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You are here: Optris JP用途技術記事Temperature controlled with pinpoint accuracy (KraussMaffei)

 

パイロメーターを使用して高品質なパーツを作る―バツグンの精度で温度を制御

多くの業界でプラスチック部品は非常に重要な存在です。常に新たな製造技術と素材の組み合わせが開発されており、特に自動車工学などの厳しい用途が求められる部門で顕著です。強靭でありながら非常に軽量の繊維強化熱可塑性プラスチックがこの典型的な例と言えます。

 

自動車工学も繊維強化熱可塑性プラスチックが活躍する可能性を持った分野の一つです。この素材でできた部品は高度の力学的性質を持ち、複雑な形態になる可能性もありますが、軽量さはそのままです。射出成形テクノロジーの登場で製造者は望みの素材を使って、思い通りのデザインを実現できるようになりました。また、製品に金属パーツを導入することも可能になりました。同時にこのテクノロジーがサイクルタイムの短縮も可能にしたため、大きなシリーズを製造するときに非常に役に立っています。

新たな製造技術は正確な温度モニターを必要とする

Logo of KraussMaffei
Our partner is internationally synonymous with future-oriented and cross-technology system and process solutions

当社のパートナーは未来志向クロステクノロジー・システム、プロセル・ソリューションの代名詞として世界的に知られています

 

ファイバーフォーム工程で有名なクラウス・マッファイは、このようなパーツ製造の品質標準を高める新たな技術を開発しました。オルガノシートとして知られる強靭な繊維強化熱可塑性プラスチックの半仕上げ製品が、この技術の母材です。この大判の半仕上げ製品の素材は、熱可塑性物質の土台にガラス、カーボン、アラミド、複合繊維層が埋め込まれたもので、ポリアミドやポリプロピレンなどがあります。

 

このオルガノシートは、射出成形金型に戻す前に、加熱してから希望の形に熱成形します。このファイバーフォームの最初のステップである半仕上げ製品を加熱することが大変重要で、この全工程を成功裏に収めるにはオルガノシートの表面全体の温度を均一に保つことが必須です。このシートが加熱されるのは赤外線ラジエーターが付いた特殊な炉です。このステップには重要な点が2つあります。オルガノシートはできるだけ短時間で加熱する必要があり、シートの前面の温度は必ず均一でなくてはなりません。

 

Heating up the semi-finished products
クラウス・マッファイのこの赤外線加熱システムでは、半仕上げ製品が規定の温度まで加熱されます。赤外線放射温度計は奥まった場所(白い矢印)に設置されます。

 

新たな測定と制御テクノロジー

Screenshot of the operating unit.
測定結果は赤外線カメラでも照合されます。

クラウス・マッファイはこの工程に特化した赤外線加熱技術を開発し、オルガノシートの高速で均一な加熱を実現しました。標準バージョンでは、加熱システムの大きさに合わせて最高72台の赤外線ラジエーターをつなげることが可能です。「各赤外線ラジエーターを稼働する温度コントローラーの開発は大きなチャレンジでした」と、生産管理責任者であるメスト・セティン博士が説明します。同博士は革新的な新軽量製品を誕生させた張本人です。

 

市販されている既存の温度コントローラではこのタスクを実行できなかったのです。「標準的な温度コントローラーは1台の赤外線パイロメーターとつながって温度を測定し、加熱場所の温度制御を行います」と、新製品開発に携わる開発エンジニアのクリスチャン・ヘルマンが付け加えます。「この方法では、半仕上げ製品を素早く加熱するも、表面全体の温度を均一に保つことも不可能でした」 作業時間とコントローラーの標準的なデザインではこのタスクを行うことも、市場の需要を満たすこともできませんでした。その上、標準的なコントローラーでは、複数のサイクルで加熱するシステム全体を俯瞰して考慮するには不十分だったのです。

