DE102008037098A1

DE102008037098A1 - Verfahren zur Steuerung des Einspritzhubes einer Spritzgieß-Schnecke

Info

Publication number: DE102008037098A1
Application number: DE200810037098
Authority: DE
Inventors: Rainer Runge
Original assignee: Sumitomo SHI Demag Plastics Machinery GmbH
Current assignee: Sumitomo SHI Demag Plastics Machinery GmbH
Priority date: 2008-08-08
Filing date: 2008-08-08
Publication date: 2010-02-18

Abstract

Ein Verfahren zur Steuerung des Einspritzhubes der Schnecke einer Spritzgießmaschine umfasst folgende Verfahrensschritte: - Schließen der Schmelze-Verschlusseinrichtung, - erstes Aktivieren des Einspritzantriebes, bis der Einspritzhub der Schnecke nach Schließung der Rückstromsperre durch Druckaufbau im Massepolsterraum unterbrochen wird, - Ermitteln des dabei zurückgelegten Vorlauf-Hubweges, - Korrektur des Soll-Einspritzhubweges mit dem Vorlauf-Hubweg, - Öffnen der Schmelze-Verschlusseinrichtung, und - weiteres Aktivieren des Einspritzantriebes, bis die Schnecke den korrigierten Einspritzhubweg durchlaufen hat.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Einspritzhubes der Schnecke einer Spritzgießmaschine, die die im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Komponenten aufweist.
Letztere sind eine Plastifizier- und Spritzeinheit, in der die Schnecke für die Aufdosierung des Spritzmaterials in einen Massepolsterraum mittels eines Rotationsantriebes rotativ und für den Einspritzhub mittels eines Einspritzantriebes längsaxial antreibbar angeordnet ist. Ferner sind ein mit der Plastifizier- und Spritzeinheit verbundenes Spritzgießwerkzeug und eine der Schnecke zugeordnete Rückstromsperre bei dem Massepolsterraum vorgesehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren setzt ferner das Vorhandensein einer in ihrem Öffnungs- und Schließverhalten zeitlich steuerbaren Schmelze-Verschlusseinrichtung zur Absperrung des Schmelzeflusses des Spritzmaterials in Richtung zum Spritzgießwerkzeug voraus. Es kann sich dabei in bekannter Weise beispielsweise um auf der Plastifiziereinheit montierte Verschlussdüsen oder im Werkzeug befindliche Heißkanalverschlüsse handeln. Diese Einrichtungen sperren einen Schmelzestrom von der Rückstromsperre in Richtung Werkstück ab. Jedwede Kombination dieser Verschlüsse wird im Folgenden einheitlich unter dem Begriff „Schmelze-Verschlusseinrichtung” geführt.
Zum Hintergrund der Erfindung ist festzuhalten, dass bei Kunststoff-Spritzgießmaschinen während der Plastifizierung und Aufdosierung der Schmelze der Hub der Schnecke erfasst und darauf basierend rechnerisch das jeweils aufdosierte Volumen an Schmelze – das Volumen des sogenannten „Massepolsters” also – ermittelt wird. Beim Start des darauf folgenden Einspritzvorganges, bei dem die Schnecke mit Hilfe des Einspritzantriebes in längsaxialer Richtung den Einspritzhub vollführt, schließt sich die ventilartig aufgebaute Rückstromsperre um die Schnecke, die verhindert, dass die aufdosierte Schmelze in Gegenrichtung zum Einspritzhub relativ zur Schnecke zurückweichen kann und somit nicht seinen Weg durch die Einspritzdüse in das Werkzeug findet. Konstruktiv bedingt benötigt das Schließen der Rückstromsperre eine gewisse Zeitspanne, während sich die Schnecke bewegt. Erst ab der Schneckenposition, an der sich die Rückstromsperre geschlossen hat, kann ein gewisser Druck auf die Schmelze aufgebaut werden und der eigentliche Einspritzvorgang durch Drücken von Schmelze in das Werkzeug beginnen.
Von Nachteil bei diesem üblichen Einspritzvorgang ist die Tatsache, dass die Rückstromsperre vom Zeitpunkt der Plastifizierung des Einspritzmaterials bis zu Beginn des eigentlichen Einspritzvorganges offen ist. Die Steuerung der aufdosierten Menge an Einspritzmaterial erfolgt daher nicht unter optimalen Bedingungen. Üblicherweise wird nämlich das aufdosierte Volumen mittels vorgegebener Werte des Einspritzhubes zwischen einer Start- und einer Endposition der Schnecke gesteuert. Der wirksame Einspritzhubweg wird jedoch durch den Hubweg verringert, den die Schnecke durchläuft, während die Rückstromsperre noch nicht vollständig geschlossen ist. Dies kann bei gleichem Maschinentyp von Maschinenexemplar zu Maschinenexemplar unterschiedlich sein. Auch können bei ein und derselben Maschine durch Änderungen im Betriebszustand der Plastifizier- und Spritzeinheit Schwankungen dieser Größe auftreten. Insgesamt besteht also das Problem, dass die simple Steuerung des Einspritzhubes ohne Berücksichtigung der Schließzeiten der Rückstromsperre zu Schwankungen beim Einspritzvolumen mit entsprechenden Qualitätseinbußen beim herzustellenden Werkstück führt.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Steuerverfahren für den Einspritzhub der Schnecke so zu verbessern, dass der Einfluss des Schließverhaltens der Rückstromsperre auf die aufdosierte Menge während eines Einspritzvorgangs zumindest erheblich reduziert, wenn nicht eliminiert wird.
Diese Aufgabe wird durch ein verbessertes Steuerverfahren für den Einspritzhub der Schnecke mit den im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 angegebenen, folgenden Verfahrensschritten gelöst:

– Schließen der Schmelze-Verschlusseinrichtung,
– erstes Aktivieren des Einspritzantriebes, bis der Einspritzhub der Schnecke nach Schließung der Rückstromsperre durch Druckaufbau im Massepolsterraum unterbrochen wird,
– Ermitteln des dabei zurückgelegten Vorlauf-Hubweges,
– Korrektur des Soll-Einspritzhubweges mit dem Vorlauf-Hubweg,
– Öffnen der Schmelze-Verschlusseinrichtung, und
– weiteres Aktivieren des Einspritzantriebes, bis die Schnecke den korrigierten Einspritzhubweg durchlaufen hat.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Korrektur des Soll-Einspritzhubweges erfolgt die endgültige Steuerung des tatsächlich aufdosierten Volumens erst im Anschluss an den bisher üblichen Dosiervorgang und sauber getrennt vom eigentlichen Einspritzvorgang. Damit wird der Einfluss des undefinierten Schließverhaltens der Rückstromsperre eliminiert. Die Schnecke wird in einen definierten Zustand – nämlich vollständig geschlossene Rückstromsperre und den Weg zum Werkzeug noch verschlie ßende Schmelze-Verschlusseinrichtung – gefahren, der dabei zurückgelegte Vorlauf-Hubweg dient zur Korrektur des Soll-Einspritzhubweges, in dem er beispielsweise zu dem eingestellten Wert addiert wird.
Gemäß zweier alternativer oder gemeinsam anwendbarer Weiterbildungen kann die Korrektur des Soll-Einspritzhubweges mit dem Vorlauf-Hubweg jeweils für den direkt folgenden Einspritzhub und/oder für den dem direktfolgenden Einspritzhub nachfolgenden Einspritzhub durchgeführt werden. Insbesondere wenn letztere Alternative isoliert vorgenommen wird, können im Wesentlichen nur langfristige Störfaktoren ausgeglichen werden, wogegen eine Korrektur direkt beim nachfolgenden Schuss der Spritzeinheit jeweils eine Ausregelung von kurzfristigen Schwankungen des Verhaltens der Rückstromsperre ermöglicht.
Als verfahrenstechnisch einfach hat es sich herausgestellt, wenn gemäß einer bevorzugten Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens das erste Aktivieren des Einspritzhubes während des Schließens der Rückstromsperre auf einem Druckniveau stattfindet, das dem Druck beim sogenannten „Nachdrücken” nach dem Einspritzvorgang entspricht.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Steuerungsverfahrens gemäß der Erfindung können weitere Parameter des Spritzprofils, insbesondere die weiteren Verfahrwege bzw. -zeiten während des gesamten Spritzvorgangs und die entsprechenden Umschaltpunkte bezogen auf den Einspritzhub der Schnecke korrigiert werden. Damit lässt sich insgesamt eine definiertere Steuerung des Spritzvorgangs erzielen.
Schließlich kann optional vor dem ersten Aktivieren des Einspritzantriebes für den Einspritzhub der Schnecke eine Dekompression des Massepolsters durch einen Schneckenrückzug durchgeführt werden. Dies hat den Vorteil, dass für die Bestimmung des Vorlauf-Hubweges definierte Druckverhältnisse herrschen.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind wie folgt zusammenzufassen:

