AT403328B

AT403328B - METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING AN INJECTION MOLDING PROCESS

Info

Publication number: AT403328B
Application number: AT237492A
Authority: AT
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 1991-12-07
Filing date: 1992-12-01
Publication date: 1998-01-26
Also published as: ATA237492A; FR2684592A1; DE4140392C2; JPH05253984A; DE4140392A1

Description

AT 403 328 BAT 403 328 B

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Regelung eines Spritzgießprozesses, insbesondere für thermoplastische Kunststoffe, bei dem der Druck, vorzugsweise der Forminnendruck im Spritzgießwerkzeug, erfaßt wird und eine Umschaitung von einer Einspritzphase in eine Nachdruckphase bei einem bestimmten Umschaltdruck erfolgt, sowie einer Spritzgießvorrichtung, die mindestens die Baugruppen einer an sich bekannten Spritzgießmaschine und ein Spritzgießwerkzeug enthält, mit einer Regelschaltung, die insbesondere nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet. Bei einem derartigen Verfahren zur Herstellung thermoplastischer Kunststoffteile ist es aus der DE-OS 38 38 909 bekannt, den Druck im Spritzgießwerkzeug zu erfassen und zu einer bestimmten Zeit vom Spritzdruck auf Nachdruck umzuschalten. Hierbei wird überwacht, ob der Umschaltpunkt innerhalb eines bestimmten Druck-Zeit-Fensters bestimmte Grenzen nicht über- oder unterschreitet. Werden die entsprechenden Vorgaben nicht eingehalten, so wird das gespritzte Teil als Ausschußteil gekennzeichnet und im Wiederholungsfälle die Spritzgießmaschine stillgesetzt.The invention is based on a method for controlling an injection molding process, in particular for thermoplastics, in which the pressure, preferably the internal mold pressure in the injection mold, is detected and a switch is made from an injection phase to a holding pressure phase at a specific switching pressure, and an injection molding device Contains at least the assemblies of an injection molding machine known per se and an injection molding tool, with a control circuit that works in particular according to the method according to the invention. In such a method for producing thermoplastic plastic parts, it is known from DE-OS 38 38 909 to detect the pressure in the injection mold and to switch from injection pressure to holding pressure at a specific time. Here it is monitored whether the changeover point does not exceed or fall below certain limits within a certain pressure-time window. If the relevant requirements are not met, the molded part is marked as a reject part and the injection molding machine is stopped in the event of repetition.

Aus der DE-OS 25 39 066 ist es bekannt, ein Druckmeßglied in Angußnähe des Werkzeuges anzuordnen und ein dem Forminnendruck proportionales Signal eine Regler zuzuführen, der entsprechend der Abweichung einer Sollvorgabe den Hydraulikdruck der Spritzgießmaschine im Sinne einer Minimierung der Abweichung verändert und gegebenenfalls die Nachdruckphase abschaltet. Für dieses Verfahren ist es nötig, eine Sollkurve vorzugehen, die unter anderem vom Material, Werkzeug und Formteil abhängt.From DE-OS 25 39 066 it is known to arrange a pressure measuring element near the sprue of the tool and to supply a signal proportional to the internal mold pressure to a controller which changes the hydraulic pressure of the injection molding machine in accordance with the deviation from a target specification in order to minimize the deviation and, if appropriate, the holding pressure phase switches off. For this process, it is necessary to proceed with a target curve that depends, among other things, on the material, tool and molded part.

Im Artikel "Einfluß der Verarbeitungsparameter auf die Qualität von Spritzgußteilen” von G.Maier (PLASTverarbeiter 33. Jahrgang 1982 Nr.3, Seiten 253 ff) wird für Qualitätsspritzguß der Einsatz einer Werkzeug-Innendruck-abhängigen Druckschaltung empfohlen. Dazu wird von Spritz- auf Nachdruck ungeschältst, sobald ein vorgegebener Druck im Formnest erreicht wird.In the article "Influence of processing parameters on the quality of injection molded parts" by G.Maier (PLAST processing company, 33rd year 1982, No. 3, pages 253 ff), the use of a pressure circuit dependent on the mold pressure is recommended for quality injection molding. To do this, unshifted from spray to holding pressure as soon as a predetermined pressure is reached in the mold cavity.

