AT394970B - Verfahren zum spritzgiessen von thermoplastischen kunststoffen - Google Patents

Description

AT 394 970 B

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spritzgießen von thermoplastischen Kunststoffen aus einer eine verschiebbare Schnecke aufweisenden Spritzgießmaschine in ein Werkzeug, dessen auf einer anderen Spritzgießmaschine gewonnenes, für diese optimales Einspritz-Geschwindigkeitsprofil bekannt ist, unter Umsetzung der für eine erste Spritzgießmaschine definierten optimalen Kennwerte auf die vorliegende Spritzgießmaschine. 5 Der flexible Spritzgießbetrieb erfordert ein häufiges Wechseln der Werkzeuge. Für eine weitere Serie von in einem Werkzeug zu fertigenden Spritzlingen steht jedoch nicht immer die gleiche Spritzgießmaschine zur Verfügung, auf der bereits günstige Kennwerte, insbesondere ein optimales Einspritz-Geschwindigkeitsprofil, ermittelt wurden. Es wird vielmehr aus der Anzahl der zur Disposition stehenden Spritzgießmaschinen eine für den vorliegenden Fall zweckmäßige Maschine ausgewählt. Wird nun das vorgegebene Werkzeug auf einer weiteren 10 Spritzgießmaschinebenutzt, somuß üblicherweise derSpritzvorgangzurErzielungdergleichenFormteileigenschaften erneut optimiert werden, denn die Formteileigenschaften werden u. a. durch den Formfüllvorgang, den Nachdruckvorgang, die Massetemperatur u. dgl. beeinflußt. Aus dem für eine oste Spritzgießmaschine optimierten Formfüllvorgang ergab sich ein definiertes Schneckenvorlauf-Geschwindigkeitsprofil. Wird die gleiche Form jetzt auf einer anderen Spritzgießmaschine benutzt, so gilt es, für diese ein äquivalentes Einspritz-Gesch windigkeitsprofil 15 zu ermitteln, das zu dem gleichen werkzeugbezogenen, optimierten Formfüllvorgang führt.

Mit der Beendigung des Formfüllvorganges wird die Nachdruckphase eingeleitet. Das Umschalten vom Einspritzen auf den Nachdruck kann weg-, zeit- oder druckabhängig erfolgen. Unabhängig davon, von welchen Größen die Durchführung der Umschaltung abhängig gemacht wird, ist stets die werkzeugbezogene Einspritzzeit bzw. Formfüllzeit die richtige physikalische Bezugsgröße. 20 Zum Stande der Technik gehört es, die Einspritzgeschwindigkeit entlang des Schneckenweges in die

Steuerungsvorrichtung einzugeben und ggfs, graphisch darzustellen. Da diese Steuerung zeitabhängig abläuft, kann das Geschwindigkeits-Weg-Profil des Schneckenvorlaufes jederzeit auch ohne wesentlichen Aufwand als Geschwindigkeits-Zeit-Profil dargestellt und verarbeitet werden.

Nach der DE-PS 35 24 310 ist es bekannt, eine Schneckenweg-Zeit-Kurve mit der werkzeugbezogenen 25 Einspritzzeit zu speichern und durch Normierung der zurückgelegten Wegeinheiten eine Umrechnung auf optimale

Werte für eine weitere Maschine zu ermöglichen. Das hier angegebene Verfahren jedoch erweist sich als relativ umständlich und erfordert einen unangemessen hohen Steuerungsaufwand.

Die Erfindung geht daher von der Aufgabe aus, aus für ein vorgegebenes Werkzeug auf einer ersten Maschine ermittelten optimalen Kennwerten schnell, einfach und automatisiert entsprechende optimale Kennwerte zum 30 Betriebe des Werkzeuges auf einer zweiten Maschine aufzufinden.

