechenden Vorgabewerte nach 8. unter Berücksichtigung der Kosten nach und 3., wobei die Zykluszeit, die nach 8.3. ermittelt ist, vorgegeben ist.

9. Durchführung des Sinterprozesses unter Vorgabe der Werte nach 8.3. ,8.4. ,und Messung de·" Ist-üle^te von Druck,Temppratur und den sich entsprechend den Vo-rgabewerten und iBt-lderten ergebenden Zeitpn dBT· Prozeßschritte.

9.1. Vergleich der gemessenen Werte mit den entsprechend de-" OptimierunqsrechnunqBn nach 8.3.und B,k. erwarteten üJRrten und Vergleich de*" Abweichungen mit vorgegebenenabe-rrn und unteren Grenzwerten.

9.2. Bpi Über- bzw. Untersch-neitung von GirnzuiBrten nach 9.1.; Analyse aufgrund de-·* Kombination von gleichzeitigen Fallen und / ode^ de*· Größe de^ Abweichungen,

BAD ORIGINAL

> *βφ 9 α *

-SB-

ob eine Betriebsstörung bzw. in welchem Teil der Vorrichtung diese vorliegt und Ausgabe einer Alarmmeldung oder ob die Iat-Materialdaten insbesondere der Treibgasgehalt und/oder die Rieself Shigkeit von den Werten nach 7.3. abweichen und Ausgab® einer Meldung und 9.3. Wiederholung der Schritte ab 8;^. bzw, B.3. mit den lat-Materialuiertffinach 9.2. bzw. Ist-Kennwerten, die sich aus den Ist-Meßwerten nach 9. ergeben«,

Bei entsprechend gestalteter Analyse werden Störungen sowohl in der Vorrichtung seibat als auch im VorsehSumprozeB oder in der Materialversorgung und Zwiachenlagerung getrennt erkannt und einzeln als Alarmmeldung ausgegeben.

Eine vorteilhafte Ausgeataltung der Vorrichtung und des Verfahrens besteht darin, daB entweder an den Formwerkzeugen selbst oder an einer der Schilumvorrichtung nachgeordneten Meßvorrichtung die Formteileigenschaften z.B. Feuchtigkeit, Festigkeit, Oberflächengüte ,Maßhaltigkeit u. Dichte gemessen werden und diese Meßwerte MS der Steuervorrichtung STV zugeführt und mit den vorgegebenen Formtelfcennwerten verglichen werden. Treten Überschreitungen der Grenzwerte in unzulässige Bereiche auf, so wird ein Alarmsignal ausgegeben; sind die DIffgrenzen in einem zulässigen Toleranzbereich, so werden diese zur Regelung des Prozesses inc'die Bestimmung der Vorgabewerte so einbezogen, daß eine Verringerung der !Toleranzen bewirkt., wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung und des Verfahrens ist dadurch gegeben, daß das wargeschäumte Material über die Blasvorrichtung BI₉2 den Injektoren 11,2 zugeführt wird. Diese BlMhvorrichtungen

bestehen aus Kammern, die steuerbar mit Heißluft, Hochfrequenz oder Mikrowellen beaufschlagt sind, wodurch ein Trocknen, Erwärmen and/oder Blähen insbesondere vargeschBumten Materials gezielt in diesen vorgenommen uiird. Ist zum Beispiel der Feuchtigkeitsgehalt des Formlinge hoch, so wird des Material durch die Zuführung von trockener warmer Luft vorgetrocknet. Ist die Dichte und Festigkeit des Formlinge höher als nötig, so wird in die Blähvorrichtung so viel Energie in Form von Hochfrequenz, Mikrowllen-oder Heißluft eingeführt, daß ein , Blähen auf die geforderte Dichte erreicht wird. Die Temperatur uiird dabei von dem Temperaturgeber TGI überwacht, und die Vergrößerung der Teilchen bzw. Abnahme der Dichte des Materials wird einerseits während des folgenden Sinterprozesses aus dem Sinterdruck Ps2 und /oder aus der FüllzeitZIi bestimmt oder andererseits durch Dichtemeßgeröte DG1,2 mit denen der Teilchenstrom em Ein- bzw. Ausgang der Blähvorrichtung beobachtet wird, direkt gemessen.

