AT505341A2 - METHOD AND DEVICE FOR INJECTION MOLDING - Google Patents
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Description
I • Φ 0 φ · «······· • · · · · · · φ φ m ··· ···· • «« · · · · · · · ·· ·· · ·· ··· ··· 1I • Φ 0 φ · «··································································································· · ··· 1
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spritzgießen einer spritzgießfahigen Masse in einer Spritzgießmaschine, die eine mit einer Schnecke versehene Plastifiziereinheit, eine Einspritzeinheit, eine Maschinensteuerung und ein Werkzeug mit einer Kavität aufweist, wobei in die Kavität spritzgießfähige Masse eingespritzt werden kann und wobei die spritzgießfahigen Masse aus mindestens einer Pulverkomponente und mindestens einer Binderkomponente besteht. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Spritzgießmaschine.The invention relates to a method for injection molding an injection-moldable mass in an injection molding machine having a plasticizing unit provided with a screw, an injection unit, a machine control and a tool having a cavity, wherein injection-moldable mass can be injected into the cavity, and wherein the injection-moldable mass consists of at least one powder component and at least one binder component. Furthermore, the invention relates to an injection molding machine.
Beim Spritzgießen von Formteilen aus pulverhaltigem Material wird der so genannte Feedstock in einer Plastifiziereinheit mit einer Schnecke durch Wärmeleitung von außen her über am Plastifizierzylinder angebrachte Heizbänder sowie aufgrund Dissipation in der Schmelze beim Durchmischen im Schneckenzylinder aufgeschmolzen. Der Feedstock besteht aus einem definierten Volumenanteil Pulver und einem Volumenanteil Binderkomponente. Das Verhältnis von Pulver- zu Binderanteil beeinflusst die Fließeigenschaften und bestimmt die Schwindung des Bauteils beim Sintern.In the injection molding of molded parts made of powdery material, the so-called feedstock is melted in a plasticizing unit with a screw by heat conduction from the outside via heating bands attached to the plasticizing cylinder and dissipation in the melt during mixing in the screw cylinder. The feedstock consists of a defined volume fraction of powder and a volume fraction of binder component. The ratio of powder to binder content influences the flow properties and determines the shrinkage of the component during sintering.
Die Binderkomponente wird im Plastifizierzylinder schmelzflussig, während die Pulverkomponente im festen Aggregatzustand bleibt. Nach demThe binder component becomes molten in the plasticizing cylinder while the powder component remains in the solid state. After this
*·#« ··♦· • · · ···’ · · · · · • · · · ···· · · · ···· · · · · · *« «« · ·· ·♦· ··· 2* · # «·································································································· • ··· 2
Spritzgießprozess werden die gespritzten Teile gesintert. Der Feedstock wird vor der Verarbeitung auf der Spritzgießmaschine in Compoundier-einrichtungen homogenisiert.Injection molding process, the sprayed parts are sintered. The feedstock is homogenized in compounding equipment on the injection molding machine prior to processing.
In Figur 2 ist schematisch eine Mischung eines Pulvers und eines Binders skizziert. In dieser Figur ist eine gute Homogenisierung der Pulverteilchen zu erkennen. Dabei kann es zu Chargenschwankungen in der Mischungshomogenität kommen. Ebenso kann es durch die Beimengung von Rezyklat oder Regenerat in den Trichter der Spritzgießmaschine dazu kommen, dass Inhomogenitäten in der Schmelze und weiterhin im gespritzten Formteil auftreten.FIG. 2 schematically shows a mixture of a powder and a binder. In this figure, a good homogenization of the powder particles can be seen. This can lead to batch fluctuations in the homogeneity of the mixture. Likewise, due to the admixture of recycled material or regenerated material in the funnel of the injection molding machine, inhomogeneities may occur in the melt and furthermore in the molded part being molded.