Gelöst wird diese Aufgabe, indem a) das für die vorbenutzte Spritzgießmaschine bekannte optimale Einspritz-Geschwindigkeitsprofil manuell und/oder vermittels von Datenträgern in die Steuerungsvorrichtung der zu benutzenden Spritzgießmaschine eingegeben wird, b) die Spritzgießmaschine mit einem beliebigen, verträglichen Einspritz-Geschwindigkeitsprofil betrieben wird, wobei die sich ergebende Einspritzzeit durch multiplikative Änderung des Einspritz-Geschwindigkeitsprofiles der der ersten Spitzgießmaschine angepaßt wird, c) als Quotient der mittleren integralen Einspritz-Geschwindigkeitsprofile ein Anpassungsfaktor K\ 45

V

A gebildet wird, 50 d) in der Steuervorrichtung der Spritzgießmaschine, das optimale Einspritz-Geschwindigkeitsprofil dieser Spritzgießmaschine für die zu füllende Form aus der Umrechnung Vß(t) = Ky. V^(t) gebildet wird und durch eine weitere Umrechnung aus (Vg(t)) das zugehörige Einspritz-Wegprofil entwickelt wird.

Als vorteilhafterweist es sich hierbei, daß das optimierteEinspritz-Geschwindigkeitsprofil (Vg (t)) sowohl schnell ermittelbar ist als auch praktisch automatisiert erhaltbar ist. Verändert sich aus irgendwelchen Gründen die Einspritzzeit, so läßtsich das gesamteEinspritz-Geschwindigkeitsprofil multiplikativ über nureinen Korrekturfaktor leicht abändem, bis die optimierte Einspritzzeit wieder erreicht ist. Damit wird nicht nur eine kurze Rüstzeit der mit dem Werkzeug versehenen Spritzgießmaschine erreicht, die gefundenen optimalen Werte lassen sich auch leicht und mit geringem Aufwande aufrechterhalten, auch wenn Störgrößen auf treten und/oder Änderungen von Betriebsgrößen sich bemerkbar machen. -2- 55

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Eine Angleichung der auf der zweiten Spritzgießmaschine erhaltenen Einspritzzeit an den vorgegebenen Wert läßt sich schnell und einfach erreichen, indem während des Betriebes die Einspritzzeit der zweiten Spritzgießmaschine gemessen und auf den vorgegebenen ersten Wert eingeregelt wird, indem das ermittelte Einspritz-Geschwindigkeitsprofil vorzugsweise multiplikativ korrigiert wird. S Der Beginn und das Ende der Einspritzzeit läßt sich hierbei relativ einfach und genau mittels des Weg-Zeit-

Signalgebers der zweiten Spritzgießmaschine ermitteln, indem die Ableitung des Schneckenweges nach derZeit (ds/ dt) gebildet wird und das erste Unterschreiten eines ersten Grenzwertes als Beginn und das erste Überschreiten eines zweiten Grenzwertes als Ende der Einspritzzeit der zweiten Spritzgießmaschine gewertet werden.

Beginn und Ende der Einspritzzeit lassen sich aber auch entsprechend einfach und genau vermittels eines durch 10 den thermoplastischen Kunststoff beaufschlagten Drucksignalgebers ermitteln, indem das erste Überschreiten einer ersten vorgegebenen Druckschwelle als Beginn und das erste Überschreiten einer zweiten, höheren Druckschwelle als Ende der Einspritzzeit gewertet werden.

Beginn und Ende der Einspritzzeit lassen sich ferner relativ einfach und genau vermittels eines durch den thermoplastischen Kunststoff beaufschlagten Drucksignalgebers ermitteln, indem mit dessen Hilfe die Ableitung des 15 Druckes nach der Zeit ermittelt wird, wobei der Beginn des Einspritzvorganges durch das Erreichen eines ersten Schwellwertes und das Ende durch das Überschreiten eines zweiten, höheren Schwellwertes gegeben sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 auf die Zeit bezogene Einspritz-Geschwindigkeitsprofile, Fig. 2 den Formfüllvorgang in Abhängigkeit vom Schneckenweg und Fig. 3 die beim Füllen der Form auftretenden Druckverhältnisse. 20 Bei der Beschreibung wird davon ausgegangen, daß ein bestimmtes Werkzeugbereits auf einer Spritzgießmaschine (A) gefahren wurde, und daß hierbei die für diese Spritzgießmaschine charakteristischen optimalen Kennwerte, insbesondere das Einspritz-Geschwindigkeitsprofil sowie die Einspritzzeit, ermittelt wurden. Es wird weiterhin davon ausgegangen, daß dieses Werkzeug nunmehr auf eine andere, abweichende Eigenschaften aufweisende Spritzgießmaschine (B) aufgespannt werden soll. Da das gesonderte Ermitteln optimaler Kennwerte sich als relativ 25 umständlich und zeitraubend erweist, soll von den auf der Spritzgießmaschine (A) ermittelten Werten ausgegangen werden. Hierfür hat sich als vorteilhaft das folgend beschriebene Vorgehen erwiesen:

