NL2010182C2 - Inrichting en werkwijze voor rotatiegieten van kunststof. - Google Patents

Description

Inrichting en werkwijze voor rotatiegieten van kunststof.

Deze uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor rotatiegieten voor het produceren van een voorwerp vervaardigd uit een materiaal dat een hardbare grondstof bevat, waarbij de inrichting een beweegbaar opgestelde matrijs bevat met een door een matrijsholte omringde 5 matrijswand, en een materiaal toevoerinrichting voor het toevoeren van de hardbare grondstof naar de matrijsholte, volgens de aanhef van de eerste conclusie.

Bij de productie van grote aantallen van eenzelfde vorm in kunststof wordt vaak gebruik gemaakt van technieken als blow molding, en 10 spuitgieten door extrusie van een kunststof in een matrijs. Een andere veel gebruikte techniek voor het maken van de huid van spanningsvrije holle voorwerpen in kleinere aantallen is rotatiegieten. Rotatiegieten biedt de mogelijkheid om holle vormen te produceren waarvan de huid uit één of meer lagen bestaat die uit verschillende materialen opgebouwd kunnen zijn, 15 bijvoorbeeld een onderste laag in kunststof en een bovenste laag in een afwerkingsmateriaal bijvoorbeeld stukken glas, of voorwerpen waarvan de huiddikte lokaal anders dient te zijn. Bij bekende technieken voor rotatiegieten van kunststof wordt een matrijs met een hoeveelheid kunststof gevuld, waarna de matrijs in een oven geplaatst wordt voor het verwarmen en smelten van de 20 kunststof. Zodra de kunststof gesmolten is wordt de matrijs geroteerd en eventueel geschud om de gewenste verdeling van de gesmolten kunststof in de matrijs tot stand te brengen. Daarna wordt de matrijs gekoeld en wordt het voorwerp ontvormd. Een huid die twee of meer lagen bevat wordt vaak geproduceerd gebruikmakend van een met een hopper of dropbox verbonden 25 matrijs, waarbij de hopper de grondstof bevat voor het produceren van de tweede laag. Alhoewel matrijs en dropbox thermisch geïsoleerd zijn kan de verbinding tussen beide aanleiding geven tot grote aantallen afgekeurde producten. Rotatiegieten kan een omslachtige techniek zijn wanneer er met 2 meerdere matrijzen en dropboxen gewerkt wordt. Andere nadelen van de techniek van rotatiegieten zijn een hoog energieverbruik bij gebruik van indirect verwarmde matrijzen waarbij de matrijs bijvoorbeeld verwarmd wordt door ze in een oven te plaatsen, onveiligheid bij directe verwarming met een vlam en 5 beperkte automatiserings- en processturingsmogelijkheden.

W02006/103179 ten name van Krauss Maffei beschrijft een inrichting voor slush-molding of uitstortgieten evenals een werkwijze voor het produceren van een kunststofhuid voor een hol voorwerp. De inrichting bevat een matrijs voor het vormen van de kunststofhuid, gemonteerd op een centraal 10 opgestelde robotarm. Volgens een eerste uitvoeringsvorm is de matrijs koppelbaar aan een houder met een kunststofvoorraad. Volgens een alternatieve uitvoeringsvorm zijn kunststofhouder en matrijs op aparte robotarmen gemonteerd en worden ze gekoppeld om dosering van kunststof aan de matrijs mogelijk te maken. Een verwarmingsinrichting is zodanig 15 opgesteld dat ze de lege matrijs kan opnemen voor het indirect verwarmen van de matrijs. Het gebruik van een indirecte verwarming van de matrijs vereist dat zowel matrijs als de perifere (hydraulische) onderdelen temperatuurbestendig zijn. De robotarm is voorzien voor het verplaatsen van de matrijs naar de binnenruimte van de oven voor het opwarmen van de matrijs, en van daaruit 20 naar de kunststoftoevoerinrichting voor het tot stand brengen van een koppeling voor het toevoeren van kunststof van de kunststoftoevoerinrichting naar de matrijs. De koppeling met de verwarmde matrijs brengt een risico op verstoppen van de verbinding bij slechte isolatie met zich mee. De gevulde verwarmde matrijs wordt samen met de kunststof-toevoerinrichting aan een 25 draai-, schud- en zwenkbeweging onderworpen om het voorwerp te vormen. Vervolgens wordt de matrijs van de kunststoftoevoer-inrichting gescheiden en naar een verwarmingsoven geleid voor het geleren van de kunststof. Deze verwarming van de matrijs en kunststof in twee stappen is tijdrovend en nadelig voor de kwaliteit van het eindproduct. Na de tweede verwarmstap 30 wordt de matrijs naar een koelinrichting verplaatst en van daaruit naar een verwijderstation voor het verwijderen van het kunststofvoorwerp uit de matrijs. In de geleer- en koelstap kan de matrijs van de robot losgemaakt worden, zodat de robot beschikbaar is voor het manipuleren van andere matrijzen. Kunststoftoevoerinrichting, oven, koelinrichting en verwijderstation zijn op een 3 cirkelvormige baan rondom de robot opgesteld. Verdere nadelen van deze bekende inrichting zijn dat de matrijs van het ene station naar het andere verplaatst moet worden om de verschillende cyclusstappen van vullen, verwarmen, koelen en verwijderen van de kunststofhuid te doorlopen. Bij 5 gebruik van meerdere matrijzen wordt de totale cyclustijd voor het doorlopen van alle stappen bijgevolg bepaald door de cyclustijd van de traagste matrijs.

