Trennvorrichtung zum Ablängen von Kunststoffprofilen

Die Erfindung betrifft eine Trennvorrichtung zum Ablängen von Kunststoffprofilen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Trennvorrichtung zum Ablängen von Kunststoffprofilen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.

Derartige Trennvorrichtungen sind durch offenkundige Vorbenutzung bekannt. Die Schneidleistung der bekannten Trennvorrichtungen ist für anspruchsvolle Anwendungen zu niedrig.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Trennvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass eine erhöhte Schneidleistung resultiert.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Trennvorrichtung mit den im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.

Bei den bekannten Trennvorrichtungen erfolgte eine Messerbeheizung durch Strahlung bzw. Konvektion. Erfindungsgemäß wird hingegen über Induktion beheizt. Hierfür ist also kein Wärmeübertragungsmedium notwendig, wie dies bei der Konvektionsheizung der Fall ist. Die elektrische Energie wird dem Trennmesser durch ein Magnetfeld übertragen. Der durch die Induktionsspule fließende Wechselstrom erzeugt ein magnetisches Wechselfeld, welches im Messer einen bestimmten Strom zur Folge hat. Die über die Induktionsspule zugeführte elektrische Energie wird daher zunächst in magnetische Energie und diese dann im Messer als Wärme umgewandelt. Aufgrund des Skineffekts ist die Stromdichte an der Messeroberfläche, also dort, wo die Beheizung des Messers erwünscht ist, am größten. Es wird also insbesondere auch eine von der Induktionsspule abgewandte Messerrückseite beheizt, was zum Erzeugen eines sauberen Schnitts wesentlich sein kann. Im Inneren des Trennmessers erfolgt hingegen, da hier praktisch kein Strom mehr fließt, keine induktive Erwärmung.

Induktiv wird also die Wärme dort erzeugt, wo sie zum Schneiden benötigt wird. Ein so optimiert beheiztes Messer führt zu einer Trennvorrichtung mit erhöhter Schneidleistung. Die Messertemperatur wird dabei durch die Heizeinrichtung auf der optimalen Schneidtemperatur gehalten. Letztere liegt je nach zu schneidendem Kunststoff material zwischen 120 und 200 ⁰ C. Die optimale Schneidtemperatur kann mit der Heizeinrichtung innerhalb eines Toleranzbereichs von +/- 5 ⁰ C, bevorzugt von +/- 3 ^C C, gehalten werden.

Eine Heizeinrichtung nach Anspruch 2 lässt sich einfach aufbauen, da insbesondere keine Vorkehrungen für eine bewegliche Versorgung der Heizeinrichtung getroffen werden müssen. Alternativ kann die Heiz-Induktionsspule zum Arbeitstisch auch angetrieben verlagerbar sein, falls dies, zum Beispiel zur Vermeidung einer Kollision zwischen der Induktionsspule und dem Trennmesser, erforderlich sein sollte.

Eine Verstelleinrichtung nach Anspruch 3 ermöglicht eine optimale Ausrichtung der Induktionsspule zum zu beheizenden Trennmesser. Letzteres wird also genau dort beheizt, wo dies zum optimalen Schneiden erforderlich ist.

Eine Induktionsspule nach Anspruch 4 gewährleistet eine energieeffiziente Messerheizung.

Eine Heizungssteuerung nach Anspruch 5 ermöglicht eine Anpassung der Induktionsheizung an sich ändernde Betriebsbedingungen der Trennvorrichtung, z. B. an wechselnde Trennmesser oder an verschiedene abzulängende Kunststoffmaterialien bzw. Profilgeometrien.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Trennvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6 derart weiterzubilden, dass eine erhöhte Schneidleistung resultiert.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Trennvorrichtung mit den im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 6 angegebenen Merkmalen.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass es in vielen Fällen nicht ausreicht, die Heizeinrichtung alleine aufgrund von Erfahrungswerten anzusteuern. Der Temperatursensor ermöglicht eine objektive Kontrolle des Betriebs der Trennvorrichtung. Abweichungen der Messertemperatur von Vorgabewerten können auf diese Weise erfasst und gegebenenfalls korrigiert werden.

Bei einer Trennvorrichtung nach Anspruch 7 ist eine Kalibrierung und auch eine überwachung der Energiequelle auf Basis der Messwerte des Temperatursensors gewährleistet.

Eine Trennvorrichtung nach Anspruch 8 ermöglicht eine automatisierte Kalibrierung bzw. überwachung der Energiequelle und damit der Messerheizung auf Grundlage der vom Temperatursensor erfassten Temperaturdaten.

Eine Anordnung des Temperatursensors nach Anspruch 9 gewährleistet eine unverfälschte Temperaturmessung.

