DE102014014172B4

DE102014014172B4 - Verfahren zur Bestimmung eines Siegelpunktes

Info

Publication number: DE102014014172B4
Application number: DE102014014172.1A
Authority: DE
Inventors: Georg Pillwein; Matthias Simma; Josef Gießauf
Original assignee: Engel Austria GmbH
Current assignee: Engel Austria GmbH
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2014-09-24
Publication date: 2020-09-17
Anticipated expiration: 2034-09-25
Also published as: CN104626493A; CN104626493B; DE102014014172A1; AT514836B1; AT514836A1

Abstract

Verfahren zur Bestimmung eines Siegelpunktes bei einem Gießprozess, wobei- Gießmaterial in einer fluiden Phase wenigstens einmal unter Druck in eine Formteilkavität (4) gefüllt wird,- wenigstens ein Verlauf einer für den Druck des Gießmaterials charakteristischen Größe gemessen wird,- aus dem wenigstens einen Verlauf eine Rate von Änderungen bestimmt wird und- aus der Rate der Änderungen der Siegelpunkt bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass- das Gießmaterial in der Formteilkavität (4) mittels eines Aktuators mit einem veränderlichen Druck beaufschlagt wird, wobei der wenigstens eine Verlauf von einer der Formteilkavität (4) abgewandten Seite eines Anschnitts (9) her gemessen wirdund/oder- mehrere Gießzyklen, bei denen Gießmaterial in die Formteilkavität (4) gefüllt wird, durchgeführt werden, wobei die Druckänderungen, deren Rate bestimmt wird, zwischen Druckverläufen verschiedener Gießzyklen bestimmt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Siegelpunktes bei einem Gießprozess mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie eine Formgebungsmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 14.
Derartige Gießprozesse umfassen beispielsweise Spritzgießprozesse oder Druckgussprozesse.
Unter einer Formgebungsmaschine ist dabei jegliche Maschine zu verstehen, welche dazu geeignet ist, Gießmaterial in einer fluiden Phase unter Druck in eine Formteilkavität zu füllen. Insbesondere sind dies Spritzgießmaschinen, Druckgussmaschinen, Spritzpressen und dergleichen.
Beim Einspritzen von Gießmaterial wird eine Schnecke oder ein Kolben in Richtung der Formteilkavität bewegt. Diese Bewegung kann als Geschwindigkeitsprofil über Weg oder Zeit, als Druckprofil über Weg oder Zeit, oder als Wegprofil über der Zeit vorgegeben sein. In der Praxis ist es üblich, Kombination daraus nacheinander zu verwenden. Besonders etabliert hat sich die Durchführung von zunächst einer geschwindigkeitsgeregelten Einspritzphase mit einer anschließenden druckgeregelten Phase (Nachdruckphase). In der Nachdruckphase soll die mit der Abkühlung des Materials im Werkzeug verbundene Schwindung zum Teil kompensiert werden. Im Allgemeinen wird man versuchen, den Nachdruck so lange als möglich aufrecht zu halten. Die Druckübertragung in die Kavität ist so lange möglich, bis das Material im dünnsten Querschnitt - in den meisten Fällen der Anschnitt des Bauteils - so weit erstarrt ist, dass kein Materialfluss mehr möglich ist.
Eine Nachdruckdauer bis zu diesem Punkt, auch Siegelpunkt genannt, ist also anzustreben. Zu kurze Nachdruckzeiten, also ein frühzeitiger Druckabbau noch vor Versiegeln des Angusses oder Anschnittes führen zu einem Materialfluss aus der Kavität. Hohe Schwindung, Einfallstellen, und schlechte Reproduzierbarkeit sind die Folge. Zu lange Nachdruckzeiten hingegen können die Gesamtzykluszeit erhöhen, oder einen erhöhten Energieverbrauch der Maschine zur Folge haben.
Aus der Literatur ist eine Methode zur Siegelpunktbestimmung bekannt ( DE 10 2007 029 977 A1 ). Dabei wird von Zyklus zu Zyklus die Nachdruckzeit um einen bestimmten Betrag verändert, und das Schussgewicht für jeden Schuss dieser Versuchsreihe bestimmt. Nun wird in einem Diagramm das Schussgewicht über der Nachdruckzeit aufgetragen. Im Diagramm sieht man, dass ab einer bestimmten Nachdruckzeit - dem Siegelpunkt - das Gewicht mit steigender Nachdruckdauer nicht mehr zunimmt (siehe .
Nachteilig an dieser Methode ist, dass viele verschiedene Teile gewogen werden müssen und teils sehr lange Versuchsreihen durchgeführt werden müssen.
Aus der JP H03- 143 613 A ist ein Verfahren bekannt, wobei eine Druckkraft einer Schnecke periodisch geändert wird, um einen Siegelpunkt zu bestimmen.
