DE102005032367A1 - Verfahren zum Überwachen und/oder Regeln der Schmelzebefüllung von zumindest einer Kavität - Google Patents

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Überwachen und/oder Regeln der Schmelzbefüllung von zumindest einer Kavität (5) einer Spritzgießmaschine (P), insbesondere mit einem Kaltkanal-Werkzeug (2), soll die Zeit, welche die Schmelze in der Kavität (5) bis zu einem Sensor (10) benötigt, überwacht und bei Änderungen bzw. Unterschieden in der Zeit die Viskosität der Schmelze verändert werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen und/oder Regeln der Schmelzebefüllung von zumindest einer Kavität einer Spritzgiessmaschine, insbesondere mit einem Kaltkanalwerkzeug, sowie eine Vorrichtung hierfür.
  • STAND DER TECHNIK
  • Ein Spritzgiessprozess auf einer Spritzgiessmaschine unterliegt zwangsläufig gewissen Schwankungen, da sich sowohl die Umgebungsbedingungen wie auch die Qualität und Beschaffenheit des Rohstoffmaterials (Schmelze) ständig ändern. Aufgrund dieser Einflüsse verändern sich letztendlich die Fliesseigenschaften bzw. Viskosität der Kunststoffschmelze, was zu unterschiedlichen Teileeigenschaften führt. Aus diesem Grunde erscheint die klassische Annahme, dass ein Prozess dann um so genauer ist, je genauer die Reproduktionsfähigkeit einer Spritzgiessmaschine ist, prinzipiell falsch.
  • Im Falle von Heisskanal-Werkzeugen wurde dieses Problem in der Vergangenheit dadurch gelöst, dass gemäss der DE 101 12 126 A1 der Temperaturverlauf in der Kavität ermittelt und vergleichmässigt wird.
  • Im Falle von Kaltkanal-Werkzeugen, die nach wie vor erheblich bei Spritzgiessmaschinen eingesetzt werden, gibt es bis heute im wesentlichen zwei Ansätze:
    In einem Fall werden die Fliesseigenschaften im Verteilersystem und den Kavitäten vorab berechnet, um dann bestimmte Eigenschaften durch mechanisches Bearbeiten der Verteiler zu kompensieren. Dies löst das Problem nicht wirklich, da hierdurch Schwankungen beim Fliessweg der Schmelze nicht behoben werden können.
  • In einem zweiten Fall versuchen Maschinenhersteller Viskositätsschwankunger in der Schmelze bereits vor dem Werkzeug bzw. im Spritzzylinder zu kompensieren, was jedoch wiederum nur einem offenen Regelkreis entspricht, da Einflüsse zwischen den Einspritzeinrichtungen und der Kavität ausser Acht gelassen werden.
  • AUFGABE DER ERFINDUNG
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Schwankungen bei Spritzgiesszyklen, die insbesondere auf Schwankungen der Schmelze zurückzuführen sind, zu erkennen und den Schmelzefluss möglichst zu vergleichmässigen.
  • LÖSUNG DER AUFGABE
  • Zur Lösung dieser Aufgabe führt, dass die Zeit, welche die Schmelze in der Kavität bis zu einem Sensor benötigt, überwacht und bei Änderungen bzw. Unterschieden in der Zeit die Viskosität der Schmelze verändert wird.
  • Um Viskositätsschwankungen in der Kavität zu regeln bzw. zu kompensieren, müssen diese auch dort gemessen werden. Abhängig von der Viskosität einer Kunststoffschmelze erreicht diese bei gleicher Maschineneinstellung und bei gleichem Werkzeug eine bestimmte Fliessweglänge innerhalb einer bestimmten Zeit. Eine hohe Viskosität („zähflüssig") bewirkt eine kurze Fliessweglänge, eine niedrige Viskosität („dünnflüssig") bewirkt eine längere Fliessweglänge. Um die gleiche Fliessweglänge zu durchlaufen, benötigen hochviskose Schmelzen mehr Zeit, während niedrigviskose Schmelzen weniger Zeit benötigen.
