DE102012109575B4

DE102012109575B4 - Spritzgießwerkzeug, Leckageerkennungseinrichtung für ein solches Spritzgießwerkzeug und Verfahren zur Erkennung einer Leckage in einem Spritzgießwerkzeug

Info

Publication number: DE102012109575B4
Application number: DE102012109575.2A
Authority: DE
Inventors: Alexander Sudermann; Holger Spilker; Daniel Klüppel
Original assignee: Wago Verwaltungs GmbH
Current assignee: Wago Verwaltungs GmbH
Priority date: 2012-10-09
Filing date: 2012-10-09
Publication date: 2015-12-17
Anticipated expiration: 2032-10-10
Also published as: DE102012109575A1

Abstract

Spritzgießwerkzeug (5) mit einem Hohlraum (8), dadurch gekennzeichnet, dass ein Gassensor (9) in kommunizierender Verbindung mit dem Hohlraum (8) steht und mit einer Überwachungseinheit (15) verbindbar ist, wobei die Überwachungseinheit (15) zur Erkennung einer Leckage in Abhängigkeit mindestens eines mit dem Gassensor (9) erfassten Zersetzungsstoffes von in den Hohlraum (8) austretenden Kunststoffs im Hohlraum (8) enthaltenen Gases eingerichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Spritzgießwerkzeug mit einem Hohlraum in dem Spritzgießwerkzeug.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Leckageerkennungseinrichtung für ein Spritzgießwerkzeug einer Spritzgussmaschine sowie ein Verfahren zur Erkennung einer Leckage in einem Spritzgießwerkzeug, bei der Kunststoff in einen Hohlraum austritt.
Spritzgussmaschinen, mit denen erwärmtes Kunststoffmaterial in einen Heißkanal eines Spritzgießwerkzeugs geleitet wird, um Kunststoffteile zu formen, sind hinlänglich bekannt. Durch auftretende Leckagen in Heißkanalsystemen können große Schäden an Werkzeugen verursacht werden. Derartige Leckagen haben zumeist einen Totalschaden des Heißkanalsystems zur Folge. Zudem führen Leckagen mit ihren Folgen zu Produktionsausfällen.
Zur frühzeitigen Erkennung von Leckagen in Spritzgießwerkzeugen ist beispielsweise aus US 4,921,416 A bekannt, einen Temperaturmesssensor in die Nähe der Heißkanaldüse anzuordnen. Aus einem charakteristischen Temperaturanstieg kann geschlossen werden, dass heißeres, geschmolzenes Plastik in den Luftraum eingedrungen ist.
Aus EP 0 629 287 B1 ist ein Leckdetektor für eine Kunststoffspritzgießmaschine bekannt, bei dem Änderungen des Luftdrucks in einem abgeschlossenen Hohlraum zur Detektion des Eintritts heißen Kunststoffs in den Hohlraum genutzt wird. Dies erfordert allerdings, dass der Hohlraum hermetisch abgeschlossen ist.
EP 1 588 822 A1 offenbart eine Anordnung zum Feststellen von Leckstellen an Spritzgussvorrichtungen, bei der mit Druckkluft durchströmte Druckluftleitungen vorgesehen sind, um einen vorgegebenen Luftdruck in Hohlräume zu führen, die an mögliche Leckagestellen angrenzen. Der Druckunterschied zwischen den Druckluftleitungen wird gemessen und zur Detektion einer möglichen Leckage herangezogen.
JP H08-72 087 A offenbart eine Spritzgussmaschine, bei der der Gasdruck nach Einleiten von durch einen Kompressor erzeugten Gases durch einen Gasdrucksensor detektiert wird, um eine Gasleckage zu erkennen.
JP H07-251 439 A beschreibt ein Gasentlüftungsgerät für einen Extruder, bei dem Chlorwasserstoff durch einen Sensor detektiert wird, um Ablagerungen von Venylchloridharz in dem Entlüftungszylinder zu erkennen.
