ES2924331T3 - Dispositivo de termoconformado, así como procedimiento - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un aparato y un método de termoformado que se utilizan preferentemente en el campo de la industria del automóvil con fines de termoformado. Este tipo de aparato y método se puede utilizar, por ejemplo, en plantas de termoformado en línea, plantas de termoformado de una sola estación, así como en el marco de procesos de laminación por engaste o procesos de laminación por ranura. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Dispositivo de termoconformado, así como procedimiento
Campo técnico
La presente invención se refiere a un dispositivo de termoconformado, así como a un procedimiento de termoconformado. El dispositivo de termoconformado y el procedimiento pueden utilizarse por ejemplo en el campo de la industria del automóvil.
Un dispositivo de este tipo, así como un procedimiento de este tipo pueden utilizarse por ejemplo en instalaciones de termoconformado en línea, instalaciones de termoconformado de un solo puesto, así como en el marco de procesos de laminado a presión o procesos de laminado de ranuras.
Estado de la técnica
El termoconformado es un procedimiento habitual para la producción de componentes de pared delgada a partir de plásticos termoplásticos. El calentamiento de una lámina que se emplea en este procedimiento (producto semielaborado) representa un área central del termoconformado. Además de un procesamiento cualitativamente de alto valor, en este contexto está en el centro de atención, entre otros, también la temática de la eficiencia energética y del tiempo de calentamiento. Después de que ya la operación de calentamiento acapare un alto porcentaje de la energía total requerida, en esta área hay un alto potencial para la reducción de los costes energéticos, y por consiguiente también de los costes de producción.
Una instalación de termoconformado comprende habitualmente varias superficies de calentamiento infrarrojas con un gran número de calentadores radiantes IR (por ejemplo, radiadores halógenos). Las superficies de calentamiento se utilizan para calentar las láminas hasta una temperatura de procesamiento, de modo que las láminas puedan a continuación procesarse adicionalmente.
A este respecto, los calentadores radiantes IR se hacen funcionar para su control, por ejemplo, con una tensión reducida, o se realiza un encendido/apagado temporizado rápidamente de los calentadores radiantes IR (modulación de pausas de pulso). El funcionamiento con tensión reducida da como resultado una emisión de radiación no lineal (energía de radiación) de los calentadores radiantes individuales. Los estados de funcionamiento en su mayor parte no definidos en el estado de la técnica se solapan en la superficie de calentamiento total y no podían calcularse. El operador tiene, durante el funcionamiento de la superficie de calentamiento, la posibilidad de elegir según las condiciones límite dadas un punto de funcionamiento porcentual. Sin embargo, a este respecto, la posición porcentual en la pantalla de calentamiento no tiene ninguna relación directa con la temperatura superficial de la lámina que debe calentarse. Por consiguiente, se requieren valores empíricos del operador para garantizar un procesamiento cualitativamente de alto valor de las láminas. Además, la eficiencia energética de la superficie de calentamiento durante el funcionamiento es más bien baja, dado que los calentadores radiantes IR no se hacen funcionar en el intervalo de carga nominal.
El documento US 2004/0265409 A1 se refiere a un sistema de control para un termoconformado, con el que se calienta previamente un elemento de plástico como preparación para un termoconformado.
Además, se conoce el documento US 4.462.786 A1, que describe un dispositivo conformador de termoconformado y un procedimiento según los preámbulos de las reivindicaciones independientes.
En el documento US 4.933.126 A1 se describe un procedimiento para el control de la temperatura. A este respecto se comienza de nuevo un calentamiento cuando se detecta una temperatura por debajo de una determinada temperatura, y concretamente en una repetición cíclica, relativamente rápida, para mantener el material a una temperatura relativamente constante.
El documento US 2012/0117922 A1 describe una placa calentadora con un gran número de cartuchos calentadores y un procedimiento correspondiente.
Objeto de la invención
Partiendo del estado de la técnica, un objetivo de la presente invención es reducir o subsanar completamente los problemas conocidos en el estado de la técnica, y proporcionar un dispositivo con eficiencia energética aumentada y capacidad de manejo sencilla. Lo correspondiente es válido para un procedimiento.