Een gelijkaardig carrousselsysteem met verschillende stations maar dan voor rotatiegieten wordt bijvoorbeeld ook beschreven in XP002681519.

10 US2007/0063370A1 beschrijft een inrichting voor rotatiegieten dat tracht om dergelijjke carrousselsystemen met verschillende stations te vervangen. US2007/0063370A1 heeft echter nog het nadeel dat de matrijs nog niet voldoende gelijktijdig aan een temperatuur-tijd programma kan worden onderworpen tijdens een veelheid van bewerkingen, bewegingen en een 15 verplaatsingstraject. Voor het toevoeren van hardbare grondstof aan de matrijs moet het temperatuur-tijd programma immers nog worden onderbroken voor een bijkomende handeling met behulp van een robotarm naar een toevoerinrichting. Dit heeft als gevolg dat indien meerdere materiaallagen gewenst zijn in de te produceren voorwerpen nog steeds een onvoldoende 20 controle over het temperatuur-tijd programma bereikt wordt.

EP1.649.997 ten name van Persico SpA beschrijft een inrichting voor rotatiegieten, waarbij de wand van de matrijs geïntegreerde doorstromingskanalen voor een warme of een koude vloeistof bevat, voor respectievelijk het verwarmen en afkoelen van de matrijs.

25 Er bestaat bijgevolg een behoefte aan een inrichting geschikt voor rotatiegieten, die de mogelijkheid biedt voorwerpen te produceren, die een veelheid van op elkaar aangebrachte materiaallagen kunnen bevatten zodat een eindprodukt verschaft kan worden dat opgebouwd is uit een grondstof combinatie die met bestaande technieken moeilijk realiseerbaar is. 30 Er bestaat verder een behoefte aan een inrichting voor het produceren van grote aantallen van eenzelfde voorwerp met een verhoogde productiecapaciteit.

Een doel van deze uitvinding bestaat er daarom in een inrichting te verschaffen waarmee een verhoogde productiecapaciteit bereikt kan worden 4 voor het produceren van grote aantallen van een voorwerp middels rotatiegieten, bij voorkeur een hol voorwerp met een huid.

Dit wordt volgens de uitvinding bereikt met een inrichting die de technische kenmerken vertoont van het kenmerkend deel van de eerste 5 conclusie.

Daartoe wordt de inrichting van deze uitvinding gekenmerkt doordat de matrijs beweegbaar gemonteerd is op een met de matrijs geassocieerde robotarm, waarbij de beweging van de matrijs gestuurd wordt door een met de robotarm communicerende stuureenheid, en doordat de 10 matrijs voorzien is van een inrichting voor het regelen van de temperatuur van de matrijs die in één geheel met de matrijs is uitgevoerd.

Door de inrichting voor het regelen van de temperatuur in één geheel met de matrijs uit te voeren en de matrijs beweegbaar op een met de matrijs geassocieerde robotarm te monteren, is het mogelijk de matrijs 15 gelijktijdig aan een temperatuur-tijd programma te onderwerpen en aan een veelheid van bewerkingen, bewegingen en een verplaatsingstraject. Aldus is het mogelijk een belangrijke tijdsbesparing te realiseren doordat het materiaal voor het vormen van het voorwerp gelijktijdig verwarmd wordt en in de matrijs verdeeld voor het vormen van het voorwerp. De stuureenheid garandeert dat 20 het gewenste temperatuur-tijd programma door de matrijs doorlopen wordt in combinatie met de gewenste beweging en verplaatsing van de matrijs, en komt de reproduceerbaarheid van het productieproces ten goede. De verbeterde procesbeheersingsmogelijkheden resulteren in voorwerpen met een reproduceerbare kwaliteit, reproduceerbare mechanische eigenschappen en 25 een geringer aantal afgekeurde stukken.

Doordat de matrijs op een met de matrijs geassocieerde robotarm gemonteerd is, is het mogelijk iedere matrijs een eigen progrmamma te laten doorlopen, onafhankelijk van andere in de inrichting aanwezige matrijzen. Dit maakt het mogelijk om meerdere voorwerpen gelijktijdig te 30 produceren, en daarbij gebruik te maken van dezelfde of verschillende grondstoffen, de individuele matrijzen een individueel temperatuur-tijd programma en beweging-tijd programma te laten doorlopen. Het monteren van de matrijs op een met de matrijs geassocieerde robotarm bevordert zo de individuele manipuleerbaarheid van iedere matrijs.