Weiterhin ist aus US 5,961,898 A bekannt, mit einem Gasstrom in den Bereich zwischen der Spritzgussdüse und einem Spritzgusswerkzeug anhaftendes Spritzgussmaterial abzusaugen.
DE 10 2009 036 114 B3 offenbart eine Infrarot-optische Gasmesseinrichtung.
Ein Problem bei Leckagen besteht jedoch darin, dass die Position, in der die Leckage auftritt, nicht unbedingt bekannt ist. Daher ist es bisher erforderlich, Überwachungssensoren oder Druckluftdüsen an verschiedenen Stellen im Heißkanalbereich des Bereichs des Werkzeugs zu platzieren. Dies führt zu einer relativ aufwendigen Überwachungseinrichtung. Die bestehenden Systeme melden mögliche Leckagen zudem oftmals zu spät. Weiterhin ist die Handhabung relativ umständlich und teuer.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Spritzgießwerkzeug sowie eine verbesserte Leckageerkennungseinrichtung für ein Spritzgießwerkzeug einer Spritzgussmaschine und ein verbessertes Verfahren zur Erkennung einer Leckage in einem Spritzgießwerkzeug zu schaffen, so dass mit geringstmöglichem Aufwand zuverlässig und schnell eine Leckage erkannt wird.
Die Aufgabe wird durch die Spritzgussmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Das Spritzgießwerkzeug der eingangs genannten Art ist mit einem Gassensor gekoppelt, der in kommunizierender Verbindung mit einem Hohlraum im Spritzgießwerkzeug steht und mit einer Überwachungseinheit verbindbar ist. Die Überwachungseinheit ist dabei zur Erkennung einer Leckage in Abgängigkeit einer mit dem Gassensor erfassten Eigenschaft des im Hohlraum enthaltenen Gases eingerichtet.
Der Gassensor und die Überwachungseinheit können in eine Spritzgussmaschine integriert, als davon getrenntes tragbares Gerät ausgeführt oder an das Spritzgusswerkzeug angebaut sein.
Durch die Überwachung einer Eigenschaft des insbesondere an den Heißkanal des Spritzgusswerkzeuges angrenzenden Hohlraums enthaltenen Gases ist kein hermetisch abgeschlossener Hohlraum erforderlich. Es wird ausgenutzt, dass bei Austreten von Kunststoffmasse entsprechende Zersetzungsprodukte entstehen, die mit dem Einsatz eines geeigneten Gassensors auf einfache und zuverlässige Weise detektiert werden können. Das Auftreten solcher Zersetzungsprodukte in dem im Hohlraum enthaltenen Gas (d. h. im Luftvolumen des Hohlraums) zeigt eine Leckage unmittelbar an. Damit lässt sich der Spritzgussprozess sofort automatisch unterbrechen und die Spritzgussmaschine abschalten. Ein Schaden des Heißkanalsystems durch eine Leckage wird somit mit Hilfe eines einfachen Gassensors und einer daran angeschlossener Überwachungseinheit verhindert oder zumindest stark minimiert.
In entsprechender Weise wird die Aufgabe durch die Leckageeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 sowie durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine mit dem Hohlraum und dem Gassensor kommunizierend verbundene Gasansaugpumpe zum Führen von Gas aus dem Hohlraum zum Gassensor vorgesehen ist. Hierzu ist in dem Hohlraum des Spritzgießwerkzeugs, der an das Heißkanalsystem angrenzt, lediglich eine zum Hohlraum führende Bohrung erforderlich, an die über eine Leitung die Gasansaugpumpe angeschlossen wird. Der Gasdetektor kann dann außerhalb des Werkzeugs angeordnet werden, was die Konstruktion und Austauschbarkeit des Spritzgießwerkzeugs wesentlich vereinfacht. Die im in dem vom Heißkanal getrennten Hohlraum des Spritzgießwerkzeuges befindliche Luft wird somit über eine Pumpe aus dem Werkzeug abgesaugt und zu dem Gassesensor geführt.