Die genannten Meßsignale TGI,Pa2,Zi,DG1,2 werden zweckmäßig der Steuervorrichtung STU zugeführt und von dieaer ausgewertet, worauf diese intsprechend Steuersignale BS zur Steuerung der BlBhvorrichtung B1,2 abgibt.

Die Verwendung einer Blähvorrichtung in Verbindung mit einer Sintervorrichtung ist bereits für sich vorteilhaft. Die vorteilhafte Wirkung wird noch gesteigert durch daβ Zusammenwirken der Blähvorrichtung bzw. Ihrer Steuerung mit der MeB- und Steuervorrichtung der nachgeschalteten Sintervorrichtung, wobei die gesamte Dptimierungsstrategie des Verfahrens beide Vorrichtungen integriert ausnutzt.

BAD ORIGINAL

Das dargestellte Verfahren zur Bestimmung der optimalen Vorgabewerte, das ,Optimierungsverfahren zur* Verkürzung der Zykluszeit bei wirtschaftlichem Enexjieeinsatz durch Anpassung überlappender Prozeßfunktionen an den gleichen Zeltrahmen, der durch die ungünstigste Funktion vorgegeben ist»und die Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren sind beispielhaft dargestellt und können entsprechend den speziellen Anforderungen variiert werden, ohne, da8 das Prinzip der Erfindungen verlassen wird. In den Verfahren und der geoffenbarten Vorrichtung werden getrennte Erfindungen angegeben, die miteinander besonders vorteilhaft kombiniert werden können, wie dies hier dargestellt ist.

Für die Erfassung sämtlicher benötigter Meßwerte in der Installation, der Versorgungsvorrichtung und in den Formwerkzeugen ist eine relativ hohe Anzahl von Meßwertgebern für Druck,Temperatür, Feuchtigkeit,Abstand,Dichte usw. erforderlich. Zur Vereinfachung der Verkabelung und der Verarbeitung ist es zweckmäßig, statt der üblichen Analogmeßsignale liefernden Geber mit einem nachgeschalteten Meßmultiplexer und Analogdigitalwandler, solche Geber zu verwenden, die unmittelbar digitale Meßsignale abgeben, das heißt die auf d@r Basis von mit Zöhlern meßbaren Frequenzen arbeiten, die durch Schwlngungsaysteme zum Beispiel mit temperatur- oder druckabhängigen Komponenten, zum Beispiel Quarzen, erzeugt werden.

-SS-

In neuartiger und erfinderischer Weise uiird ein Geber Fig. 3a eingesetzt , der aus einem Schwingkreis besteht, dessen Kapazitätsbelege Gi,2 auf der Forrnuand. oder vorzugsweise räumlich integriert auf dem Druckgeber 75 auf dessen Oberfläche nebeneinander oder konzentrisch angeordnet sind, so daß der Form-, hohlraum_fder Formling oder Sinterkuchen jeuieils das Dielektrikum des Schuingkondensators bildet. Durch die Frequenz dieses Schwingkreises können somit ' folgende Meßgrößen bzui. Zustände erfaßt werden:

- Oberfläche der Form feucht bzw. trocken,

- Feuchtigkeitsgehalt des eingefüllten Materials,

- Eruieichungs- bzw. Verfestigungszustand des Sinter-(euch en s,

- Feuchtigkeit und unter Umständen Dichte des Formlinge.

Diese:Zustandsmeldungen können alternativ oder ergänzend zu den Temperaturen bzw. Druckmeßmerten zur Signalisierung oder Auslösung des Beginns der Sinterung, der Beendigung der Trocknung, der Beendigung der Kühlung und des Beginne der Entformung dienen. Weiterhin uiird aus der Dichte und Feuchtigkeit des Endprodukts die Steuerung der Blähvorrichtung B1,2 und der Sinterung uiiβ bereits gezeigt vorgenommen.