In Figur 3 ist schematisch eine bereichsweise entmischte Mischung eines Pulvers und eines Binders dargestellt. Die Figur zeigt also eine inhomogene Verteilung der Pulverteilchen. Diese Inhomogenitäten, also die örtlich unterschiedliche Verteilung von Pulver und Binder, fuhren beim Sintern zu Lunkerbildung oder Rissen, da die Bereiche mit höherer Binderkonzentration nicht optimal zusammens intern.FIG. 3 schematically shows a partially segregated mixture of a powder and a binder. The figure thus shows an inhomogeneous distribution of the powder particles. These inhomogeneities, ie the spatially different distribution of powder and binder, lead to voids or cracks during sintering, since the regions with a higher binder concentration do not optimally interact internally.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Spritzgießen einer spritzgießfahigen Masse aus mindestens einer Pulverkomponente und mindestens einer Binderkomponente sowie eine zugehörige Spritzgießmaschine zu schaffen, mit dem bzw. mit der es möglich ist, die Mischungsqualität zu detektieren und durch geeignete Maßnahmen während der Spritzgießproduktion eine gute Mischungsqualität aufrecht zu erhalten. Dadurch soll die Qualität des herzustellenden Formteils erhöht werden.The invention has for its object to provide a method for injection molding an injection-moldable mass of at least one powder component and at least one binder component and an associated injection molding machine, with or with which it is possible to detect the quality of the mixture and by appropriate measures during Spritzgießproduktion to maintain a good mixture quality. This is intended to increase the quality of the molded part to be produced.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekenn zeichnet, dass das Verfahren die Schritte aufweist: a) Ermittlung der Einspritzarbeit für einen definierten Abschnitt des Spritzgießzyklus eines Formteils, insbesondere für einen kompletten Spritzgießzyklus; b) Ermittlung der Dosierarbeit für einen definierten Abschnitt des Spritzgießzyklus eines Formteils, insbesondere für einen kompletten Spritzgießzyklus; c) Bei Anstieg oder Abfall der gemäß Schritt a) ermittelten Einspritzarbeit aus einem vorgegebenen und in der Maschinensteuerung gespeicherten Toleranzbereich hinaus und beim Verbleiben der gemäß Schritt b) ermittelten Dosierarbeit innerhalb eines vorgegebenen und in der Maschinensteuerung gespeicherten Toleranzbereichs: Nicht-Veranlassen einer Maßnahme zur Beeinflussung der Mischungshomogenitat der spritzgießfahigen Masse; d) Bei Anstieg oder Abfall der gemäß Schritt a) ermittelten Einspritzarbeit aus einem vorgegebenen und in der Maschinensteuerung gespeicherten Toleranzbareich hinaus und beim Anstieg oder Abfall der gemäß Schritt b) ermittelten Dosierarbeit aus einem vorgegebenen und in der Maschinensteuerung gespeicherten Toleranzbereich hinaus: Veranlassen einer Maßnahme zur Beeinflussung der Mischungshomogenitat der spritzgießfahigen Masse. ·· ·· · ···· ·♦·· · ····· ·· ·· • ·· ··· ···· · • · f · ···· · · · ···· · · 0 · · ·· 0« ♦ «0 ··· ··· 4The solution of this problem by the invention is characterized in that the method comprises the steps of: a) determining the injection work for a defined portion of the injection molding cycle of a molded part, in particular for a complete injection molding cycle; b) determination of the metering work for a defined section of the injection molding cycle of a molded part, in particular for a complete injection molding cycle; c) In the event of an increase or decrease in the injection work determined according to step a) from a predetermined tolerance range stored in the machine control and the dosing work determined according to step b) remains within a predetermined tolerance range stored in the machine control: no action for influencing the mixture homogeneity of the injection moldable compound; d) In the event of an increase or decrease in the injection work determined according to step a) from a predefined tolerance range stored in the machine control and an increase or decrease in the dosing work determined according to step b), from a predetermined tolerance range stored in the machine control: initiating a measure for Influencing the mixture homogeneity of the injection-moldable mass. ······································································································ · 0 · · ·· 0 «♦« 0 ··· ··· 4
Bevorzugt werden die Einspritzarbeit und die Dosierarbeit auf Referenzwerte bezogen, die in der Maschinensteuerung gespeichert sind, wobei dann die ermittelten Verhältnisse (Quotienten) bei der weiteren Verarbeitung der Daten zugrunde gelegt werden.The injection work and the dosing work are preferably related to reference values which are stored in the machine control system, in which case the determined ratios (quotients) are taken as the basis for the further processing of the data.
Bei Vorliegen einer anderen Bedingung als gemäß Schritt c) und Schritt d) wird ebenfalls keinerlei Maßnahme zur Beeinflussung der Mischungshomogenität der spritzgießfähigen Masse ergriffen.If there is another condition than in step c) and step d), no measure is taken to influence the mixture homogeneity of the injection-moldable mass.
Die Erfindung stellt also auf den Grundgedanken ab, dass zum einen die Einspritzarbeit und zum anderen die Dosierarbeit berechnet werden. Dann können die jeweiligen Ergebnisse normiert werden, indem sie durch einen gespeicherten Referenzwert geteilt werden.Thus, the invention is based on the basic idea that, on the one hand, the injection work and, on the other hand, the dosing work are calculated. Then, the respective results can be normalized by being shared by a stored reference value.