5

Het in één geheel met de matrijs uitvoeren van de inrichting voor het regelen van de temperatuur van de matrijs, maakt een snellere en optimale warmte-overdracht naar de matrijswand en de in de matrijs aanwezige hardbare grondstof mogelijk. Daardoor kan de cyclustijd nodig voor het 5 produceren van een voorwerp verkort worden en kan warmteverlies beperkt worden. Het uitvoeren van de temperatuur regelinrichting in één geheel met de matrijs verbetert de toegankelijkheid van de matrijs in vergelijking met een matrijs die in een externe oven geplaatst wordt en maakt het mogelijk dat bijkomende manipulatie van de matrijs, bijvoorbeeld het vullen met hardbare 10 grondstof bijvoorbeeld kunststof, in situ aan de matrijs kan plaatsvinden, evenals het toedienen van extra materialen bijvoorbeeld voor het verkrijgen van een decoratief of technisch effect. Bewerkingen als een verplaatsing van de matrijs naar de oven en verder naar een positie in een oven, het openen en sluiten van de oven, worden overbodig waardoor niet alleen tijdswinst 15 gerealiseerd kan worden maar ook de energie-efficiëntie van het proces verbeterd kan worden.

Uitvoeren van de temperatuur regelinrichting in één geheel met de matrijs kan op diverse bij de vakman bekende wijzen tot stand gebracht worden, bijvoorbeeld door de inrichting in de wand van de matrijs in te bouwen 20 of door de inrichting op een buitenste zijde van de matrijswand te monteren of op een binnenwand of in een binnenwand te integreren. De wijze van monteren zal door de vakman gekozen worden rekening houdend met de aard van de verwarmings- of koelinrichting.

De matrijs bevat verder bij voorkeur een binnenruimte waarin 25 een temperatuursensor voorzien is voor het meten van de temperatuur in de binnenruimte van de matrijs, om een processturing mogelijk te maken die gebaseerd is op de actuele de temperatuur in de matrijsruimte, die representatief is voor de reële fysische toestand van de kunststof. De uitvinders hebben vastgesteld dat een dergelijke processturing gebaseerd op 30 de actuele temperatuur in de matrijsruimte een betere procesbeheersing mogelijk maakt, de reproduceerbaarheid van een proces ten goede komt en resulteert in holle voorwerpen met een huid met een reproduceerbare kwaliteit, reproduceerbare mechanische eigenschappen en een geringer aantal afgekeurde stukken. Dit in tegenstelling tot uit de stand van de techniek 6 bekende inrichtingen waar gebruik gemaakt wordt van een vooraf bepaald temperatuur-tijd regime waarbij aangenomen wordt dat de kunststof na een bepaalde verwarmingstijd bij een vooraf bepaald vermogen een bepaalde temperatuur bereikt zal hebben, zonder daarbij rekening te houden met de 5 omgevingstemperatuur en de actuele bediening of instellingen van de inrichting.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm is de matrijs beweegbaar ten opzichte van de robotarm opgesteld. Met meer voorkeur wordt de beweging van de matrijs ten opzichte van de robotarm aangestuurd door de 10 robotarm of de stuureenheid of een combinatie daarvan. Dit heeft als doel de beweeglijkheid van de matrijs te bevorderen en de bewegingen waaraan de robotarm onderworpen wordt te beperken.

Bij voorkeur is de matrijs door middel van de robotarm verplaatsbaar tussen één of meer van de volgende posities : een positie voor 15 het vullen van de matrijs met hardbare grondstof, een positie voor het onderwerpen van de matrijs aan één of meer temperatuur-tijd trajecten, een positie voor het onderwerpen van de matrijs aan één of meer bewegingen, en een positie voor het ontvormen van het in de matrijs gevormde voorwerp. Dit biedt de mogelijkheid iedere matrijs een eigen traject te laten doorlopen, 20 onafhankelijk van eventueel andere in de inrichting aanwezige matrijzen.

De inrichting van deze uitvinding is geschikt voor het produceren van volle voorwerpen, holle voorwerpen of een huid voor holle voorwerpen, in uiteenlopende materialen. De voorwerpen kunnen uit één laag van eenzelfde materiaal zijn opgebouwd of uit twee of meer lagen van eenzelfde materiaal of 25 verschillende materialen, waarbij ten minste één laag gevormd is uit een hardbare grondstof, zoals bijvoorbeeld kunststof bijvoorbeeld een thermoplastische kunststof, metaal, voedingsmiddelen bijvoorbeeld smeltbare vetten zoals boter en margarine, smeltbare vet bevattende samenstellingen zoals bijvoorbeeld crèmes voor koekjes of chocolade, of iedere andere 30 grondstof die door middel van rotatiegieten gevormd kan worden. De tweede laag en alle andere lagen kunnen gevormd zijn uit een tweede hardbare grondstof dat hetzelfde is als of verschillend van het eerste hardbare grondstof waaruit de eerste laag is vervaardigd. De tweede laag kan ook vervaardigd zijn uit een ander grondstof dat een goede hechting of verbinding vormt met het 7 grondstof van de eerste laag, bijvoorbeeld indien decoratieve effecten beoogd worden.

De uitvinding wordt verder toegelicht aan de hand van de figuren en gedetailleerde beschrijving hieronder.

5 Figuur 1 toont een inrichting volgens de uitvinding die een veelheid van matrijzen bevat.

De in figuur 1 getoonde inrichting omvat een stuureenheid of robot 2, waarop één of meer door de stuureenheid 2 aanstuurbare robotarmen 3 zijn aangebracht. Een uiteinde van één of meer robotarmen 3 draagt een 10 matrijs 5 voor het vormen van een voorwerp uit een hardbare grondstof. Een robotarm kan echter ook twee of meer matrijzen dragen. De matrijs 5 is beweegbaar ten opzichte van de robotarm 3 opgesteld. De beweging van de matrijs 5 kan gestuurd worden door de robotarm 3, de stuureenheid 2 of een combinatie daarvan.