Optional ist es denkbar, dass eine vom Gassesensor zum Hohlraum führende Gasrückleitung zum Rückführen von aus dem Hohlraum zum Gassensor geleiteten Gases in den Hohlraum zurück vorgesehen ist. Damit wird ein geschlossener Kreislauf und ein geschlossenes Luftsystem sichergestellt, auch wenn ein absolut hermetisch abgeriegelter Hohlraum vorliegend nicht erforderlich ist.
Durch den geschlossenen Luftkreislauf wird eine Einbringung von Fremdluft und eine Verunreinigung der Außenluft vermieden und Wärmeverlust reduziert.
Der Gassensor ist vorzugsweise zur Erfassung mindestens eines Zersetzungsproduktes von in einen Hohlraum austretenden Kunststoffs eingerichtet. Ein solches Zersetzungsprodukt kann beispielsweise eine Kohlenstoffverbindung, wie z. B. Kohlenmonoxid CO sein. Der Gassensor ist daher vorzugsweise zur Ermittlung des Kohlenmonoxidgehaltes der im Hohlraum befindlichen und aus dem Hohlraum gegebenenfalls abgesaugten Luft eingerichtet. Bei Überschreiten einer einstellbaren Störgrenze kann dann vorzugsweise ein Signal an die Steuerung der Spritzgussmaschine ausgegeben werden, um die Spritzgussmaschine anzuhalten.
Vorzugsweise ist eine separat von der Spritzgussmaschine, für diverse Arten von Spritzgussmaschinen einsetzbare Leckageerkennungseinrichtung vorgesehen, die an das Werkzeug einer Spritzgussmaschine anschließbar ist. Diese Leckageerkennungseinheit hat dann den Gassensor zur Detektion einer Eigenschaft des im Hohlraum enthaltenen Gases und eine Überwachungseinheit zur Erkennung einer Leckage in Abhängigkeit von der detektierten Eigenschaft.
Die Überwachungseinheit ist dann vorzugsweise zur Erkennung einer Leckage bei Überschreiten eines vorgebbaren Grenzwertes eingerichtet.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Leckageerkennungseinheit eine Schnittstelle zur Ausgabe eines Leckagesignals, das eine Leckage signalisiert, hat, um damit eine Spritzgussmaschine anzusteuern. Damit lässt sich die Spritzgussmaschine und die darin enthaltenen Werkzeuge schnell und kostengünstig durch eine zusätzliche Leckageerkennung ergänzen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit den beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1: Skizze einer Spritzgussmaschine mit daran angeschlossener Leckageerkennungseinheit;
2: Skizze der Spritzgussmaschine aus 1 im Schnitt durch das Spritzgusswerkzeug mit daran angrenzendem Heißkanalverteilerblock und einer Luftrückführung.
1 lässt eine Skizze einer Spritzgussmaschine 1 erkennen, die eine Schnecke mit Spritzzylinder 2, eine düsenseitige Aufspannplatte 3a und eine auswerferseitige Aufspannplatte 3b hat. Die auswerferseitige Auswerferplatte 3b ist mittels Aktuator 4 linearbeweglich gelagert. Die Spritzgussmaschine 1 ist mit einem Spritzgusswerkzeug 5 bestückbar. Das Spritzgusswerkzeug 5 hat eine auswerferseitige Werkzeughälfte 6a und eine düsenseitige Werkzeughälfte 6b, die jeweils mit der zugeordneten auswerferseitigen und düsenseitigen Aufspannplatte 3a, 3b verbunden werden. Die düsenseitige Werkzeughälfte 6b hat einen Heißkanalverteilerblock 7, in den das heiße extrudierte Kunststoffmaterial aus der Schnecke 2 hineingleitet und von dort in Kavitäten der zusammengefahrenen Werkzeughälften 6a, 6b verteilt wird.
