DE102005036198B4 - Method for controlling the screw retraction speed - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Optimieren der Qualität einer Schmelze, wobei die Schmelze in einer Plastifiziereinheit einer Spritzgießmaschine erzeugt wird,
wobei beim Plastifizieren Schmelze in den Schneckenvorraum gefördert wird,
wobei der sich dort ergebende Druck die Schnecke mit einer Geschwindigkeit zurückbewegt und
die Geschwindigkeit, mit der die Schnecke zurückbewegt wird, geregelt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Regelung der Geschwindigkeit, mit der die Schnecke zurückbewegt wird, über die Schneckendrehzahl in Abhängigkeit der Dosierzeit erfolgt.Method for optimizing the quality of a melt, wherein the melt is produced in a plasticizing unit of an injection molding machine,
wherein during plasticizing melt is conveyed into the screw antechamber,
wherein the pressure resulting therefrom moves the screw back at a speed and
the speed with which the screw is moved back, is regulated,
characterized in that
the control of the speed at which the worm is moved back via the screw speed as a function of the dosing time.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Optimieren der Qualität einer Schmelze, wobei die Schmelze in einer Plastifiziereinheit einer Spritzgießmaschine erzeugt wird, wobei beim Plastifizieren Schmelze in den Schneckenvorraum gefördert wird, wobei der sich dort ergebende Druck die Schnecke mit einer Geschwindigkeit zurückbewegt und wobei die Geschwindigkeit, mit der die Schnecke zurückbewegt wird, geregelt wird.The The invention relates to a method for optimizing the quality of a Melt, wherein the melt in a plasticizing a injection molding machine is produced, wherein plasticizing melt in the Schneckenvorraum promoted is, wherein the resulting pressure, the screw with a Speed moved back and the speed with which the screw moves back is being regulated.

Ein derartiges Verfahren ist aus der GB 2 201 118 A bekannt. Die Schmelze wird hier in einer Plastifiziereinheit in bekannter Weise erzeugt, wobei der Druck des plastifizierten Kunststoffs die Schnecke zurückbewegt. Die Geschwindigkeit, mit der dies erfolgt, wird geregelt.Such a method is known from GB 2 201 118 A known. The melt is produced here in a plasticizing unit in a known manner, wherein the pressure of the plasticized plastic moves back the screw. The speed with which this is done, is regulated.

Ähnliche Lösungen offenbaren die DE 19619 730 C2 , die US 5 028 373 und die EP 0 169 390 A2 .Similar solutions reveal the DE 19619 730 C2 , the US 5 028 373 and the EP 0 169 390 A2 ,

Die Strömungsverhältnisse im Schmelzebereich der Plastifiziereinheit einer Spritzgießmaschine entscheiden über die Qualität der Schmelze. Die Forderung nach einer möglichst homogenen Schmelze kann durch die gezielte Beeinflussung der Strömungsverhältnisse in der Plastifizier-einheit erreicht werden. Eine über der Kanalhöhe konstante Schubspannungsverteilung bewirkt eine gleichmäßige Beanspruchung der Schmelzepartikel und ist daher für eine gute Homogenität erforderlich. Während des Plastifizierens wird Schmelze nach vorne in den Schneckenvorraum gefördert. Der sich dort ergebende Druck, der sog. Staudruck, drückt die Schnecke nach hinten. Üblicherweise werden beim Dosieren die Schneckendrehzahl und der Staudruck geregelt.The flow conditions in the melt area of the plasticizing unit of an injection molding machine decide about the quality the melt. The demand for a homogeneous melt as possible can by targeted influencing the flow conditions in the plasticizing unit be achieved. One over the channel height constant shear stress distribution causes a uniform load the melt particles and is therefore required for good homogeneity. While the plasticizing process is melted forward into the worm antechamber promoted. The resulting pressure, the so-called dynamic pressure, presses the Snail backwards. Usually During dosing, the screw speed and the back pressure are regulated.

Dadurch stellt sich aber ein Strömungsprofil über der Kanalhöhe ein, das keine konstante Schubspannungsverteilung bewirkt.Thereby But there is a flow profile over the channel height a, which causes no constant shear stress distribution.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzubieten, mit dem es ermöglicht wird, dass sich über der Kanalhöhe eine konstante Schubspannungsverteilung einstellt.task The invention is to provide a method with which it is possible to that is over the channel height sets a constant shear stress distribution.

