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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung einer Spritzgiessmaschine, wobei
Kunststoff plastifiziert und unter Druck in einem in einer Einspritzdüse endenden Raum zwischen einem Einspritzkolben und der Einspritzdüse gesammelt wird und ein Ausfliessen des zunächst unter erhöhtem Druck stehenden Kunststoffes durch die Einspritzdüse ver- hindert wird, indem der Kolben zurückgezogen wird.
Bei dem hier erwähnten Einspritzkolben handeltes sich üblicherweise um die zum Plastifizie- ren und Dosieren des Kunststoffes dienende Schnecke, welche mit einer Rückströmsperre versehen ist und daher beim Vorschieben des Kolbens wirkt. Die anschliessende
Beschreibung spricht daher von einer Schnecke, auch wenn die Erfindung auf diese Art von
Kolben nicht eingeschränkt sein soll.
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem der Druckentlastung rührt daher, dass ein im
Schneckenvorraum durch den Dosier- oder Einspritzvorgang aufgebauter Druck nicht ver- schwindet, wenn der auf das Ende der Schnecke wirkende elektrische oder hydraulische
Antrieb ausgeschaltet wird. Die Schnecke ist im zugehörigen Zylinder nicht sehr leicht beweglich, sodass der im Schneckenvorraum eingeschlossene Kunststoff einen erheblichen
Druck (durchaus in der Grössenordnung von 10 bar) behalten kann, selbst wenn der elektri- sche Antriebsmotor kein Moment mehr ausübt und kein hydraulischer Druck auf die
Schnecke wirkt. Um diesen Druck abzubauen, also zur sogenannten Kompressionsent- lastung, welche vor oder nach dem Dosieren notwendig sein kann, ist derzeit vorgesehen, die Schnecke um eine definierte Strecke zurückzuziehen.
Die Wahl dieser Strecke erfolgt derzeit empirisch, was einige Kunstfertigkeit erfordert. Wurde die Strecke zu gering eingestellt, ist der Kunststoff also nicht hinreichend entlastet, kommt es beim Abheben der den Schneckenvorraum begrenzenden Düse zum Herausfliessen oder gar -spritzen des Kunststoffes, mit entsprechender Verunreinigung der Maschine. Die Wahl eines zu grossen Entlastungshubes führt andererseits zum Ansaugen von Luft und zum Entstehen eines undefinierten Spritzvolumens. Die Erfindung erlaubt eine Automatisierung des Kompressionshubes, indem vorgesehen wird, dass das Ausmass der Kolbenbewegung beim Zurückziehen in Abhängigkeit vom Druckverlauf im eingeschlossenen Kunststoff festgelegt wird.
Dass dieser Gedanke bisher nicht in Erwägung gezogen worden ist, mag auch .damit zusammenhängen, dass Drucksensoren für den im Schneckenvorraum eingeschlossenen Kunststoff zwar vielfach vorgeschlagen worden sind, die für den praktischen Einsatz erforderliche Robustheit jedoch noch nicht aufweisen. Der Staudruck beim Dosieren und der
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Einspritzdruck beim Füllen der Form werden daher heute vom Hydrauiikdruck, der auf die
Schnecke wirkt, abgeleitet. Bei elektrischen Maschinen ist an sich die Stromstärke für das aufgebrachte Moment repräsentativ, doch hat man dort auch schon Kraftmessgeräte in die Übertragungskette vom Motor zur Schnecke eingebaut.
Das Problem bei der Kompressions- entlastung besteht nun gerade darin, dass es ein Fehlschluss wäre, aus dem Fehlen einer antriebsseitig auf die Schnecke aufgebrachten Kraft auf die Drucklosigkeit des Kunststoffes im Schneckenvorraum zu schliessen. Dennoch ist bei den bekannten Einrichtungen ein
Kompressionshub in Abhängigkeit vom Druckverlauf im eingeschlossenen Kunststoff mög- lich. Dies wird dadurch erreicht, dass der Druckverlauf im eingeschlossenen Kunststoff durch
Messung der Kraft bestimmt wird, welche zum Zurückziehen des Kolbens notwendig ist. Wie dieser Gedanke im einzelnen durchzuführen ist, wird anschliessend anhand der Zeichnung erläutert.
In dieser zeigt
Fig. 1 einen Horizontalschnitt der wesentlichen Teile einer bekannten Einspritzeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens,
Fig. 2 den entsprechenden Vertikalschnitt,
Fig. 3 die zugehörige Ansicht von rechts in Fig. 2,
Fig. 4 entspricht Fig. 1 für eine hydraulisch angetriebene Einrichtung.
