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Anwendungsgebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Stromversorgung
und die Steuerung von Heizwiderständen in Herstellungsmaschinen
im allgemeinen und in Kunststoffverarbeitungsmaschinen im besonderen.
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Insbesondere
betrifft die Erfindung solch eine Vorrichtung, die wenigstens ein
Strommodul und ein Steuerungsmodul für einen oder mehrere Widerstände umfasst,
die bestimmt sind, an einer der Maschine zugeordneten Steuerungsbaugruppe
oder Konsole angebracht zu werden.
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Stand der
Technik
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Wie
aus dem speziellen technischen Gebiet bekannt ist, sind Kunststoffverarbeitungsmaschinen (Spritzgusspressen,
Extruder, Thermoformmaschinen, Blasmaschinen, etc.) mit speziellen
Führungs- und
Steuerungsvorrichtungen für
die Widerstände ausgestattet,
die das Beheizen des zu verarbeitenden Kunststoffmaterials sicherstellen.
Diese Vorrichtungen ermöglichen
es, dass zum Gesamtnutzen der Qualität des bearbeiteten Produkts
die Temperatur der Bereiche akkurat reguliert wird, in denen das Kunststoffmaterial
geschmolzen wird.
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Beispielsweise
ist aus der Patentanmeldung
EP
0 587 963 eine Vorrichtung zum Steuern der Temperatur des
in derartigen Spritzgusssystemen verarbeiteten Kunststoffmaterials
allseits bekannt, die ein Strommodul und ein Steuerungsmodul umfasst.
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Es
ist ebenso allseits bekannt, dass die obigen Führungs- und Steuerungsvorrichtungen
an den Maschinen zugeordneten Steuerungsbaugruppen oder Konsolen
angebracht sind. Es sei darauf hingewiesen, dass jede Steuerungsbaugruppe
oder Konsole ein Strommodul für
jeden Widerstand und ein Steuerungsmodul für einen oder mehr Widerstände aufnehmen
kann. In vielen Anwendungen kann jede Steuerungsbaugruppe oder Konsole
Dutzende derartiger Vorrichtungen aufnehmen, welche von ausgebildetem
Personal montiert und verkabelt werden.
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Das
Strommodul umfasst im allgemeinen ein elektronisches Lastschaltrelais,
das einer Wärmeabführung zugeordnet
ist, wobei die Abführung
im allgemeinen durch ein sperriges Metallelement gebildet wird,
das aus einem mit Kühlrippen
versehenen Aluminiumprofil ist. Das Steuerungsmodul umfasst eine programmierte
Steuerung (PLC), um mehrere Widerstände thermisch zu regulieren,
oder ein elektronisches Element, das für die Thermoregulierung eines einzelnen
Widerstands vorgesehen ist.
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Das
schnelle Schalten des Strommodulrelais unter der Steuerungseinwirkung
des Steuerungsmoduls ermöglicht
die gewünschte
Thermoregulierung, die vorgesehen sein muss, um eine hohe Qualität des Prozesses
der Kunststoffverarbeitung sicherzustellen.
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Im
allgemeinen sind an einer Steuerungsbaugruppe oder Konsole die Strommodule
und die Steuerungsmodule der Steuerungs- und Führungsvorrichtungen voneinander
getrennt untergebracht. In der Praxis sind alle Strommodule Seite
an Seite in einem vorbestimmten Bereich der Steuerungsbaugruppe
angebracht; in ähnlicher
Weise sind alle Steuerungsmodule zueinander benachbart an einem
anderen separaten Bereich der Steuerungsbaugruppe angeordnet.
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Diese
Aufteilung ist in erster Linie auf den Bedarf zurückzuführen, alle
Abführungen
in einen Bereich der Steuerungsbaugruppe zu stecken, die dann eventuell
einfacher gekühlt
werden können.
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Jedoch
ist es sehr offensichtlich, dass diese Trennung komplexe Kabelbäume benötigt, um
jedes Strommodul mit dem korrespondierenden Steuerungsmodul zu verbinden.
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Konsequenterweise
genügen
bekannte Steuerungs- und Führungsvorrichtungen
vielen Aspekten, sie werden jedoch nicht der Erwartung hinsichtlich
Ausstattung und deren Wartung gerecht, die sehr komplex und schwierig
sind.