In der DE-OS 3 738 248 wird ein Verfahren zur reproduzierbaren Werkzeugfüllung mit reagierenden Formmassen beschrieben, wobei der Forminnendruck während der Nachdruckphase gemessen und zur Steuerung oder Regelung des Formfüllzustandes herangezogen wird. Der Anstieg des Forminnendrucks wird durch die Aufheizung der Formmasse und der damit bedingten Volumenexpansion in der Nachdruckphase bewirkt. Durch das Auswerten des Druckanstiegs läßt sich dann die nächste Befüllung der Form optimieren.DE-OS 3 738 248 describes a process for reproducible mold filling with reactive molding compounds, the internal mold pressure being measured during the holding pressure phase and used to control or regulate the mold filling condition. The increase in the mold pressure is caused by the heating of the molding compound and the resulting volume expansion in the holding pressure phase. The next filling of the mold can then be optimized by evaluating the pressure increase.

Das vorgeschlagene Verfahren sieht eine Drucküberwachung erst in der Nachdruckphase vor und das Ergebnis der Überwachung findet erst in der nächsten Formfüllung Anwendung.The proposed method provides for pressure monitoring only in the post-pressure phase and the result of the monitoring is only used in the next mold filling.

In der DE-OS 2 614 213 wird ein Verfahren zum Spritzgießen dickwandiger Teile vorgeschlagen, bei dem in der Nachdruckphase Drucktöße in die Spritzgießmasse eingebracht werden sollen. Ein Überwachen des Forminnendrucks zum Zwecke des Umschaltens von der Einspritzphase in eine Nachdruckphase ist nicht erwähnt.DE-OS 2 614 213 proposes a method for injection molding thick-walled parts, in which pressure surges are to be introduced into the injection molding compound in the holding pressure phase. Monitoring the internal mold pressure for the purpose of switching from the injection phase to a holding pressure phase is not mentioned.

In der US-PS 3 767 339 wird ein Verfahren beschrieben, mit dem die Befüllung einer Form gemessen und die gemessenen Werte als regelnde Größen herangezogen werden. Auch der Forminnendruck wird dabei erfaßt, mit einem vorbestimmten Grenzwert verglichen und bei Überschreiten des Grenzwertes ein Signal ausgegeben.US Pat. No. 3,767,339 describes a method with which the filling of a mold is measured and the measured values are used as regulating variables. The internal mold pressure is also recorded, compared with a predetermined limit value and a signal is output when the limit value is exceeded.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung eines Spritzgießprozesses, insbesondere eines Prozesses zur Herstellung thermoplastischer Kunststoffteile, hat den Vorteil, daß die Umschaltung zum optimalen Zeitpunkt der volumetrischen Formfüllung ohne manuelle Druck-, Zeit- oder Schneckenwegvorgabe ausgelöst wird. Dadurch wird das System unabhängig vom Bedienpersonal und von Parametern, die durch die Spritzgießmaschine, das Werkzeug oder die Formmasse beeinflußt werden. Außerdem wird die Ausschußrate erheblich reduziert und die Qualitätskonstanz verbessert, da die Umschaltung innerhalb des laufenden Zyklusses spezifisch für jedes Teil erfolgt und nicht erst im Folgezyklus Berücksichtung findet.The method according to the invention for regulating an injection molding process, in particular a process for producing thermoplastic plastic parts, has the advantage that the changeover is triggered at the optimum time for volumetric mold filling without manual pressure, time or screw path specification. This makes the system independent of the operating personnel and of parameters that are influenced by the injection molding machine, the tool or the molding compound. In addition, the reject rate is significantly reduced and the quality is improved, since the switchover takes place specifically for each part within the current cycle and is not only taken into account in the subsequent cycle.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen des Verfahrens oder der Ausführungen nach dem Hauptanspruch möglich.The features listed in the subclaims permit advantageous improvements in the method or in the designs according to the main claim.

