Inżynieria motoryzacyjna jest jedną z dziedzin, która oferuje różnorodne możliwe zastosowania termoplastów wzmacnianych włóknami ciągłymi. Elementy wykonane z tego materiału mają wysokie właściwości mechaniczne i mogą mieć złożone geometrie, ale nadal są lekkie. Technologia formowania wtryskowego daje producentom szeroki zakres możliwości projektowania przedmiotów o dokładnie takim kształcie, jakiego potrzebują, wykonanych z dokładnie takich materiałów, jakie chcą. Możliwe jest nawet włączenie metalowych części do takich elementów. Jednocześnie technologia ta pozwala na krótkie czasy cyklu, co jest naprawdę kluczowe w przypadku produkcji dużych serii.

Nowa technika produkcji wymaga precyzyjnego monitorowania temperatury

Dzięki procesowi o nazwie FibreForm niemiecka firma KraussMaffei opracowała nową technologię produkcji takich części o wysokim standardzie jakości. Półprodukty termoplastyczne wzmocnione włóknami ciagłymi, zwane arkuszami organicznymi, służą tutaj jako materiał podstawowy. Te wielkoformatowe półprodukty mogą być wykonane z warstw szkła, węgla, aramidu lub włókien kompozytowych osadzonych w matrycy termoplastycznej, na przykład poliamidu lub polipropylenu.

Arkusze organiczne są najpierw podgrzewane, a następnie formowane termicznie do pożądanego kształtu, a w końcu formowane wtryskowo. Pierwszy etap w tym procesie ,czyli ogrzewanie półproduktów, jest bardzo ważny; jeżeli proces jako całość ma się powieść, temperatura musi być możliwie równomierna na całej powierzchni arkuszy organicznych. Arkusze ogrzewane są w specjalnych piecach zawierających promienniki podczerwieni. Są tu dwa ważne warunki: arkusze organiczne powinny zostać jak najszybciej podgrzane, a temperatura powinna być bardzo równomiernie rozłożona na całej ich powierzchni.

Nowa technologia pomiaru i kontroli

Firma KraussMaffei opracowała technologię ogrzewania na podczerwień, która gwarantuje jednorodne, szybkie nagrzewanie arkuszy organicznych. W standardowej wersji do 72 promienników podczerwieni jest zintegrowanych z systemem grzewczym, w zależności od jego wielkości. „Regulator temperatury używany do obsługi poszczególnych promienników podczerwieni stanowił dla twórców ogromne wyzwanie”, wyjaśnia dr Mesut Cetin, szef ds. zarządzania produktem, który pomógł wprowadzić w życie te nowe, innowacyjne lekkie produkty.

Konwencjonalne, dostępne na rynku regulatory temperatury po prostu nie spełniają tego zadania. „Standardowe regulatory temperatury, współpracują tylko z jednym pirometrem na podczerwień, aby określić temperaturę i kontrolować stację grzewczą”, dodaje Christian Herrmann, inżynier ds. rozwoju, który był głównie zaangażowany w tworzenie nowych produktów. „Nie mogliśmy szybko podgrzać półproduktów i osiągnąć jednorodny rozkład temperatury na całej ich powierzchni za pomocą tej metody”. Czasy działania i standardowa konstrukcja sterownika nie były odpowiednie do danego zadania, ani nie spełniały wymagań rynkowych. Co więcej, standardowe sterowniki nie mogą w pełni uwzględnić konsekwencji ogrzewania całego systemu w wielu cyklach.

Wytrzymałe pirometry od specjalistycznego producenta

Ostatecznie zwyciężyły pirometry CT LT22 firmy Optris. Christian Herrman wyjaśnia tę decyzję: „Istnieje wiele korzyści z używania tych pirometrów w naszych aplikacjach. Są naprawdę kompaktowe i są w stanie wytrzymać nawet wysokie temperatury otoczenia, które występują tuż za promiennikami podczerwieni i tam właśnie je instalujemy”. Pirometry składają się z dwóch części. Pierwsza część to kompaktowa głowica czujnika, która ma zaledwie 14 mm średnicy i pracuje w temperaturach otoczenia do 180°C bez chłodzenia. Druga część to zdalny system elektroniczny, w którym ustawia się parametry samego czujnika.

W tym konkretnym zastosowaniu system elektroniczny jest instalowany poza systemem ogrzewania na podczerwień. Głowica czujnika może być wyposażona w opcjonalny kołnierz odpowietrzający, aby zapobiec zanieczyszczeniu optyki pyłem lub mgłą rozpryskową. „Oprócz zwartej konstrukcji, ta dodatkowa cecha była dla nas bardzo ważna, ponieważ w przemyśle tworzyw sztucznych zawsze należy oczekiwać obciążeń pyłem”, zauważa Herrmann.

Inteligentna technologia sterowania

Oprogramowanie do sterowania temperaturą nowego systemu grzewczego składa się z jednego zewnętrznego i kilku wewnętrznych systemów zamkniętej pętli. Przede wszystkim do każdej strefy grzewczej przypisany jest jeden pirometr. Zewnętrzny system zamkniętej pętli monitoruje następnie całkowitą temperaturę, biorąc jednocześnie pod uwagę wpływ różnych stref na siebie. Zadanie regulacji temperatury prowadzone jest z wykorzystaniem komputerów przemysłowych. Pirometry są podłączone za pomocą wyjścia 4 -20 mA, który jest standardem w urządzeniach Optris.

Technologię podgrzewania podczerwienią opracowaną przez firmę KraussMaffei można zintegrować z zakładem produkcyjnym zarówno na poziomie sprzętowym, jak i programowym. Z mechanicznego punktu widzenia jest to połączenie z wtryskarką za pomocą znormalizowanego interfejsu Euromap18, dzięki czemu technologia podgrzewania podczerwienią KraussMaffei może zostać zastosowana w już zainstalowanych wtryskarkach. Rozwiązanie sprzętowe i programowe do sterowania temperaturą systemu grzewczego na podczerwień musi również bezproblemowo komunikować się ze sterownikiem wtryskarki, dlatego technologia ogrzewania jest w pełni zintegrowana z kontrolerem maszynowym KraussMaffei MC6.

Technologia podgrzewania podczerwienią nie tylko podgrzewa arkusze organiczne równomiernie, ale także robi to bardzo szybko. Jest to ważna kwestia, jeśli chodzi o produkcję seryjną, gdzie piece muszą działać nieprzerwanie. Ma to wpływ na technologię sterowania oraz mechanikę. W najgorszym przypadku jeden niesprawny pirometr może całkowicie zatrzymać produkcję. Dlatego niezawodne komponenty są absolutnie niezbędne. „Odkąd używamy pirometrów firmy Optris - a zaczęliśmy już w 2010 roku - nie mieliśmy awarii jednego urządzenia”, mówi dr Cetin, całkiem dobrze podsumowując pozytywne doświadczenia swojej firmy z technologią pomiaru temperatury Optris.

Źródło: Optris GmbH