15 In het hiernavolgende zal als hardbare grondstof verwezen worden naar kunststof. Het moge echter duidelijk zijn dat met hardbare grondstof bedoeld wordt thermoplastische kunststoffen, thermohardende harsen, metaal, chocolade, vet of ieder ander materiaal dat door middel van rotatiegieten gevormd kan worden of aangebracht kan worden.

20 De inrichting kan één toevoerinrichting 4 bevatten voor het toevoeren van een eerste materiaal dat een eerste kunststof bevat aan de matrijsholte van één of meer matrijzen voor het vormen van een voorwerp. De inrichting kan twee of meer grondstof toevoerinrichtingen bevatten, waarbij een eerste toevoerinrichting voorzien is voor het bevoorraden van een eerste 25 matrijs met een eerste grondstof en een tweede toevoerinrichting voorzien is voor het bevoorraden van een tweede matrijs met een tweede grondstof. Alternatief kan een eerste toevoerinrichting voorzien zijn voor het bevoorraden van een eerste matrijs en het vormen van een eerste materiaallaag voor het vormen van een eerste laag van het voorwerp, en een tweede 30 toevoerinrichting voor het vormen van een tweede laag van het voorwerp. Indien gewenst kunnen verdere materiaal toevoerinrichtingen voorzien zijn.

De matrijs 5 is bij voorkeur roteerbaar op de robotarm 3 gemonteerd. Daarbij is de matrijs 5 bij voorkeur roteerbaar om een eerste as 6 om productie van holle voorwerpen mogelijk te maken. Een verbeterde 8 uniformiteit van de wanddikte van het voorwerp kan bereikt worden door de matrijs roteerbaar rondom een eerste 6 en een tweede as 7 op te stellen. Roteerbaarheid om een eerste en tweede as kan eveneens gekozen worden om de wanddikte van het holle voorwerp lokaal te variëren. Daarbij is de 5 tweede as 7 bij voorkeur onder een tweede hoek ten opzichte van de eerste as 6 opgesteld, bijvoorbeeld onder een hoek van 90°, doch iedere andere hoek kan geschikt gebruikt worden indien de toepassing dit vereist. De hoek van de eerste en tweede as zijn bij voorkeur instelbaar. De snelheid waarmee de matrijs om de eerste 6 en tweede as 7 roteert is bij voorkeur individueel 10 instelbaar. De rotatiesnelheid om de eerste as 6 is bij voorkeur onafhankelijk instelbaar van de rotatiesnelheid om de tweede as 7 en omgekeerd. Sturen van de rotatiebeweging van de matrijs zoals hiervoor beschreven kan direct plaatsvinden via de met de matrijs 5 geassocieerde robotarm 3, of indirect via de stuureenheid 2 die een corresponderend signaal naar de met de matrijs 15 geassocieerde robotarm 3 stuurt, die vervolgens de beweging van de matrijs 5 aanstuurt. Onder sturing wordt daarbij verstaan het instellen van de rotatierichting, de rotatiehoek, de rotatiesnelheid en iedere andere parameter die de rotatie beïnvloedt.

In plaats van of bijkomend aan de matrijs 5 roteerbaar om een 20 eerste en tweede as op te stellen, kan ervoor gekozen worden de matrijs roteerbaar op te stellen om een eerste as 6 en kantelbaar ten opzichte van een derde as 8. De snelheid of kantelfrequentie waarmee de matrijs 5 ten opzichte van de derde as 8 gekanteld wordt is bij voorkeur individueel instelbaar voor iedere matrijs, evenals de hoek waaronder de matrijs kantelbaar is en iedere 25 andere parameter die de kantelbeweging beïnvloedt. Sturen van de kantelbeweging van de matrijs 8 kan direct plaatsvinden via de robotarm 3, of indirect via de stuureenheid die een corresponderend signaal naar de robotarm 3 stuur, die vervolgens de beweging van de matrijs 5 aanstuurt. De stuureenheid is bij voorkeur eveneens voorzien voor het sturen van de 30 hoeveelheid kunststof die gedoseerd wordt aan de matrijs en het toevoeren van de kunststof aan de matrijsholte 12. Dosering kan volumetrisch of gravimetrisch gestuurd zijn.

De matrijs 5 is bij voorkeur verplaatsbaar tussen twee of meer van de volgende posities : een positie voor het vullen van de matrijs 15, een 9 positie voor het verwarmen van de matrijs 16, een positie voor het vormen van het voorwerp waarbij de matrijs om één of meer assen geroteerd wordt en/of gekanteld wordt 17, een positie voor het koelen van de matrijs 18, een positie voor het ontvormen van het voorwerp 19. Twee of meer van voornoemde 5 posities kunnen samenvallen. Zo kunnen bijvoorbeeld de verwarmingspositie 16 en rotatiepositie 17 samenvallen. Zo kan bijvoorbeeld ook de koelpositie 18 samenvallen met beide voornoemde posities 16, 17. Verplaatsen van de matrijs tussen deze posities wordt bij voorkeur uitgevoerd door de robotarm 3 zodanig te bewegen dat de matrijs 5 de gewenste verplaatsing uitvoert. Dit 10 impliceert dat de robotarm 3 verplaatsbaar is opgesteld. De beweging van de robotarm 3 kan gestuurd worden door een in de robotarm 3 aanwezige stuureenheid. De beweging van de robotarm kan eveneens gestuurd worden door de stuureenheid 2 die voorzien is om te communiceren met de robotarm 3 voor het aansturen va de verplaatsing. Een combinatie van beide is eveneens 15 mogelijk.

