DE102008038930A1

DE102008038930A1 - Verfahren zum Regeln bzw. Steuern von Funktionen einer Spritzgiessmaschine

Info

Publication number: DE102008038930A1
Application number: DE102008038930A
Authority: DE
Inventors: Christopheruns Bader
Original assignee: Priamus System Technologies AG
Current assignee: Priamus System Technologies AG
Priority date: 2008-08-13
Filing date: 2008-08-13
Publication date: 2010-02-18
Also published as: WO2010017940A1

Abstract

nktionen einer Spritzgießmaschine, bei der Schmelze (3) in zumindest eine Kavität (1.3-1.7, 7) eingebracht wird, der zumindest ein Drucksensor (4.3-4.7) zugeordnet wird, der mit der Schmelze direkt in Kontakt kommt oder zumindest auf eine Schmelzefront reagieren kann, soll der Moment, in dem der Drucksensor (4.3-4.7) die Schmelze oder die Schmelzefront erkennt als Schaltzeitpunkt für einen Regelungs- oder Steuervorgang verwendet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln bzw. Steuern von Funktionen einer Spritzgiessmaschine, bei der Schmelze in zumindest eine Kavität eingebracht wird, der zumindest ein Drucksensor zugeordnet wird, der mit der Schmelze direkt in Kontakt kommt oder zumindest auf eine Schmelzefront reagieren kann, sowie die Verwendung des Verfahrens.
Stand der Technik
Bei der Herstellung von Spritzgiessteilen ist es bekannt, gewünschte Vorgänge, z. B. ein Umschalten auf den so genannten Nachdruck, mit Hilfe eines Maschinensignals, z. B. bei Erreichen einer bestimmten Schneckenposition oder Erreichen eines Werkzeuginnendrucks, auszulösen. In beiden Fällen wird ein Schwellenwert gesetzt ([mm] oder [bar]), der beim Überschreiten einen Schaltvorgang auslöst.
Diese Verfahren zur Bestimmung zum Auslösen bestimmter Vorgänge haben jedoch den Nachteil, dass hierbei nicht auf mögliche Prozessschwankungen, wie z. B. Viskositätsänderungen der Schmelze, reagiert werden kann. Darüber hinaus ist die jeweilige Schmelzeposition im Moment des Schaltens nicht bekannt. Aus diesem Grund kann ein Schaltvorgang, basierend auf einer Schaltschwelle, nicht für Steuerungen beim Spritzgiessen verwendet werden, bei denen die Position der Schmelzefront bekannt sein muss, wie z. B. beim Umschalten auf eine Nachdruckphase, durch die nach dem Einfüllgang einer Schmelze in eine Kavität vor allem ein Schwinden des Schmelzewerkstoffes ausgeglichen werden soll.
Ferner ist aus der DE 101 16 998 ein Verfahren zum Füllen einer Kavität eines Werkzeugs einer Spritzgiessmaschine zum Herstellen eines Formteils aus einer Schmelze bekannt, bei dem gegen Ende des Fliessweges der Schmelze die Werkzeugwandtemperatur bestimmt und anhand eines Ansteigens dieser Temperatur der Umschaltpunkt für eine Nachdruckphase bestimmt wird. Ein solches Verfahren zur Bestimmung eines derartigen Umschaltpunktes hat sich durchaus bewährt. Ein bestimmter Knickpunkt wird in einer durch einen Temperatursensor ermittelten Kurve automatisch erkannt und die Anstiegsgeschwindigkeit durch einen intelligenten Algorithmus ausgewertet.
Schliesslich zeigt die EP 0 707 936 ein Verfahren zur automatischen Erkennung eines Knickpunktes beim Werkzeuginnendruck auf, und zwar liegt dieser zwischen der Füllphase einer Kavität und einer anschliessenden' Kompressionsphase, d. h. Nachdruckphase. Hier erfolgt ein Umschalten zur Nachdruckphase relativ spät, da die Kavität zu diesem Zeitpunkt bereits gefüllt ist. Da die Schmelzefront bei diesem Verfahren nicht bekannt ist bzw. die Kavität bereits vollständig gefüllt ist, kann dieses bekannte Verfahren ebenfalls nicht für Steuerungen verwendet werden, bei denen die Position der Schmelzefront bekannt sein muss.
