Pulse-Tempering brings body into shape

  • 21.11.2013
Pulse-Tempering brings body into shape

In the factory BMW AG in Leipzig focuses attention on vehicles with electric and hybrid drives and innovative chassis design groups and body using lightweight materials. Construction using lightweight materials in this case involves the use of composite moldings based on carbon fibers and plastics for bearing structure and large injection molded thermoplastics for the body.

Aby bylo dosaženo optimálního využití potenciálu, který tyto lehké materiály nabízejí, byla vypracována koncepce výrobního systému sestávajícího ze vzájemně optimálně sladěných komponent. V případě temperovací a chladicí techniky používané při výrobě vstřikovaných výlisků se v této souvislosti jedná o impulzní temperovací zařízení HAHN v kombinaci s chladicími a temperovacími jednotkami nové konstrukční řady HAHN ProTemp-e.

Karosářské díly z plastu, jako blatníky, přední a zadní nárazníky, panely dveří atd., které se v dnešní době používají v mnoha modelech osobních automobilů, se zpravidla vyrábějí z materiálů PC/ABS nebo ze směsí PP-EPDM a jejich hmotnosti se pohybují v rozsahu mezi jedním a 10 kg. Přitom se vyrábějí na vstřikovacích strojích, které váží 45 až 55 tun a disponují uzavírací silou v rozsahu 25.000 až 40.000 kN. Doby výrobních cyklů se obvykle pohybují v rozmezí od 40 do 80 sekund, v závislosti na tloušťce stěn materiálu a na účinnosti uspořádání chladicího popř. temperovacího systému ve vstřikovacím nástroji a externě připojeného systému výměníků tepla. Tyto základní údaje představují aktuální stav techniky.

   Obr. 1: Impulzní temperovací systém HAHN v kombinaci s novými, energeticky úspornými temperačními zařízeními konstrukční řady ProTemp-e představuje významnou systémovou komponentu nového provozu na výrobu vstřikovaných výlisků společnosti BMW v Lipsku.

Při realizaci konkrétního projektu se jednalo o to, aby se tyto mezní hodnoty posunuly ještě dále, a to jak u součástí vozidla, tak i u technologie použité k jejich výrobě. Společný stanovený cíl spočíval v dosažení nových optimálních hodnot spotřeby energie během provozu a rovněž v šetrném nakládání s dalšími výrobními zdroji. Logickým důsledkem bylo zařazení energeticky úsporných pohonných systémů pro novou modelovou řadu automobilů, pokrokové lehké konstrukce s vysokým podílem plastů a použití odpovídající, obzvláště efektivní, vstřikovací technologie do seznamu úkolů. Na dosažení tohoto cíle se podstatnou měrou podílí chladicí a temperovací systém pro vstřikovací nástroje (obr. 1).


PulseTemp systém kontroluje energetickou bilanci vstřikovacích nástrojů

V požadavku kladeném na chladicí a temperovací systém bylo uvedeno, že se má vycházet z doby cyklů maximálně 50 sekund. Vyráběné panely karosérií jsou v převážné většině poměrně tenkostěnné díly s pohledovými plochami, a tedy i s vysokými požadavky na kvalitativní vlastnosti povrchu, jakými jsou lesk a brilantní vzhled bez vpadlých míst nebo jiných deformací. Při dimenzování temperovacího systému se tedy nejednalo pouze o co nejúčinnější odvádění tepla odebíraného při ochlazování, nýbrž o kontrolované rozdělení chladicího výkonu v celém objemu vstřikovacího nástroje.

Možnost cíleného odvádění tepla z vysoce zatěžovaných oblastí kavit nástroje a/nebo odvádění tohoto tepla technologicky optimální rychlostí prostřednictvím rychle reagujícího zónového ochlazování má pozitivní vliv na požadovanou brilantní kvalitu povrchu výlisků.