Zunächst wird das optimierte Einspritz-Geschwindigkeitsprofil (VA(t)), das im Zusammenwirken mit der Spritzgießmaschine(A)ermitteltwurde, in dieSteuervorrichtung der Spritzgießmaschine (B)eingegeben.DasEingeben dieses Geschwindigkeitsprofiles kann manuell erfolgen; vereinfacht wird es jedoch, wenn es vermittels von 30 Datenträgern vorgegeben wird.

Gleichzeitig wird aber auch das Werkzeug mit einem beliebigen Einspritz-Geschwindigkeitsprofil der Maschine (B) gefüllt, und es wird hierbei die für dieses Profil geltende Einspritzzeit (t^) ermittelt. Bei diesem beliebigen Einspritz-Geschwindigkeitsprofil ist nur darauf zu achten, daß es maschinen- und werkzeugverträglich ist, so daß keine Gefährdungen auftreten. Besonders einfache Verhältnisse ergeben sich jedoch, wenn ein konstantes 35 Geschwindigkeitsprofil benutzt wird. Durch multiplikative Veränderung des benutzten Profiles wird dieses dann so lange abgeändert, bis die gleiche Einspritzzeit (t£ß) erreicht wird, die beim Betriebe der Spritzgießmaschine (A) als Einspritzzeit (tg^) vorlag. Wird mit einem konstanten Einspritz-Geschwindigkeitsprofil gearbeitet, so ergibt sich die multiplikative Änderung als Verhältnis der erzielten Einspritzzeiten so daß besondere weitere An näherungsschritte nicht erforderlich sind. 40 Nunmehr wird aus den beiden vorliegenden Einspritzprofilen, dem optimalen Einspritzprofil der Spritzgieß maschine (A) und dem nunmehr benutzten der Spritzgießmaschine (B), jeweils eine mittlere integrale Einspritzgeschwindigkeit (VA bzw. Vg) ermittelt. Bei dem vorgegebenen Einspritz-Geschwindigkeitsprofil kann dieses bereits in der Spritzgießmaschine (A) mittels deren Steuervorrichtung bewirkt sein. Bei dem einleitenden Füllen des Werkzeuges auf der Spritzgießmaschine (B) wird das Ermitteln erleichtert, wenn bereits mit einem konstanten 45 Geschwindigkeitsprofil gearbeitet wurde. _ _

Aus den beiden mittleren integralen Einspritzgeschwindigkeiten (V^ und Vg) läßt sich sodann ein Geschwindigkeits-Anpassungsfaktor (Ky) ermitteln:

50 55 Nunmehr läßt sich das optimierte Einspritz-Geschwindigkeitsprofil für die Spritzgießmaschine (B) leicht über die folgende Beziehung Vg(t) = Ky. V^(t) errechnen. Zur Übertragung in die Maschinensteuerung wird zweckmäßig nochmals eine Umrechnung von (Vg(t)) in (Vg(s)) ermittelt. Damit ist mit relativ wenig Arbeitsgängen, -3-

AT394 970B welche durch die Steuervorrichtung der Maschine mit nur geringer Hilfe durchgeführt werden können, ein Geschwindigkeits-Anpassungsfaktor ermittelt, mit dessen Hilfe das ursprüngliche optimierte Einspritz-Geschwindigkeitsprofil für die nunmehr benutzte Spritzgießmaschine umgerechnet wurde, und ebenso ist es leicht möglich,imFalledes Auftretens vonStÖreinflüssendieEinspritzzeitdurch leichtes Variieren dieses Geschwindigkeits-5 Anpassungsfaktors konstant zu halten. In der Fig. 1 sind sowohl das auf die Spritzgießmaschine (A) ermittelte Einspritz-Geschwindigkeitsprofil (1) als das zu suchende (2) der Spritzgießmaschine (B) dargestellt. Inbeiden Fällen sind mitKurven (3 und 4) die mittleren integralen Einspritzgeschwindigkeiten (VA und Vß) dargestellt, deren Quotient den Geschwindigkeits-Anpassungsfaktor (Ky) ergibt.