Sofern die Einspritzarbeit bzw. das Verhältnis der Einspritzarbeiten aus einem vorgegebenen Toleranzbereich herausläuft, jedoch die Dosierarbeit bzw. das Verhältnis der Dosierarbeiten innerhalb eines Toleranzbereichs bleibt, wird angenommen, dass sich eine Größe im Prozess geändert habe, die nicht die Fließfähigkeit und damit die Mischungsgüte des Feedstocks betrifft. Demgemäß werden keine Maßnahmen zur Verbesserung der der Homogenität der Schmelze eingeleitet (obiger Schritt c).If the injection work or the ratio of injection work out of a predetermined tolerance range, but the Dosierarbeit or the ratio of Dosierarbeiten remains within a tolerance range, it is assumed that a size has changed in the process that does not affect the flowability and thus the mixing quality of Feedstocks concerns. Accordingly, no measures for improving the homogeneity of the melt are initiated (above step c).
Ergibt sich hingegen, dass beide Arbeiten bzw. beide normierte Größen - also die der Einspritzarbeit und die der Dosierarbeit - gleichzeitig ansteigen, deutet dies auf eine Veränderung im Feedstock hin. Demgemäß werden in diesem Falle Maßnahmen zur Homogenisierung der Schmelze eingeleitet (obiger Schritt d). ·♦ ·· · *··· ···· · • · · · · · · ·· • · · ··· ···· # • · · · ···· · · · ···· · · · · · ·· ·« · ·· ··· ··· 5If, on the other hand, it turns out that both jobs or both normalized quantities - ie the injection work and the dosing work - increase at the same time, this indicates a change in the feedstock. Accordingly, measures for homogenizing the melt are initiated in this case (step d above). · ♦ ··································································································· .
Die Einspritzarbeit wird dabei bevorzugt als Integral des Einspritzdrucks über das in die Kavität eingespritzte Volumen an Schmelze für ein Spritzgießteil berechnet.In this case, the injection work is preferably calculated as the integral of the injection pressure via the volume of melt injected into the cavity for an injection-molded part.
Die Dosierarbeit wird bevorzugt als Integral des Schneckendrehmoments über dem Drehwinkel der Schnecke für eine vorgegebene Zeit berechnetThe metering work is preferably calculated as the integral of the screw torque over the rotation angle of the screw for a predetermined time
Die obigen Schritte a) bis c) bzw. die Schritte a), b) und d) werden bevorzugt sich periodisch wiederholend durchgeführt.The above steps a) to c) or the steps a), b) and d) are preferably carried out periodically repeating.
Im Anschluss an die Ausführung des obigen Schritts d) können die Dosierparameter wieder auf die ursprünglichen Werte zurückgefahren werden.Following the execution of the above step d), the dosing parameters can be reduced back to the original values.
Die nach obigem Schritt d) veranlasste Maßnahme kann ein zusätzliches Durchmischen der spritzgießfahigen Masse während des Dosiervorgangs sein. Ein Durchmischen der spritzgießfahigen Masse kann dabei bei erhöhter Schneckendrehzahl erfolgen. Auch eine Veränderung des Staudrucks beim Dosieren kann vorgenommen werden. Weiterhin kann eine Veränderung der Schneckenrückzugsgeschwindigkeit beim Dosieren vorgenommen werden.The measure initiated after the above step d) may be an additional mixing of the injection-moldable mass during the metering process. A mixing of the injection-moldable mass can be carried out at an increased screw speed. Also, a change in the dynamic pressure during dosing can be made. Furthermore, a change in the screw retraction speed can be made during dosing.
Die Temperatur in der Plastifiziereinheit kann fortbildungsgemäß durch eine Regelung innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs gehalten werden. Zur Regelung der Temperatur in der Plastifiziereinheit kann die der Plastifiziereinheit zugeführte Heizenergie herangezogen werden.The temperature in the plasticizing unit can be kept according to the training by a regulation within a predetermined tolerance range. For controlling the temperature in the plasticizing unit, the heating energy supplied to the plasticizing unit can be used.