De matrijs 3 en de kunststof toevoerinrichting 4 zijn bij voorkeur verplaatsbaar ten opzichte van elkaar opgesteld, met meer voorkeur is de matrijs 3 verplaatsbaar van en naar de kunststof toevoerinrichting 4 door middel van de robotarm waarop de matrijs zich bevindt. In geval de inrichting 20 meerdere materiaal toevoerinrichtigen bevat is de robot voorzien om de verplaatsing van de matrijs 3 te sturen naar de gewenste toevoerinrichting 4. Een dergelijke inrichting biedt diverse voordelen ten opzichte van de bekende inrichting, waar een inrichting voor het opnemen van de kunststof met de verwarmde matrijs verbonden is. Alhoewel deze thermisch van elkaar 25 geïsoleerd zijn, is er steeds een risico dat kunststof in de kunststof toevoerinrichting deels smelt en de toevoer naar de matrijs verstopt. De verbinding tussen de matrijs en de kunststof toevoerinrichting bemoeilijkt bovendien toegang tot en het openen van de matrijs, verlengt de cyclustijd aangezien de kunststof via een afsluitbare klep aan de matrijs gedoseerd 30 wordt in meerdere doseringen. Bovendien is er een ernstig risico op warmteoverdracht vanaf de matrijs, met smelten van de kunststof in de materiaal toevoerinrichting tot gevolg. In de inrichting van deze uitvinding blijft de grondstof toevoerinrichting toegankelijk voor andere matrijzen, is het bovendien mogelijk de matrijs te verwarmen of te koelen of de matrijs aan een 10 rotatie of iedere andere beweging te onderwerpen of iedere andere bewerking uit te voeren, tijdens haar verplaatsing van de materiaal toevoerinrichting 4 naar een andere positie.

De stuureenheid is voorzien om een verbinding tussen matrijs 5 5 en kunststof toevoerinrichting 4 tot stand te brengen bij een koude matrijs of een matrijs waarvan de temperatuur lager is dan de smelttemperatuur van de kunststof. Bij het vullen kan de matrijs 5 ook een temperatuur hebben die hoger is dan de smelttemperatuur van de kunststof. In dat geval wordt bij voorkeur gezorgd voor een goede thermische isolatie tussen de 10 toevoerinrichting 4 en de matrijs 5 om smelten van de kunststof in de verbinding te vermijden.

De stuureenheid 2 is bij voorkeur eveneens voorzien voor het aansturen van de hoeveelheid kunststof die in de matrijs 5 gedoseerd wordt, het debiet waarmee de dosering plaatsvindt en dergelijke. Dit komt de 15 reproduceerbaarheid van het proces ten goede. Indien het voorwerp gevormd wordt uit een eerste en een tweede laag, is de robot of stuureenheid 2 bij voorkeur voorzien voor het aansturen van de hoeveelheid eerste kunststof voor het vormen van de eerste laag, de hoeveelheid kunststof voor het vormen van de tweede laag, evenals het tijdstip waarop de dosering van het materiaal 20 voor de tweede laag plaatsvindt en het doseringsdebiet. Doordat de dosering van het materiaal of de materialen voor het vormen van het voorwerp gestuurd wordt, is het mogelijk de mechanische eigenschappen van het voorwerp te sturen en een betere reproduceerbaarheid ervan te garanderen. Daardoor wordt het mogelijk mechanische eigenschappen als sterkte, impact weerstand, 25 treksterkte enz. te sturen en te verbeteren en een hogere reproduceerbaarheid te bereiken. Door het tijdstip te sturen waarop het materiaal van de tweede laag gedoseerd wordt aan de matrijs, kan een betere hechting van beide lagen verkregen worden en betere mechanische eigenschappen.

In de inrichting van deze uitvinding is de robot of stuureenheid 2 30 voorzien voor het sturen van diverse procesparameters in het verwerken van de materialen die aan de matrijs gedoseerd worden, zoals onder meer de hoeveelheid grondstof gedoseerd voor het vormen van de huid van het holle voorwerp, de doseersnelheid, het temperatuur-tijd programma waaraan de matrijs 5 wordt onderworpen bij het opwarmen en koelen, de tijd waarbij de 11 matrijs 5 bij een bepaalde temperatuur gehouden wordt, enz. In geval meerdere materialen aan de matrijs gedoseerd worden, is de robot in staat toevoer van alle materialen te sturen. Deze stuurmogelijkheden bevorderen de mogelijkheid tot automatiseren van het proces, ze verschaffen een betere 5 procesbeheersing en betere reproduceerbaarheid, met een meer constante product kwaliteit die minder afhankelijk is van degene die het proces bedient en minder afgekeurde stukken.