Frank Marschalek, vedoucí technického oddělení a jednatel společnosti HAHN ENERSAVE GmbH, k tomu říká: „Jako prostředek k dosažení tohoto cíle přicházelo v úvahu pouze odpovídající výkonné popř. regulovatelné impulzní chlazení, které máme v našem výrobním programu. Po výběrovém řízení společnosti BMW, které zahrnovalo i srovnávací testy, tedy mohlo padnout konečné rozhodnutí v náš prospěch. Všech šest velkých lisů proto bylo vybaveno impulzními temperovacími zařízeními HAHN s typovým označením RPT 200. Zařízení RPT 200 dokáže nezávisle temperovat až 72 chladicích okruhů a v každém z těchto okruhů dokáže měřit průtok a teplotu vody (obr. 2a+b). Pro každý okruh je možno vybírat provozní režimy : impulzní chlazení, impulzní ohřev, regulace a automatika (= automatické ovládání jednotlivých okruhů v potřebném provozním režimu). Prostřednictvím integrované mikroprocesorové řídicí jednotky s dotykovou obrazovkou o velikosti 10,4“ lze nastavovat kombinace ventilového bloku s až dvanácti externími temperovacími a chladícími zařízeními. Impulzní chladící zařízení lze prostřednictvím rozhraní připojovat k síti, která zahrnuje také řídicí jednotky strojů.“

   Obr. 2a+b:  Víceokruhový temperační systém PulseTemp RPT 200 dokáže regulovat až 72 temperovacích okruhů ve 4 volitelných provozních režimech.


Individuální chlazení a temperování jednotlivých okruhů vedoucí k dosažení úspěchu

V konkrétním případě byl každý stroj zkombinován se dvěma systémy RPT 200 PulseTemp, což znamená, že bylo použito po jednom systému pro pevnou i pohyblivou stranu. (Obr. 3) Ke každému z obou těchto systémů je připojeno sedm temperovacích zařízení konstrukční řady ProTemp EW 95-2 s topným výkonem 18 kW. Jejich kapacita je rozdělena mezi 18 chladících okruhů. V každém okruhu se provádí samostatné sledování průtoku. Zvláštní provedení těchto temperovacích zařízení spočívá v tom, že dokáží odebírat jak elektrickou energii tak i, prostřednictvím integrovaného výměníku tepla, energii z rozvodu teplé užitkové vody výrobního provozu. Tuto energii pak přivádějí do vstřikovacího nástroje (obr. 4). Temperování vstřikovacích nástrojů je potřebné především při vyhřívání vstřikovacího stroje prováděném před zahájením výroby. Kapacita těchto zařízení je dimenzována pro ohřev z 25 na 85°C během 1,5 hodiny. Teplota 85°C nebo 45°C je také vlastní provozní úroveň vstřikovacího nástroje pro zpracování PC/ABS, resp. PP/EPDM.

Tyto základní teploty jsou současně provozní základnou pro temperovací cyklus sestávající ze synchronních dílčích cyklů impulzního chlazení popř. impulzního ohřevu. Za tímto účelem lze pro každý temperovací okruh nastavovat individuální časové období, během kterého se má nebo nemá uskutečňovat průtok, tedy např. během vstřikování nebo během dolisování. Kromě toho lze pro dobu průtoku přednastavovat dobu trvání impulzu popř. frekvenci impulzů, a to manuálně nebo automaticky na základě měření teploty ve zpětné větvi okruhu. Za účelem regulace teploty se k teplé vodě cíleně přiměšuje studená voda. Tento automaticky řízený postup se může uskutečňovat odděleně pro každý temperovací okruh.


Monitorování procesu chlazení zahrnuto

Zařízení HAHN PulsTemp řídí a regulují úroveň teploty jednotlivých temperovacích okruhů nejen přiváděním impulzních proudů studené nebo teplé vody, nýbrž rovněž umožňují sledování průběhu teploty uvnitř volitelného tolerančního pásma. Vychýlení nebo změna tvaru teplotní křivky uvnitř tohoto tolerančního pásma může např. poukazovat na zúžení chladicího kanálů ve vstřikovacím nástroji následkem vzniku usazenin a tedy indikovat potřebu provedení údržby.

