DD262620B3 - Verfahren zur verkuerzung der zykluszeit bei der duromer- und elastomerverarbeitung - Google Patents

Description

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Dio Optimierung der Zykluszeit starkwandiger Formteile in der Duromerverarbeltung (Spritzgießen, Pressen, Gießen) und Elastomerverarbeitung (Spritzgießen, Pressen) endete bisher bei dem letzten Verfahrensschritt, der Entformung, ohne die Berücksichtigung der Weiterreaktion in der darauffolgenden Abkühlphase.

Allgemein ist bekannt, daß die Aufheizzeit der Formmasse im Werkzeug auf die Werkzeugtemperatur den Hauptteil der Zykluszeit in der Duromer- und Elastomerverarbeitung ausmacht. Bekannt sind Verfahren und Vorrichtungen zur Regelung und Steuerung des Einspritzprozesses (DD-WP 227383, DD-WP 66020), zur Umschaltung von Spritzen auf Nachdruck (DE-AS 1458150, DE-OS 2412341, DE-AS 2021739, DE-OS 2443938, DD-WP 146912, DE-AS 1946637, DD-WP 246078) sowie Schalteinrichtungen zur Auslösung druckabhängiger Schaltvorgänge (DD-WP 132943).

Gegenüber der bekannten Verfahrensweise einer generell zeitabhängig gesteuerten Kühlphase des Formteiles beim Thermoplastspritzguß erfolgt nach DD-WP 212472 die Entformung, wenn die mit Hilfe von Temperaturfühlern im Werkzeug gemessene Temperatur eine vorher an einem Steuerwerk eingestellte Entformungstemperatur erreicht oder wenn die zum Erreichen der geforderten Entformungstemperatur notwendige Kühlzeit, die während des Spritzgießens berechnet wird, abgelaufen ist. Eine Anwendung dieses Verfahrens zur Steue. ung des Spritzgießprozesses auf die Duromer- bzw. Elastomerverarbeitung ist ausgeschlossen, da chemische Reaktionen der zu verarbeitenden Werkstoffe keine Beachtung finden.

In den theoretischen und experimentellen Arbeiten von Buschhaus (Buschhaus, F.: Automatisierung beim Spritzgießen von Duromeren und Elastomeren, Diss. RWTH Aachen 1982) wird zwar der zeitliche Vernetzungsverlauf berechnet, es fehlen jedoch die Korrelationen zwischen Vernetzungsprofil und Formteileigenschaften, um die erforderliche Zykluszeit für optimierte Formteileigenschaften vorauszuberechnen.

Eine Einbeziehung der Weiterreaktion der Vernetzung bei starkwandigen Formteilen nach dem Verfahrensschritt Entformung in cer darauffolgenden Abkühlphase zur Verkürzung der Zykluszeit erfolgt nicht. Das erfolgt auch nicht bei Paar (Paar, M.:

Ai slegunrj von Spritzgießwerkzeugen für vernetzende Formmassen, Diss. RWTH Aachen 1983), der ausgehend vom sich ausbildenden Temperaturprofil den Vernetzungsverlauf berechnet.

In den theoretischen und experimentellen Arbeiten von Weise (Weise, J.: Technologische Untersuchungen zum Spritzgießen ausgewählter Duromerformmassen unter Verwendung von Kaltkanalwerkzeugen, Diss. TU Karl-Marx-Stadt 27.03.1987) heißt es z. B.: „Das Teilmodell Vernetzungsphase basiert darauf, daß Temperaturverlauf und Vernetzungsprofil gekoppelt sind, so daß von der Formmassetemperatur- und Werkzeugtemperaturmessung ausgehend und der Eingabe des Vorkondensationsgrades C₀ eine zeitliche Steuerung der Vernetzung durchgeführt wird."