Geber der kapazitiven Art sind auch als Dichte- und Feuchtigkeitsgeber DG.1,2 an der Blähvorrichtung 81 bzuii dem Injektor 11 vorgesehen. Die Kapazitätsbelege sind beidseitig der Zuführungarohre angeordnet, so daß das Feld jeuieils das durchlaufende Material durchsetzt. Es können auch die Elektroden, die in der Blähvorrichtung zur Zuführung der Hochfrequenz dienen,

BAD ORIGINAL

SB—

als MeBelektroden verwendet werden; das heißt der Hochfrequenzkreis dient selbst als MRÖkreis and seine Frequenz urird ausgewertet.

Diese Frequenzzähler werden, zweckmäßig mit den Schwlngungssystemen in einer Baugruppe zusammengefaßt und mit einem Abrufspeicher ausgestattet, der sobald er durch eine Adressierung mit einem zugehörigen seriellen Adreßcode angesteuert wird,, den Meßwert als digitale Signalfolge abgibt, die von der Steuervorrichtung empfangen wird. Die Adressierung kann entweder über di® MeBleltung oder eine getrennte Adressierungsleitung erfolgen, wie aus der Datenübertragungatechnik bekannt ist. Sämtliche Geber oder Gruppen von Gebern sind an einem Ringleitungssystem angeschlossen, das von der Steuervorrichtung STl/ ausgeht. Jedem Geber ist eine eigene Adresse zugeordnet, die in ihm eingespeichert oder durch einen Codegeber an der Baugruppe eingangsseitig angeschlossen ist.

Außer der Vereinfachung der Installation und der Steuervorrichtung ergibt sich der Vorteil, daß wegen der digitalen Übertragung keine Verfälschungen der Meßsignale zwischen dem Meßpunkt und. dem Ort der Signalumsetzung stattfindet.

Die laufend ermittelten Meßwerte werden von einem Prozeßablaufprogramm in der Steuervorrichtung mit den vorgegebenen bzw. von dem Qptimierungspragramm nach den dargestellten Vrrfahren ermittelten Werten verglichen, und abhängig vom VBrqleichsergebnis werden j e -wells die Stellorgane zum Beispiel: Ventile,de·" Vorrichtung gesteuert.