  • Die Beschaffenheit des Rohmaterials, die Umgebungsbedingungen sowie die Heizungen des Spritzgiessaggregats beeinflussen und verändern die Viskosität bzw. das Fliessverhalten der Kunststoffschmelze während dem Spritzgiessvorgang. Eine Änderung der Viskosität kann dadurch festgestellt werden, dass in der Kavität am Fliesswegende ein Sensor das Eintreffen der Schmelze detektiert. Dabei kann es sich um einen Sensor handeln, der die Temperatur der Werkzeugwand, die Temperatur in der Ebene der Innenwand der Kavität, den Druck in der Kavität oder aber auch die Schmelze optisch erfasst. In letzterem Fall kann es sich beispielsweise um einen Lichtleiter handeln, der die Schmelze quasi „sieht". In jedem Fall wird eine Signaländerung bewirkt, wenn die Schmelze die Position des Sensors erreicht. Die Signaländerung wird automatisch detektiert, so dass auch automatisch ermittelt wird, ob die Kunststoffschmelze aufgrund von Material- oder Prozessschwankungen hochviskoser oder niedrigviskoser geworden ist.
  • Benötigt die Kunststoffschmelze bei gleicher Maschineneinstellung mehr Zeit, um an die Sensorposition zu gelangen, ist sie hochviskoser geworden. Um dies zu kompensieren, muss die Viskosität vermindert werden. Dies könnte einmal durch Zugabe von Lösungsmittel od. dgl. geschehen, wodurch jedoch auch die anderen Eigenschaften der Schmelze beeinflusst werden. Am einfachsten kann die Viskosität dadurch vermindert werden, dass die Temperatur der Schmelze erhöht wird. Dies kann an einer beliebigen Stelle der Spritzgiessmaschinen geschehen, welche von der Schmelze passiert wird. Am einfachsten geschieht dies am Spritzaggregat oder auch an einer Einspritzdüse.
  • Benötigt die Kunststoffschmelze bei gleicher Maschineneinstellung weniger Zeit, um an die Sensorposition zu gelangen, ist die Viskosität niedriger geworden. Um dieses zu kompensieren, genügt es, die Temperatur am Spritzaggregat der Maschine zu vermindern.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der gesamte Vorgang automatisiert. Hierzu werden die Messsignale (vorzugsweise Werkzeugwandtemperatur-Signale) automatisch erfasst und die Sollwerte von Zylindertemperaturen am Spritzaggregat nach jedem Zyklus, z.B. über eine Leitrechner-Schnittstelle, an die Maschinensteuerung mitgeteilt. Auf diese Weise wird bei einem Kaltkanal-Werkzeug über einen geschlossenen Regelkreis sichergestellt, dass Viskositätsänderungen permanent und vollautomatisch kompensiert werden, so dass stets von den gleichen Fliesseigenschaften im Spritzgiesswerkzeug ausgegangen werden kann. Dies wiederum erhöht die Qualitätskonstanz der Spritzteile erheblich.
  • Das erfindungsgemässe Verfahren, nämlich die Viskositätsänderung, gemessen über den zeitlichen Anstieg der Messsignale kann natürlich nicht nur zum Regeln der Spritzgiessmaschine bzw. der Viskosität der Schmelze verwendet werden, sondern in einzelnen Fällen kann es auch genügen, die Viskositätsänderung innerhalb gewisser Toleranzgrenzen zu überwachen. Überschreiten dann Zyklen diese Toleranzgrenzen, so werden die hergestellten Spritzteile als Ausschussteile aussortiert.
    •
  • FIGURENBESCHREIBUNG
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in ihrer einzigen Figur eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemässen Spritzgiessmaschine.