   Obr. 3:  Na pevné i pohyblivé desce stroje  je namontováno po 18-ti ventilových blocích víceokruhového temperačního systému HAHN PulseTemp RPT 200. Jednotlivé chladicí okruhy jsou se vstřikovacím nástrojem propojeny prostřednictvím rychloupínacích desek.


Kromě čistě záznamové funkce lze sledování průběhu teploty využívat také k rozpoznávání energeticky nepříznivého nastavení technologického procesu. Za tímto účelem provádí vyhodnocovací software porovnávání požadovaného a skutečného průběhu křivky a iniciuje zobrazení výstražného hlášení, je-li např. v chladících okruzích přiměšováno příliš mnoho studené vody, následkem čehož musí temperovací zařízení pracovat v režimu ohřevu, aby umožnilo dosažení nastavené vstupní teploty. Jako další přídavná funkce je k dispozici provozní režim „udržování teploty“. Tato funkce vyrovnává tepelné ztráty vznikající při přerušeních výroby.


Nová, energeticky úsporná temperovací zařízení

Chladící | temperační zařízení nainstalovaná ve vstřikovacích strojích používaných společností BMW představují nejnovější stav techniky.  Na rozdíl od obvodových lopatkových čerpadel, která dnes většina výrobců přístrojové techniky používá z důvodu snížení nákladů, se HAHN ENERSAVE u nových typů zařízení spoléhá na výkonnější vícestupňová turbočerpadla. Nejnovější generace těchto čerpadel je vybavena geometricky optimalizovanými oběžnými koly a tlakovými komorami z ušlechtilé oceli. Hlavní výhodou z hlediska provozních podmínek při ochlazování nástrojů je lepší poměr mezi tlakem a objemem při současné výrazně nižší spotřebě energie pohonnými jednotkami.

Tato nižší spotřeba energie se nejen vztahuje k vysokému až střednímu rozsahu poměrů tlaku a objemu, nýbrž je měřitelná i jako průměrná hodnota při všech provozních stavech. Dodatečnou výhodou turbočerpadel jsou pak jejich kompaktnější rozměry a maximální spolehlivost. U vícestupňových turbočepadel nedochází ke ztrátě výkonu a ke zvýšenému opotřebení ani při snižující se kvalitě vody během výroby, která může být způsobena např. přibývajícím množstvím částic vyvolávajících korozi.

   Obr. 4: Zařízení řady ProTemp-e se používají v kombinaci s víceokruhovým chlazením HAHN PulseTemp a jsou uspořádána jako součásti systému tvořeného nadřazenými a podřízenými jednotkami.


Nejlepší výkony ve srovnávacím testu

Takto optimalizovaná nová generace přístrojů byla podrobena interním i externím srovnávacím testům, jejichž výsledky dopadly pozoruhodně příznivě. Při interním výkonovém porovnávání s vlastními předcházejícími modely bylo zjištěno výrazné snížení spotřeby energie. K tomu opět Frank Marschalek: „Zřetelné výkonové přednosti přístrojů řady HAHN ProTemp-e vyšly najevo i při porovnávání s konkurencí. Tyto přednosti dokládá v neposlední řadě i skutečnost, že se podařilo výrazně zkrátit postup zahřívání. Ještě větší význam má dosažitelné zkrácení doby chlazení. Úspora energie, kterou je díky tomu možno dosáhnout a která činí průměrně 40 procent (ve srovnání s radiálními čerpadly stejného výkonu), je nejen prospěšná pro životní prostředí, nýbrž současně představuje důležitý přínos ke snižování provozních nákladů a tedy i základ pro výrobu orientovanou na budoucí potřeby.“

www.hahnautomation.com

  • autor:
  • Reinhard Bauer


You might also be interested



 

Article archive

Upcoming Events