HO
Leerseite

Claims

«4t *

-JD-

Patentansprüche

1.) Vorrichtung zur Sinterung insbesondere unterschiedlicher Formlinge aus Bchäumbarem Kunststoff in jeweils ®in©m entsprechenden Formwerkzeug CFW11_tFlil21 ,FUI31) _v das an einer steuerbaren Ver?- eorgungseinrichtung (WjUjI₅Au₁₁SA) for Madien, wie schiumbaren Kunststoff (KIpHZ)₁, Dampf (Oa), Kühlwasser (Κω), Vakuum (l/i), Druckluft (PL)versorgungsmMBig angeschlossen ist und an desssn Formuiand (11a,b) mindestens ein Druck- (PG) und/oder Tempereturgeber (TG) angeordnet ist, der _mit einer Steuervorrichtung (STU) eingangs-SBitlg verbunden ist, dia die gegebenen. Druck-(PS) und/oder Temperaturuerte (TF) jeweils wit einem entsprechenden l/orgabeuert (PeV₁TFV) vergleicht und abhängig von dem Uergleichsergebnis und von Zeitvorgaben (Zvi,ZVv,Zsv) entsprechenda Steuersignale (VS,IS,AUS,SAS,St) an die'Versorgungsvorrichtung (VV,V₉I,AU,SA) gibt dadurch gekennzeichnet, d a B die Steuervorrichtung (STV) einen Speicher (Sp) enthält, in dem Materialdaten for den jeweils zu verarbeitenden KunatstofF (K1, K2) und Formkennyarte für das jeweils eingesetzte Formwerkzeug CFüJH ^FliJ21 ,FUJ31) gespeichert sittd, aus denen die Steuervorrichtung (STV) die Vorgabewerte (PsvjTFv) und/oder die Zeitvorgaben (ZVv,Zev) bestimmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Formwerkzeuge (FüJfl 1,Fli]21) in einem Paar paralleler Schilde (S1.S2) austauschbar angeordnet Bind und über die Schilde mit gleichartigen Ventilanordnungen (V) mit der Ver-bzw. Entsorgungseinrlchtung (VV) durch eine feste Installation jeweils ver* bunden Bind und/oder der Temperaturgeber (TG), der Druckgeber (PG), ein Injektor (I), ein Auauierfer (AüJ) über eine feste Installation in den Schilden und/oder über eine flexible Installation vorzugsweise mit Klemmnippeln (30).leicht auswechselbar durch die RünkwSnde (12a,b) der Teilwerkzeuge in die FormwBnde (11a,b) vorzugsweise durch Federn'(M,71) kraftschlüBsig auf Auflageflochen (78,^5) an den FormwSnden (11a,b) eingesetzt sind und'daß in dem Speicher (Sp) die Formkennwerte für die Formwerkzeuge (Fuji 1, Fld21,Flü31) selbst und die Installationakennwerte für die Versorgungsvorrichtung (VV) in Verbindung mit der Installation bis zu den Ventilen (V) bzw. der Formwand (11a,b) sowie vorzugsweise den Formwerkzeugen (FIiJ11,21,31) zugeordnet vorgegebene FormteilfeennwertB gespeichert sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungseinrichtung (VV) ein Silo (Si) enthalt, das in mehrere Kammern geteilt ist, von denen getrennte Zuleitungen (Z1,Z2) vorzugsweise Über Blähvorrichtungen (B1,B2) zu den Injektoien (11,12) der verschiedenen Formwerkzeuge (FU11,FüJ21) führen, und die Kammern verschiedene Kunststoffe (K1,K2) enthalten können und in dem Speicher (Sp) jeweils den Kunststoffen (K1,B2) zugeordnete ggf. verschiedene Materialdaten gespeichert sind.

BAD ORIGINAL

.„Ο«««

4. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, d a B die Materieldaten Molekulargewicht, Erweichungstemperatur, Treibgasgehalt,Schüttdichte,PB^lgroBej.RipsBlfShigkeit .und/oder relative Feuchtigkeit sind, daß die Formkennusrt© Druck- und Temperaturztitkonstantsn und/oder spezifische MediendurchsMtze Bind und daß die Installations« kennwerte Druck- und TssmpBraturzeitkonstanten sind und daB die Formtsilkennumrte; FPstigkeit.MaBhaltigkeit, Dichte,Oberflachenbeachaffenhfeit und/oder Feuchtigkeitsgehalt sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch k dadurch gekennzeichnet,

d a B an den Installatiansanachlüssen an den Schilden (S1,S2) bzw. den Formwerkzeugen "CFIJI 1,FU21) und/ oder an den Installationsanschlüasen an dar Uersorgungsvorrichtung (UViSi) Druck-, Tamperatur-, Dichte-,Feuchtigkeita- und/oder Niveaugeber (T₅P₀ TG1,PG1,NG,DG) angeordnet Bind, die mit der Steuervorrichtung eingangsaeitig verbunden sind, und daß jeweils_aua dem zeitlichen Verlauf der Differenz der MeSwerte zwischen Eintritts- und Austrittsort eines Mediums durch das Formwerkzeug (FU)) und/ oder dem bzw. den Meßwerten des In der Formwand (11a, b) angeordneten Druck™,Tfmperatur- bzu_e Dichtegebers (PG,TG,DG) di® zugeordneten Forrakennwprte bestimmt werden und/od©r daß jeweils aus dem zeitlichen Verlauf der Differenz der Meßwerte am Ausgang der Versorgungsvorrichtung (VV) und am zugehörigen Anschluß der Installation an den Schilden (S1,S2) die Jeweils zugehörigan Installationskennwerte bestimmt werden, wobei vorzugsweise der zeitliche Verlauf über einen Prozeßzyklus unter