De stuureenheid 2 is bij voorkeur programmeerbaar, waarmee bedoeld wordt dat de bewerkingen waaraan de matrijs onderworpen wordt 10 instelbaar zijn via de stuureenheid. Het is ook mogelijk een robotarm 3 te verschaffen die programmeerbaar is, waarmee bedoeld wordt dat de bewerkingen waaraan de matrijs onderworpen wordt instelbaar zijn via de robotarm. Een combinatie van beide is eveneens mogelijk.

De matrijs 5 bevat een matrijswand 1 en een inrichting voor het 15 regelen van de temperatuur van de matrijs. De inrichting voor het regelen van de temperatuur van de matrijs omvat bij voorkeur een verwarmingsinrichting 10 voor het verwarmen van de matrijswand en het smelten van de in de matrijs aanwezige kunststof, waarbij de verwarmingsinrichting 10 in één geheel met de matrijswand 1 is uitgevoerd. De verwarmingsinrichting 10 kan op de 20 matrijswand aangebracht zijn, door bijvoorbeeld leidingen voor het doorstromen van een vloeistof of gas op de matrijswand te voorzien, of door infrarood of inductieverwarmingselementen op de matrijswand te voorzien. De verwarmingsinrichting kan ook in de matrijswand geïntegreerd zijn door bijvoorbeeld leidingen voor het doorstromen van een vloeistof of gas in de 25 wand te verwerken, of elektrische weerstanden of ieder ander verwarmingsmiddel in de matrijswand te verwerken. De verwarmingsinrichting kan ook op een afstand van de matrijs opgesteld zijn, bijvoorbeeld infraroodcellen die op een afstand van de matrijswand zijn opgesteld. De verwarmingsinrichting is bij voorkeur voorzien voor het verschaffen van een 30 directe verwarming van de matrijswand 1, en is bij voorkeur in of op de matrijswand aangebracht.

Directe verwarming kan geschieden gebruikmakend van iedere bij de vakman bekende techniek, bijvoorbeeld door de aanwezigheid van elektrische weerstanden op de matrijswand of ingebouwd in de matrijswand, in 12 of op de matrijswand voorziene inductieverwarming of infrarood verwarming, door de aanwezigheid van kanalen op of in de matrijswand voor het doorstromen met een vloeistof of een damp op de gewenste temperatuur.

Door iedere matrijs met zijn eigen temperatuur regelinrichting te 5 associëren kan iedere matrijs onafhankelijk van eventuele andere matrijzen aanwezig in de inrichting een individuele temperatuur-tijd cyclus doorlopen zonder dat daarbij de cyclus van de andere matrijzen verstoord of nadelig beïnvloed wordt. In het bijzonder, door iedere matrijs met zijn eigen temperatuur regelinrichting te associëren kan iedere matrijs onafhankelijk van 10 eventuele andere matrijzen tot een vooraf gekozen temperatuur verwarmd of gekoeld worden, gedurende een vooraf gekozen tijd en volgens een vooraf gekozen temperatuur-tijd traject. Sequenties van verwarmen en afkoelen kunnen voor iedere matrijs onafhankelijk van de andere gekozen worden rekening houdend met de aard van de te verwerken grondstof of grondstoffen 15 en het beoogde uiterlijk.

Het uitvoeren van de temperatuur regelinrichting in één geheel met de matrijs verbetert ook de beweeglijkheid en manipuleerbaarheid van de matrijs, aangezien manipulatie van de matrijs samen met de temperatuur regelinrichting kan plaatsvinden en de matrijs niet vooraf daaruit verwijderd 20 dient te worden om toegang tot de matrijs te verschaffen. Verder wordt de beweging van de matrijs niet gehinderd door een omringende ombouw van bijvoorbeeld een verwarmings- of koelinrichting waarin de matrijs zich bevindt, maar kunnen temperatuur regelinrichting en matrijs als één geheel verplaatst, bewogen en gemanipuleerd worden en aan rotatie-, schud- of kantelbeweging 25 onderworpen worden.

De stuureenheid is bij voorkeur voorzien voor het sturen van de opwarmingssnelheid van de matrijs 3, de temperatuur tot waar de matrijs verwarmd wordt en ieder ander temperatuur-tijd programma waaraan de matrijs onderworpen wordt. Deze sturing kan echter ook verschaft worden door 30 de robotarm waarop de matrijs gemonteerd is. Indien de inrichting meerdere matrijzen bevat bestaat de mogelijkheid dat individuele matrijzen een individueel temperatuur-tijd programma doorlopen.

Indien gebruik gemaakt wordt van een vloeistof of gas als verwarmingsmedium wordt, om de cyclustijd zo kort mogelijk te houden, de 13 vloeistof bij voorkeur aangevoerd vanuit een voorraad 15, bijvoorbeeld een vloeistofbad waarin de verwarmingsvloeistof op de gewenste temperatuur gehouden wordt. Er kan gekozen worden om één verwarmingsvloeistof bij één temperatuur te houden, er kan echter ook voor gekozen worden om één 5 verwarmingsvloeistof bij meerdere temperaturen te houden of meerdere verwarmingsvloeistoffen bij meerdere temperaturen te houden. Binnen het kader van de uitvinding kunnen diverse verwarmingsvloeistoffen gebruikt worden. Bij voorkeur echter wordt gebruik gemaakt van olie of water. Geschikte oliën zijn onder meer minerale oliën en siliconen.

