ES2628342T3 - Procedimiento para el calentamiento y la regulación de la temperatura de una herramienta de fabricación calentada con un portador de calor líquido y/o en forma de vapor - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para el calentamiento y la regulación de una temperatura de una herramienta calentada con un portador de calor líquido y/o en forma de vapor con al menos un circuito de calentamiento para la conformación y/o fijación de piezas moldeadas de materiales poliméricos termoendurecibles o que pueden reticularse, así como medios para la realización de una comparación teórica/real de una temperatura real medida como variable de control con una temperatura teórica predeterminada, una unidad de control y regulación enlazada relacionada con ordenador, un perfil de calentamiento, un módulo de calentamiento, al menos un módulo de pivotado y un módulo de duración de impulso, caracterizado porque antes del comienzo de un proceso de calentamiento y regulación se deposita en la memoria de la unidad de control y regulación un perfil de calentamiento específico del circuito de calentamiento como base para la regulación de la temperatura de herramienta, formándose el perfil por al menos el módulo de calentamiento con tiempos de calentamiento dependiendo de la temperatura real predeterminada y características de calentamiento específicas para el circuito de calentamiento, por un primer y un segundo módulo de pivotado con valores para la duración de pivotado dependiendo de la temperatura teórica y las características de calentamiento, incluyendo un módulo de pivotado el campo de trabajo con respecto a la relación entre duración de pivotado, la característica de calentamiento y la temperatura teórica, basándose en una forma específica de una función potencial con exponentes recíprocos o en una relación logarítmica, y por el módulo de duración de impulso con duraciones de impulso teóricas para el suministro de portador de calor dependiendo de la temperatura teórica y las características de calentamiento, estando asignados los módulos individuales a una determinada temperatura del portador de calor, y seleccionándose antes del comienzo del calentamiento de manera específica para el circuito de calentamiento una característica de calentamiento.
Description
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determina y se desencadena una interrupción del suministro de portador de calor en forma de un tiempo de pausa prolongado según la igualdad (7).
En una regulación modulada en el ciclo puede estar previsto el tiempo de ciclo o se determina a partir del tiempo entre dos señales idénticas de ciclos adyacentes del control de desarrollo de la máquina de procesamiento. Con el tiempo de ciclo existente se calcula según la igualdad (8) el tiempo de impulso teórico del periodo de fabricación modulado en el ciclo. El impulso teórico se desencadena con el comienzo de la señal del control de desarrollo de máquina. En el caso de superar el tiempo de ciclo actual medido con respecto a un valor teórico predeterminado, en el ciclo siguiente se realiza una adaptación de la duración de impulso de portador de calor según la igualdad (9).
En el caso de una interrupción de la duración de ciclo a lo largo de un tiempo predeterminado, se conmuta automáticamente de nuevo a la regulación modulada por tiempo.
Dentro de un ciclo de fabricación puede llevarse a cabo también, especialmente en el caso de tiempos de ciclo muy largos, en primer lugar una regulación modulada por tiempo de ciclo y tras una duración fijada conmutarse hasta el final de ciclo automáticamente a la regulación modulada por tiempo. La duración del módulo de tiempo se predetermina en este caso dependiendo de la duración de ciclo.
Partiendo de un módulo nuevo de tiempo, se determina la duración de impulso teórica que va a aplicarse siempre de manera automática según la siguiente igualdad:
teórico ,m.a. m.n.
t = (10), significando
teórico ,m.n.
t
m.a.
tteórico,m.n. el tiempo de impulso teórico en un módulo nuevo de tiempo, tteórico m.a. el impulso teórico para un módulo de tiempo (antiguo) predeterminado anteriormente, tm.n. el tiempo del módulo nuevo y tm.a. el tiempo del módulo (antiguo) predeterminado anteriormente.
Realizaciones más detalladas con respecto a las fórmulas de cálculo (1) a (7) se indican en el ejemplo de realización. Las fórmulas (8) ó (9) son objeto de las reivindicaciones dependientes 13 ó 14.
En el funcionamiento de fabricación continuo pueden acortarse por medio de la manera de proceder según la invención los tiempos de ciclo y mejorarse la calidad de las piezas moldeadas. Además, se reduce la tasa de residuos.
En el ejemplo de realización se ocupa de ventajas adicionales de la manera de proceder según la invención.
La invención se explicará a continuación más en detalle en un ejemplo de realización. En los dibujos correspondientes muestran
la figura 1 la unidad de cierre de una máquina de moldeo por inyección con unidad de control y regulación en una representación simplificada,
la figura 2 el módulo de calentamiento como representación gráfica y
la figura 3 el módulo de duración de impulso como representación gráfica.