* W

• · W *

-yf -

Verwendung von standardisiertem Material und/oder ohne Materialeinsatz und/oder mit einem Kurzschluß zwischen zugehöriger Ver- und Entsorgung gemessen wird.und daß mit. Durchflußmessern (D1,D2) an der Versorgungsvorrichtung (VV) dip spezifischen Medienverbräuche als Formkennwerte gemessen und in der Steuervorrichtung (STV) gespeichert uierden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, da Θ die Temperaturgeber (T,TG,TG1, TGI) vorzugsweise quarzgesteuerte Frequenzgeber sind und/oder die Druckgeber (P,PG,PG1,PGI) vorzugsweise kristallgesteuerte FrequBnzgeber sind und/ oder die Dichtegeber (DG1) vorzugsweise schwingkreisgesteuerte Frequenzgeber sind, deren Schwingkreisfeld insbesondere kapazitiv mit den Material-, den Medienkanälen oder dem Formhohlraum (FH1) gekoppelt ist, und daß die genannten Geber vorzugsweise mit Frequenzzählern, die Abrufspeicher (ASp) bilden, jeweils eine Baugruppe bilden und daß vorzugsweise mehrere Baugruppen durch eine Abruf- und Meßleitung (ί*6,76) mit der Steuervorrichtung (STV) verbunden sind und die Steuervorrichtung Abrufsignale mit einer Adresse auf die Abrufleitung sendet und der jeweils adressierte Abrufspeicher jeweils den gemessenen und gespeicherten Meßwert auf die Meßleitung sendet und die Steuervorrichtung den empfangenen Meßwert verarbeitet.

BAD ORIGINAL

7. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, d a B. für die steuerbare Zuführung van den Medien zu den Formteilmerkzeugen eine Heizdampfleitung (Da), ©ins Kühlwasserzu- und -rUckleitung (Kuz,r), eine Entsorgungsleitung (Es)"über zugeordnete Ventile.dar Ventile (V) ein© Kammer(15a,b) in den Formtellwerkzeugen (11a,b) angeschlossen ist und eine Sinterdampfleitung (Da), eine Druckluftleitung (PL) und eine Vakuumleitung (Va) über weitere zugeordnete Ventile der Ventile (V) mit einem Medienkanal (17a,b;16a,b) und Düsen (2D) mit dem FormhahlrBum~(FH1 Verbunden sind,

8. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß zuIschen dem Silo (Si) für den schMumbaren Kunststoff (K1,2) und den Injektoren (11,2,) BlMhvorrichtungen (B1,2) angeordnet sind, in denen üJörn»« in Form von Hochfrequenz- oder Mikromellenfeldern und/oder mittels Heißluft oder-gas dem Kunststoff steuerbar zugeführt uiird, und daß vorzugsweise ein Temperaturgeber (TGI) und/oder ein Dichtegeber (DG1,2) hinter und/oder vor der Blasvorrichtung angeordnet sind und daß die Meßsignale der genannten Geber der Steuervorrichtung (STV) zuqeführt werden und dimit die Steuerung der Wärmezufuhr durch Steuersignale. (BS) der Steuervorrichtung (STV) erfolgt»

9. Verfahren zur Herstellung von Formungen aus schiumbarem Kunststoff insbesondere unter Verwendung ©in©r Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Molekulargewicht, der Schüttdichte und dem Treibgasgshalt