Das starke Ansteigen des Druckverlaufes kann einfach dadurch erkannt werden, daß vom Druckverlauf die zweite zeitliche Ableitung gebildet wird. Vorzugsweise wird das Erreichen oder Überschreiten eines vorbestimmten Wertes, z.B. des Maximums der zweiten Ableitung, dann als Umschaltkriterium herangezogen. Bei nicht allzusehr schwankenden Parametern kann es auch genügen, den Zeitpunkt zu überwachen, bei dem die zweite Ableitung vorbestimmte Randbedingungen erfüllt.The sharp rise in the pressure curve can be recognized simply by the second time derivative being formed from the pressure curve. Preferably reaching or exceeding a predetermined value, e.g. of the maximum of the second derivative, then used as a switchover criterion. If the parameters do not fluctuate too much, it may also be sufficient to monitor the point in time at which the second derivative fulfills predetermined boundary conditions.

Wird der Druck im Spritzgießwerkzeug in bestimmten Zeitabständen gemessen und die Werte in einem Datenfeld abgelegt, ist es möglich, durch Subtraktion von jeweils aufeinanderfolgenden Werten die erste und entsprechend die zweite Ableitung zu bilden. Dies sind einfache Verfahrensschritte, die von einem Rechner schnell ausgeführt werden können. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die Berechnung und die Reaktion auf die berechneten Werte noch innerhalb des gleichen Spritzgießzyklus erfolgen können.If the pressure in the injection mold is measured at certain time intervals and the values are stored in a data field, it is possible to form the first and accordingly the second derivative by subtracting successive values. These are simple procedural steps that can be carried out quickly by a computer. This ensures that the calculation and the reaction to the calculated values can still take place within the same injection molding cycle.

Es ist auch möglich, anstelle des Druckes im Spritzgießwerkzeug einen mit diesem korrelierenden Druck, wie zum Beispiel der Hydraulikdruck oder der Düsendruck, zur Messung zu verwenden. Die Bestimmung dieser Drücke ist einfach und deshalb kostengünstig. Jedoch muß in Kauf genommen werden, 2Instead of the pressure in the injection mold, it is also possible to use a pressure that correlates with this, such as, for example, the hydraulic pressure or the nozzle pressure, for the measurement. The determination of these pressures is simple and therefore inexpensive. However, it must be accepted that 2

AT 403 328 B daß die Korrelation zwischen den Drücken nicht immer exakt ist.AT 403 328 B that the correlation between the pressures is not always exact.

Durch die Automatisierung der Umschaltung wird erreicht, daß das Einstellen des Umschaltpunktes nicht mehr vom Einrichterpersonal abhängig ist und dadurch objektiviert wird.The automation of the switchover ensures that the setting of the switchover point is no longer dependent on the installation personnel and is therefore objectified.

Zeichnungdrawing

In den Abbildungen ist die erfindungsgemäße Regelung schematisch dargestellt. Es zeigen Figur 1 den Verlauf des Forminnendrucks im Werkzeug (durchgezogene Linie), des Düseridrucks (punktierte Linie) und des Hydraulikdrucks (gestrichelte Linie) über der Zeit und Figur 2 das Gesamtkonzept der Prozeßregelung.The control according to the invention is shown schematically in the figures. FIG. 1 shows the course of the mold internal pressure in the tool (solid line), the nozzle pressure (dotted line) and the hydraulic pressure (dashed line) over time, and FIG. 2 shows the overall concept of the process control.

Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment

In Figur 1 ist der Druck über der Zeit aufgetragen. Das Diagramm zeigt den Zusammenhang zwischen dem Forminnendruck (durchgezogenen Linie) 10, dem Hydraulikdruck (gestrichelte Linie) 12 und dem Düsendruck (punktierte Linie) 14.In Figure 1, the pressure is plotted against time. The diagram shows the relationship between the internal mold pressure (solid line) 10, the hydraulic pressure (dashed line) 12 and the nozzle pressure (dotted line) 14.