Wird nunmein: das Einspritz-Geschwindigkeits-Profil (Vg(t)) der Kurve (2) mit diesem Anpassungsfaktor (Ky) 10 multipliziert, so geht die Kurve (2) in die Kurve (1) über, und das gewünschte Einspritzgeschwindigkeits-Profil für die Maschine (B) ist gefunden.

In der Praxis können jedoch in einer Fertigungsreihe Abweichungen der innerhalb eines Spritzzyklus ermittelten Einspritzzeit (tg^) von der vorgegebenen Einspritzzeit (tRR) auftreten. Gründe hierfür können abgewandelte Materialeigenschaften, etwas variierte Temperaturen, Drucke oder andere Parameter sein. Zweckmäßig wird hier 15 eine Regelvorrichtung vorgesehen, welche, bspw. durch geringfügiges Variieren des Einspritz-Geschwindigkeits-Profiles durch einen im Bereiche des Wertes 1 liegenden Faktor, auf vorgegebene bestimmte Werte einregelt. Hierzu ist ebenso wie für die Bestimmung der Nachdruckphase wesentlich, die Einspritzzeit bzw. den Beginn sowie das Ende des Formfüllvorganges eindeutig zu bestimmen. Grundsätzlich ergeben sich hierzu mehrere Möglichkeiten.

Die erste dieser Möglichkeiten geht davon aus, daß praktisch jede geregelte Spritzgießmaschine über einen Weg-20 Zeit-Signalgeber verfügt, mittels dessen sich die Weg-Zeit-Kurve des Formfüllvorganges darstellen läßt. Eine solche

Kurve ist beispielhaft im Diagramm der Fig. 2 dargestellt. Der Abschnitt (5) der Kurve zeigt die konstante Stellung der Schnecke bis zum Beginn des Formfüllvorganges an. Zum Füllen des Werkzeuges wird die Schnecke axial verschoben, so daß sich zwischen dem Beginn (ts) und dem Ende (tf) der Formfüllzeit ein fallender Kurvenabschnitt (6) ergibt Nach Füllen der Form wird die Schnecke nicht weit» oder, durch Leckverluste bestimmt nur so 25 geringfügig weiter vorgeschoben, daß während der Nachdruckzeit ein Kurvenabschnitt (7) praktisch konstanter Amplitude folgt. Die Abszissen (tg) sowie (tf) zeichnen sich hierbei dadurch aus, daß die Steigung der Kurve sich relativ spontan ändert Im z. Zt (tg) gehörenden Punkte wirkt sie negativ, z. Zt (tf) geht sie gegen Null. Damit läßt sich aus den vom Weg-Zeit-Signalgeber abgegebenen Signalen die Ableitung des Weges nach der Zeit ermitteln, und durch Überwachung dieser Ableitung ergibt sich beim Unterschreiten eines vorgegebenen negativen Schwellwertes 30 die Anfangszeit (ts) des Formfüllvorganges, beim Überschreiten eines weiteren, negativen Schwellwertes ergibt sich das Ende (tf) der Formfüllzeit Das Unterschreiten eines nicht zu geringen negativen Schwellwertes sowie das anschließendeÜberschreiteneinesSchwellwertesempfehlensich,da,bspw.durchLeckvorgängeoderKompressibilität bedingt, geringe Neigungen schon auftreten können, ehe der eigentliche Vorgang des Füllens des Werkzeuges beginnt. In der Fig. 2 sind diese Grenzwerte der Steigung aus Veranschaulichungsgründen übergroß gewählt und als 35 zu den Zeiten (ts und tf) an die dargestellte Kurve gelegte Tangenten (8 und 9) veranschaulicht.