En una máquina de moldeo por inyección del tipo Krauss Maffei 1300/8100 MX se produce la pieza moldeada “portalámparas” de compuesto de moldeo de UP endurecido en caliente en el procedimiento de moldeo por inyección y compresión. Parámetros técnicos del procedimiento: Diseño de la herramienta: 2 cavidades, mazarota en cada caso de manera central a través de un sistema de mazarotas de canal frío con mecanismo de cierre de émbolo hidráulico.
Masa de una inyección 2700 g (2 piezas moldeadas inclusive rebaba)
Masa de la herramienta 8500 Kg (realización de bordes por inmersión)
Presión de inyección 800 bar en el compuesto de moldeo
Fuerza de inyección y compresión 9000 kN
Carrera de inyección y compresión 4 mm
Tiempo de inyección 5,5 s
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Medio de calentamiento vapor, temperatura al inicio 180ºC
Tiempo de ciclo 65 s
Módulo de tiempo (ZT) 60 s
En la figura 1, se muestra en una representación simplificada la unidad 1 de cierre máquina de moldeo por inyección empleada para la inyección y compresión, estando fijada la herramienta 2 de inyección y compresión de dos piezas en las placas de sujeción de la máquina de moldeo por inyección. Como diagramas de bloques se representan la unidad 3 de control de desarrollo para la máquina de moldeo por inyección y la unidad 4 de regulación para la regulación de la temperatura de la herramienta 2 de moldeo por inyección y compresión calentada por vapor. La unidad de regulación está conectada con un computador no representado en más detalle, por ejemplo ordenador, en el que está instalado el software requerido para la realización de operaciones de cálculo y operaciones de control así como de regulación.
La herramienta 2 de moldeo por inyección y compresión está equipada con cuatro circuitos de calentamiento regulables de manera independiente, de los cuales se ven en la figura 1 en cada caso los conductos 7, 8 de avance y retorno para el suministro de vapor (indicados mediante flechas) de los dos circuitos de calentamiento anteriores. En el conducto 7 de avance está integrada una válvula 5 magnética accionable eléctricamente para abrir y cerrar el suministro de vapor. En cada circuito de calentamiento, se encuentra en el tubo 7 de alimentación de vapor directamente en la entrada a la herramienta 2 un sensor 6 de temperatura integrado en la herramienta a través de una conexión con arrastre metálico corta, que está conectado con la unidad 4 de regulación. La unidad 4 de regulación está acoplada con la unidad 3 de control de desarrollo para la máquina de moldeo por inyección a través del conducto S1, para entregar una señal del control de desarrollo de la máquina de moldeo por inyección a la unidad 4 de regulación. Para la regulación de la temperatura de herramienta se requiere solo una única señal del control de desarrollo de máquina, como por ejemplo “instante del cierre de la herramienta”.
El desarrollo de procedimiento para el calentamiento de la herramienta 2 de moldeo por inyección y compresión está dividido en tres periodos, un primer periodo para el calentamiento de la herramienta de moldeo por inyección y compresión hasta una temperatura de funcionamiento (periodo de calentamiento), un segundo periodo para la regulación adicional del calentamiento de la herramienta para el mantenimiento del estado de calentamiento estacionario (periodo de calentamiento estacionario) y como tercer periodo, el periodo de fabricación, de la propia inyección y compresión de las piezas moldeadas. El periodo de calentamiento solo es necesario, cuando se pone en funcionamiento la herramienta en primer lugar o tras una interrupción de la fabricación se pone en funcionamiento de nuevo. En el caso de perturbaciones de corta duración durante el funcionamiento continuo no es necesario un nuevo calentamiento. El periodo de calentamiento estacionario comienza cuando, al final de una fase de pivotado, la comparación de temperatura teórica/real para el respectivo circuito de calentamiento obtiene una desviación menor de más/menos 5ºK. Entonces, termina como muy pronto cuando, tras un número fijado de ciclos normales uno a continuación de otro (en el ejemplo esto son 3), en todos los circuitos de calentamiento del sistema que va a calentarse (herramienta) se ha bajado de un valor límite inferior de una desviación (en el ejemplo esto son más/menos 2ºK) y el periodo de fabricación se inicia porque, en el caso de un algoritmo de regulación por lo demás igual que en la fase de calentamiento estacionaria, ahora se usa como señal de inicio para el inicio de un impulso de vapor una señal del control de desarrollo de la máquina de procesamiento.