10 De verwarming wordt bij voorkeur zodanig gekozen dat het beoogde grondstof in de matrijs verwerkt kan worden. Voor het verwerken van voedingsmiddelen zoals chocolade en vetten kan bijvoorbeeld verwarming van 25-70°C volstaan. Voor het verwerken van kunststof of metaal kan een hogere temperatuur van bijvoorbeeld 100 - 200^0 of hoger, bijvoorbeeld 250° a 320°C 15 wenselijk zijn. Metalen kunnen nog hogere verwerkingstemperaturen vereisen.

Directe koeling kan geschieden gebruikmakend van iedere bij de vakman bekende techniek, zoals hierboven beschreven voor het tot stand brengen van verwarming. Om de cyclustijd zo kort mogelijk te houden, wordt de vloeistof bij voorkeur aangevoerd vanuit een voorraad 16, bijvoorbeeld een 20 vloeistofbad waarin de koelvloeistof op de gewenste temperatuur gehouden wordt. Er kan gekozen worden om één koelvloeistof bij één temperatuur te houden, er kan echter ook voor gekozen worden om één koelvloeistof bij meerdere temperaturen te houden of meerdere koelvloeistoffen bij meerdere temperaturen te houden. Binnen het kader van de uitvinding kunnen diverse 25 koelvloeistoffen gebruikt worden. Een geschikte koelvloeistof is water. Geschikte gassen voor het koelen van een matrijs zijn bijvoorbeeld vloeibaar stikstof, vast C02 dat men laat expanderen.

Om optimale warmte-overdracht mogelijk te maken worden het grondstof en de wanddikte van de matrijs bij voorkeur zodanig gekozen dat de 30 matrijs geschikt is voor gebruik voor rotatiegieten, dat zij optimale warmte-uitwisseling tussen de matrijswand en de in de matrijs aanwezige kunststof mogelijk maakt. Anderzijds wordt de wanddikte van de matrijs zodanig gekozen dat de matrijs voldoende sterk is voor het verwerken van het beoogde grondstof.

14

Zogenaamde pinholes of luchtinsluitsels tussen de kunststoflaag en de matrijswand gevormd tijdens het drukloos afzetten van de gesmolten kunststof tegen de matrijswand zijn in het algemeen niet gewenst omdat zij het uiterlijk van het voorwerp verstoren. Het risico op dergelijke pinholes kan 5 minimaal gehouden worden door het proces van smelten van de kunststof, vormen van de kunststof tot een hol voorwerp en ontvormen van het holle voorwerp te sturen op basis van een temperatuur die de actuele temperatuur van de kunststof in de matrijs zo goed mogelijk benadert. Daartoe bevindt zich in de matrijsholte bij voorkeur een temperatuursensor 9 voor het meten van de 10 temperatuur in de matrijsholte 12.

De uitvinder heeft namelijk vastgesteld dat de kunststof in de matrijs tussen verwarmen en vormen tot een hol voorwerp de volgende fasen doorloopt: 1. in een eerste fase warmt de kunststof op. De door 15 de temperatuursensor in de matrijsholte gemeten temperatuur neemt gelijkmatig toe. Vaak wordt een lineair temperatuur-tijd verband vastgesteld.

2. in een tweede fase neemt de temperatuur in de matrijsholte minder snel toe en vertoont het temperatuur-tijd diagram een knik. Deze knik is meestal een indicatie van het smelten van de kunststof, waarbij 20 de kunststof aan de wand van de matrijs gaat kleven.

3. in een derde fase neemt de temperatuur in de matrijsholte sneller toe in de tijd. Deze fase stemt meestal overeen met een toestand waarin alle kunststof gesmolten is en de kunststof aanvangt met sinteren. Deze fase is van belang voor het verwijderen van zogenaamde pin- 25 holes of luchtinsluitsels in de kunststof gevormd bij het drukloos afzetten van de kunststof tegen de matrijswand. De temperatuur waarbij het sinteren optreedt stemt meestal overeen met een maximale interne matrijs temperatuur, die karakteristiek is voor iedere kunststof.

4. Nadat de kunststof gedurende een bepaalde tijd 30 verwarmd werd, wordt de kunststof aan koeling onderworpen. De temperatuur van de matrijsholte zal eerst nog gedurende beperkte tijd stijgen, en daarna dalen. De temperatuurdaling is meestal gelijkmatig, i.e. lineair als functie van de tijd, tenzij een ander koelpatroon gevolgd wordt.

15 5. Bij stollen van de kunststof neemt de temperatuur in de matrijsholte minder snel af en vertoont de temperatuur-tijd curve een knik.

6. Zodra alle kunststof gestold is neemt de 5 temperatuur van de matrijsholte weer gelijkmatig af met de tijd. Koeling gaat gepaard met krimpen van de kunststof en loslaten van het holle voorwerp van de wand van de matrijs.