El objeto de la reivindicación 1 representa un dispositivo, con el que se consiguen los objetivos mencionados anteriormente. Formas de realización preferidas adicionales se exponen en las reivindicaciones dependientes. Además, la presente invención se refiere a un procedimiento según la reivindicación 8.
Determinadas características individuales de las reivindicaciones dependientes con respecto al dispositivo pueden utilizarse también para el procedimiento.
Para tener en cuenta diferentes gradientes de temperatura deseados y factores energéticos condicionados por el sistema (por ejemplo, las zonas de borde, debido al bastidor de tensado/dispositivo de sujeción frío, están expuestas a condiciones distintas a la zona central de la lámina), se establece de antemano una duración de encendido para cada calentador radiante individual y se enciende de manera desfasada en el tiempo en el transcurso del procedimiento. Al final del proceso de calentamiento pueden apagarse todos los radiadores al mismo tiempo.
De esta manera es posible hacer funcionar la superficie de calentamiento que presenta un gran número de calentadores radiantes con alta eficiencia energética, pudiendo alcanzarse además tiempos de temporización comparativamente cortos. Además, al operador se le pueden facilitar posibilidades de elección de manera correspondiente a la lámina que debe procesarse en concreto y perfiles de temperatura correspondientes, para poder hacer funcionar de manera óptima la instalación de termoconformado. Según la invención, además en la unidad de control está depositada una curva de referencia determinada de antemano para el funcionamiento de un calentador radiante para el calentamiento de un determinado tipo de lámina, curva de referencia que se utiliza/usa para un cálculo de superposición a partir del gran número de calentadores radiantes para puntos de tiempo de encendido de los calentadores radiantes.
La presente invención se basa entre otros en el conocimiento de que la eficiencia de los calentadores radiantes es máxima al 100% de potencia. Por consiguiente, se prefiere un funcionamiento controlado en el tiempo de los calentadores radiantes individuales.
Mediante la fijación a un único punto de funcionamiento de cada calentador radiante puede determinarse una curva de referencia del comportamiento de calentamiento (temperatura de la lámina a lo largo del tiempo). A partir de esta referencia pueden derivarse parámetros específicos de la lámina, que en un cálculo de superposición tiene en cuenta la influencia mutua de todos los calentadores radiantes y mediante una corrección paramétrica la influencia del bastidor de tensado/dispositivo de sujeción. La curva de referencia puede haberse determinado mediante un ensayo de curvas de referencia.
Según una forma de realización preferida, los calentadores radiantes son calentadores radiantes infrarrojos. Según una variante, los calentadores radiantes pueden ser calentadores radiantes halógenos infrarrojos. También pueden utilizarse radiadores IR de onda media. Los calentadores radiantes infrarrojos presentan una alta emisión de potencia y, por tanto, son adecuados para el termoconformado.
Preferiblemente, la unidad de control de la unidad de termoconformado está configurada para establecer el punto de tiempo de apagado de los calentadores radiantes. Por consiguiente, los calentadores radiantes pueden hacerse funcionar con un único punto de funcionamiento, pero de manera desfasada en el tiempo, hasta que se finaliza todo el proceso en un punto de tiempo.
Además, puede estar prevista una unidad de ajuste de superficies de calentamiento, para ajustar la distribución de temperatura de la al menos una superficie de calentamiento. Esta está diseñada con fácil uso para el operador y presenta posibilidades de introducción correspondientes.
A este respecto, se prefiere que la unidad de ajuste de superficies de calentamiento presente una unidad de visualización, para visualizar campos de temperatura calculados y/o el campo de temperatura total de la al menos una superficie de calentamiento. Por consiguiente, el operador obtiene una respuesta en relación a los ajustes elegidos y puede, basándose en esto, tomar medidas adicionales para influir en el funcionamiento de la al menos una superficie de calentamiento.
En el marco de la presente invención se prefiere especialmente que los calentadores radiantes se hagan funcionar con plena potencia. De esta manera se hacen funcionar los calentadores radiantes únicamente en un punto de funcionamiento, y la eficiencia es máxima.