'όIk3 b'32

Mindestwerte für den Sinterdruck (Psv2) und/oder bub der Erweichungstemppratur die vorzugebende Fo^mwandtemperatur (TFvD zur Sinterung bestimmt werden und/ode¹* aus diesen qenannten Materialdaten und der geforderten Festigkeit, Maßhaltigkeit und/ade·" ObprflöchenbeecheffBnheit des Formlinq? die Vorgabezeit der Sinterung (Zsv/) bestimmt wird und/odpr aus· der Schüttdichte und der geforderten Dichte des Formlinqs und dem zugehöriqpn Fo^mkennumrt· die SpaltujRite (Av1) bestimmt ijird und/oder dem vorgegebenen FpuchtigkeitagehBlt des Formlings und dem Formkennumrt de'¹ Trocknung dip Vorgabezeit des Vakuums (ZVv) bfistimmt wird und/ oder aus de-" vorgegebenen Maßhaltigkeit des Formlings und der Erweichungstemperatur die minimale Schließtemperatur (TFv3) und/oder der maximale Entformungadruck (PsvU) und/oder die maximale Entformungstemperatu-' (TFv2) bestimmt wird und/öde·^ aus dem Trpibgasgehalt oder dem Schöumdruck (Ps2) und dem zugehörigen Formkennmert der Druck (Psv3)zur l/akuumabschaltung bestimmt wird.

10· Verfahren nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, daß einerseits aus den vorgegebenen Fo^mwand -temperaturen (TFv1,TFv2) und dem Formkennwert für . Heizung und andererseits aus der öffnungs- und Schließzeit der Form, der Injektionszeit (ZIi) der Form und dem minimalen Sinterdruck (Psv2) mit dem Fonnkennwert des Druckabbauee die Heizzelt (ZH)

aus bestimmt usirti und/odpr einprseitsvder Vorgabezeit des Vakuums (ZVv) und dem maximalen Entformungadruck (Pevit) und dem Formkennwert für Druckabbau und andererseits aus den vorgegebenen Fo^mwandtemperaturen (TFv1,TFv2) und dem Formkennwert für Kühlung die Kühlzeit (ZK) bestimmt wird und der vorgegebene Sinterdruck (Pav2) dnrart über dem minimalen Olntprrirunk

BAD ORIGINAL

gewählt wird, daß dieser Druck zum gleichen Zeitpunkt erreicht wird an dem die Fqrmwandtemperatur (TFvD erreicht wird und/oder daß der Vorgabewert des D-nuckabbauea (Psv3) bzw. die Vorgabezeit des Vakuums (ZVv) bzw. der Kühlung durch Druckluft so gewählt werden, daß der Entformungadruck (PsvO zum gleichen Zeitpunkt erreicht wird wie die Entformungstempe^atur (TFv2).

11. Verfahren nach Anapruch 9 oder Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, daß der Sinterdruck (Psv2) derart vorgegeben wird, daß die Summe aus den entsprechend gebildeten Zeiten (ZH,Zsv,ZK) ein Minimum ist.

12. Verfahren nach Anspruch 9 ode·" Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, daß der Sinterdruck (Psv2) und der vorzugebende Druck (Psv3) und die vorzugebende Temperatur (TFv3) bzw. die Zeit der Spaltöffnung und die Zeit der Vakuum- bzw. Druckluftkühlung derart gewählt werden, daß sich ein Minimum für die Summe aus den Material-r, Medien- und Betriebsauf Wendungen bezogen auf die Formlinge ergibt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12 dadurch gekennzeichnet, daß aus dem zeitlichen VRrfajf der Meßwerte während des Prozesses insbesondere der Formwandtemperatur (TF), dem Sinterdruck (Ps), dem Injektordruck (PGI) und/oder dem Signal des Feuchte-, Dichtemesser9 (DG) die sich durch Steuerung entsprechend den Vorgabewerten ergebenden Zpiten für das Heizen,KühlRn,Sintern,Vakuumsaugen, Spaltöffnen bzw. Druckluftkühlen bestimmt werden und mit diesen Zeiten die Bestimmung neue·" Vorgabewerte entsprechend

dem Verfahren in den vorherigen Ansprüchen durchgeführt wird und/oder daS aus den gemessenen Zeiten exaktere Materialdaten bestimmt und gespeichert uierden und als Ausgangsdaten für erneute Anwendung der Verfahrensschritte nach Anspruch 9 bis Anspruch 13 benutzt werden.