– Aufgrund des Verfahrens findet eine echte Dosier-Istmengen-Erfassung statt, da der korrigierte Einspritzhubweg der Schnecke dem tatsächlichen Einspritzvolumen entspricht. Das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren stellt also eine Art Regelung dar.
– Es können zu einem hohen Grad alle maschinenbedingten Störfaktoren, insbesondere Schwankungen beim Schließverhalten der Rückstromsperre ausgeschaltet werden. Dies führt zu einer hochgenauen Einspritzdosierung.
– Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert keinerlei Konzeptionsanpassungen der Spritzgießmaschinen selbst. Es ist für sämtliche Maschinentypen mit Rückstromsperre und geeigneter Schmelze-Verschlusseinrichtung geeignet. Für die Umsetzung des Verfahrens genügt eine entsprechende Anpassung des Steuerprogramms der Maschine.
– Die Zykluszeit wird durch die Bestimmung des Vorlauf-Hubweges praktisch nicht verlängert, da die eigentliche Messung nur einige Millisekunden in Anspruch nimmt.
– Dosiervolumen-Sollwerte von Plastifizier- und Spritzeinheiten unterschiedlicher Art und Größe können direkt von Maschinentyp zu Maschinentyp übernommen werden, da das ermittelte Dosiervolumen unabhängig von den abweichenden Schließcharakteristika verschiedener Maschinenbauarten und -größen ist.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der beigefügten Diagramme näher erläutert werden. Es zeigen:
1 bis 4 Flussdiagramme zur Darstellung des Einspritzverhaltens einer Spritzgießmaschine.
Bevor im Zusammenhang mit der Erfindung auf die 1 bis 3 eingegangen wird, soll zur Verdeutlichung des Verfahrens anhand von 4 der bisher übliche Maschinenablauf dargestellt werden.
So erfolgt im Schritt 10 das Dosieren des Spritzgießmaterials mit Hilfe der Plastifizier- und Spritzeinheit, wobei das Massepolster vor dem Einspritzende der Schnecke der Plastifizier- und Spritzeinheit angelegt wird.
Optional kann in einem darauf folgenden Schritt durch entsprechenden Rückzug der Schnecke in Schritt 20 eine Dekompression des Massepolsters erfolgen.
Im Schritt 30 sind summarisch die zumindest teilweise parallel mit den anderen Maschinenablaufschritten der Plastifizier- und Spritzeinheit vonstatten gehende Anlagenschritte auf Seiten des Werkzeuges zusammengefasst, wie Restkühlung, Öffnen, Entformen des Werkstückes und Wieder-Schließen des Werkzeuges.
Das in den Schritten 10 und 20 aufbereitete Spritzgießmaterial wird bei entsprechend Schritt 30 vorbereitetem Werkzeug dann in Schritt 40 mit Hilfe des Einspritzhubes der Schnecke der Plastifizier- und Spritzeinheit in das Werkzeug eingespritzt.
Danach wird im Schritt 50 Nachdruck erzeugt, um das Schwinden des in das Werkzeug eingespritzten Materials auszugleichen.
Schritt 60 fasst die am Ende des Maschinenzyklus stattfindenden werkzeug- und schneckenseitigen Maschinenabläufe zusammen, wie der Start der Kühlung des Werkzeuges und das Rückführen der Schnecke.
Das Einspritzen in Schritt 40 erfolgt dabei durch Bewegen der Schnecke über einen fest vorgegebenen Einspritzhubweg, der über übliche Einstellvorgänge vom Maschinenpersonal bestimmt wird und entsprechende Schwankungen innerhalb der Plastifizier- und Spritzeinheit insbesondere im Zusammenhang mit der Rückstromsperre nicht in Betracht zieht.
1 zeigt nun den Ablauf beim erfindungsgemäßen Steuerungsverfahren in einer ersten Variante. Die anhand von 4 bereits beschriebenen Verfahrensschritte sind dabei mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen und bedürfen keiner nochmaligen Erörterung.
Ausgehend vom Schritt 20 – Dekompression des Massepolsters – werden nun beim Verfahren gemäß 1 in Schritt 22 die in der Spritzgießmaschine vorhandene(n) Schmelze-Verschlusseinrichtung(en), wie Heißkanal- oder Schneckenverschlussdüsen geschlossen. Dann erfolgt ein erstes Aktivieren des Einspritzantriebes, bis der Einspritzhub der Schnecke nach Schließung der Rückstromsperre durch Druckaufbau im Massepolsterraum zum Erliegen kommt. Dieser Schritt 24 der Vorkompression stellt einen definierten Zustand der Plastifizier- und Spritzeinheit her, von dem ausgehend ein gleichbleibendes Spritzergebnis zu erwarten ist.
Der für die Vorkompression gemäß Schritt 24 notwendige Vorlauf-Hubweg wird in der Schrittfolge 26 ermittelt, in dem beispielsweise der Istweg der Schnecke durch Differenzbildung der beiden Schneckenpositionen bei Beginn und Ende der Vorkompression 24 ermittelt wird. Dieser Vorlauf-Hubweg wird dann als Korrekturwert für den Soll-Einspritzhubweg bereitgestellt.
Beim Einspritzen 40 wird dann der Soll-Einspritzhubweg um diesen Vorlauf-Hubweg verlängert, so dass eine genau definierte Menge an Spritzgießmaterial direkt in diesen darauf folgenden Einspritzhub eingespritzt wird.
Beim in 2 dargestellten Steuerungsverfahren wird abweichend von 1 der in Schritt 26 bereitgestellte Korrekturwert nicht sofort beim nachfolgenden Einspritzvorgang 40 einbezogen, sondern als Korrekturoffset im Schritt 28 beim Dosieren gemäß Schritt 10 und dem Rückzugsweg bei der Dekompression gemäß Schritt 20 einbezogen. Damit wird der Sollwert für die Stoppposition der Schnecke beim Dosieren und beim Schneckenrückzug mit dem Korrekturoffsetwert gemäß 28 verändert. Mit anderen Worten wird die durch die nicht geschlossene Rückstromsperre verloren gegangene Menge an Einspritzmaterial, die durch den Vorlauf-Hubweg repräsentiert wird, beim Dosieren und bei der Dekompression entsprechend ausgeglichen, da durch den Korrekturoffsetwert entsprechend mehr aufdosiert wird. Ebenso verlagert sich der Schneckenrückzug nach dem Dosieren entsprechend. Im Übrigen ist darauf hinzuweisen, dass bei einem Maschinenneustart oder einer Sollwertänderung zunächst der letzte gespeicherte Korrekturoffsetwert aus dem Schritt 28 Berücksichtigung findet.
Das in 3 dargestellte Steuerungsverfahren stellt eine Kombination der Verfahren gemäß den 1 und 2 dar, wie aus einem schlichten Vergleich der Diagramme und der die Verfahrensschritte bezeichnenden Bezugsziffern deutlich wird. Insoweit kann auf die entsprechenden Beschreibungen zu den 1 und 2 sowie 4 verwiesen werden.
Obwohl das Verfahren gemäß 1 an sich völlig ausreichend ist, um die fehlende Schmelzemenge aufgrund der sich träge schließenden Rückstromsperre zu kompensieren, ist die Kombination gemäß 3 sinnvoll, da sich dann unabhängig vom Maß der Schwankungen und Störgrößen die Schnecke immer in einem unveränderten Absolut-Arbeitsbereich bewegt. Dies sorgt für ein optimal gleichbleibendes Massepolster für den Einspritzvorgang, was einer kontinuierlich hohen Qualität der herzustellenden Werkstücke zugute kommt.