Aufgabe der Erfindung
Hier setzt die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, ein geeignetes Verfahren bei der Herstellung eines Spritzgiessteiles aufzuzeigen, mit dem gewünschte Vorgänge anhand einer Zustandsänderung innerhalb einer Kavität auf einfache und dennoch zuverlässiger Weise exakt bestimmt werden kann.
Lösung der Aufgabe
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Moment, in dem der Drucksensor die Schmelze oder die Schmelzefront erkennt, als Schaltzeitpunkt für einen Regelungs- oder Steuervorgang verwendet wird.
Das heisst, der Drucksensor selbst wird quasi als Schalter verwendet. Es wird kein Schwellenwert mehr benötigt, sondern der Drucksensor löst einen Vorgang aus, sobald er die Schmelzefront erkennt. Damit wird aber auch die Lage der Schmelzefront bestimmt. Mit Hilfe des Erkennens der Schmelzeposition sollen alle möglichen Schalt – bzw. Steuervorgänge in einer Spritzgiessmaschine bestimmt bzw. ausgelöst werden. Dazu gehört beispielsweise das Regeln bzw. Steuern von Verschlussdüsen oder beweglichen Kernen und Stiften, oder zum schmelzefrontabhängigen Initialisieren eines Prägevorganges, nachdem die Schmelze eine bestimmte Position erreicht hat. Diese Funktionen sind aber nur beispielhaft.
Zu diesem Zweck ist daran gedacht, dass der Drucksensor selbst bzw. seine Sensorfläche in Kontakt mit der Schmelze kommen kann. Denkbar ist aber auch ein indirektes Erkennen der Schmelzefront. Hierzu ist es nicht notwendig, den Drucksensor in der Kavität selbst anzuordnen, sondern er wird an einer beliebigen Stelle der Spritzgiessmaschine bzw. des Werkzeugs vorgesehen, wichtig alleine ist, dass der Drucksensor die Schmelzefront erkennt.
Vor allem soll das erfindungsgemässe Verfahren zur Bestimmung eines Umschaltpunktes bei der Herstellung eines Spritzgiessteils, bei welcher zum Füllen einer oder mehrerer Kavitäten eines Spritzgiesswerkzeuges eine Schmelze unter Druck in diese eingeführt wird, verwendet werden. Dabei wird ein in der Endphase des Fliessweges der Schmelze in der jeweiligen Kavität auftretender Druckanstieg derart herangezogen wird, dass dessen Beginn als Signal für den Umschaltpunkt dient. Hier am Fliesswegende wird praktisch keine Füllphase mehr gemessen, so dass der Druckanstieg sofort erfolgt. Dabei unterscheidet sich der Druckanstieg nicht von dem Temperaturanstieg nach dem Stand der Technik, wenn ein Temperatursensor am Ende des Fliessweges positioniert wird. Wie beim Temperatursensor wird auch beim Drucksensor mit einem ”intelligenten Algorithmus” gearbeitet.
Ausser der Erkennung eines Druckanstiegs kann mit Hilfe des Drucksensors jedoch zusätzlich auch die Verdichtung der Schmelze anhand der Druckhöhe gemessen und überwacht werden.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird somit nicht wie bisher ein Schwellwert oder ein Knickpunkt in einer Kurve, sondern vorteilhaft der exakte Beginn eines Druckanstiegs als Schaltsignal verwendet, wobei dieser Beginn des Druckanstiegs zweckmässigerweise durch mindestens einen im Bereich der Endphase des Fliessweges der Schmelze vorgesehenen Drucksensor erfasst wird. Letzterer hat vor allem auch den Vorteil, dass mit diesem die Schmelzefront erkannt und das jeweilige Messsignal sodann für entsprechende Steuerungen verwendet werden kann.