Die erfindungsgemäße Spritzgießmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass Sensoren vorhanden sind für die Ermittlung der Schneckendrehzahl, des Schneckendrehmoments, des Einspritzdrucks und der axialen ·· · ···· ···« ····· · · ·· • · · 9 · · · ··· · • · · · ···· · · · • · · · ··· · · ·· ·· · 9« 999 ··· 6The injection molding machine according to the invention is characterized in that sensors are provided for determining the screw speed, the screw torque, the injection pressure and the axial ······························································································· 9 · 999 ··· 6
Schneckenbewegung, wobei die Maschinensteuerung zur Ermittlung der Einspritzarbeit für einen definierten Abschnitt des Spritzgießzyklus eines Formteils und zur Ermittlung der Dosierarbeit für einen definierten Abschnitt des Spritzgießzyklus eines Formteils ausgebildet ist, wobei die Maschinensteuerung weiterhin ausgebildet ist - zur Nicht-Ausgabe eines Signals bei Anstieg oder Abfall der ermittelten Einspritzarbeit aus einem vorgegebenen gespeicherten Toleranzbereich hinaus und beim Verbleiben der ermittelten Dosierarbeit innerhalb eines gespeicherten Toleranzbereichs sowie - zur Ausgabe eines Signals bei Anstieg oder Abfell der ermittelten Einspritzarbeit aus einem vorgegebenen gespeicherten Toleranzbereich hinaus und beim Anstieg oder Abfall der ermittelten Dosierarbeit aus einem vorgegebenen gespeicherten Toleranzbereich hinaus.Worm motion, wherein the machine control is designed to determine the injection work for a defined portion of the injection molding cycle of a molding and for determining the dosing for a defined portion of the injection molding of a molding, wherein the machine control is further formed - for non-output of a signal on rise or fall the determined injection work out of a predetermined stored tolerance range and the remaining dosing work within a stored tolerance range and - to output a signal at increase or decrease the determined injection work from a predetermined stored tolerance range and the rise or fall of the determined dosing from a predetermined stored Tolerance range addition.
Gegebenenfalls kann auch hier wieder vorgesehen werden, dass nicht die Einspritz- bzw. Dosierarbeit selber, sondern auf Referenzwerte normierte Daten verarbeitet werden.If appropriate, it can also be provided here again that the injection or metering work itself is not processed but data normalized to reference values.
Die Plastifiziereinheit und die Einspritzeinheit sind dabei bevorzugt als kombinierte Schubschnecken-Plastifizier- und -einspritzeinheit ausgebildet.The plasticizing unit and the injection unit are preferably designed as a combined shear screw plasticizing and injection unit.
Schließlich sieht eine Weiterbildung vor, dass die Schnecke Misch-, Scher-und/oder Knetelemente aufweistFinally, a further development provides that the screw has mixing, shearing and / or kneading elements
Die Erfindung betrifft also ein Verfahren zum Spritzgießen von gefüllten Kunststoffen, bei dem durch Messung der Energieaufnahme während des ···· ···· • · • ··· «t ·· 9 • · · · · • · · · · · • · · · ···· · · ···· · · · · · ·· ·· · ·· ··· ··· 7The invention thus relates to a method for injection molding of filled plastics, in which, by measuring the energy consumption during the process of ······················································································. •···········································································································································
Dosier- und Einspritzvorganges eine Regelung der Mischqualität durchgeführt wird.Dosing and injection process a control of the mixing quality is performed.
In der Zeichnung ist ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:In the drawing, an embodiment of the invention is shown. Show it:
Fig. 1 schematisch eine Spritzgießmaschine in der Seitenansicht,1 is a schematic side view of an injection molding machine,
Fig. 2 schematisch eine homogene Mischung eines Pulvers und eines Binders,2 schematically shows a homogeneous mixture of a powder and a binder,
Fig. 3 schematisch eine bereichsweise entmischte Mischung eines Pulvers und eines Binders undFig. 3 shows schematically a partially unmixed mixture of a powder and a binder and
Fig. 4 das auf eine Bezugsgröße normierte Einspritzintegral (Einspritzarbeit) und die auf eine Bezugsgröße normierte Dosierarbeit für zwei verschiedene Temperaturen eines Feedstocks.4 shows the injection integral normalized to a reference variable (injection work) and the dosing work normalized to a reference variable for two different temperatures of a feedstock.
In Fig. 1 ist schematisch eine Spritzgießmaschine 1 dargestellt, die die üblichen Komponenten aufweist. Die Plastifiziereinheit 3 und die Einspritzeinheit 4 sind als kombinierte Schubschnecken-Plastifizier- und -ein-spritzeinheit ausgebildet, d. h. innerhalb eines Schneckenzylinders ist eine Schnecke 2 angeordnet, die sowohl mit einer Schneckendrehzahl ns rotieren als sich auch zum Einspritzen von Schmelze axial um einen Betrag s bewegen kann. Die plastifizierte Schmelze wird in bekannter Weise in die Kavität 7 eines Werkzeugs 6 eingespritzt, wobei das Verfahren von einer Maschinensteuerung 5 gesteuert bzw. geregelt wird. ·· ·· · ···· ·»·· · 9 9 9 ♦ · ·· ·# • 99 · · · · ··· · • · · # ···· · · 9 9 9 · 9 · · · · 99 99 9 " "· ·" 8In Fig. 1, an injection molding machine 1 is shown schematically, which has the usual components. The plasticizing unit 3 and the injection unit 4 are formed as a combined screw extruder plasticizing and injecting unit, i. H. Within a worm cylinder, a worm 2 is arranged, which rotate both with a screw speed ns than can also move axially for the injection of melt by an amount s. The plasticized melt is injected in a known manner into the cavity 7 of a tool 6, the method being controlled by a machine controller 5. ···················································································································································································································· · · 99 99 9 " " · · " 8th
Vorliegend wird als spritzgießfahige Masse ein Gemisch aus einer Pulverkomponente 8 und einer Binderkomponente 9 verwendet, s. Fig. 2 und Fig. 3 .In the present case, a mixture of a powder component 8 and a binder component 9 is used as the injection-moldable mass, see FIG. Fig. 2 and Fig. 3.