Además del computador o PC, forman parte de la unidad de control y regulación aún una unidad de entrada, una unidad de entrada de señales, de procesamiento de señales y de salida de señales, así como una unidad de visualización y una unidad de memoria.
En la unidad de memoria está depositado un perfil de calentamiento, que se basa en experiencias y conocimientos del funcionamiento práctico para el procesamiento de materiales poliméricos o caucho. Para la definición de la característica de calentamiento posible se ha previsto lo siguiente:
por las operaciones de calentamiento para el procesamiento de materiales poliméricos o caucho se conoce entonces que se realiza una naturaleza de calentamiento o una operación de calentamiento “pausada” cuando, con una temperatura de entrada de vapor determinada (en este caso: 180ºC) para el calentamiento de una herramienta de moldeo promedio de 20ºC hasta una temperatura de herramienta promedio de 155ºC, es necesaria una duración de calentamiento de 120 min y para el mantenimiento de esta temperatura es necesario un suministro de vapor adicional durante una duración de 26 s/min.
Una naturaleza de calentamiento u operación de calentamiento “muy rápida” está presente cuando la duración de calentamiento (desde 20 hasta 155ºC) asciende a solo 5 min y la duración del suministro de vapor para el mantenimiento de la temperatura asciende a solo 8,8 s/min.
Partiendo de estas premisas, se han creado para los módulos “calentamiento”, “pivotado” y “tiempo de impulso” una curva característica inferior como naturaleza de calentamiento “pausada” y una curva característica superior como
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Al comienzo del último minuto de la segunda fase de pivotado se lleva a cabo, de manera análoga al caso de la primera fase de pivotado, de nuevo una comparación teórica/real, que desencadena en los rebasamientos descritos de límites de desviación las medidas de control termodinámicas ya mostradas en el contexto de la primera duración de pivotado.
Al final de la segunda fase de pivotado se lleva a cabo otra vez una comparación teórica/real. Si las desviaciones son menores de más/menos 5ºK, tiene lugar la transición a la fase de regulación. Tras la fase de calentamiento posterior y la segunda fase de pivotado se midió una temperatura real de 163,5ºC. Para este circuito de calentamiento I de calentamiento tiene lugar ahora la regulación de la temperatura de herramienta según las condiciones para el periodo de calentamiento estacionario.
Circuito II de calentamiento (temperatura real demasiado alta en 7ºC):
En el caso de temperaturas reales demasiado altas (de > 5ºK a < 15ºK) se inicia en primer lugar una pausa de calentamiento, es decir se interrumpe el suministro de vapor. La duración de la interrupción o pausa requerida se determina de manera automática tal como sigue a partir del módulo de calentamiento (categoría “rápida”):
Temperatura real: 172 ºC Duración de calentamiento: 35,9 min
Temperatura teórica: 165 ºC Duración de calentamiento: 28,4 min
Diferencia 7,5 min
Multiplicada por un factor de atenuación 0,75 se obtiene un tiempo de pausa de 5,6 min. Tras la finalización del tiempo de pausa comienza una fase de pivotado con impulsos de vapor crecientes por minuto de manera progresiva (pivotado desde arriba), para preparar una transición de baja vibración, energéticamente sensible, a la fase de regulación. El cálculo del tiempo de impulso/min para la fase de pivotado progresivo tiene lugar según la siguiente igualdad (3):
significando
t = duración de impulso en s/min para el respectivo instante real,
tteórica = longitud de impulso teórica en s/min a la temperatura teórica según el módulo de duración de impulso,
τ* = tiempo de referencia actual a partir del comienzo de la fase de pivotado; en el 1er minuto con 1,
τ = duración de la fase de pivotado (duración de pivotado).
En el presente ejemplo se ha fijado la duración de pivotado caracterizada por impulsos crecientes por minuto de manera progresiva en 10 min.
Análisis prácticos propios obtuvieron como resultado que en la fijación de la duración de pivotado y del factor de atenuación de la fase de pivotado progresivo debe tenerse en cuenta una correlación existente entre las dos magnitudes de manera que, con un mayor factor de atenuación elegido, la duración de pivotado debe dimensionarse más pequeña. Para asegurar una transición de baja vibración, energéticamente sensible, a la fase de regulación, no deberá bajarse por debajo de una duración de pivotado mínima. El intervalo de duración temporal recomendado para la duración de pivotado es >5 <15min y para el factor de atenuación el intervalo de valores de 0,5 a 0,9.