Die in Fig. 1 dargestellte Einspritzeinrichtung ist als solche weitgehend konventionell und muss daher nicht im Detail beschrieben werden. Sie weist eine Schnecke 3 auf, welche in einem Massezylinder 2 drehbar und längsverschiebbar gelagert ist. Durch den Trichter 1 der
Schnecke 3 zugeführter Kunststoff wird durch die Drehung der Schnecke 3 plastifiziert und im Schneckenvorraum gesammelt, bis er durch Vorschieben der Schnecke 3 in den nicht dargestellten Formhohlraum eingespritzt wird. Während des Dosierens und Einspritzens des
Kunststoffes bleibt die Trägerplatte 4, welche mit dem Massezylinder 2 verbunden ist, unbeweglich. Das Ende der Schnecke 3 ist in einer Druckplatte 8 gelagert, an der sich die Schnecke 3 abstützt. Die Druckplatte 8 ihrerseits ist in der Trägerplatte 4 über Spindeln 5 abgestützt.
Der Antrieb der Spindeln 5 erfolgt über den Keilriemen 17 und die Antriebsscheiben 7' mittels eines Servomotors 7, der die Bewegung der Druckplatte 8 mitmacht.
Ebenfalls mit der Druckplatte 8 verbunden ist der die Schnecke 3 drehende Dosierantrieb 6, welcher über den Keilriemen 16 die Antriebsscheibe 6' antreibt.
Das Ende der Schnecke 3 ist in einem hier nicht näher interessierenden Drehlager gelagert, welches von einer feststehenden Hülse 9 umgeben ist. Die Verbindung der Hülse 9 und der Druckplatte 8 wird durch eine Ringscheibe 10 vermittelt. Der Querschnitt dieser Ringscheibe
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entspricht in etwa dem eines I-Trägers. Ihr innerer Rand 11 ist mit der Hülse 9, ihr äusserer
Rand 12 mit der Druckplatte 8 durch Schrauben 18 verbunden.
Beim Einspritzvorgang wird die Druckplatte 8 mittels des Motors 7 über die Spindeln 5 nach links bewegt, wodurch im Kunststoff vor der Schnecke 3 ein Druck entsteht, welcher zur
Verformung der Ringscheibe 10 führt. Wird andererseits die Schnecke 3 durch den Dosier- motor 6 in Drehung versetzt, so übt der sich vor der Schnecke ansammelnde Kunststoff einen Staudruck aus, welcher durch Bewegung der Druckplatte 8 nach rechts in Grenzen gehalten wird. Wiederum kommt es zu einer Verformung der Ringscheibe 10.
In Fig. 1 sind zwei als Abstandmesser ausgebildete Sensoren 15 bzw. 15' dargestellt. Der
Sensor 15 misst dabei auf induktivem Wege den Abstand zwischen der Hülse 9 und einem mit der Platte 8 fest verbundenen Tragwinkel 19. Der Sensor 15' hingegen ist über den Bügel
20 fest mit der Platte 8 verbunden und misst den Abstand zur Antriebsscheibe 6', welche gegenüber der Hülse 9 nicht längsverschiebbar ist. Die Anordnung mehrerer Sensoren 15,
15' ist sinnvoll, da deren Ergebnisse gemittelt werden können.
Bei der Kompressionsentlastung wird vom Motor ein Zug auf die Schnecke ausgeübt, um diese einige mm nach rechts zu verschieben. Es kommt dabei zu keiner wesentlichen
Beschleunigung der Schnecke, doch ist ein erheblicher Reibungswiderstand zu überwinden.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass die aufzuwendende Kraft wesentlich reduziert wird, wenn am Beginn der Bewegung der Kunststoff mit Einem Druck in der
Grössenordnung von 10 bar an der Schneckenspitze anliegt. Die durch den Druck des Kunst- stoffes ausgeübte Kraft lässt sich unter Umständen direkt aus dem vom Sensor gelieferten
Signal erschliessen. Auf jeden Fall aber ist es möglich, die Schnecke zunächst bei sonst gleichen Verhältnissen, aber bereits entlastetem Schneckenvorraum 25, nach rechts zu bewegen, anschliessend bei unter Druck stehendem Schneckenvorraum 25. Der Vergleich der beiden Druckverläufe bzw. Kraftverläufe erlaubt einen einfachen Rückschluss auf den Druck im Schneckenvorraum25. Der Kompressionsentlastungshub wird dann beendet, wenn aus dem Kurvenverlauf ein Absinken dieses Druckes auf Null extrapoliert werden kann.
Bei verschwindendem Druck kommt es weder zu einem Ausfliessen des Kunststoffes aus der Düse 24, noch zu einem Einsaugen von Luft durch diese Düse.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 unterscheidet sich von jenem nach Fig. 1 bis 3 dadurch, dass hier die Bewegung der Platte 8 über die Kolben 21 von Hydraulikeinheiten 22 erfolgt. An sich ist bereits der Druck an der Rückseite der Kolben 23 ein Mass für die zum
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Zurückziehen der Schnecke 3 erforderliche Kraft. Die Anordnung von Sensoren 15 eliminiert jedoch den Einfluss der Reibung in dem nach den Sensoren liegenden Bereich und erhöht daher die Genauigkeit des Verfahrens wesentlich.