Se prefiere que el dispositivo de termoconformado presente una superficie de calentamiento superior y una superficie de calentamiento inferior, entre las que puede disponerse la unidad, en particular el bastidor de tensado o la unidad de sujeción. A este respecto, la superficie de calentamiento superior puede presentar un número de calentadores radiantes que difiere del de la superficie de calentamiento inferior.
Además, la presente invención se refiere a un procedimiento, que según una forma de realización puede utilizar el dispositivo según una de las variantes mencionadas anteriormente.
Como ya se ha mencionado en el marco del dispositivo de termoconformado, se prefiere que los calentadores radiantes se hagan funcionar con plena potencia, de modo que se consiga una eficiencia máxima.
Preferiblemente, los calentadores radiantes se apagan al mismo tiempo al final del calentamiento de la lámina. En ese punto de tiempo la lámina está preparada para el procesamiento adicional.
Para cubrir retardos condicionados por el proceso tras alcanzar la temperatura de procesamiento, también puede emplearse una temporización cíclica de los calentadores radiantes para un periodo de tiempo que debe establecerse, que mantiene la lámina al nivel de temperatura deseado.
Una posibilidad adicional para cubrir retardos condicionados por el proceso tras alcanzar la temperatura de procesamiento es un apagado limitado en el tiempo de los calentadores radiantes, la determinación de la temperatura de la lámina en el intervalo de medición y/o el nuevo cálculo de los parámetros de calentamiento basándose en la línea característica de temperatura conocida.
En el marco del procedimiento según la invención está previsto en particular que de antemano para el funcionamiento de un calentador radiante se determine una curva de referencia para el calentamiento de una lámina, curva de referencia que se usa para un cálculo de superposición a partir del gran número de calentadores radiantes para puntos de tiempo de encendido de los calentadores radiantes. Este modo de proceder es ventajoso en particular cuando se utilizan diferentes tipos de lámina, por ejemplo, láminas con y sin capa de espuma adicional.
La curva de referencia puede haberse determinado mediante un ensayo de curvas de referencia.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es una vista lateral esquemática de un dispositivo de termoconformado según la presente forma de realización;
la figura 2 es una vista en detalle esquemática de otra lámina procesada con el dispositivo de termoconformado;
la figura 3 es una vista lateral esquemática, que ilustra la influencia del bastidor de tensado;
la figura 4 muestra la superposición de los campos de temperatura de diferentes calentadores radiantes. Descripción detallada de formas de realización preferidas
A continuación, se describe mediante las figuras adjuntas una forma de realización preferida de la presente invención. Modificaciones adicionales mencionadas en este contexto de determinadas características individuales pueden combinarse en cada caso individualmente entre sí, para configurar formas de realización adicionales.
La presente forma de realización se refiere a un dispositivo de termoconformado. Un dispositivo de termoconformado de este tipo comprende un bastidor 30 de tensado (como ejemplo de una unidad para alojar y retener una lámina F), con el que puede retenerse una lámina F en un estado sujetado, así como una superficie 10 de calentamiento superior y una superficie 20 de calentamiento inferior. Cada una de las superficies 10, 20 de calentamiento comprende un gran número de calentadores 15, 25 radiantes, que en cada caso pueden controlarse individualmente por un dispositivo de control del dispositivo de termoconformado.
Durante el termoconformado se usa en el marco de la presente forma de realización una lámina termoplástica como producto semielaborado. Para una lámina de este tipo es característica, entre otros, una ventana de temperatura de procesamiento amplia, por ejemplo, en el intervalo de 140°C-210°C. El desarrollo de calor de la lámina depende directamente de la intensidad de la radiación IR. La distribución de temperatura de la lámina es directamente proporcional a la distribución de intensidad de radiación.
En el marco de la forma de realización descrita en este caso se utilizan en la superficie de calentamiento IR radiadores halógenos. Sin embargo, también pueden utilizarse otros calentadores radiantes infrarrojos, tales como por ejemplo radiadores IR de onda media rápidos.