  • An Führungsholmen 1.1 und 1.2 befindet sich ein Kaltkanal-Werkzeug 2, bei welchem Ausnehmungen in einer feststehenden Formplatte 3 und in einer bewegbaren Formplatte 4 eine Kavität 5 ausbildet. In diese Kavität 5 mündet ein nur durch den Pfeil 6 dargestellter Kaltkanal ein, durch den Schmelze aus einem Spritzaggregat 7 in die Kavität 5 eingebracht wird. Dieses Spritzaggregat 7 steht mit einem Extruder 8 in Verbindung, dem ein Einfülltrichter 9 für Kunststoffmaterial zugeordnet ist.
  • Die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung ist folgende:
    Nach dem Schliessen der Formplatten 3 und 4 wird über das Spritzaggregat 7 und den Kaltkanal Schmelze in die Kavität 5 eingedrückt. Diese Schmelze füllt die Kavität 5 aus. Nach einem bestimmten Fliessweg erreicht sie einen Sensor 10. Dieser Sensor 10 ist möglichst nahe dem Fliesswegende positioniert und kann beispielsweise die Temperatur der Innenwand der Kavität ermitteln. Es kann sich auch um einen Innendrucksensor oder um einen optischen Sensor handeln, welcher das Fliessen der Schmelze beobachtet.
  • Der Sensor 10 ist über eine Auswerteeinheit 11 mit einer Maschinenschnittstelle 12 verbunden, über welche die Steuerung der gesamten Maschine angesprochen wird. Mit dieser Maschinenschnittstelle 12 ist auch eine Temperiereinrichtung für die Schmelze gekoppelt, wobei diese Temperiereinrichtung im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus vier Heizbändern 13.1 bis 13.4 besteht.
  • Mittels des Sensors wird bei jedem Zyklus die Zeit ermittelt, welche die Schmelze braucht, um den Sensor zu erreichen. Dieser Wert wird der Auswerteeinheit weitergegeben.
  • Stellt nun der Sensor eine Abweichung der Zeit des Fliessweges fest, so gibt die Auswerteeinheit, ggf. nach Überschreiten eines Toleranzbereiches, an die Maschinenstelle ein Signal ab, dass die Temperatur der Heizbänder verändert werden muss. Dauert beispielsweise der Fliessweg länger, so ist dies ein Indiz dafür, dass die Viskosität der Schmelze erhöht ist. Die Viskosität kann durch Erhöhung der Temperatur am Spritzaggregat wieder verringert werden. Umgedreht wird die Temperatur am Spritzaggregat vermindert, sofern die Viskosität vermindert ist, d.h., der Fliessweg bis zum Sensor schneller wird.
  • Bezugszeichenliste
    Figure 00070001

Claims (6)

  1. Verfahren zum Überwachen und/oder Regeln der Schmelzbefüllung von zumindest einer Kavität (5) einer Spritzgiessmaschine (P), insbesondere mit einem Kaltkanal-Werkzeug (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Zeit, welche die Schmelze in der Kavität (5) bis zu einem Sensor (10) benötigt, überwacht und bei Änderungen bzw. Unterschieden in der Zeit die Viskosität der Schmelze verändert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Sensor (10) die Temperatur der Werkzeugwand, die Temperatur der Innenwand der Kavität, der Druck in der Kavität und/oder die Schmelze optisch erfasst wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Änderung der Viskosität die Temperatur der Schmelze verändert wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Messsignale des Sensors (10) automatisch erfasst, ausgewertet und Sollwerte für die Schmelze nach möglichst jedem Zyklus einer Maschinensteuerung mitgeteilt werden.
  5. Vorrichtung zum Überwachen und/oder Regeln der Schmelzbefüllung von zumindest einer Kavität (5) einer Spritzgiessmaschine (P), insbesondere mit einem Kaltkanal-Werkzeug (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Kavität (5) ein Sensor (10) zum Erfassen der Fliessgeschwindigkeit der Schmelze zugeordnet ist, wobei die Fliessgeschwindigkeit durch eine Viskositätsveränderung der Schmelze veränderbar ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Veränderung der Viskosität einem Spritzaggregat (7) der Spritzgiessmaschine (8) eine Temperiereinrichtung (13.1 bis 13.4) zugeordnet ist.
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