Diese Drücke können mittels Sensoren in den in Figur 2 näher beschriebenen Bereichen gemessem werden. Dazu zeigt Figur 2 als Konzept eine Spritzgießeinheit 20, enthaltend die Baugruppen: Materialversorgungseinheit 22, Werkzeug 24 und eine Steuereinheit mit einem elektrischen Teil 26 und einem hydraulischen Teil 28.These pressures can be measured by means of sensors in the areas described in more detail in FIG. 2. For this purpose, FIG. 2 shows as a concept an injection molding unit 20, comprising the assemblies: material supply unit 22, tool 24 and a control unit with an electrical part 26 and a hydraulic part 28.

Die Materialversorgungseinneit 22 enthält eine in einen Zylinder 21 gekapselte Förderschnecke 30, ein Materialreservoir 23 und einen hydraulischen Antrieb 32, der es der Förderschnecke 30 gestattet, eine Dreh- und Vorschubbewegung auszuführen. Am Ende des Zylinders 21 ist eine Düse 34 gebildet. Weitere Baueinheiten, wie Heizung, Umlaufwassersystem etc. sind hier nicht dargestellt.The material supply unit 22 contains a screw conveyor 30 encapsulated in a cylinder 21, a material reservoir 23 and a hydraulic drive 32 which allows the screw conveyor 30 to perform a rotary and feed movement. At the end of the cylinder 21, a nozzle 34 is formed. Other components such as heating, circulating water system etc. are not shown here.

Mittels einer Drehbewegung der Schnecke 30 (Antriebsdetail nicht dargestellt) wird der Kunststoff durch die Schneckengänge zwischen die Spitze der Schnecke 30 und die Düse 34 gefördert und dabei aufgeschmolzen. Beim Einspritzvorgang wird die dosierte Kunststoffschmelze vor der Schneckenspitze durch die Düse 34 und durch einen Angußkanal 36 in einen Werkzeughohlraum, das Formnest 38, gespritzt. Die Schnecke 30 wirkt dabei als Kolben, der von einem Zylinder 32' des hydraulischen Antriebs 32 betätigt wird.By means of a rotary movement of the screw 30 (drive detail not shown), the plastic is conveyed through the screw flights between the tip of the screw 30 and the nozzle 34 and thereby melted. During the injection process, the metered plastic melt is injected in front of the screw tip through the nozzle 34 and through a sprue 36 into a mold cavity, the mold cavity 38. The worm 30 acts as a piston which is actuated by a cylinder 32 'of the hydraulic drive 32.

Im Formnest 38 befindet sich ein Drucksensor 40, der sein Signal über eine Leitung 42 an die elektrische Steuereinheit 26 abgibt. Diese enthält eine Regelschaltung 44 und wirkt auf die hydraulische Steuereinheit 28, die ihrerseits ein elektrohydraulisches Regelventil 46 enthält und über Leitungen 48 auf den hydraulischen Antrieb 32 wirkt.In the mold cavity 38 there is a pressure sensor 40 which emits its signal to the electrical control unit 26 via a line 42. This contains a control circuit 44 and acts on the hydraulic control unit 28, which in turn contains an electro-hydraulic control valve 46 and acts on the hydraulic drive 32 via lines 48.

Die Druckverläufe, wie in Figur 1 für einen laufenden Prozeß dargestellt, ergeben sich wie folgt: Nachdem das vorhergehende Teil ausgestoßen ist, das Werkzeug 24 wieder geschlossen ist und die Düse 34 am Werkzeug 24 anliegt, beginnt der neue Spritzzyklus zum Zeitpunkt to mit dem Einspritzen geschmolzenen Kunststoffs aus dem Zylinder 21 in das Werkzeug 24. Das Material strömt durch den Angußkanal 36 in das Formnest 38. Zum Zeitpunkt t, erreicht die Fließfront den Drucksensor 40 und der Forminnendruck 10 steigt dadurch stetig und relativ gleichmäßig an. Sobald das Formnest 38 vollständig gefüllt ist, das heißt, wenn alle Hohlräume im Formnest 38 ausgefüllt sind, steigt der Forminnendruck 10 steil an. Dies erfolgt bei einer Zeit t2.The pressure profiles, as shown in FIG. 1 for a running process, result as follows: After the previous part has been ejected, the tool 24 is closed again and the nozzle 34 is in contact with the tool 24, the new injection cycle begins at the point in time with the injection melted plastic from the cylinder 21 into the tool 24. The material flows through the sprue 36 into the mold cavity 38. At time t, the flow front reaches the pressure sensor 40 and the mold pressure 10 thereby rises steadily and relatively evenly. As soon as the mold cavity 38 is completely filled, that is to say when all the cavities in the mold cavity 38 have been filled, the internal mold pressure 10 rises steeply. This takes place at a time t2.