Dichos calentadores radiantes comprenden un alambre de tungsteno enroscado, que está alojado en un tubo de vidrio de cuarzo lleno de argón. Los radiadores halógenos tienen, debido a su alta temperatura de filamento, una alta emisión de potencia y, por tanto, son adecuados para el termoconformado.
Cada calentador 15, 25 radiante forma un campo de temperatura en forma de campana en la dirección longitudinal y transversal. Las radiaciones de los calentadores 15, 25 radiantes individuales se solapan. Los inventores han reconocido que las curvas de campana de las distribuciones de temperatura de los calentadores 15, 25 radiantes individuales se comportan según el principio de superposición. Con ello puede ajustarse un campo de temperatura total.
Las superficies de calentamiento están sujetas a diferentes factores perturbadores, que pueden influir en la
homogeneidad de la respectiva superficie de calentamiento. En este contexto debe mencionarse en particular el bastidor 30 de tensado, que se usa para retener la lámina F.
La figura 1 muestra una vista lateral esquemática de un dispositivo de termoconformado con la presente forma de realización. Este comprende una superficie 10 de calentamiento superior, que presenta un gran número de calentadores 15 radiantes. Además, está prevista una superficie 20 de calentamiento inferior, que comprende igualmente un gran número de calentadores 25 radiantes. La superficie 10 de calentamiento superior y la superficie 20 de calentamiento inferior están dispuestas de manera opuesta. Entre las superficies 10, 20 de calentamiento se coloca un bastidor 30 de tensado, que sujeta una lámina F.
La figura 2 muestra una vista en detalle, en la que se representan en detalle los calentadores 15 radiantes de la superficie 10 de calentamiento superior, así como los calentadores 25 radiantes de la superficie 20 de calentamiento inferior. Además, se representa una sección de la lámina F, así como una sección S de espuma (capa de espuma), que según el producto semielaborado procesado en este caso está unida con la lámina F. Dado que la sección S de espuma también actúa como aislante, durante el procesamiento de la lámina de espuma representada en la figura 2 la transmisión de calor en el centro de la lámina es comparativamente baja. Por el contrario, la capa F de cubierta presenta un coeficiente de conductividad térmica relativamente alto.
En la figura 3 se representa de manera esquemática la influencia del bastidor 30 de tensado en el efecto de los rayos de un calentador 15 (o 25) radiante. Por un lado, se reflejan rayos térmicos en el bastidor 30 de tensado y se desvían en la zona de borde de la lámina F. Por otro lado, el bastidor 30 de tensado tiene un coeficiente de conductividad térmica alto, de modo que de la zona de borde de la lámina F se extrae en cierta medida calor.
Durante el funcionamiento del dispositivo de termoconformado se determina en primer lugar, debido a las diferentes curvas de evolución de temperatura de un tipo de lámina o carga, un ciclo de referencia usando un número definido de calentadores radiantes. Para ello se enciende la superficie 10, 20 de calentamiento y se leen los datos con un pirómetro. La curva de calentamiento determinada de esta manera presenta una pendiente dC°/dt, que es relevante para el siguiente funcionamiento de la superficie 10, 20 de calentamiento. En este contexto, mediante el solapamiento de la intensidad individual de los calentadores 15, 25 radiantes individuales mediante el principio de superposición se determina un campo de temperatura total (véase la figura 4). A este respecto se tienen en cuenta y se compensan también las influencias del bastidor 30 de tensado mediante una parametrización correspondiente.
En las zonas de borde de la lámina pasa, como se ha descrito anteriormente, una parte de la energía térmica al bastidor de tensado o dispositivo 30 de sujeción fabricado por ejemplo de aluminio o acero. Esto conduciría sin compensación a una distribución de calor heterogénea sobre la lámina F.
Durante el funcionamiento se retiene una lámina F mediante el bastidor 30 de tensado y se coloca entre las superficies 10, 20 de calentamiento. De manera correspondiente al procedimiento de encendido depositado en el control, los calentadores 15, 25 radiantes individuales se encienden individualmente, para calentar la lámina. A este respecto, los calentadores radiantes se hacen funcionar en cada caso a plena potencia. Después de que la lámina F de manera correspondiente al cálculo del campo de temperatura total haya alcanzado la temperatura de procesamiento, los calentadores radiantes se apagan en un punto de tiempo definido al mismo tiempo. La lámina puede ahora procesarse adicionalmente en un proceso de laminado.