Die Spritzgießmaschine 1 ist weiterhin mit Sensoren versehen, um die relevanten Spritzgießparameter zu erfassen.The injection molding machine 1 is further provided with sensors to detect the relevant Spritzgießparameter.
Der Sensor 10 erfasst die Schneckendrehzahl ns. Ein weiterer Sensor 11 erfasst das Schneckendrehmoment Ms. Der Sensor 12 misst den Einspritzdruck pe. Schließlich erfasst der Sensor 13 die axiale Schneckenverschiebung s.The sensor 10 detects the screw speed ns. Another sensor 11 detects the worm torque Ms. The sensor 12 measures the injection pressure pe. Finally, the sensor 13 detects the axial worm displacement s.
Damit liegen alle Informationen vor, um die Einspritzarbeit We und die Dosierarbeit Wd zu ermitteln.Thus, all information is available to determine the injection work We and the dosing work Wd.
Die Einspritzarbeit We ergibt sich als Integral des Einspritzdrucks ps über dem eingespritzten Schmelzevolumen; letzteres wiederum ist bei konstanter Schneckenzylinderquerschnittsfläche das Produkt aus Querschnittsfläche und der axialen Schneckenbewegung s.The injection work We results as the integral of the injection pressure ps over the injected melt volume; the latter in turn is the product of cross-sectional area and the axial worm movement s with a constant worm cylinder cross-sectional area.
Die Dosierarbeit Wd ist das Integral des Schneckendrehmoments Ms über dem Drehwinkel <|>s der Schnecke. Die Relation des Drehwinkels <j>s mit der Schneckendrehzahl ns bzw. der Winkelgeschwindigkeit ω der Schnecke 2 ist bekanntThe metering work Wd is the integral of the screw torque Ms over the rotation angle | |> s of the screw. The relation of the rotation angle < j > s with the screw speed ns and the angular velocity ω of the screw 2 is known
Beim erfindungsgemäßen Vorgehen wird zunächst die Einspritzarbeit We für einen definierten Abschnitt des Spritzgießzyklus eines Formteils ermittelt, d. h. das entsprechende Integral berechnet ···· ···· • · • ♦ ♦ · · • · # · · · • · · · ···· · « · • · · · ··· · · ·♦ ·· · ·· ··· ··· 9In the procedure according to the invention, first of all the injection work We is determined for a defined section of the injection molding cycle of a molded part, ie. H. Computes the corresponding integral ······································································································. ····· ··· 9
Gleichzeitig wird die Dosierarbeit Wd in entsprechender Weise bestimmt, d. h. auch hier wird das Integral für einen definierten Abschnitt des Spritzgießzyklus eines Formteils ermittelt.At the same time the dosing work Wd is determined in a similar manner, d. H. Again, the integral is determined for a defined section of the injection molding cycle of a molded part.
Unter Nutzung von in der Maschinensteuerung 5 gespeicherter Werte werden dann die Arbeiten normiert (was allerdings nicht zwingend, sondern nur optional ist), d. h. es erfolgt eine Division durch feste Werte für die Einspritz-und für die Dosierarbeit. Das Verhältnis der Einspritzarbeit VE ergibt sich aus der berechneten Einspritzarbeit We geteilt durch den gespeicherten Normwert Weo. Entsprechend ergibt sich das Verhältnis Vd als Quotient aus Dosierarbeit WD und gespeichertem Normwert Wdo.By using values stored in the machine control 5, the work is normalized (which is not mandatory, but only optional), ie. H. There is a division by fixed values for the injection and the Dosierarbeit. The ratio of the injection work VE results from the calculated injection work We divided by the stored standard value Weo. Accordingly, the ratio Vd results as a quotient of dosing work WD and stored standard value Wdo.