IU. l/erfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13 dadurch gekennzeichnet, d a B aus dem SchSumdruck (Ps2) und/ ode** dem maximalen Druck (Ps5) nach Schliefen des Spaltes und Abschalten des Vakuums sowie dem Formteilkennwrrt für Maßhaltigkeit und*der Erweichungstemperatur die maximale Entformungstemperautr (TFv2) bestimmt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 1*» dadurch gekennzeichnet, d a B die Werfahrensschritte nach vorhergehenden Ansprüchen für mehrere gleichzeitig in einer Vorrichtung betriebene insbesondere unterschiedliche Formwerkzeuge durchgeführt werden und die maximale Zykluszeit bestimmt wird und die Vorgabewerte für den Betrieb der Formwerkzeuge mit kürzeren ermittelten Zykluszeiten als der maximalen neu bestimmt wrrden unter Ausnutzung der ermittelten maximalen Zykluszeit und daß vorzugsweise die erneute Bestimmung der Vorgabewerte erfolgt unter zusätzlicher Variation der Materialien insbesondere bezüglich der Erweichungstemperatur, des Molekulargewichts und/oder der Schüttdichte.

16. Verfahren nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, daß die gemessene HbIz-, Druckabbau- und Kühlzeiten (ZH,ZK) und ggf. die daraus gestimmten Materialdaten insbesondere de·" Treibgasgehalt, die Rieselfähigkeit und die Dichte mit vorgegebenen Grenzwerten verglichen wenden und jeweils bei einer über- bzw. Unterschreitung eine Alarmmeldung ausgegeben wird.

BAD ORIGINAL

»Λ «10

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 16 dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den Fofmkennue-rten die ^nstaHationskennuerte für die Bestimmung der Vorgabewert? upd/oder der Materialdaten benutzt warden.,

1Ö. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 17 dadurch gekennzeichnet, d a B dem sch-Mumberen Kunststoff (K1,K2) vor dar Injektion in den Formhohlraum (FH1) Wärme durch Heißluft und/oder Hochfrequenz- ode^ Mikrouellenfelder derart in Dbub·^ oder Intensität gesteuert oder geregelt zugeführt wird, daß eine Trocknung und/oder Blähung des Kunststoffes auf eine für den anschließenden Sinterprozeß optimal vorgegebene Feuchtigkeit und/oder Dichte erreicht wird«

19. Verfahren nach Anspruch 18 dadurch gekennzeichnet, daß die Feuchtigkeit bzui„ Dichte derart optimalvorgegeben uiird, daß die Summe» des Aufwandes für Trocknen bzw. Blähen und den gesamten Sinterp^ozeß minimal ist.

20» Verfahren nach Anspruch 18 ode^ Anspruch 19 dadurch gekennzeichnet, daß als Mpßgröße für die Regelung der Sinterdruck (Ps2), die Dichte und/öde·" Perig des schiumbaren Materials, die Dichte des Sinterkuchens oder des Formlinge und/oder Formteiieigenschaften tuie Festigkeit und Oberfiachenbeschaffenheit des Formlinge dienen.

-Λ-

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis β insbesondere zur Durchführung der Verfahren nach Binem der Ansprüche 9 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (STV) ein programmgesteuerter Rechner ist, in dessen Speicher (Sp) die Materialdaten, die Formkennwerte, diB FormtBilkenntijerte, die Installationskennwprte, die Verknüpfungen und Abhängigkeiten- dieser genannten Deten und Kennwerte, insbesondere ujie in den Ansprüchen angegeben, untereinander und Optimier rungsverfahrsn/insbesondere wie in den Ansprüchen genannt/in Form von Tabellen und/oder Programmen gespeichert sind und der P~aze0ablauf durch Steuprung der stellorgane, _zum Beispiel VentilB, in der Vorrichtung abhängig von den jeweiligen MeSwprten durch einen laufenden Vergleich mit den durch das Programm ermittelten Vorgabewerten oder -zeiten durch ein Prozeßablaufprogramm gesteuert wird.

BAD ORIGINAL