Claims (12)
- REIVINDICACIONESi. Dispositivo de termoconformado, que comprende:una unidad (30), en particular un bastidor de tensado o un dispositivo (30) de sujeción, para alojar y retener una lámina (F),al menos una superficie (10, 20) de calentamiento con un gran número de calentadores (15, 25) radiantes, y un dispositivo de control para el funcionamiento de los calentadores (15, 25) radiantes, estando configurado el dispositivo de control para, mediante el solapamiento de la intensidad individual de los calentadores (15, 25) radiantes, determinar un campo de temperatura total y el respectivo punto de tiempo de encendido de los calentadores (15, 25) radiantes para establecer una curva de calentamiento,estando depositada en la unidad de control una curva de referencia determinada de antemano para el funcionamiento de un calentador (15, 25) radiante para el calentamiento de un determinado tipo de lámina, caracterizado porque la curva de referencia se usa para un cálculo de superposición a partir del gran número de calentadores radiantes para puntos de tiempo de encendido de los calentadores radiantes.
- 2. Dispositivo de termoconformado según la reivindicación 1, caracterizado porque los calentadores radiantes son calentadores radiantes infrarrojos, en particular calentadores radiantes halógenos infrarrojos y/o radiadores IR de onda media.
- 3. Dispositivo de termoconformado según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la unidad de control está configurada para establecer un punto de tiempo de apagado común de los calentadores (15, 25) radiantes.
- 4. Dispositivo de termoconformado según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque este presenta además una unidad de ajuste de superficies de calentamiento, para ajustar la distribución de temperatura de la al menos una superficie (10, 20) de calentamiento.
- 5. Dispositivo de termoconformado según la reivindicación 4, caracterizado porque la unidad de ajuste de superficies de calentamiento presenta una unidad de visualización para visualizar campos de temperatura calculados y/o el campo de temperatura total de la al menos una superficie (10, 20) de calentamiento.
- 6. Dispositivo de termoconformado según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los calentadores (15, 25) radiantes se hacen funcionar con plena potencia.
- 7. Dispositivo de termoconformado según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo de termoconformado presenta una superficie (10) de calentamiento superior y una superficie (20) de calentamiento inferior, entre las que puede disponerse la unidad (30).
- 8. Procedimiento para calentar una lámina, preferiblemente utilizando un dispositivo de termoconformado según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende las etapas de:retener una lámina (F), en particular por medio de un bastidor (S) de tensado o de un dispositivo de sujeción, encender varios calentadores (15, 25) radiantes de al menos una superficie (10, 25) de calentamiento, que está dispuesta de manera opuesta a la lámina (F), retenida preferiblemente mediante el bastidor (30) de tensado,estableciéndose el punto de tiempo de encendido de los respectivos calentadores (15, 25) radiantes basándose en un campo de temperatura total de los calentadores radiantes para una curva de calentamiento, estando depositada en una unidad de control una curva de referencia determinada de antemano para el funcionamiento de un calentador (15, 25) radiante para el calentamiento de un determinado tipo de lámina, caracterizado porque la curva de referencia se usa para un cálculo de superposición a partir del gran número de calentadores radiantes para puntos de tiempo de encendido de los calentadores radiantes.
- 9. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que los calentadores (15, 25) radiantes se hacen funcionar con plena potencia.
- 10. Procedimiento según la reivindicación 8 ó 9, en el que los calentadores (15, 25) radiantes se apagan en un punto de tiempo común.
- 11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 8-10, en el que los calentadores radiantes se encienden desfasados en el tiempo.
- 12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 8-11, en el que se determina de antemano para el funcionamiento de un calentador (15, 25) radiante una curva de referencia para el calentamiento de un determinado tipo de lámina, curva de referencia que se usa para un cálculo de superposición a partir del gran número de calentadores radiantes para puntos de tiempo de encendido de los calentadores radiantes.
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