Die Lösung der Aufgabe ist in Verbindung mit dem Oberbe-griff des Anspruches 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Geschwindigkeit, mit der die Schnecke zurückbewegt wird, über die Schneckendrehzahl in Abhängigkeit der Dosierzeit erfolgt.The solution The task is in connection with the Oberbe-handle of the claim 1, characterized in that the regulation of the speed, with which the worm moves back will, over the screw speed in dependence the dosing takes place.

Es wird hierbei vorgeschlagen, ein mathematisches Modell zur Regelung der Geschwindigkeit heranzuziehen, wobei der Volumendurchsatz der Schmelze durch die Schnecke bestimmt wird.It Here, a mathematical model for regulation is proposed speed, whereby the volume throughput of the Melt is determined by the screw.

Ferner kann vorgesehen werden, dass die Dosierzeit als Prozentwert der Kühlzeit vorgegeben wird.Further can be provided that the dosing as a percentage of cooling time is given.

Der Volumendurchsatz der Schmelze durch eine Schnecke kann durch folgende Formel beschrieben werden:

Figure 00020001
The volume flow rate of the melt through a screw can be described by the following formula:
Figure 00020001

Darin sind b die Kanalbreite, h die Kanalhöhe, vb,z die Geschwindigkeitskomponente am Zylinder in z-Richtung, η die Schmelzeviskosität und

Figure 00030001
der Druckgradient in z-Richtung.Where b is the channel width, h is the channel height, v b, z is the velocity component on the cylinder in the z-direction, η is the melt viscosity and
Figure 00030001
the pressure gradient in the z direction.

Für eine reine Schleppströmung ist der Druckgradient Null, so dass sich Formel 1 zu

Figure 00030002
vereinfacht.For a pure drag flow, the pressure gradient is zero, so that formula 1 too
Figure 00030002
simplified.

Der Volumendurchsatz ergibt sich aber andererseits auch aus der Schneckenrückzugsgeschwindigkeit vrück:

Figure 00030003
On the other hand, the volume throughput also results from the screw retraction speed v:
Figure 00030003

Mit der Forderung, dass die Dosierphase nicht zykluszeitbestimmend sein soll, muss das Dosieren vor dem Ende der Kühlzeit abgeschlossen sein. An der Maschinensteuerung wird daher die gewünschte Dosierzeit entweder in Sekunden oder als Prozentwert der Dosierzeit eingegeben. Daraus wird der notwendige Volumenstrom berechnet.With the requirement that the dosing phase not be cycle time determining should, dosing be completed before the end of the cooling time. At the machine control, therefore, the desired metering time is either in seconds or as a percentage of the dosing time. from that the necessary volume flow is calculated.

Die resultierende Geschwindigkeit des Zylinders lässt sich entweder als Summe von Umfangsgeschwindigkeit vb,Umfang Umfang und der Rückzugsgeschwindigkeit vrück darstellen oder aus der Summe der Geschwindigkeitskomponente in Kanalrichtung vb,z und der Geschwindigkeitskomponente quer zum Schneckenkanal vb,z.The resultant speed of the cylinder can be either as a sum of circumferential speed v b, circumferential extent and the withdrawal speed v reset represent or from the sum of the velocity component in the channel direction v b, z and the speed component transverse to the screw channel v b, z.

Die Geschwindigkeit des Zylinders vb errechnet sich somit zuThe speed of the cylinder v b is thus calculated

Figure 00040001
Figure 00040001

Durch Einsetzen von vb,z aus Gleichung 2 und vrück aus Gleichung 3 erhält man die Bestimmungsgleichung für den Winkel α

Figure 00040002
By substituting v b, z from Equation 2 and v back from Equation 3, one obtains the equation of determination for the angle α
Figure 00040002

Daraus kann der Winkel α berechnet werden.from that the angle α can be calculated become.

Figure 00040003
Figure 00040003

Die Schneckenrückzugsgeschwindigkeit ergibt sich damit als Funktion der Schneckendrehzahl zu vrück = D·π·n·sinα (8) The screw retraction speed thus results as a function of the screw speed v reset = D · π · n · sinα (8)

Wird nun die Dosierzeit als Prozentwert der Kühlzeit, tdos = Ct·tKühl (9)vorgegeben, wobei ct den Zeitfaktor darstellt, so kann daraus die erforderliche Schneckendrehzahl berechnet werden

Figure 00050001
wobei sDos der gewünschte Dosierweg ist.If now the dosing time as a percentage of the cooling time, t DOS = C t · t Cool (9) given, where c t represents the time factor, it can be calculated from the required screw speed
Figure 00050001
where s Dos is the desired metering path.