Der Hydraulikdruck 12 und der Düsendruck 14 steigen vor der Zeit t2 entsprechend dem Forminnendruck 10 gleichmäßig an, um zum Zeitpunkt t2 ebenfalls überproportionsl stark zu wachsen. Der Zeitpunkt t2 stellt den optimalen Zeitpunkt dar, bei dem vom Spritzdruck auf Nachdruck umgeschaltet werden soll.The hydraulic pressure 12 and the nozzle pressure 14 rise evenly before the time t2 in accordance with the internal mold pressure 10 in order to also grow disproportionately at the time t2. The time t2 represents the optimal time at which a switchover should be made from the injection pressure to the holding pressure.

Nach der Umschaltung durch das Regelventil 46 wird der Hydraulikdruck 12 auf einen für den Nachdruck erforderlichen Wert zurückgenommen und eine bestimmte Zeit gehalten.After the changeover by the control valve 46, the hydraulic pressure 12 is reduced to a value required for the holding pressure and is held for a certain time.

Im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist der Hydraulikdruck 12 nach dem Zeitpunkt t2 und einer systembedingten Einschwingphase über der Zeit konstant. Der Düsendruck 14 stellt sich auf einen um die Reibungsverluste im Zylinder 21 reduzierten Wert des Hydraulikdruckes 12 ein. Der resultierende Forminnendruck 10 bleibt solange konstant, wie die durch das Erkalten der Formmasse im Werkzeug 24 bedingte Volumenkontraktion durch Nachdrücken von geschmolzenem Kunststoff durch die noch plastische Seele ausgeglichen werden kann. Danach fällt der Forminnendruck 10 ab. Der Druck im hydraulischen Antrieb 32 wird abgeschaltet, das Werkzeug 24 nach Ablauf einer Kühlzeit aufgefahren und das gespritze Teil ausgestoßen (nicht mehr dargestellt).In the exemplary embodiment according to FIG. 1, the hydraulic pressure 12 is constant over time after the time t2 and a system-dependent settling phase. The nozzle pressure 14 adjusts to a value of the hydraulic pressure 12 reduced by the friction losses in the cylinder 21. The resulting internal mold pressure 10 remains constant as long as the volume contraction caused by the cooling of the molding compound in the tool 24 can be compensated for by pressing molten plastic through the still plastic core. Thereafter, the mold pressure 10 drops. The pressure in the hydraulic drive 32 is switched off, the tool 24 is opened after a cooling time has elapsed, and the injection-molded part is ejected (no longer shown).

Um den Zeitpunkt t2 zu erfassen, wird das Signal des Drucksensors 40 einer Regelschaltung 44 zugeführt. In dieser werden die Druckwerte mit einer Taktfrequenz, von beispielsweise 100 Hz abgetastet und in einem Datenfeld abgelegt. Durch Differenzbildung zweier aufeinanderfolgender Druckwerte wird die erste Ableitung nach der Zeit gebildet und ebenfalls in einem Datenfeld abgelegt. Die zweite Ableitung nach 3In order to detect the time t2, the signal of the pressure sensor 40 is fed to a control circuit 44. In this, the pressure values are sampled at a clock frequency, for example 100 Hz, and stored in a data field. By forming the difference between two successive pressure values, the first derivative is formed over time and is also stored in a data field. The second derivative after 3