Een werkwijze voor het produceren van een voorwerp middels de hierboven beschreven inrichting bevat meestal de 10 volgende stappen. De op de robotarm 3 gemonteerde matrijs 2 wordt door de verplaatsing van de robotarm 3 verplaatst naar de kunststof toevoerinrichting 4. Deze verplaatsing kan plaatsvinden op aansturing door de stuureenheid 2 die met de robotarm communiceert of door een in de robotarm 3 aanwezige sturing. De stuurinrichting geeft een signaal af voor het tot stand brengen van 15 een verbinding tussen de kunststof toevoerinrichting 4 en de matrijs en het doseren van een vooraf bepaalde hoeveelheid kunststof aan de matrijs. De stuurinrichting geeft een signaal voor het verbreken van de verbinding, en voor het onderwerpen van de matrijs 5 aan een vooraf bepaald temperatuur-tijd programma voor het smelten van de kunststof. Gelijktijdig met het 20 temperatuur-tijd programma kan de matrijs aan een sequentie van bewegingen, in het bijzonder rotatie-, kantel-, schud- of vibratiebewegingen onderworpen worden om een optimale verdeling van de kunststof over de matrijs te bewerkstelligen. Het bewegen van de matrijs kan uitgevoerd worden tijdens het verwarmen van de matrijs en nadat de matrijs een vooraf bepaalde 25 temperatuur bereikt heeft. Er kan ook voor gekozen worden het bewegen van de matrijs te starten nadat de matrijs een vooraf bepaalde temperatuur bereikt heeft. Ook dit kan aangestuurd worden door de stuureenheid 2, door de robotarm 3 of een combinatie van beide. Nadat de matrijs een tijd -bewegingsprogramma heeft doorlopen wordt de matrijs gekoeld, door de 30 matrijs aan een tweede temperatuur-tijd programma te onderwerpen. Zodra de gewenste koeling bereikt is, wordt de matrijs geopend voor het verwijderen van het voorwerp. Indien gewenst kan het voorwerp een tijd in de matrijs gehouden worden voor het spanningsvrij maken van het materiaal.

Claims (14)

1. Een inrichting voor rotatiegieten voor het produceren van een voorwerp vervaardigd uit een materiaal dat een hardbare grondstof bevat, waarbij de inrichting een beweegbaar opgestelde matrijs bevat met een door 5 een matrijsholte omringde matrijswand en een materiaal toevoerinrichting voor het toevoeren van de hardbare grondstof naar de matrijsholte, waarbij de matrijs voorzien is van een inrichting voor het regelen van de temperatuur van de matrijs die in één geheel met de matrijs is uitgevoerd, gekenmerkt doordat de matrijs beweegbaar gemonteerd is op een met de matrijs geassocieerde 10 robotarm, waarbij de beweging van de matrijs gestuurd wordt door een met de robotarm communicerende stuurinrichting.

2. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij de temperatuur regelinrichting in de matrijswand geïntegreerd is, of op een binnenste of buitenste matrijswand gemonteerd is.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, daardoor gekenmerkt dat de matrijs een binnenruimte bevat waarin een temperatuursensor voorzien is voor het meten van de temperatuur in de binnenruimte van de matrijs.

4. Inrichting volgens één der conclusies 1 tot en met 3, waarbij de matrijs beweegbaar ten opzichte van de robotarm is 20 opgesteld.

5. Inrichting volgens één der conclusies 1 tot en met 4, waarbij de robotarm verplaatsbaar is tussen één of meer posities voor het vullen van de matrijs met hardbare grondstof, het onderwerpen van de matrijs aan één of meer temperatuur-tijd trajecten, het onderwerpen van de matrijs aan één of 25 meer bewegingen, en een positie voor het ontvormen van het in de matrijs gevormde voorwerp.

6. Inrichting volgens één der conclusies 1 tot en met 5, daardoor gekenmerkt dat de materiaal toevoerinrichting en de matrijs verplaatsbaar ten opzichte van elkaar zijn opgesteld

7. Inrichting volgens één der conclusies 1 tot en met 6, daardoor gekenmerkt dat de matrijs voorzien is van een opening voor het toevoeren en van gas in de matrijs en het evacueren van gas uit de matrijs, waarbij genoemde opening eveneens voorzien is voor het doseren van de grondstof aan de matrijs voor het vormen van de huid van het voorwerp.

8. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de matrijs roteerbaar rondom een eerste as is opgesteld.

9. Inrichting volgens conclusie 8, gekenmerkt doordat de matrijs eveneens roteerbaar is om een tweede as, die onder een hoek ten opzichte 5 van de eerste as is opgesteld.

10. Inrichting volgens conclusie 8 of 9 daardoor gekenmerkt dat de eerste en/of tweede hoek instelbaar is.

11. Inrichting volgens conclusie 10, daardoor gekenmerkt dat de rotatiesnelheid van de matrijs instelbaar is.

12. Inrichting volgens één der vorogaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de matrijs kantelbaar ten opzichte van een derde as is opgesteld.

13. Inrichting volgens conclusie 12, daardoor gekenmerkt dat de hoek waaronder de matrijs kantelbaar is, instelbaar is.

14. Inrichting volgens conclusie 13, daardoor gekenmerkt dat de kantelfrequentie instelbaar is.