Die Regelung der Schneckenrückzugsgeschwindigkeit anstelle der Regelung des Staudrucks bietet auch noch in anderer Hinsicht einen Vorteil. Es lässt sich beim Dosieren nicht vermeiden, dass Granulatkörner zwischen einem Schneckensteg und der Zylinderkante abgeschert werden. Die dabei auftretenden Scherkräfte werden zu der an der Schneckenspitze wirkenden Kraft hinzuaddiert, und daraus ergibt sich dann der meist über das Hydrauliksystem der Maschine geregelte Staudruck. FStaudruck–Hydraulik = FStaudruck–Schneckenvorraum + FStaudruck–Granulatkorn (11) The control of the screw retraction speed instead of the control of the back pressure also offers an advantage in other respects. It can not be avoided when dosing that granules are sheared off between a screw flight and the cylinder edge. The shear forces occurring are added to the force acting on the screw tip, and this then results in the most controlled via the hydraulic system of the machine back pressure. F Back pressure hydraulic = F Back pressure of the screw + F Back pressure granule (11)

Vor allem bei Schnecken mit kleinem Schneckendurchmesser kommt es dadurch zu unregelmäßiger Schneckenrückzugsbewegung und zu nicht mehr vollständig ausregelbaren Druckspitzen. Bei einem Granulatkorndurchmesser von 4 mm und einer Schubfestigkeit des Granulatkorns von 20 N/mm2 ergibt sich bei Schneckendurchmesser 14 mm eine zusätzli che Staudruckkomponente von rund 16 bar, was ca. ein Fünftel eines üblichen Staudruckwertes darstellt.Especially with screws with a small screw diameter, this leads to irregular Helix retraction movement and no longer completely adjustable pressure peaks. With a granule diameter of 4 mm and a shear strength of the granule of 20 N / mm 2 results in screw diameter 14 mm an addi tional back pressure of about 16 bar, which represents about one-fifth of a conventional dynamic pressure value.

In den Zeichnungen sind zur Unterstützung der benutzten Formeln schematisch verschiedene Kurvenverläufe sowie Schneckengeometrien wiedergegeben.In the drawings are in support The formulas used schematically different curves as well Reproduced screw geometries.

1 zeigt die geometrischen Verhältnisse im Schneckenkanal, 1 shows the geometric conditions in the screw channel,

2 zeigt diverse Geschwindigkeitsprofile, 2 shows various speed profiles,

3 zeigt den Geschwindigkeitsverlauf im Schneckenkanal, 3 shows the velocity profile in the screw channel,

4 zeigt Kraftverhältnisse bei Abscherung des Granulatkorns zwischen Schneckensteg und Zylinderkante, und 4 shows force relationships with shearing of the granules between screw flight and cylinder edge, and

5 einen spezifischen Staudruck und eine Schneckenrückzugsgeschwindigkeit 5 a specific back pressure and a screw retraction speed

1 gibt die geometrischen Verhältnisse im Schneckenkanal wieder, wobei b die Kanalbreite und h die Kanalhöhe darstellt, welche in den oben genannten Formeln benötigt werden. 1 represents the geometric relationships in the screw channel, where b represents the channel width and h the channel height, which are required in the above formulas.

Die 3 zeigt ein Geschwindigkeitsprofil über der Kanalhöhe. Die Kurve 2 gibt das Profil beim Überfahren der Metering-Zone, Kurve 3 das Profil beim Druckaufbau in der Metering-Zone und der Graphen 4 das Profil bei reiner Schleppströmung in der Metering-Zone wieder. Es ist deutlich zu erkennen, dass bei reiner Schleppströmung kein Druckgradient vorliegt, was die Berechnungsformel vereinfacht.The 3 shows a speed profile above the channel height. The curve 2 gives the profile when crossing the metering zone, curve 3 the pressure build-up profile in the metering zone and the graphs 4 the profile at pure drag flow in the metering zone again. It can be clearly seen that with pure drag flow there is no pressure gradient, which simplifies the calculation formula.

Anhand der Darstellung gemäß 3 können die Geschwindigkeiten im Schneckenkanal in ihren Komponenten ermittelt werden. Es ist die resultierende Geschwindigkeit des Zylinders dargestellt, die sich entweder als Summe von Umfangsgeschwindigkeit vb,Umfang und der Rückzugsgeschwindigkeit vrück darstellen lässt, oder aus der Summe der Geschwindigkeitskomponente in Kanalrichtung vb,z und der Geschwindigkeitskomponente quer zum Schneckenkanal vb,x. Anhand der Aufteilung lässt sich der Winkel α berechnen und somit die Schneckenrückzugsgeschwindigkeit als Funktion der Schneckendrehzahl aufzeigen.Based on the representation according to 3 The speeds in the screw channel can be determined in their components. It is the resultant speed of the cylinder shown which can be represented either as a sum of circumferential speed v b, scale and the withdrawal speed v rear, or from the sum of the velocity component in the channel direction v b, z and the speed component transverse to the screw channel v b, x , On the basis of the division, the angle α can be calculated and thus show the screw retraction speed as a function of the screw speed.