専門製造社が作った強靭なパイロメーター

最終的にオプトリスのCT LT22パイロメーターを使用することになりました。ヘルマンがその決定に至った経緯を次のように説明します。

「我々が考えていた用途でこのパイロメーターを使用するとメリットが大きいのです。
非常にコンパクトで、赤外線ラジエーターの周辺に 充満する高温の外気温度にも持ちこたえる耐久性があり、
我々の用途は外気温度の非常に高い環境なわけです」

このパイロメータの重要な点は2つあります。一つ目はは14ミリメートルというコンパクトなセンサーヘッドで、これは冷却せずとも180℃までの環境で使用できます。二つ目は遠隔電子システムで、ここでパラメーターを設定できるのですが、これはセンサーからかなり離れた場所にインストールできる利点があります。

 

このような特殊な用途では、電子システムは赤外線加熱システムの外側にインストールされます。このセンサーヘッドはオプションで空気パージカラーを装備でき、光学レンズのほこりやミスト散布の汚れを防ぐことが可能です。「コンパクトなデザインに加え、この特性が我々にとって重要でした。プラスチック工業に大量のほこりは付き物ですので」と、ヘルマンが指摘します。

インテリジェント制御テクノロジー

Screenshot of the user interface at the plant.
工場のユーザー・インターフェース。

新たな加熱システムの温度を制御するためのソフトには、閉ループシステムが外部に一つ、内部に複数含まれています。まず最初に、一つのパイロメーターが各加熱ゾーンを指定します。次に外部の閉ループシステムが全体の温度をモニターし、その最中に各ゾーンが相互に与える影響に注意します。工業用PCが温度制御ハードウェアとなります。標準装備されているオプトリスのパイロメーターが4〜20mAの電流アウトプット経由で接続されます。

 

クラウス・マッファイが開発した赤外線加熱テクノロジーは、ハード面でもソフト面でも製造工場に統合可能です。機械的視点で考えると、標準的なユーロマップ18インターフェース経由で射出成形機械に接続されるクラウス・マッファイの赤外線加熱テクノロジーは、すでにインストールされている射出成形機械に導入できることになります。この赤外線加熱システムのハードとソフト両面のソリューションによって、射出形成機械のコントローラーとの交信も滞りなく行えるため、クラウス・マッファイMC6射出成形機械のコントローラーにこの加熱テクノロジーを導入できるわけです。

安定した連続生産

この赤外線加熱テクノロジーはオルガノシート全体を均一に加熱できるだけなく、加熱時間が非常に短いことも特徴です。連続生産を行う場合、加熱炉を安定させて稼働することに加えて、加熱時間が非常に重要なポイントとなります。

これは制御テクノロジーと機械学にとっての成果とも言えます。最悪のケースでも、パイロメーターの一つに不具合が発生すると、製造工程全体を停止できます。そのため、信頼性コンポーネントは絶対的に不可欠なのです。

「オプトリスのパイロメーターを使用していて、
使い始めたのが2010年ですが、
これまで一度も不具合が生じたことがありません」

 

と、セティン博士が彼らのオプトリスの温度測定テクノロジー導入に関して非常に好意的な発言をしています。

 

一目瞭然の長所

 

  • コンパクトなデザインの赤外線放射温度計:非常に幅広い用途で使用可能
  • 電子装置とセンサーヘッドが分離しているため、外気温度が高い場所でも配置可能
  • 空気パージカラーにより過酷な現場での使用も可能
  • フェイルセーフセンサーにより均一的な温度管理が可能
  • 非接触型センサーなので簡単に工程システムに統合可能

著者

工学博士メズット・セティン、クラウス・マッファイ 生産管理責任者

 

クリスチャン・ヘルマン、クラウス・マッファイ  開発エンジニア 軽量構造

 

工学者トルステン・チェッハ、オプトリス 生産管理責任者

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Maik Lippe

Dipl.-Ing. Maik Lippe

Tel.: 030 / 500 197-0
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