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Um
diese Nachteile zu überwinden
und um die Verkabelungszeiten und die Baugruppenkomplexität zu reduzieren,
haben einige Hersteller dieser Vorrichtungen vorge schlagen, diese
in einer Gesamtform (all-in-one) zu produzieren, beispielsweise
das Steuerungsmodul an der Vorderseite der dem Strommodul zugeordneten
Abführung
vorzusehen.
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Diese
Lösung
kann zunächst
vorteilhaft erscheinen, jedoch benötigt sie einen großen Produktionsaufwand
sowohl für
das Isolieren des Steuerungsmoduls von der Abführung in geeigneter Weise als
auch für
das Unterbringen der Kabelbäume,
welche gebogen werden, um das Steuerungsmodul zu erreichen. Dies
führt zu
nicht unwesentlichen hohen Produktionskosten.
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Zusätzlich verbleibt
das Problem der Verknüpfung
einer derart strukturierten Vorrichtung mit anderen Zusatzvorrichtungen
wie Sicherungen, Überlast-Abschaltungen
und dergleichen. Die Verbindung dieser Zusatzvorrichtungen wird
immer durch die oben erwähnten
komplexen Kabelbäume realisiert.
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In
diesem Kontext wird die Situation dadurch sehr viel komplexer, dass
paradoxerweise das wärmeabführende Element
häufigeren
Ausfällen
und Fehlern ausgesetzt ist und dessen Austausch manchmal erforderlich
ist. In Gesamtvorrichtungen (all-in-one) würde dies jedoch auch zu dem
Ausbau des teuren Steuerungsmoduls führen.
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In
der Praxis stehen daher Fachleute von Führungs- und Steuerungsvorrichtungen
in dem Versuch, eine Gesamtlösung
zu implementieren, einer großen
Anzahl verschiedener Umstände
gegenüber, die
sie an der Standardisierung der Lösung behindern.
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Gesamtlösungen sind
auch auf dem technischen Gebiet der thermischen Druckmaschinen bekannt.
Eine thermische Druckkopfanordnung ist beispielsweise aus dem US-Patent 5,739,836
bekannt. Die thermische Druckkopfanordnung beinhaltet eine metallene
Heizumwandlerplatte, eine Heizwiderstände tragende Heizplatine und
eine Steuerungsplatine, welche elektrisch mit der Kopf-Platine zum
Aussenden von Steuersignalen und deren Stromversorgung verbunden
ist.
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Das
der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem besteht darin,
eine Vorrichtung zum Führen
und Steuern von Widerständen
von Herstellungsmaschinen im allgemeinen, beispielsweise Kunststoffverarbeitungsmaschinen,
bereitzustellen, wobei die Vorrichtung einen besonders einfachen Aufbau
zeigt, der deren Herstellung mit einer minimalen Anzahl von unterschiedlichen
komplexen Elementen ermöglicht,
was die Zusammensetzung und die Montage der Steuerungsbaugruppe
vereinfacht und die Nachteile überwindet,
die unter Bezugnahme der Lösungen
nach dem Stand der Technik erwähnt wurden.
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Zusätzlich sollte
eine derartige Vorrichtung sogar die thermische Dissipation einer
dem Strommodul zugeordneten Abführung
verbessern.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Lösungsidee besteht darin, einen
Grundträger vorzusehen,
der es ermöglicht,
dass das Strommodul und die entsprechende Abführung gehalten werden und der
das Steuerungsmodul aufnimmt. Der Träger soll des Weiteren ein schnelles
Verbinden der derart aufgebauten Steuerungs- und Stromversorgungsvorrichtung
an der Steuerungsbaugruppe oder der Konsole ermöglichen.
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Folglich
umfasst der Träger
alle elektronischen Komponenten, die notwendig sind, das Strommodul
zu steuern und den Heizwiderstand thermisch zu regulieren.
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Basierend
auf dieser Lösungsidee
wird das technische Problem durch eine Vorrichtung wie zuvor beschrieben
und definiert durch das Kennzeichen von Anspruch 1 gelöst.