In Abhängigkeit der berechneten Ergebnisse erfolgt die Festlegung über das weitere Vorgehen:Depending on the calculated results, the determination is made on the further procedure:
Bei Anstieg oder Abfall des Verhältnisses VE über einen vorgegebenen und in der Maschinensteuerung 5 gespeicherten Toleranzbereich hinaus und beim Verbleiben des Verhältnisses Vd innerhalb eines vorgegebenen und in der Maschinensteuerung 5 gespeicherten Toleranzbereichs erfolgt keine weitere Maßnahme.If the ratio VE increases or decreases beyond a predetermined tolerance range stored in the machine controller 5 and the ratio Vd remains within a predetermined tolerance range stored in the machine controller 5, no further action is taken.
Bei Anstieg oder Abfall des Verhältnisses VE über einen vorgegebenen Toleranzbereich hinaus und beim Anstieg oder Abfall des Verhältnisses Vd über einen vorgegebenen Toleranzbereich hinaus erfolgt indes das Veranlassen einer Maßnahme zur Beeinflussung der Mischungshomogenität der spritzgießfahigen Masse.However, when the ratio VE increases or decreases beyond a predetermined tolerance range and the ratio Vd increases or decreases beyond a predetermined tolerance range, a measure for influencing the mixture homogeneity of the injection moldable mass is made.
Es hat sich bei der Herstellung von Formteilen unter Nutzung von Pulver nämlich herausgestellt, dass die Mischungsqualität von Pulver und Binder die ···· «·Μ • · • ··· ·· ·· · • · · I · • 9 9 9 9 · • · f · 9999 · « · ···· · · · · · ·· ·· · 99 999 999 10Namely, it has been found in the production of moldings using powder that the mixing quality of powder and binder is the same as that of powder and binder 9 999 999 999 999 999 10
Fließfähigkeit der Schmelze beeinflusst Je ungleichmäßiger die Pulverteilchen im Binder verteilt sind, desto schwerfließender ist üblicherweise die Schmelze.Flowability of the melt influenced The more irregular the powder particles are distributed in the binder, the more difficult the melt is usually.
Dieser Zusammenhang wird bei der Charakterisierung von Feedstocks in Rheometern genutzt.This relationship is used in the characterization of feedstocks in rheometers.
Die Fließfähigkeit und damit die Viskosität der Schmelze haben einen Einfluss auf den Druckbedarf, der für die Formfüllung benötigt wird. Eine integrale Größe zur Erfassung der Fließfähigkeit ist das Einspritzintegral (Einspritzarbeit), d. h. das Integral des Einspiitzdruckes über dem eingespritzten Volumen. Diese Größe wird als Qualitätsüberwachungs -merkmal genutzt.The flowability and thus the viscosity of the melt have an influence on the pressure required for mold filling. An integral quantity for detecting fluidity is the injection integral (injection work), d. H. the integral of the injection pressure over the injected volume. This size is used as a quality control feature.
Das Einspritzintegral hat jedoch den Nachteil, dass es neben der Viskosität des Feedstocks auch von der Werkzeugtemperatur beeinflusst wird.However, the injection integral has the disadvantage that, in addition to the viscosity of the feedstock, it is also influenced by the tool temperature.
Eine weitere Möglichkeit, die Fließfähigkeit der Schmelze zu überwachen, ist die Aufzeichnung der Dosierarbeit Die Dosierarbeit ist das Integral des Produkts aus Schneckendrehmoment und Schneckenwinkelgeschwindigkeit über der Dosierzeit Dieser Wert wird auch MFQ (monitoring of feedstock quality) genannt, da er zur Überwachung der Feedstock-Qualität Verwendung findetAnother way to monitor melt flowability is to record dosing work Dosing work is the integral of the product of worm torque and worm angular velocity over dosing time. This value is also called MFQ (monitoring of feedstock quality) because it is used to monitor the feedstock Quality is used
Die Dosierarbeit wird nicht von der Werkzeugtemperatur beeinflusst Dieser Zusammenhang ist in Fig. 4 illustriert, wo das auf eine Bezugsgröße normierte Einspritzintegral (Einspritzarbeit) und die auf eine Bezugsgröße normierte Dosierarbeit für zwei verschiedene Temperaturen dargestellt sind. Ο· ·· · ···· ···· · ····· ·· ·♦ • ·· ··· · ··· · • · · ····· · · · • · · · ··· · · • f ·· · ·· ·«· ··· η Während die relative Dosierarbeit, d. h. die Dosierarbeit bezogen auf einen Nominalwert, praktisch temperaturunabhängig ist, gilt dies nicht für das Einspritzintegral, d. h. für die Einspritzarbeit. Hier ist zu sehen, dass sich bei niedrigerer Temperatur (45 °C) ein geringerer normierter Wert ergibt als bei höherer Temperatur (65 °C). Die Dosierarbeit ist daher üblicherweise besser zur Charakterisierung von Chargenschwankungen von Feedstocks geeignet als das Einspritzintegral.The dosing work is not affected by the mold temperature. This relationship is illustrated in Figure 4 where the injection integral normalized to a datum and the dosing work normalized to a datum are shown for two different temperatures. ··· During the relative dosing work, i. H. the dosing work based on a nominal value, practically independent of temperature, this does not apply to the injection integral, d. H. for the injection work. Here it can be seen that at a lower temperature (45 ° C) a lower normalized value results than at a higher temperature (65 ° C). The dosing work is therefore usually better suited for characterizing batch fluctuations of feedstocks than the injection integral.