Insbesondere ist die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens bei Spritzgiessprozessen von Vorteil, bei denen die Schmelze gegen Ende oder am Ende ihres Fliessweges unter einen Nachdruck gesetzt wird, d. h. der Beginn des in der Endphase des Fliessweges der Schmelze in einer Kavität auftretende Druckanstieg wird als Signal für einen exakten Umschaltpunkt für die Nachdruckphase herangezogen.
Auch kann es zweckmässig sein, das erfindungsgemässe Verfahren bei Spritzgiessprozessen vorzusehen, bei denen die Schmelze unter Druck aus einer Mehrzahl von Einspritzdüsen in eine Kavität eines grösseren Spritzgiesswerkzeugs eingeführt wird, d. h. bei einem Verfahren, bei dem die Schmelze unter Druck zusätzlich zu einer Anfangsdüse aus einer Mehrzahl von Einspritzdüsen in ein Mehrkavitäten-Spritzwerkzeug eingeführt wird, kann ebenfalls vorteilhaft der Beginn eines Druckanstiegs im Bereich der auf die erste Einspritzdüse folgende Düse zu deren Öffnung dienen, wobei dann die weiteren Einspritzdüsen entsprechend sequenziell mit Hilfe des jeweiligen Druckanstiegs geöffnet werden können.
Am Ende des Fliessweges der Schmelze im Bereich der letzten Einspritzdüse kann dann wieder der Beginn des Druckanstiegs aufgrund der dortigen Schmelzefront als Signal für einen Umschaltpunkt einer abschliessenden Nachdruckphase herangezogen werden.
Schliesslich ist das erfindungsgemässe Verfahren ganz generell vorteilhaft auch bei anderen Spritzgiessprozessen einsetzbar, und zwar beim Verschieben der sogenannten Bindenähte, d. h. ein Verschieben des örtlichen Zusammentreffens der unterschiedlichen in eine Kavität einzubringenden Schmelzen, beim automatischen Entlüften von Kavitäten, beim Starten von Prägevorgängen, beim automatischen Öffnen und Schliessen von Verschlussdüsen, beim automatischen Initialisieren von Kern- und Stiftbewegungen aufgrund der Schmelzeposition oder dgl.
Figurenbeschreibung
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeilspiele in Verbindung mit der Zeichnung; es zeigen:
1 eine diagrammartige Darstellung einer Druckanstiegskennlinie in einer Kavität nach dem Stand der Technik und eine schematische Darstellung dieser Kavität;
2 eine diagrammartige Darstellung einer Temperatur- und einer Druckanstiegskennlinie nach dem Stand der Technik in einer ebenfalls schematisch dargestellten Kavität;
3 eine diagrammartige Darstellung einer Temperatur – und Druckanstiegskennlinie in einer ebenfalls schematisch dargestellten Kavität, deren Beginn erfindungsgemäss als Schaltsignal für eine Nachdruckphase herangezogen wird;
4 eine diagrammartige Darstellung von mehreren Temperatur – und Druckanstiegskennlinien, deren jeweiliger Beginn erfindungsgemäss bei einem Kaskaden-Spritzgiessprozess mit mehreren Einspritzdüsen zu deren Steuerung benutzt wird.
In 1 ist ein Verfahren zur Druckanstiegserkennung nach dem Stand der Technik gezeigt. Einer entsprechenden Kavität 1.1 ist ein nur schematisch angedeuteter Anspritzpunkt 2.1 zugeordnet, in dessen Nähe sich innerhalb der Kavität 1.1 ein Drucksensor 4.1 befindet. Mittels einer Einspritzdüse wird Schmelze in die Kavität 1.1 eingebracht.
Sobald eine Schmelzefront 14.1 den Drucksensor 4.1 erreicht, beginnt ein Anstieg der Druckkennlinie 10.1. Dieser Druckanstieg erfolgt relativ gleichmässig bis ein bestimmter Umschaltwert 17.1 erreicht ist, auf den dann auf Nachdruck umgeschaltet wird, wobei sich der Druckwert steil nach oben erhöht. Danach erfolgt ein Erkalten des Formlings und ein Schrumpfen, so dass die Druckkennlinie absinkt.
D. h., bei diesem Verfahren wird ein fester Schwellwert in bar gesetzt, dessen Nachteile im Stand der Technik beschrieben sind.