Es gibt jedoch noch weitere Möglichkeiten, Anfang und Ende der Einspritzzeit exakt zu bestimmen. So kann bspw. der beim Spritzen auftretende Druck mittels eines Drucksignalgebers überwacht werden, der an den Hydraulikzylinder der Spritzeinheit angeschlossen sein kann und dar treibenden Druck mißt, der an den Düsenkopf angeschlossen oder in ihm untergebracht ist und den dort auftretenden Druck registriert, oder der angußnah am bzw. 40 im Werkzeug selbst vorgesehen ist und angußnah den im Formnest oder Angußkanal auftretenden Druck erfaßt. Diagrammatisch ist das Meßergebnis eines an den Hydraulikzylinder der Spritzeinheit angeschlossenen Drucksignalgebers in Fig. 3 inklusive des Nachdrucks durch die Kurve (10) veranschaulicht, während im Düsenkopf angeordnete Drucksignalgeber Druckverhältnisse entsprechend der Kurve (11) ergeben können und im Werkzeug angußnah die Kurve (12) ermittelbar ist. 45 Die tatsächlich auftretenden Verhältnisse werden in Verbindung mit der Kurve (10) erläutert. Vor Beginn des Füllens der Form ergibt sich ein Kurvenabschnitt (13), der praktisch drucklos ist. Bei Beginn des Einspritzens steigt zunächst der Absolutwert des Druckes im Abschnitt (14) erheblich und mit starker Steigung an, bis sich eine stationäre Phase des Formfüllens im Abschnitt (15) anzeigt, der einen nur schwach weit» steigenden Druck verzeichnet. Bei Vollendung des Füllens d» Form »gibt sich nochmals ein steil», starker Druckanstieg im Kurven-50 abschnitt (16) bis auf d»i zunächst konstanten, durch den Kurvenabschnitt (17) veranschaulichten höheren Nachdruck, an den sich später nach vorgegebener Abkühlung ein asymptotischer Druckabfall (18) gegen Null ergibt Hier bieten sich zunächst die Möglichkeiten, den Beginn (t$) sowie das Ende (tf) der Einspritzzeit (tRR) durch das Üb»schreiten vorgegebener Druckpotentiale festzustellen. Beim Üb»$chreiten einer ersten, relativ niedrigen Druckschwellesindd»BeginnundmitErreichen ein» wesendichhöherenDruckschwelle das Endeder Einspritzzeit 55 bezeichnet Es besteht ab» auch die Möglichkeit auch hier im Mikrocomputer d» Steuervorrichtung Ableitungen des Druckes nach der Zeit zu bilden und das erste Überschreiten einer ersten Steilheitsschwelle als Kriterium des Beginns (ts) zu werten. Als Kriterium des Endes (tf) »gibt sich entweder die Kombination des Überschreitens einer -4-

Claims (5)