Beim vorgeschlagenen Verfahren wird sowohl das Einspritzintegral (Einspritzarbeit) als auch die Dosierarbeit überwacht bzw. berücksichtigt. Die Regelung der Mischgüte erfolgt direkt in der Spritzgießmaschine.In the proposed method, both the injection integral (injection work) and the dosing work are monitored or taken into account. The control of the mixing quality takes place directly in the injection molding machine.
Verändert sich das Einspritzintegral dergestalt, dass sein Wert außerhalb einer in der Maschinensteuerung eingestellten Grenze liegt und bleibt die Dosierarbeit gleich, so hat sich im Prozess eine Größe geändert, die nicht die Fließfähigkeit und damit die Mischungsgüte des Feedstocks betrifft.If the injection integral changes in such a way that its value is outside a limit set in the machine control and if the dosing work remains the same, a variable has changed in the process which does not affect the flowability and thus the quality of the mixture of the feedstock.
Steigen hingegen beide Größen, also das Einspritzintegral und die Dosierarbeit, in gleichem Maße an, so deutet dies auf eine Veränderung im Feedstock hin.By contrast, if both quantities, ie the injection integral and the dosing work, increase to the same extent, this indicates a change in the feedstock.
Um in einem solchen Falle die Mischungsgüte wieder zu steigern, muss eine zusätzliche Durchmischung der Schmelze in der Plastifizierschnecke während des Dosierens durchgefuhrt werden. Die Dosierparameter Staudruck und Drehzahl werden daher in diesem Falle so verändert, dass in Verbindung mit der verwendeten Schneckengeometrie (in vorteilhafter Weise versehen mit Misch-, Scher- und Knetelementen) wieder eine homogene Mischung in der Schmelze erreicht wird. ···· ···· • · · · · · · ·· * · · · · · · «·· f * · · ····· · · · • · · · ··· · · ·* ·· · ·# ··· ··· 12In order to increase the quality of mixing again in such a case, an additional mixing of the melt must be carried out in the plasticizing screw during dosing. The metering parameters dynamic pressure and speed are therefore changed in this case so that in conjunction with the screw geometry used (advantageously provided with mixing, shearing and kneading elements) again a homogeneous mixture in the melt is achieved. ···· ···· ························································································ * ··· · # ··· ··· 12
Vorteilhaft ist es, anstelle der Parameter Staudruck und Schneckendrehzahl direkt jene Parameter zu ändern, welche die Strömung der Schmelze in der Schnecke beeinflussen, nämlich die Schneckenumfangsgeschwindigkeit in Verbindung mit der Schneckenrückzugsgeschwindigkeit.It is advantageous, instead of the parameters dynamic pressure and screw speed, to directly change those parameters which influence the flow of the melt in the screw, namely the screw peripheral speed in connection with the screw return speed.
Entmischte Bereiche und damit Fehler im Formteil können daher nicht auftreten. Die Einspritzarbeit sinkt dann wieder auf den ursprünglichen Wert ab, während die Dosierarbeit aber aufgrund der Veränderung der Dosierparameter gestiegen ist. Von nun an werden wieder sowohl das Einspritzintegral als auch die Dosierarbeit überwacht.Dismantled areas and thus errors in the molded part can therefore not occur. The injection work then drops back to its original value, while the dosing work has risen due to the change in dosing parameters. From now on, both the injection integral and the metering work will be monitored again.