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Die
Merkmale und Vorteile der Vorrichtung gemäß der Erfindung werden deutlich
aus der folgenden Beschreiben eines Ausführungsbeispiels der Erfindung
durch ein nicht limitierendes Beispiel mit Bezugnahme zu den beiliegenden
Zeichnungen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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In
den Zeichnungen:
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ist 1 eine
perspektivische Ansicht einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
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ist 2 eine
perspektivische Ansicht der Vorrichtung von 1, wobei
ein Teil ausgebaut und herumgedreht ist;
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ist 3 eine
perspektivische Ansicht eines Satzes von Vorrichtungen gemäß der Erfindung
und elektrisch miteinander verbunden;
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ist 4 eine
Vertikalansicht der Vorrichtung der 1, die mit
einem zusätzlichen
Sicherungskasten verknüpft
ist;
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ist 5 eine
Frontansicht von unten des Satzes der Vorrichtungen der 3,
die an der Steuerungsbaugruppe oder Konsole angebracht sind.
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Detaillierte
Beschreibung
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Bezug
nehmend auf die Zeichnungen wird eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung zum Führen
und Steuern von Heizwiderständen
in Herstellungsmaschinen im allgemeinen allgemein und schematisch
mit 1 bezeichnet.
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Insbesondere,
aber nicht ausschließlich
ist Vorrichtung 1 geeignet für Herstellungsmaschinen für die Kunststoffverarbeitung,
und die folgende Beschreibung bezieht sich auf dieses Feld der Anwendung
lediglich zur Vereinfachung der Darstellung. Tatsächlich kann
die erfindungsgemäße Vorrichtung effizient
in einer Vielzahl von ähnlichen
Sektoren wie beispielsweise auf dem Gebiet der Gummibehandlung,
der Verpackung oder bei Schmelzöfen
jeglicher Bauart angewendet werden.
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Die
Vorrichtung 1 umfasst einen Stromteil und einen Steuerungsteil.
Hiermit wird Bezug genommen zu dem Stromteil mit dem Begriff Strommodul 2,
während
der Steuerungsteil mit dem Begriff Steuermodul 3 identifiziert
wird.
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Das
Strommodul 2 umfasst ein Schaltrelais 4, beispielsweise
ein elektronisches Lastrelais, welches ermöglicht, dass die Stromversorgung
auf die Heizwiderstände
der Herstellungsmaschine für
die Kunststoffverarbeitung geschaltet wird. Der Widerstand und die
Herstellungsmaschine werden in den Zeichnungen nicht dargestellt,
weil sie ganz und gar üblich
sind.
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Das
Strommodul 2 umfasst des Weiteren eine strikt zu dem Schaltrelais 4 zugeordnete
Wärmeabführung 5,
um thermische Konvektion zu begünstigen.
Die Abführung 5 umfasst
traditionell ein Metallelement, im allgemeinen vorgeformt aus einem gezogenen
Aluminiumprofil, das mit Umfangs-Kühlrippen besetzt ist.
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Vorteilhafterweise
umfasst gemäß der Erfindung
Vorrichtung 1 einen Grundträger 8, der das Steuerungsmodul 3 aufnimmt
und ausgelegt ist, das Strommodul 2 zu halten. Das Strommodul
ist lösbar an
dem Träger 8 befestigt.
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Der
Träger 8 bildet
im Wesentlichen einen Boden aus, so dass das Strommodul 2 implementiert und
an der Steuerungsbaugruppe oder Konsole 11 in einer vorbestimmten
räumlichen
Relation bezogen auf diese Konsole gehalten werden kann.
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Die
Tatsache, den Träger 8 als
Bodensockel auszubilden, ermöglicht
es, dass das Strommodul 2 und das Steuerungsmodul 3 nahezu
in einer Gesamtstruktur (all-in-one) angeordnet sind, die durch
strukturell unabhängige
Elemente gebildet wird, die individuell gehandhabt werden können.
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Um
einfach mit der Konsole 11 verriegelt zu werden, ist der
Träger 8 mit
herkömmlichen
Mitteln für
den Schnellanschluss an eine Führungs-
oder Halteschiene 10 ausgestattet, welche weltweit bekannt
ist und für
Steuerungsbaugruppen oder Konsolen 11 standardisiert ist.
Aus diesem Grund werden deutsche Normen, bekannt unter der Abkürzung DIN EN
50022, bevorzugt eingehalten.