Claims

Verfahren zur Steuerung des Einspritzhubes der Schnecke einer Spritzgießmaschinen, die umfasst – eine Plastifizier- und Spritzeinheit, in der die Schnecke für die Aufdosierung des Spritzmaterials in einen Massepolsterraum mittels eines Rotationsantriebes rotativ und für den Einspritzhub mittels eines Einspritzantriebes längsaxial antreibbar angeordnet ist, – ein mit der Plastifizier- und Spritzeinheit verbundenes Spritzgießwerkzeug, – eine in ihrem Öffnungs- und Schließverhalten zeitlich steuerbare Schmelze-Verschlusseinrichtung zur Absperrung des Schmelzeflusses des Spritzmaterials in Richtung zum Spritzgießwerkzeug, und – eine der Schnecke zugeordnete Rückstromsperre bei dem Massepolsterraum, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Schließen der Schmelze-Verschlusseinrichtung, – erstes Aktivieren des Einspritzantriebes, bis der Einspritzhub der Schnecke nach Schließung der Rückstromsperre durch Druckaufbau im Massepolsterraum unterbrochen wird, – Ermitteln des dabei zurückgelegten Vorlauf-Hubweges, – Korrektur des Soll-Einspritzhubweges mit dem Vorlauf-Hubweg, – Öffnen der Schmelze-Verschlusseinrichtung, und – weiteres Aktivieren des Einspritzantriebes, bis die Schnecke den korrigierten Einspritzhubweg durchlaufen hat.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur des Soll-Einspritzhubweges mit dem Vorlauf-Hubweg für den jeweils direkt folgenden Einspritzhub durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur des Soll-Einspritzhubweges mit dem Vorlauf-Hubweg für den dem direkt folgenden Einspritzhub nachfolgenden Einspritzhub durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Aktivieren des Einspritzhubes auf einem dem Nachdruckwert entsprechenden Druckniveau stattfindet.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Parameter des Spritzprofils, insbesondere Verfahrwege, -zeiten und Umschaltpunkte bezogen auf den Einspritzhub der Schnecke mit dem ermittelten Vorlauf-Hubweg korrigiert werden.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem ersten Aktivieren des Einspritzantriebes für den Einspritzhub der Schnecke ein Schneckenrückzug zur Dekompression des Massepolsters durchgeführt wird.