Claims

AT 403 328 B of time is formed and stored analogously by forming the difference between two successive values of the first derivative. If the second derivative exceeds a certain threshold value, this is recognized two clock cycles later, whereupon the control circuit 44 sends a switchover signal to the control valve, which changes the hydraulic pressure 12 from the value required for the injection phase I to the value required for the hold pressure phase II. If the system parameters are sufficiently known and constant within certain tolerances, it can be sufficient if certain boundary conditions are recognized by the control circuit in the course of the first or second derivation. Such a boundary condition prescribes, for example, that two successive values of the second derivative must be positive. It is also possible to use the nozzle pressure 14 or the hydraulic pressure 12 instead of the internal mold pressure 10 to determine the switchover point t2. For this purpose, a pressure sensor 50 is introduced into the nozzle 34, which emits its signal to the electrical control unit 26 via a line 52, or a pressure signal is transmitted directly from the hydraulic control unit 28 to the electrical control unit 26 via a line 54. As can be seen in FIG. 1, the nozzle pressure 14 and the hydraulic pressure 12 only increase noticeably after the time t2. The reasons for this lie in the flow behavior of the material and in the mechanical relationships between the screw conveyor 30 and the hydraulic drive 32.While the internal mold pressure 10 can be used directly as a system-independent parameter for determining the switchover point, fluctuations when switching to the nozzle pressure 14 or the hydraulic pressure 12 are required such system parameters are taken into account. Fluctuations in the temperature or viscosity of the material also affect the relationship between the internal mold pressure 10 and the nozzle pressure 14 or hydraulic pressure 12. Since the switch from injection phase I to post-pressure phase II significantly influences the quality and consistency of the molded part, especially precision injection molded parts with the required requirements are postponed Dimensional accuracy after correct setting of the switchover point. With the above-described measurement of the internal mold pressure during injection molding, a quick, practical assessment of the flowability of plastic melts is possible. This measurement can take place under production conditions and fully automatically directly during the injection molding process. Changes in the flowability of the plastic melt or changes in the melting temperature are recognized and can be taken into account. An automatic switchover depending on the internal mold pressure takes fluctuations in the system into account and does not affect the quality of the part to be sprayed. 1. Process for controlling an injection molding process, in particular for thermoplastics, in which the pressure, preferably the internal mold pressure in the injection molding tool, is detected and a switchover from an injection phase to a holding pressure phase takes place at a specific switching pressure, characterized in that the switching pressure from the current cycle, preferably in the injection mold (24), measured pressure (10) is derived, the strong increase in pressure (10, t2), which occurs when the cavities (38) are completely filled in the mold, detected and as a switching criterion is used.

2. The method according to claim 1, characterized in that from the measured pressure profile (10), preferably in the injection mold (24), the first and second derivatives are formed continuously according to the time and when a predetermined value of the second derivative of the injection phase is reached Reprint phase is switched.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that from the measured pressure curve (10), preferably in the injection mold (24), the first and second derivatives are formed according to the time and when the maximum of the second derivative of the injection phase is reached the reprint phase is switched.

4. The method according to any one of claims 2 or 3, characterized in that the pressure (10), preferably in the injection mold (24), is measured at certain time intervals, that the values are stored in a data field that by subtracting successive values of the Pressure the first derivative and by subtracting successive values of the first derivative, the second derivative is formed after the time. 4 AT 403 328 B

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that instead of the pressure (10) in the injection mold (24) with this correlating pressure, in particular the hydraulic pressure (12) or the nozzle pressure (14), is used for the measurement.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the detection of the sharp rise in pressure (10, 12, 14) and the switchover from the injection phase to the holding pressure phase take place automatically.

7. Injection molding device, which contains at least the assemblies of an injection molding machine known per se and an injection molding tool, with a control circuit which works in particular according to a method listed in the preceding claims, characterized in that the control circuit (44) with at least one of the pressure (10 ) in the injection molding tool (24) detecting sensor (40) and with a control valve (46) acting on the hydraulic pressure (12) and that the control circuit (44) causes an automatic switchover of the control valve (46) from injection to hold pressure if the pressure (10) in the injection mold (24) increases disproportionately.

8. Injection molding device according to claim 7, characterized in that the control circuit (44) is connected to a pressure sensor (50) in the nozzle (34) of a screw conveyor (30).

9. Injection molding apparatus according to claim 7, characterized in that the control circuit (44) is connected to a line (54) which transmits the hydraulic pressure (12). Including 2 sheets of drawings 5