In 2 ist ebenfalls ein Verfahren nach dem Stand der Technik gezeigt. In einer Kavität 1.2 befindet sich sowohl ein Drucksensor 4.2 als auch, bevorzugt gegen Ende des Füllweges, ein Temperatursensor 18.2. Diese beiden Sensoren könnten gemeinsam oder auch getrennt eingesetzt werden. Bei der Temperaturkennlinie ist deutlich erkennbar, dass eine schnelle Reaktion erfolgen kann, wenn die Schmelzefront 14.2 den Temperatursensor 18.2 erreicht.
Wird der Temperatursensor 18.2 gegen Ende des Fliessweges in der Kavität 1.2 angeordnet, so kann bereits auf Nachdruck umgeschaltet werden, ohne dass die Kavität 1.2 gänzlich gefüllt ist. Durch diesen Temperatursensor 18.2 erfolgt eine automatische Umschaltpunkterkennung. Ferner ist es möglich, auf Viskositätsschwankungen automatisch zu reagieren, da bei einem langsamen Füllen der Kavität und bei schnellem Füllen der Kavität immer bei gleicher volumetrischer Füllung ein Schaltsignal erzeugt wird.
Anhand der Druckkennlinie 10.2 lässt sich eine automatische Knickpunkterkennung im Werkzeuginnendruck zwischen Füllphase und Kompressionsphase darstellen. Dies wird u. a. in der EP 0 707 936 A2 beschrieben. Auch danach erfolgt ein automatisches Umschalten, allerdings erst später, da die Kavität 1.2 zu diesem Zeitpunkt bereits gefüllt sein muss. Da die Schmelzefront hier ebenfalls, wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäss 1, nicht bekannt ist bzw. das Teil bereits vollständig gefüllt ist, kann dieses Verfahren nicht für Steuerungen verwendet werden, bei denen die Position der Schmelzefront bekannt sein muss.
In 3 ist für das erfinderungsgemässe Verfahren über die Zeit (t) der Druck (P) aufgetragen, welcher in einer mit 1.3 angedeuteten Kavität eines Spritzgiesswerkzeuges vorherrschen kann, wenn über einen Anspritzpunkt 2.3 eine Schmelze 3 unter Druck in die Kavität 1.3 eingeführt wird. Am Ende des Fliessweges der Schmelze 3 ist ein Drucksensor 4.3 vorgesehen, der mit dem Erreichen der Schmelzfront an diesem Ende den dann sich ergebenden Druckanstieg gemäss der mit 10.3 bezeichneten Druckkennlinie exakt erkennt, wobei erfindungsgemäss bereits am Beginn – bezeichnet mit 6 – der Druckanstieg als Messsignal für den Umschaltpunkt zur Nachdruckphase herangezogen wird.
Die Vorteile dieses erfindungsgemässen Verfahrens liegen auf der Hand, da der Drucksensor 4.3 nun genau gleich, wie der Temperatursensor nach dem Stand der Technik, zum Erkennen der Schmelzefront und den entsprechenden Steuerungen verwendet werden kann.
In 4 ist als zweites Ausführungsbeispiel ebenfalls in einer diagrammartigen Darstellung über die Zeit (t) der Druck (P) aufgetragen, jedoch hier im Zusammenhang mit einem Kaskaden-Spitzgiesswerkzeug 7, das vier Anspritzpunkte 2.4–2.7 besitzt, über die nacheinander die Schmelze 3 in das Werkzeug eingebracht werden kann.
Damit nun die Einspritzdüse für den Anspritzpunkt 2.5 sich in dem Moment für die Zufuhr eines weiteren Schmelzeanteils rechtzeitig öffnet, ist zur Erkennung einer im Bereich des Anspritzpunktes 2.5 sich aufbauenden Schmelzefront in dessen Bereich ein Drucksensor 4.4 vorgesehen, der eine Druckkennlinie 10.4 erzeugt, deren Beginn 11 ein Schaltsignal initiiert, durch welches die Einspritzdüse geöffnet und somit weitere Schmelze 3 durch diese in die Kavität 7 eingebracht werden kann.
Bei den folgenden Anspritzpunkten 2.6 und 2.7 ist ebenfalls jeweils ein Drucksensor 4.5 bzw. 4.6 vorgesehen, die dann nacheinander mit fortschreitender Schmelzefront den jeweiligen Beginn 11.1 bzw. 11.2 der Druckkennlinien 10.5 bzw. 10.6 exakt erkennen und dadurch die jeweiligen Einspritzdüsen geöffnet werden.