Sind nun die Mischungsgüte und damit die Viskosität der nächsten Charge wieder beim ursprünglichen Wert, so nehmen das Einspritzintegral und die Dosierarbeit in gleicher Weise ab. Die Dosierparameter sind nun wieder auf Werte zu reduzieren, so dass das Einspritzintegral auch weiterhin konstant bleibt. Würden die Dosierparameter nicht angepasst werden, könnte es zu einer übermäßigen Beanspruchung des Feedstocks bei der Plastifizierung kommen. Dies würde die Gefahr hervorrufen, dass eine mechanische oder thermische Schädigung der Binderkomponente erfolgtIf the mixture quality and thus the viscosity of the next batch are back to the original value, the injection integral and the dosing work decrease in the same way. The dosing parameters are now to be reduced again to values, so that the injection integral also remains constant. If the dosing parameters were not adjusted, there could be an excessive load on the feedstock during plasticization. This would cause the risk that a mechanical or thermal damage of the binder component takes place
Bei besonders hochviskosen Feedstocks kommt es bei Veränderung der Dosierparameter unter Umständen auch zu einer Veränderung der Massetemperatur. Diese Veränderung kann über die Anpassung des Zylindertemperaturprofils oder über die Regelung der zugeführten Heizenergie kompensiert werden.In the case of particularly high-viscosity feedstocks, changing the metering parameters may also result in a change in the melt temperature. This change can be compensated by adjusting the cylinder temperature profile or by controlling the heat energy supplied.
Als Qualitätsmerkmal für die Mischgüte wird die Fließfahigkeit der gefüllten Formmasse herangezogen. Mittels der Energie für das Einspritzen und der Energie für das Dosieren an der Spritzgießmaschine wird die relativeAs a quality feature for the quality of mixing, the flowability of the filled molding composition is used. By means of the energy for the injection and the energy for the metering at the injection molding machine, the relative
Fließfahigkeit der gefüllten Fonmnasse ermittelt. Veränderungen der Energie für das Einspritzen werden aufgrund von Werkzeugtemperaturänderungen von der Regelung in der Weise erkannt, dass in einem solchen Falle die Energie für das Dosieren unverändert bleibt Die Dosierparameter werden in Abhängigkeit der gemessenen Energien für das Einspritzen und Dosieren in der Weise verändert, dass die Mischgüte konstant bleibt. Die Dosierparameter Staudruck und Schneckendrehzahl kommen dabei bevorzugt zum Einsatz. Die Dosierparameter Schneckenumfangsgeschwindigkeit und Schneckenrückzugsgeschwindigkeit können ebenfalls verwendet werden. Zusätzlich kann die Zylindertemperatur T überwacht und geregelt werden. Dabei kann insbesondere die dem Plastifizierzylinder zugeführte Heizenergie überwacht und geregelt werden. Als gefüllte Formmassen finden Feedstocks zum Pulverspritzgießen Verwendung. I# · ···· ···· I# · ···· ····Flowability of the filled Fonmnasse determined. Changes in energy for injection are detected by the controller due to tool temperature changes such that, in such a case, the energy for dosing remains unchanged. The dosing parameters are varied depending on the measured energies for injection and dosing such that the dosing parameters vary Mix quality remains constant. The metering parameters dynamic pressure and screw speed are preferably used here. The dosing parameters, worm peripheral speed and worm retraction speed can also be used. In addition, the cylinder temperature T can be monitored and regulated. In particular, the heat energy supplied to the plasticizing cylinder can be monitored and regulated. As filled molding compounds, feedstocks are used for powder injection molding. I # · ···· ···· I # · ···· ····
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Bezugszeichenliste: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13List of Reference Numerals: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Spritzgießmaschineinjection molding machine
Schneckeslug
Plastifiziereinheitplasticizing
EinspritzeinheitInjection unit
Maschinensteuerungmachine control
WerkzeugTool
Kavitätcavity
Pulverkomponente Binderkomponente Sensor (Schneckendrehzahl)Powder component binder component sensor (screw speed)
Sensor (Schneckendrehmoment)Sensor (worm torque)
Sensor (Einspritzdruck)Sensor (injection pressure)
Sensor (axiale Schneckenverschiebung) WE Einspritzarbeit Weo gespeicherter Wert für Einspritzarbeit Wd Dosierarbeit Wdo gespeicherter Wert für Dosierarbeit Ve Verhältnis We / Weo Vd Verhältnis Wd/Wdo Pe Einspritzdruck Ms Schneckendrehmoment • · ·· 9 9 9 9 9 9999 ···· φβ t ns ω T sSensor (axial screw displacement) WE Injection work Weo stored value for injection work Wd Dosing work Wdo stored value for dosing work Ve ratio We / Weo Vd ratio Wd / Wdo Pe injection pressure Ms screw torque • · ·· 9 9 9 9 9 9999 ···· φβ t ns ω T s
Drehwinkelangle of rotation
ZeitTime
SchneckendrehzahlScrew speed
SchneckenwinkelgeschwindigkeitSnails angular velocity
Temperatur axiale SchneckenbewegungTemperature axial screw movement
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