Eine Anordnung des Temperatursensors nach Anspruch 10 verhindert eine Verfälschung des Messergebnisses durch eine Belagbildung auf dem Messer aufgrund des Schneidvorgangs.

Ein Infrarot-Detektor nach Anspruch 11 gewährleistet eine berührungslose Temperaturmessung. Der Infrarot-Detektor kann insbesondere auch als Wärmebildkamera ausgeführt sein, und so auch Informationen zur räumlichen Temperaturverteilung auf dem Trennmesser liefern.

Ein alternativer Temperatursensor nach Anspruch 12 lässt sich kostengünstig realisieren.

Ein Temperatursensor nach Anspruch 13 erlaubt eine feine überwachung des thermischen Verhaltens des Trennmessers. Entsprechende zeitlich aufgelöste Messergebnisse können für eine entsprechende zeitliche Heizungssteuerung herangezogen werden. So ist es z. B. möglich, die Ansteuerung der Heizeinrichtung über die Heizungssteuerung synchronisiert zum Trennzyklus durchzuführen. Alternativ zur Erfassung der Trennmessertemperatur mehrmals während eines Trennzyklus ist auch ein kontinuierliches Messen der Temperatur durch den Temperatursensor möglich.

Eine bereichsweise Temperaturerfassung nach Anspruch 14 liefert weitere Detailinformationen zum thermischen Verhalten des Messers. Auf Grundlage dieser Informationen kann das Trennmesser z. B. hinsichtlich seiner Form oder Stärke optimiert werden. Zudem ist es möglich, auf Basis der räumlichen Informationen eine entsprechende, räumlich selektive Beheizung des Messers vorzunehmen.

Die räumlich selektive Erfassung kann durch mehrere Einzeldetektoren oder, bei flächiger Erfassung, durch mehrere Erfassungsbereiche realisiert werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine benachbart zu einer Messerebene geschnittene Seitenansicht einer

Trennvorrichtung zum Ablängen von Kunststoffprofilen, wobei die Zeichenebene parallel zu einer Messebene der Trennvorrichtung liegt;

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht gemäß Sichtlinie Il in Fig. 1.

Eine insgesamt mit 1 bezeichnete Trennvorrichtung dient zum Ablängen von Endlos- Kunststoffprofilen, die insbesondere durch Extrusion erzeugt wurden. Die abzulängenden Kunststoffprofile werden auf einem Arbeitstisch 2 längs einer Förderrichtung 2a (vgl. Fig. 2) gefördert. Zur Führung der abzulängenden bzw. abgelängten Kunststoffprofile dienen Führungsschienen vor und nach einer Trennstation 3 der Trennvorrichtung 1 , von denen stellvertretend die Führungsschiene 4 (vgl. Fig. 2) dargestellt ist.

Die Trennstation 3 ist nach Art einer Guillotine aufgebaut. Ein metallisches Trennmesser 5 mit gegenüber einer Tischebene 6 des Arbeitstisches 2 schräg verlaufender Schneidkante 7 ist zwischen Messerspanner 8, 9 eingespannt. Die Messerspanner 8, 9 sind über Befestigungsschrauben an einem Messerhalter 10 festgelegt. Der Messehalter 10 ist, geführt an zwei Führungsstangen 11 , 12, nach Art einer Guillotine zwischen einer in der Zeichnung dargestellten Ruheposition und einer dieser gegenüber nach unten verlagerten Trennposition angetrieben verlagerbar.

Beim Betrieb der Trennvorrichtung 1 wird das metallische Trennmesser 5 im Bereich einer Schnittfläche 13, also zwischen den beiden Messerspannern 8, 9, beheizt. Hierzu dient eine insgesamt mit 14 bezeichnete Heizeinrichtung. Letztere umfasst eine Induktionsspule 15, die der Schnittfläche 13 benachbart, diese aber nicht berührend, angeordnet ist. Die Induktionsspule 15 hat einen Stromversorgungsanschluss 16 zum Anschluss an eine elektrische Versorgungseinheit 18 und einen Steuerungsanschluss 17 zum Anschluss an eine schematisch dargestellte Heizungssteuerung 19.