Al final de esta fase de pivotado se midió una temperatura real de 166,5ºC y con ello también para el circuito II del lado de boquilla la fase de regulación para el periodo de funcionamiento estacionario. En el último minuto de esta segunda fase de pivotado se realizó de manera análoga a la manera ya descrita una comparación teórica/real de la temperatura, en la que en el caso del establecimiento de desviaciones del tipo igualmente descrito en mayor medida, se desencadenan medidas de control termodinámicas correspondientes.
Circuito III de calentamiento (temperatura real demasiado baja en 24ºC):
Al final de la fase de pivotado se midió una temperatura real de 131ºC. Dado que esta es menor en más de 15ºK que la temperatura teórica, el comportamiento de regulación cambia de manera automática en la categoría adyacente con una mayor duración de calentamiento, es decir de “lenta” a “pausada”, desencadenándose en primer lugar un “tiempo de calentamiento posterior” (tN), cuya duración temporal se calcula tal como sigue:
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Con respecto a la técnica de regulación tiene lugar todavía en el mismo segmento de minuto una adaptación de tiempo de impulso según el siguiente método de cálculo: En la igualdad (4) se empleó para el cálculo del tiempo de impulso corregido la siguiente relación para el factor K:
y se obtuvo la siguiente igualdad (4) modificada para desviación positiva y negativa:
Empleando los valores mencionados anteriormente se obtiene para tcorr = 26,4 + 0,38 = 26,78 s, es decir, la duración 15 de impulso de vapor del primer minuto se prolonga en 0,38 s.
La diferencia entre las igualdades consiste con respecto al efecto de corrección en que, aplicando la igualdad en el caso de diferencias de temperatura Δϑ de hasta 5ºK, el efecto de corrección es menor, aunque a partir de Δϑ mayores de 5ºK, el efecto de corrección se hace mayor. Como recomendación general se
20 obtiene a partir de esto que, aplicando la igualdad, el exponente, que se eligió en el ejemplo como 2, asciende a entre 1,5 y 3.
Mediante la corrección de tiempo de impulso descrita en la presente del primer impulso se ajusta en el segundo minuto la diferencia de temperatura teórica-real a una Δϑ de +0,6ºK.
25 Según las relaciones matemáticas de la igualdad (4) y la igualdad (5) tuvo lugar de inmediato de manera automática una corrección de tiempo de 0,1 s hasta una longitud de impulso de 26,3 s.
En el siguiente minuto se determinó una Δϑ de +1,1ºK y a partir de esto, se obtuvo como resultado una corrección 30 de tiempo de 0,32 s, hasta 26,18 s.
Dado que en el tercer minuto por segunda vez de manera consecutiva se estableció una desviación de temperatura mayor de 0,5ºK con el mismo pronóstico, se lleva a cabo de manera automática una adaptación “deslizante” de la longitud de impulso teórica. Para la diferencia de temperatura establecida de +1,1ºK se obtiene empleando en la
un acortamiento de la longitud de impulso teórica de 0,16 s hasta 26,24
s. Después de dos minutos adicionales, en los que se determinaron diferencias de temperatura mayores de 0,5ºK y se llevaron a cabo adaptaciones de tiempo de impulso “deslizantes” análogas correspondientes, se ajusta en el sexto minuto tras el comienzo de la fase de regulación una desviación de regulación de menos de 0,5ºK con una nueva duración de impulso teórica de 26,1 s.
40 Después de que en los siguientes tres minutos adicionales incluyendo una duración de impulso teórica de 26,1 s las desviaciones establecidas fueran menores de 0,5ºK, podría partirse de la consecución de un estado termodinámico casi estacionario.
45 Los valores del punto de trabajado que se obtiene como resultado en este estado de regulación en el diagrama dispuesto del “módulo de tiempo de impulso” de sistema de coordenadas se transfirieron a la memoria de trabajo del aparato de regulación, de modo que en caso de ser necesario puede retrocederse a este ajuste.
Circuito IV de calentamiento
50 En este circuito de calentamiento se inició, tras alcanzar una temperatura real que se encontraba en 2ºC más que la temperatura teórica, la fase de funcionamiento estacionario.
Según un cálculo análogo, como en el circuito III de calentamiento (igualdades (4) y (5)), tras 5 minutos se alcanzó 55 un estado de temperatura casi estacionario de Δϑ menor de 0,5ºK con una nueva duración de impulso teórica corregida de 16,4 s.
Después de que en tres minutos adicionales en cada caso solo se produjeran desviaciones de temperatura real
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