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Mehrere
Träger 8 können mit
einer gleichen Führung 10 nebeneinander
liegend gekoppelt werden. Die Steuerungsgruppen 11 sind
an einer Wand angebracht oder in geeigneten Schutzboxen untergebracht,
um sich entlang einer vertikalen Ebene zu erstrecken. 5 zeigt
schematisch ein Beispiel einer Führungsbaugruppe,
die durch Zusammenbau mehrerer Vorrichtungen 1 auf einem
Satz von Kupferbalken 7 hergestellt worden ist, die sich
parallel zueinander erstrecken und von entsprechenden Stromkabeln
elektrisch unabhängig
versorgt werden.
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Gegenüberstehende
Klammern 9 sind naturgemäß an dem Träger 8 vorgesehen,
um lösbar
das Strommodul 3 zu verriegeln und dieses mit elektrischem
Strom zu versorgen. Diese Klammern 9 nehmen Kabelbäume auf,
die aus dem Gehäusekabelkanal 6 hervortreten,
wie beispielsweise derjenige, der in 5 dargestellt
ist.
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Vorzugsweise
weist der Träger 8 eine
im Wesentlichen quaderförmige
längliche
Form auf, dessen Breite kleiner oder gleich der Breite des Strommoduls 2 ist
und insbesondere kleiner oder gleich der Breite der Abführung 5 ist.
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Der
Träger 8 ist
eingefasst, um einfach das Steuerungsmodul 3 und mögliche Kabelbäume oder elektrische
Verbindungselemente aufzunehmen.
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Zur
Vervollständigung
der Beschreibung muss darauf hingewiesen werden, dass das Steuerungsmodul 3 einen
elektronischen äußeren Steuerkreis
des Relais 4 aufweisen kann, der in dem Relais 4 etliche
Hochgeschwindigkeitskommutierungen erzeugen kann, um eine Stromversorgung
zu den Widerständen
bereitzustellen oder zu unterbrechen und somit eine Thermoregulierung
der Heizbereiche der Herstellungsmaschine ermöglicht.
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In
der Praxis beinhaltet das Steuerungsmodul 3 alle komplexen
Funktionen der Vorrichtung 1, während einige einfachere Steuerungsfunktionen
außerhalb
der Vorrichtung 1 gelassen werden können, wie es aus der folgenden
Beschreibung ersichtlich wird.
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Vorteilhafterweise
ist das Steuermodul 2 an einer Vorderseite 12 des
Trägers 8 angebracht,
so dass die Abführung 5 von
dem Träger 8 hervorsteht. Diese
Lage ermöglicht
eine natürliche
Luftkonvektions-Zirkulation, um ein effizientes Kühlen sicherzustellen.
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Ein
mögliches
optionales thermisches Isolierungselement, beispielsweise eine Isolierungsplatte, kann
innerhalb des Trägers 8 zwischen
den Modulen 2 und 3 unterhalb der Wand 12 vorgesehen
sein.
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Wenn
der Träger 8 auf
der Führung 10 angebracht
ist, führt
die Längsachse
des Trägers 8 senkrecht
zu der Führung 10 und
planparallel zu der Steuerungsbaugruppe oder Konsole 11.
Die Abführung 5 ist
daher stirnseitig angebracht und erstreckt sich aus wärts. Darüber hinaus,
zurückzuführen auf
das Vorhandensein des Grundträgers,
ist die Abführung 10 in
einer vorbestimmten räumlichen
Relation bezogen auf die Schiene 10 und die zu der Führung gehörenden Kabelbäume angeordnet.
Folglich werden die Kabel und/oder deren möglichen Halte-Kabelkanäle, die
parallel zu der Führung 10 angeordnet
sind oder verlaufen, in einem Abstand von der Abführung gehalten,
der ausreichend ist, den Konvektionsfluss der Kühlluft nicht zu behindern.
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Somit
verhindert die natürliche
Konvektion der Kühlluft,
die sich vom Boden nach oben entlang des Weges P erstreckt, so wie
es deutlich in 4 gezeigt wird, dass das Steuerungsmodul 3 durch
die Abführung überhitzt
wird.
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Gemäß der Erfindung
nimmt der Träger 8 auch
einen Anschluss 14 für
die elektrische Versorgung des Steuerungsmoduls 3 auf.
Dieser Anschluss 14 ist an der Vorderseite 12 vorgesehen
und ermöglicht,
dass das Steuerungsmodul 3 an die Kabelbäume angeschlossen
werden kann, die in dem Kabelkanal 6 untergebracht sind.