über Befestigungsschrauben ist die Induktionsspule 15 an einem Haltewinkel 20 angebracht. Zwischen dem Haltewinkel 20 und der Induktionsspule 15 ist eine Isolierplatte 21 zur Wärmeisolation der Induktionsspule 15 angeordnet. Der Haltewinkel 20 ist mit einer horizontal verlaufenden Führungsstange 22 verschraubt. Letztere ist Teil einer Verstelleinrichtung 23 zur Verstellung der Induktionsspule 15 relativ zum Arbeitstisch 2. Zur Ermöglichung weiterer Verstell-Freiheitsgrade ist die Führungsstange 22 an einem Grundkörper 24 der Heizeinrichtung 14 festgelegt, welcher wiederum gegenüber dem Arbeitstisch 2 über Führungsschienen 25 verstellbar ist. Mit der Verstelleinrichtung 23 kann die Induktionsspule 15 in ihrer räumlichen Position relativ zum Trennmesser 5 so einjustiert werden, dass ein gewünschter Abschnitt der Schnittfläche 13 durch die Induktionsspule 15 beheizt werden kann. In der so einjustierten Betriebsposition der Induktionsspule 15 ist Letztere fest zum Arbeitstisch 2 angeordnet, macht also die Verlagerung des Trennmessers 5 zwischen der Ruheposition und der Trennposition nicht mit. Das Beheizen der Schnittfläche 13 über die Induktionsspule 15 erfolgt in der Ruheposition des Trennmessers 5.

Die Induktionsspule 15 hat eine Wärmübertragungsfläche 26, deren Geometrie an die Geometrie der zu beizenden Schnittfläche 13, also an die Geometrie des Trennmessers 5, angepasst ist. Benachbart zum Trennmesser 5 hat die Wärmeübertragungsfläche 26 also eine der Schnittfläche 13 entsprechende Geometrie.

Zur Erfassung der Temperatur des Trennmessers 5 dient ein Temperatursensor 27. Letzterer ist als berührungslos messender Infrarot-Detektor ausgebildet. Der Temperatursensor 27 ist einem Abschnitt der Schnittfläche 13 benachbart angeordnet, welcher beim Schneiden nicht mit dem abzulängenden Kunststoffprofil in Kontakt kommt. Derartige Abschnitte der Schnittfläche 13 liegen insbesondere benachbart zu den Messerspannern 8, 9 vor. über einen Sensorhalter 28 ist der Temperatursensor 27 am Messerhalter 10 festgelegt. Der Temperatursensor 27 ist also messerfest angeordnet. über eine nicht dargestellte Signalverbindung steht der Temperatursensor mit der Heizungssteuerung 19 in Signalverbindung. Letztere steht mit der elektrischen Versorgungseinheit 18 in ebenfalls nicht dargestellter Weise in Signalverbindung. Der Temperatursensor steht also mit der, eine Energiequelle für die Induktionsspule 15 darstellenden, elektrischen Versorgungseinheit 18 zumindest zeitweilig in Signalverbindung.

Bei einer nicht dargestellten Variante ist der Temperatursensor als Kontaktsensor ausgebildet. In diesem Falle ist der Temperatursensor in einer Aufnahme des Trennmessers 5 oder in einer Aufnahme einer Komponente, die mit dem Trennmesser 5 in gutem Wärmekontakt steht, angeordnet. Bei einer derartigen Komponente kann es sich beispielsweise um einen der Messerspanner 8, 9 oder um einen dem Trennmesser 5 benachbarten Abschnitt des Messerhalters 10 handeln.

Die Trennvorrichtung 1 wird folgendermaßen auf ihren Betrieb vorbereitet und dann betrieben: Zunächst erfolgt mit Hilfe des Temperatursensors 27 eine Kalibrierung der Beheizung des Trennmessers 5 durch die Induktionsspule 15. Ziel dieser Kalibrierung ist es, über einen Trennzyklus der Trennvorrichtung 1 , also über den Zeitraum vom Beginn eines Trennschnitts bis zum Beginn, nach einem entsprechenden Vorschub des abzulängenden Kunststoffprofils, des nächsten Trennschnitts, einen vorgegebenen zeitlichen und gegebenenfalls auch räumlichen Verlauf der Messertemperatur im Bereich der Schnittfläche 13 einzuhalten. Die Messertemperatur wird auf +/- 5 ⁰ C, bevorzugt auf +/- 3 ⁰ C, genau auf einer Temperatur zwischen 120 und 200 ⁰ C gehalten. Beim Schneiden soll dabei die Schnittfläche 13 eine vorgegebene Schneidtemperatur innerhalb dieses Toleranzbereichs einhalten. Zur Kalibrierung erfolgt zunächst die Versorgung der Induktionsspule 15, gesteuert über die Heizungssteuerung 19, durch die elektrische Versorgungseinheit 18 anhand eines Erfahrungswertes. Anschließend werden in einem Testlauf der Trennvorrichtung 1 mehrere Trennzyklen durchlaufen und es wird der zeitliche Verlauf der Temperatur des Trennmessers 5, gemessen mit Hilfe des Temperatursensors 27, aufgezeichnet. Anhand der Abweichung des gemessenen zeitlichen Temperaturverlaufes von einem Soll-Temperaturverlauf erfolgt nun eine Korrektur der Vorgabewerte für die elektrische Versorgungseinheit 18 durch die Heizungssteuerung 19. Dieser Testlauf-Betrieb wird solange wiederholt, bis, in einem iterativen Prozess, der gemessene zeitliche Temperaturverlauf sich ausreichend an den Soll-Temperaturverlauf angenähert hat. Anschließend ist die Trennvorrichtung 1 betriebsbereit. Das Trennmesser 5 hat dann zum Ablängen des Kunststoffprofils während aufeinander folgender Trennzyklen stets die optimale Temperatur. Während der Trennzyklen wird das Endlos-Kunststoffprofil längs der Förderrichtung 2a mit Hilfe eines nicht dargestellten Förderantriebs vorgeschoben. Eine typische Vorschubgeschwindigkeit liegt bei 15 m/min. Während der Durchführung des Trennschnittes wird die Trennstation 3 synchron mit diesem Profilvorschub in der Förderrichtung 2a mitgefördert. Bei dem angegebenen Profilvorschub können zum Beispiel zwei bis fünf Trennschnitte mit der Trennvorrichtung 1 durchgeführt werden.