Sobald nun die Schmelzefront – bezeichnet mit 14.4 – das Ende des Mehrkavitätenwerkzeuges 7 erreicht hat, erkennt ein dort vorgesehener weiterer Drucksensor 4.7 bei 11.3 den Beginn eines Druckanstiegs gemäss einer Kennlinie 10.7, wodurch dann eine automatische Umschaltung 17 auf Nachdruck ausgelöst wird. Bezugszeichenliste

1	Kavität	34	67
2	Anspritzpunkt	35	68
3	Schmelze	36	69
4	Drucksensor	37	70
5		38	71
6	Druckbeginn	39	72
7	Kaskadenwerkzeug	40	73
8		41	74
9	Drucksensor	42	75
10	Druckkennlinie	43	76
11	Druckbeginn	44	77
12		45	78
13		46	79
14	Schmelzefront	47
15		48
16		49
17	Umschaltung	50
18	Temperatursensor	51
19	Temperaturkennlinie	52
20		53
21		54
22		55
23		56
24		57
25		58
26		59
27		60
28		61
29		62
30		63
31		64
32		65
33		66

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10116998 [0004]
- EP 0707936 [0005]
- EP 0707936 A2 [0027]

Claims

Verfahren zum Regeln bzw. Steuern von Funktionen einer Spritzgiessmaschine, bei der Schmelze (3) in zumindest eine Kavität (1.3–1.7, 7) eingebracht wird, der zumindest ein Drucksensor (4.3–4.7) zugeordnet wird, der mit der Schmelze direkt in Kontakt kommt oder zumindest auf eine Schmelzefront reagieren kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Moment, in dem der Drucksensor (4.3–4.7) die Schmelze oder die Schmelzefront erkennt als Schaltzeitpunkt für einen Regelungs- oder Steuervorgang verwendet wird.
Verfahren zur Bestimmung eines Umschaltpunktes bei der Herstellung eines Spritzgiessteils, bei welcher zum Füllen einer oder mehrerer Kavitäten (1.3–1.7, 7) eines Spritzgiesswerkzeuges eine Schmelze (3) unter Druck in diese eingeführt wird, wobei der Umschaltpunkt zur Einleitung eines Schaltvorgangs innerhalb der jeweiligen Kavität bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein in der Endphase des Fliessweges der Schmelze (3) in der jeweiligen Kavität auftretender Druckanstieg derart herangezogen wird, dass dessen Beginn (11–11.3) als Signal für den Umschaltpunkt dient.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Beginn (11–11.3) des Druckanstieg durch mindestens einen im jeweiligen Bereich der Endphase des Fliessweges der Schmelze (3) vorgesehenen Drucksensor (4.4–4.7) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Schmelze (3) gegen Ende oder am Ende ihres Fliessweges unter Nachdruck gesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Beginn (6) des Druckanstiegs (10.3) als Signal für den Umschaltpunkt zur Nachdruckphase herangezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Schmelze (3) unter Druck aus einer Mehrzahl von Einspitzdüsendüsen in ein Kaskaden-Spritzgiesswerkzeug (7) eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Beginn (11) eines Druckanstiegs (10.4) im Bereich der zweiten Einspritzdüse am zweiten Anspritzpunkt (2.5) zu deren Öffnung dient, wobei dann die weiteren Einspritzdüsen an ihren Einspritzpunkten (2.6, 2.7) entsprechend sequenziell geöffnet werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende des Fliessweges der Schmelze (3) im Bereich der letzten Einspritzdüse der Beginn (11.3) eines Druckanstiegs (10.7) aufgrund einer dortigen Schmelzefront (14.4) als Signal für den Umschaltpunkt für eine Nachdruckphase (17) herangezogen wird.
Verwendung des Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Regelung oder Steuerungen aller Schalt- bzw. Steuernvorgänge im Zusammenhang mit dem Spritzgiessen, die aufgrund des Erreichens einer bestimmten Schmelzeposition in der Kavität automatisch initialisiert werden.