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In
der Praxis, wie es aus der obigen Beschreibung ersichtlich wird,
umfasst die Vorrichtung 1 im Wesentlichen: einen Träger 8,
der als Grundsockel dient und der das Steuerungsmodul 3 beinhaltet, das
Strommodul 2, das an dem Träger 8 gehalten wird,
die Anschlüsse 14 und
die Klammern 9, die eine Gesamtstruktur bilden, wobei die
Hauptelemente, beispielsweise die Module 2 und 3,
strukturell unabhängig
sind und individuell betätigt
werden können. In
der Praxis ist es einfach, einen möglichen Fehler oder Schaden
eines der Strom- oder Steuerungsmodule durch ein schnelles Ersetzen
des beschädigten Moduls
zu beseitigen. Daher ist auch der einfache Austausch des Strommoduls 3 durch
ein Modul größerer oder
kleinerer Breite einfacher.
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Einige
besondere Anwendungen erfordern ein Schutzelement, um sowohl die
Vorrichtung 1 zu trennen oder zu unterteilen, als auch
das elektrische Versorgungsnetz zu schützen, das damit verbunden ist. 4 zeigt
beispielsweise einen Sicherungskasten 15, der eine Trennsicherung
beinhaltet, welche in Reihe zu der Vorrichtung 1 geschaltet
ist. Alternativ kann eine Schutzvorrichtung vorgesehen sein, beispielsweise
ein magnetothermischer Schutz des Strommoduls 2.
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In
vorteilhafter Weise erlaubt das Vorsehen einer zusammengesetzten
Struktur, die den Träger 8 und
das Strommodul 2 in einer einzigen Gesamtvorrichtung 1 umfasst,
dass eine eingebettete Gehäusestruktur 16 des
Sicherungskasten 15 auch vorgesehen werden kann, wobei
die Struktur geeignet ist für eine
modulare Anordnung durch Schnellanschluss mittels eines geeigneten
Anschlusses, der an einem Ende des Trägers 8 angeordnet
ist und sich im wesentlichen längs
der Vorrichtung 1 erstreckt.
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Weitere
Zusatzelemente der Vorrichtung 1 könnten daher innerhalb eines
kastenförmigen
Gehäuses 16 vorgesehen
sein, so wie der Sicherungskasten 15.
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Zur
Vervollständigung
der Beschreibung wird darauf hingewiesen, dass die Steuerungsmodule 3 wechselseitig
parallel geschaltet sein können,
abhängig
von den Bedürfnissen
des Anwenders oder von der spezifischen Anwendung der Steuerungs- und
Führungsvorrichtung 1,
beispielsweise durch einen in jedem Träger 8 enthaltenen
Anschluss an eine mehrfache Bus-artige elektrische Verbindung 17. Dieser
Bus 17 kann teilweise innerhalb des Kastengehäuses des
Trägers 8 versteckt
sein und in der Nähe
des anderen Anschlusses 14 durch einen Seitenschlitz vorgesehen
sein.
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Zusätzlich ist,
um eine Verbindung jeder Vorrichtung 1 zu einem rechnergestützten Steuerungssystem
zu ermöglichen,
das, da es herkömmlich
ist, nicht gezeigt wird, ein weiterer serieller oder paralleler
Anschluss 18 vorgesehen, wobei der Anschluss an einem Ende
des Trägers 8 angebracht
ist und innerhalb des Steuerungsmoduls 3 angeschlossen
ist.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
löst wirkungsvoll
das technische Problem und erzielt einige Vorteile, wobei der erste
Vorteil sicherlich darin zu sehen ist, dass sie eine minimale Anzahl
von unterschiedlichen komplexen Elementen umfasst, was darauf zurückzuführen ist,
dass die Strom- und Steuerungsmodule von herkömmlicher Art sind und von genau
notwendiger Anzahl sind.
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Ein
weiterer Vorteil ist die Einfachheit der Führungsbaugruppe oder der Konsole,
was darauf zurückzuführen ist,
dass es nur wenige einfache Elemente wie die Vorrichtungen gemäß der Erfindung aufnehmen
muss.
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Letztlich
ist zu beachten, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung für einen
einfachen Teileaustausch aufgrund von Ausfall oder regelmäßiger Wartung
geeignet ist; sie erlaubt eine effiziente thermische Dissipation
und eine wesentliche Einfachheit in den elektrischen Verbindungen
zwischen den Modulen verschiedener Widerstände.