Die Heizstation 14 wird nicht mit dem Vorschub mitbewegt, sondern bleibt ortsfest. Pro Trennzyklus wird das Trennmesser 5 mindestens 5 s, bevorzugt 10 s, beheizt, sodass die erforderliche Temperaturkonstanz gewährleistet ist. Beim synchronisierten Vorschieben entfernt sich das Trennmesser 5 von der Induktionsspule 15 in der Förderrichtung 2a. Ab dem Lösen des Trennmessers 5 von der Induktionsspule 15 bis zum eigentlichen Trennschnitt vergehen typisch 2 bis 3 s, sodass kein nennenswerter Temperaturabfall des Trennmessers 5 stattfindet.

Es kann insbesondere eine zeitlich auf den Trennzyklus hin synchronisierte Ansteuerung der elektrischen Versorgungseinheit 18 durch die Heizungssteuerung 19 anhand entsprechender Vorgabewerte als Ergebnis der Kalibrierung erfolgen.

Während des Betriebs der Trennvorrichtung 1 kann stichprobenweise die Temperatur der Schnittfläche 13 mit Hilfe des Temperatursensors 27 während ausgewählter Trennzyklen überwacht werden. Auf diese Weise können Drifteffekte, z. B. durch eine Kunststoffbelagbildung auf der Schnittfläche 13, erkannt und durch entsprechende Signale an die Heizungssteuerung 19 auskorrigiert werden. Derartige Drifteffekte durch Kunststoffbelagbildung können, wie Messungen der Anmelderin gezeigt haben, zu einem unerwünschten Abfall der Ist-Messertemperatur bis zu 30 ⁰ C führen.

Zur Erfassung des zeitlichen Temperaturverlaufes während eines Trennzyklus kann der Temperatursensor 27 die Trennmessertemperatur mehrmals während des Trennzyklus erfassen. Alternativ ist es möglich, die Trennmessertemperatur kontinuierlich zu messen.

Der Temperatursensor kann bei einer nicht dargestellten Variante so ausgebildet sein, dass er die Trennmessertemperatur in mehreren Trennmesserbereichen separat erfasst. Hierzu kann der Temperatursensor mehrere, räumlich verteilte Einzeldetektoren oder, bei einer flächigen Erfassung, mehrere Erfassungsbereiche aufweisen. Bei der letzten Variante kann der Temperatursensor z. B. als Wärmebildkamera mit einem zweidimensionalen Erfassungsbereich gestaltet sein, bei der verschiedene Erfassungsbereiche getrennt ausgewertet werden.

Durch die somit erfolgende, räumlich selektive Trennmessertemperaturerfassung lassen sich exakte Rückschlüsse auf die Temperaturverteilung im Trennmesser z. B. während des Schnitts ziehen.

Aufgrund der so gewonnen Informationen kann beispielsweise eine Anpassung der Form der Wärmeübertragungsfläche 26 der Induktionsspule 15 erfolgen. Alternativ ist eine selektive räumliche Anpassung der Wärmeübertragung durch eine entsprechende Unterteilung der Induktionsspule in verschiedene, separat angesteuerte Einzelspulen möglich.

Durch die exakte Vorgabe der Messertemperatur mit Hilfe der Trennvorrichtung 1 wird ein optimierter Trennschnitt erzeugt. Insbesondere erfolgt beim Trennen keine unerwünschte plastische Verformung des Kunststoffprofils im Bereich der Trennebene, wie dies bei einer zu geringen Messertemperatur der Fall sein kann. Auch eine übermäßige Belagbildung auf dem Trennmesser wird vermieden, wie dies bei einer zu hohen Messertemperatur der Fall sein kann.

- Patentansprüche -