Erkennbar ist, dass im Innenraum der düsenseitigen Werkzeughälfte 6b angrenzend an den Heißkanalverteilerblock 7 ein Hohlraum 8 ist. Bei einer Leckage tritt heißer Kunststoff in diesen Hohlraum 8 ein und wird zersetzt. Dieser Hohlraum 8 ist damit ein zu überwachender Raum oder Bereich, in dem bei Versagen des Spritzgusswerkzeuges 5 allgemein oder z. B. dessen Heißkanalverteilerblock 7 im speziellen ein mit einem Gassensor 9 messbarer Zersetzungsstoff entsteht. Es wird somit ausgenutzt, dass sich die austretende heiße Kunststoffmasse bei einer Leckage durch die hohe Temperatur des angrenzenden Spritzgusswerkzeugs 5 thermisch zersetzt. Dabei entstehen diverse Zersetzungsstoffe, insbesondere Kohlenstoffverbindungen, die mit einem geeigneten Gassensor 9 detektiert werden können. Besonders geeignet ist hierzu die Verwendung eines Kohlenmonoxid-Sensors (CO-Sensor), wie er z. B. in Form eines Rauchmelders preiswert handelsüblich erhältlich ist. Über eine Bohrung 10 und einer Ansaugleitung 11 wird das im Hohlraum 8 befindliche Medium mit einer Gasansaugpumpe 12 zum Gassensor 9 angesaugt. Der Gassensor 9 kann hierbei in einem Messröhrchen 13 platziert sein, der an die Ansaugleitung 11 angeschlossen ist. Der Ausgang des Messröhrchens 13 ist mit einer Abluftleitung 14 verbunden, die optional wie dargestellt in den Hohlraum 8 zurückgeführt werden oder frei in der Atmosphäre enden kann.
Das Messsignal des Gassensors 9 wird mit einer Überwachungseinheit 15 ausgewertet. Hierzu kann z. B. überwacht werden, ob die gemessene Eigenschaft, wie der Kohlenmonoxidgehalt, einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Falls dies der Fall ist, wird auf eine Leckage geschlossen und über eine Schnittstelle 16 ein Leckagesignal ausgegeben. Dieses Leckagesignal kann über eine Steuerleitung 17 zu der Spritzgussmaschine 1 zurückgeführt werden, um diese sofort abzuschalten. Optional hierzu oder zusätzlich ist denkbar, dass ein Alarmsignal für das Betriebspersonal ausgegeben wird.
Als Grenzwert kann auch eine prozentuelle Veränderung der gemessenen Gaseigenschaften herangezogen werden. So kann beispielsweise auf eine Leckage geschlossen werden, wenn sich die vom Gassensor 9 gemessenen Eigenschaften um x-Prozent ändern (x ist ein vom Nutzer sinnvoll vorgegebener Grenzwert).
Letztendlich hängt die gemessene Eigenschaft, wie beispielsweise Kohlenmonoxid, wesentlich von der Art des von der Spritzgussmaschine 1 verarbeiteten Materials ab. Zur Verbesserung der Zuverlässigkeit ist es auch denkbar, mit einem oder mehreren Gassensoren 9 unterschiedliche Eigenschaften, wie Kohlenmonoxid und gegebenenfalls andere Gase zu detektieren und aus dem Korrelationsergebnis auf eine Leckage zu schließen.
2 lässt eine Skizze eines Spritzgusswerkzeuges 5 und der Leckageerkennungseinheit gemäß 1 mit dem Unterschied erkennen, dass die Abluftleitung 14 über eine Bohrung 18 in den zu überwachenden Hohlraum 8 zurückgeleitet wird. Damit wird ein geschlossener Luftkreislauf sichergestellt und eine Einbringung von Fremdluft sowie eine Verunreinigung der Außenluft vermieden. Zudem wird der Wärmeverlust durch die Rückführung der aus dem Hohlraum abgeleiteten Luft verringert.