1. AT 394 970 B zweiten Steilheitsschwelle in Verbindung mit dem Überschreiten eines höheren Druckpotentiales, oder aber das Überschreiten einer zweiten Steilheitsschwelle nach Durchlaufen eines Steilheitsminimums. Die nach einem dieser Verfahren vorgenommenen Zeitmessungen ergeben als Differenz die Zeitdauer (tgb) des Einspritzvorganges und damit die Formfüllzeit. Die Zeit (t^e) gibt zusätzlich den Beginn des Nachdruckes an. 5 Die Einspritzzeit wird zunächst einmal von der Spritzgießmaschine (A) als vorgegebener Wert übernommen, und, wie beschrieben, wird das optimnale Einspritz-Geschwindigkeitsprofil der Maschine (A) mittels des Anpassungsfaktors (Ky) an die Maschine (B) so angepaßt, daß sich gleiche Einspritzzeiten ergeben. Sowohl in der Einlaufzeit als auch während des Betriebes werden jedoch laufend der Beginn und das Ende der Einspritzzeit und damit die Dauer der Einspritzzeit überwacht. Durch entsprechende Regelung wird diese Einspritzzeit konstant 10 gehalten. Wird also in einem Spritzzyklus eine zu lange Einspritzzeit gemessen, so wird für den folgenden Zyklus das Einspritz-Geschwindigkeits-Profil multiplikativ geringfügig erhöht, so daß die aufgetretene Zeitdifferenz im nächsten Zyklus behoben ist. Gleichartig wird beim zu schnellen Füllen des Werkzeuges das Einspritz-Geschwindigkeits-Profil für den nächsten Zyklus geringfügig multiplikativ erniedrigt, so daß auch hier die aufgetretene Differenz ausgeglichen wird und im folgenden Zyklus die vorgegebene Einspritzzeit gesichert ist. 15 Damit werden die einmal übertragenen und ermittelten Verhältnisse über lange Betriebszeiten gesichert und jeweils optimale Spritzlinge erreicht. 20 PATENTANSPRÜCHE 25 1. Verfahren zum Spritzgießen von thermoplastischen Kunststoffen aus einer eine verschiebbare Schnecke aufweisenden Spritzgießmaschine in ein Werkzeug, dessen auf einer anderen Spritzgießmaschine gewonnenes, für diese optimales Einspritz-Geschwindigkeitsprofil bekannt ist, unter Umsetzung der bereits gewonnenen optimalen 2Q Kennwerte auf die vorliegende Spritzgießmaschine, dadurch gekennzeichnet, a) daß das für die vorbenutzte Spritzgießmaschine (A) bekannte optimale Einspritz-Geschwindigkeitsprofil (V^ = f(t)) manuell und/oder vermittels von Datenträgern in die Steuerungsvorrichtung der zu benutzenden Spritzgießmaschine (B) eingegeben wird, 35 b) daß die Spritzgießmaschine (B) mit einem beliebigen, verträglichen EmspritzOeschwindigkeitsprofil (Vb) betrieben wird, wobei die sich ergebende Einspritzzeit (tgb) durch multiplikative Änderung des Einspritz-Geschwindigkeitsprofiles, der der osten Spritzgießmaschine (A) angepaßt wird (tgA = tgb), c) daß als Quotient der mittleren integralen Einspritz-Geschwindigkeitsprofile ein Anpassungsfaktor 40

   45 gebildet wird, 50 d) daß in der Steuervorrichtung der Spritzgießmaschine (B) das optimale Einspritz-Geschwindigkeitsprofil (Vg(t)) dieser Spritzgießmaschine für die zu füllende Form aus der Umrechnung Vg(t)=Ky. V^(t) gebildet wird und durch eine weitere Umrechnung aus (Vß(t)) das zugehörige Einspritz-Wegprofil (VB(s)) entwickelt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Betriebes die Einspritzzeit (tEb) gemessen und auf den vorgegebenen festen Wert (tgB = tg^) eingeregelt wird, indem das ermittelte Einspritz-55 Geschwindigkeitsprofil (Vß(t)) vorzugsweise multiplikativ korrigiert wird. -5- AT 394 970 B
3. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Beginn (ts) und das Ende (tf) der Einspritzzeit (tEg) mittels des Weg-Zeit-Signalgebers der Spritzgießmaschine ermittelt werden, indem die Ableitung des Schneckenweges nach der Zeit (ds/dt) gebildet wird und das erste Unterschreiten eines ersten Grenzwertes (-aj) als Beginn (tg) und das erste Überschreiten eines zweiten Grenzwertes (-a2) als Ende (tf) der Ein- 5 spritzzeit (tgjj) gewertet werden.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Beginn (ts) und das Ende (tf) der Einspritzzeit (tgg) vermittels eines durch den thermoplastischen Kunststoff beaufschlagten Drucksignalgebers ermittelt werden, indem das oste Übraschreiten einer ersten vorgegebenen Druckschwelle (pj) als Beginn (ts) und 10 das raste Überschreiten einer zweiten, höheren Druckschwelle (p2) als Ende (tf) der Einspritzzeit (tEb) gewertet werden.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Beginn (ts) und das Ende (tf) der Einspritzzeit (tgjj) vermittels eines Drucksignalgebers ermittelt werden, mit Hilfe dessen die Ableitung des Druckes 15 nach der Zeit (dp/dt) ermittelt wird, wobei der Beginn (ts) des Einspritz vorganges durch das Erreichen eines ersten Schwellwertes und das Ende (tf) durch das Überschreiten eines zweiten, höheren Schwellwertes gegeben sind. 20 Hiezu 1 Blatt Zeichnung 25 30 35 40 45 50 -6- 55