Weiter heißt es: „Durch die in den technologischen Untersuchungen ermittelten Korrelationen zwischen Vernetzungsprofil und Formteileigenschaften kann die erforderliche bzw. gewünschte Härtezeit bestimmt werden, die Hauptbestandteil der Zykluszeit t_z ist." In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß entsprechend Buschhaus und Weise zwar auf den hohen Wärmeinhalt, der durch die Reaktion entsteht und der die Weiterreaktion nach der Formöffnung bewirkt, hingewiesen, jedoch keine technische Nutzung zur Maschinensteuerung angegeben wird.

In keiner der genannten Arbeiten erfolgt die Einbeziehung der Nachvernetzung der Formmasse nach Formöffnung in den Steuerungsprozeß der Zykluszeit. Dementsprechend fehlt dafür auch das Steuerungskonzept.

Das erfinderische Merkmal besteht darin, daß die Einbeziehung der Nachvernetzung der Formmasse nach Formöffnung in den Steuerungsprozeß der Zykluszeit erfolgt und daß durch die Anwendung aktueller Werkstoffkennwerte und aktueller Prozeßparameter das Verfahren der schrittweisen Verminderung der Zykluszeit sinngemäß immer bei Anwendung des Verfahrens zu einem c_min führt.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens für die Duromer- und Elastomer-Verarbeitung, das es ermöglicht, die Zykluszeiten, Insbesondere bei der Herstellung bzw. Verarbeitung dickwandiger Formteile, zu verkürzen, um die Produktivität der Anlagen bei Einhaltung der Qualtitätsanforderungen an die Produktendeigenschaften zu erhöhen.

Darlegung des Wesens der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das es gestattet, die Weiterreaktion des Formstoffes nach

der Entformung in der Abkühlphase bei Einhaltung der Formteilgeometrie und des geforderten Vernetzunyagrades c_m,_n in jedem

Punkt des Formteils für die Verkürzung der Zykluszeit auszunutzen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zu dem bisher letzten Verfahrensschritt, der Entformung, ein weiterer Verfahrensschritt, die sich anschließende Abkühlphase, bei starkwandigen Formteilen hinzukommt, in der die Weiterreaktion

des Formstoffes temperatur- und zeitabhängig erfolgt, wobei die Weiterreaktion in dem neuen Verfahrensschritt Abkühlphase inein Prozeßmodell der Vernetzungsphase integriert wurde.

Für den Kaltkanalspritzguß z. B. wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bekannterweise

- die Formmasse plastifiziert wird, die Formteilbildung durch Einspritzen, Verdichten und beginnende Vernetzung der Formmasse in der aufgeheizten Kavität bei eingestellter und konstant gehaltoner Werkzeugtemperatur T_w erfolgt;

daß erfindungsgemäß

- der Vernetzungsgrad c_mi„ als Funktion der Zeit t, der Formmassetemperatur Tm und der Werkzeugtemporatur Tw unter Nutzung aktueller Werkstoffkennwerte und Prozeßparameter berechnet wird, wobei die Formmassetemperatur Tm und die Werkzeugtemperatur Tw als Funktion der Zeit t meßtechnisch erfaßt werden, dabeiin einer Vorwä rtsrech.iung ausgehend vom Vorkondensationsgrad C₀ der Formmassse eine Zykluszeit bis zur Erreichung des geforderten Mindestvernetzungsgrades c_mi„ bestimmt und

- in einer Rückwärtsrechnung unter Einbeziehung der Zeitdauer der Weiterreaktion der Vernetzung nach dem Verfahrensschritt Entformung während des neu hinzugekommenen Verfahrensschrittes Abkühlphase durch die schrittweise Verminderung der Zykluszeit erneut bis zum Mindestvernetzungsgrad c_mi_n die chemische Reaktion berechnet wird, wobei die vom Mikrorechner berechnete Zeit für die Weiterreaktion in der Abkühlphase bis zum geforderten Vernetzungsgrad c,„_in zur Verkürzung der Zykluszeit dient.

Die Erweiterung der Verfahrensschritte beim Spritzgießen um den Verfahrensschritt Abkühlphase ist sinngemäß für die Verarbeitungsverfahren des Pressens und Gießens gleichermaßen anwendbar, wobei durch die beschriebene Vorgehensweise gegenüber der bisherigen eine Produktivitätssteigerung erzielt wird.