4 verdeutlicht die Kräfteverhältnisse bei der Abscherung eines Granulatkorns 5 zwischen Schneckensteg 9 und Zylinderkante 10. An der Schnecke 1 liegt der hydraulische Staudruck 7 und der Staudruck aus dem Schneckenvorraum 8 an. Im Einzugsbereich 11 wird das Granulatkorn 5 an der Zylinderkante 10 abgeschert, dort herrscht der Staudruck am Granulat 6 vor. 4 illustrates the balance of power in the shearing of a granule 5 between the screw bridge 9 and cylinder edge 10 , At the snail 1 is the hydraulic back pressure 7 and the dynamic pressure from the sluice vestibule 8th at. In the catchment area 11 becomes the granule grain 5 at the cylinder edge 10 sheared, there is the back pressure on the granules 6 in front.

In 3 ist die resultierende Geschwindigkeit des Zylinders dargestellt, die sich entweder als Summe von Umfangsgeschwindigkeit vb,Umfang und der Rückzugsgeschwindigkeit vrück darstellen lässt, oder aus der Summe der Geschwindigkeitskomponente in Kanalrichtung vb,z und der Geschwindigkeitskomponente quer zum Schneckenkanal vb,x.In 3 the resultant speed of the cylinder is shown, which can be represented either as a sum of circumferential speed v b, scale and the withdrawal speed v rear, or from the sum of the velocity component in the channel direction v b, z and the speed component transverse to the screw channel v b, x.

Beispielhaft ist in 5 für eine Schnecke mit Durchmesser 14 mm der spezifische Staudruck 12 und Schneckenrückzugsgeschwindigkeit 13 beim Aufdosieren dargestellt.Exemplary is in 5 for a screw with a diameter of 14 mm, the specific back pressure 12 and screw retraction speed 13 shown during dosing.

11
Schneckeslug
22
Geschwindigkeitsprofil bei Überfahren der Metering-Zonevelocity profile when driving over the metering zone
33
Geschwindigkeitsprofil beim Druckaufbau in der Metering-Zonevelocity profile during pressure build-up in the metering zone
44
Geschwindigkeitsprofil bei reiner Schleppströmung in der Metering-Zonevelocity profile with pure drag flow in the metering zone
55
Granulatgranules
66
Staudruck Granulatbackpressure granules
77
Staudruck Hydraulikbackpressure hydraulic
88th
Staudruck Schneckenvorraumbackpressure the screw
99
Schneckenstegflighting
1010
Zylinderkantecylinder edge
1111
Einzugsbereichcatchment area
1212
spezifischer Staudruckspecific backpressure
1313
SchneckenrückzugsgeschwindigkeitScrew retraction speed

Claims (4)

Verfahren zum Optimieren der Qualität einer Schmelze, wobei die Schmelze in einer Plastifiziereinheit einer Spritzgießmaschine erzeugt wird, wobei beim Plastifizieren Schmelze in den Schneckenvorraum gefördert wird, wobei der sich dort ergebende Druck die Schnecke mit einer Geschwindigkeit zurückbewegt und die Geschwindigkeit, mit der die Schnecke zurückbewegt wird, geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Geschwindigkeit, mit der die Schnecke zurückbewegt wird, über die Schneckendrehzahl in Abhängigkeit der Dosierzeit erfolgt.A method of optimizing the quality of a melt, wherein the melt is produced in a plasticizing unit of an injection molding machine, wherein melt is conveyed into the screw head space during plastification, the resulting pressure moving the screw back at a speed and the speed at which the screw moves back is, is regulated, characterized in that the regulation of the speed at which the screw is moved back, via the screw speed in dependence on the dosing. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit anhand eines mathematischen Modells geregelt wird.Method according to claim 1, characterized in that that speed is governed by a mathematical model becomes. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierzeit als Prozentwert der Kühlzeit vorgegeben wird.Method according to claim 1 or 2, characterized that the dosing time is specified as a percentage of the cooling time. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass für das mathematische Modell der Volumendurchsatz der Schmelze durch die Schnecke bestimmt wird.Method according to claim 2 or 3, characterized that for the mathematical model of the volume flow rate of the melt through the snail is determined.
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