Zur Leckageüberwachung wird die Luft aus dem Hohlraum 8 somit über eine Gasansaugpumpe 12 aus dem zu überwachenden Hohlraum 8 abgesaugt und durch einen Messraum geführt, in dem sich der mindestens eine Gassensor 9 befindet. Mit Hilfe des mindestens einen Gassensors 9 wird die Konzentration des zu ermittelnden mindestens einen Zersetzungsstoffs detektiert, der bei einer Leckage durch austretenden heißen Kunststoffs in den Hohlraum 8 entsteht. Die Überwachungseinrichtung ist z. B. durch geeignete Programmierung eines Mikrocontrollers oder Mikroprozessors so eingerichtet, dass bei Überschreiten einer einstellbaren Störgrenze ein weiterverarbeitbares Leckagesignal ausgegeben wird. Die Überwachungseinheit kann beispielsweise als Industriecontroller (PLC) mit angeschlossener Sensorschnittstelle ausgeführt sein.

Claims

Spritzgießwerkzeug (5) mit einem Hohlraum (8), dadurch gekennzeichnet, dass ein Gassensor (9) in kommunizierender Verbindung mit dem Hohlraum (8) steht und mit einer Überwachungseinheit (15) verbindbar ist, wobei die Überwachungseinheit (15) zur Erkennung einer Leckage in Abhängigkeit mindestens eines mit dem Gassensor (9) erfassten Zersetzungsstoffes von in den Hohlraum (8) austretenden Kunststoffs im Hohlraum (8) enthaltenen Gases eingerichtet ist.
Spritzgießwerkzeug (5) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mit dem Hohlraum (8) und dem Gassensor (9) kommunizierend verbundene Gasansaugpumpe (12) zum Führen von Gas aus dem Hohlraum (8) zum Gassensor (9).
Spritzgießwerkzeug (5) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine vom Gassensor (9) zum Hohlraum (8) führende Gasrückleitung zum Rückführen von aus dem Hohlraum (8) zum Gassensor (9) geleiteten Gases in den Hohlraum (8) zurück.
Spritzgießwerkzeug (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gassensor (9) zur Erfassung von einer Kohlenstoffverbindung eingerichtet ist.
Spritzgießwerkzeug (5) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gassensor (9) zur Erfassung des Kohlenmonoxidgehaltes des Gases ausgebildet ist.
Leckageerkennungseinrichtung für ein Spritzgießwerkzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Gassensor (9), der in kommunizierender Verbindung mit einem Hohlraum (8) in einem Spritzgießwerkzeug (5) einer Spritzgussmaschine (1) anschließbar ist, und mit einer Überwachungseinheit (15), die zur Erkennung einer Leckage in Abhängigkeit mindestens eines mit dem Gassensor (9) erfassten Zersetzungsstoffes von in den Hohlraum (8) austretenden Kunststoffs in dem im Hohlraum (8) enthaltenen Gases eingerichtet ist.
Leckageerkennungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leckageerkennungseinrichtung eine Schnittstelle (16) zur Ausgabe eines Leckage signalisierenden Signals hat.
Leckageerkennungseinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinheit (15) zur Erkennung einer Leckage bei Überschreiten eines vorgebbaren Grenzwertes eingerichtet ist.
Verfahren zur Erkennung einer Leckage in einem Spritzgießwerkzeug (5), bei der Kunststoff in einen Hohlraum (8) austritt, gekennzeichnet durch Ermitteln mindestens eines Zersetzungsstoffes von in den Hohlraum (8) austretenden Kunststoffs in dem im Hohlraum (8) enthaltenen Gases und Erkennen einer Leckage in Abhängigkeit des ermittelten Zersetzungsstoffes.
Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch Absaugen von Gas aus einem Hohlraum (8) des Spritzgießwerkzeuges (5) und Führen des Gases zu einem zur Ermittlung mindestens einer Eigenschaft eingerichteten Gassensor (9).
Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Rückführen von Gas von dem Gassensor (9) in den Hohlraum (8).
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, gekennzeichnet durch Erkennen einer Leckage bei Überschreiten oder Unterschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes für die mindestens eine ermittelte Eigenschaft des im Hohlraum (8) enthaltenen Gases.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine zur Leckageerkennung berücksichtigte Eigenschaft des Gases eine Kohlenstoffverbindung ist.