Die Formmassetemperatur Tm wird beim Spritzgießen am Düsenaustritt und im Fassonteil wandnah gemessen und nach dem bekannten Stand der Technik geregelt.

Der Vorvernetzungsgrad c_o wird als Werkstoffkennwert aus dem Speicher des Mikrorechners entnommen, gleichfalls ist für die zu verarbeitenden Werkstoffe der für eine geforderte Formteilqualität notwendige minimale Vernetzungsgrad c_mi_n aus Vorversuchen bzw. der Prüfung des Verarbeitungsverhaltens von Duromeren bzw. Elastomeren, z. B. in Anlehnung an die Prüfung von Kautschuk und Elastomeren nach DIN 53529 bekannt. Das Verfahren ist gleichfalls geeignet, auftretende Schwankungen in der Prozeßführung durch die fortlaufende Messung der Formmassetemperatur Tm und der Werkzeugtemperatur T_w in der Kavität und deren Berücksichtigung bei der Berechnung der Vernetzung in der Form und der Weiterreaktion nach der Entformung zu kompensieren.

Ausführungsbeispiel Die Erfindung wird nachfolgend an einem Beispiel erläutert.

Bei der Herstellung eines 15mm dicken Formteils aus Phenoplast mittels Kaltkanalspritzguß wurde die Formmasse Typ 31 mit T_M = 393K in die Kavität, die eine konstant gehaltene Temperatur von T_w = 448K aufwies, eingespritzt. Die Vorwäitsrechnung ergab eine erforderliche Zykluszeit von 7 Minuten für das Erreichen des Mindestvernetzungsgrades c_mi„ = 0,94 im Formteil ohne Berücksichtigung der Weiterreaktion während des neuen Verfahrensschrittes Abkühlphase. Die Rückrechnung ergab eino Zeit für die Nachreaktion in der Mitte des Formteiles nach der Entformung in der Abkühlphase von 3 Minuten. Diese Zeit wurde als Steuergröße vom Mikrorechner berechnet und zur Steuerung des Verfahrens genutzt, wobei in diesem Beispiel bei der minimierten Zykluszeit von 4 Minuten die Entformung qualitätsgerecht mit c_mi_n = 0,94 stattfand.

Claims (1)

1. Verfahren zur Verkürzung der Zykluszeit bei der Duromer- und Elastomerverarbeitung für das Spritzgießen, Pressen und Gießen, vorzugsweise der Herstellung dickwandiger Formteile mit einer Formteildicke größer als 6 mm, gekennzeichnet dadurch, daß die Weiterreaktion des Formstoffes nach der Entformung in der Abkühlphase der Formteile daa irch berücksichtigt wird, daß der Vernetzungsgrad c_mi_n als Funktion der Zeit, der Formmassetemperatur und der Werkzeugtemperatur unter Nutzung aktueller Werkstoff kennwerte und Prozeßparameter berechnet wird, wobei die Formmassetemperatur und die Werkzeugtemperatur als Funktion der Zeit meßtechnisch erfaßt werden, dabei in einer Vorwärtsrechnung, ausgehend vom Vorkondensationsgrad c₀ der Formmasse, eine Zykluszeit bis zur Erreichung des geforderten Mindestvernetzungsgrades c_mi_n bestimmt und in einer Rückwärtsrechnung unter Einbeziehung der Zeitdauer der Weiterreaktion der Vernetzung nach der Entformung in der Abkühlphase durch die schrittweise Verminderung der Zykluszeit erneut bis zum Mindestvernetzungsgrad c_mi_n die chemische Reaktion berechnet wird, wobei die vom Mikrorechner berechnete Zeit für die Weiterreaktion in der Abkühlphase bis zum geforderten Vernetzungsgrad c_min zur Verkürzung der Zykluszeit dient.

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung findet bei der Verarbeitung von Dümmeren und Elastomeren, insbesondere beim Duromerspritzguß dickwandiger Formteile Anwendung.