Ferner beschreibt die Schrift EP 1 091 842 B1 ein Verfahren zum automatischen Einstellen einer Spritzgießmaschine, bei dem bereits mit der Maschine hergestellte Teile auf Fehler geprüft werden, um dann in Reaktion auf eine Gradbildung den Spritzgießhub zu verringern und ggf. zusätzlich noch die Spritzgießgeschwindigkeit zu verringern, und in Reaktion auf kurze Schüsse den Spritzgießhub zu vergrößern und ggf. zusätzlich auch noch die Spritzgießgeschwindigkeit zu erhöhen.
Ferner beschreibt die Schrift DE 11 2007 002 154 T5 eine Spritzgussmaschine, die mittels eines Druckdetektors eine Formschließkraft der Formschließvorrichtung detektiert, wobei in den genannten Druckdetektor eine Spannung eingegeben wird, deren Wert während des Formzyklus variiert wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein vereinfachtes Verfahren zur Bestimmung des Siegelpunktes bereit zu stellen. Des Weiteren soll eine Formgebungsmaschine zur Durchführung eines derartigen Verfahrens bereitgestellt werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Formgebungsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst.
Dies geschieht indem wenigstens ein Verlauf einer für den Druck des Gießmaterials charakteristischen Größe gemessen wird, aus dem wenigstens einen Verlauf eine Rate von Änderungen bestimmt wird und aus der Rate der Änderungen der Siegelpunkt bestimmt wird.
Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren kann eine Siegelpunktbestimmung ohne Abwiegen der Formteile durchgeführt werden.
Zur Erfassung des Verlaufs der für den Druck des Gießmaterials charakteristischen Größe ist es praktikabel eine Vielzahl von Messungen zu verschiedenen Zeitpunkten während des Gießzyklus durchzuführen. Theoretisch kann aber schon mit zwei Messpunkten als Verlauf die nötige Information über den Druck des Gießmaterials erlangt werden.
Der Anschaulichkeit halber wird im Folgenden auf den Druckverlauf und auf die Druckänderung Bezug genommen. In dem Falle, dass statt des Druckes eine dafür charakteristische Größe gemessen wird gelten analoge Aussagen. Als für den Druck charakteristische Größen können beispielsweise Größen gelten, welche in einem bekannten Funktionalzusammenhang zum Druck stehen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das Gießmaterial in der Formteilkavität mittels eines Aktuators mit einem veränderlichen Druck beaufschlagt wird, wobei der wenigstens eine Druckverlauf von einer der Formteilkavität abgewandten Seite eines Anschnitts her gemessen wird. Dabei kann beispielsweise ein Schließantrieb und/oder ein Auswerferantrieb und/oder ein Kernzug und/oder ein Prägestempel als Aktuator verwendet werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass mehrere Gießzyklen, bei denen Gießmaterial in die Formteilkavität gefüllt wird, durchgeführt werden, wobei die Druckänderungen, deren Rate bestimmt wird, zwischen Druckverläufen verschiedener Gießzyklen bestimmt werden, wobei die Gießzyklen vorzugsweise mit verschiedenen Nachdruckzeiten durchgeführt werden. Hierdurch kann die Genauigkeit der Bestimmung des Siegelpunktes erhöht werden.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Besonders bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem wenigstens ein Druckverlauf des Gießmaterials gemessen wird, aus dem wenigstens einen Druckverlauf eine Rate von Druckänderungen bestimmt wird und aus der Rate der Druckänderungen der Siegelpunkt bestimmt wird
Wird der wenigstens eine Druckverlauf spritzseitig gemessen, ist es bevorzugt vorgesehen, dafür einen Spritzdrucksensor und/oder einen Schneckenwegsensor zu verwenden.
Wird der wenigstens eine Druckverlauf schließseitig gemessen, kann es vorgesehen sein, diesen durch Messung wenigstens einer Größe aus der Gruppe Schließkraft, Forminnendruck, Auswerferkraft, Holmdehnung, Werkzeugatmung, Verformung eines Werkzeugs, Kraft und/oder Druck auf ein Werkzeug und/oder eine Schließeinheit zu messen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann es zusätzlich vorgesehen sein, dass das Gießmaterial von einer der Formteilkavität abgewandten Seite eines Anschnitts her mittels eines Aktuators mit einem veränderlichen Druck beaufschlagt wird, wobei der wenigstens eine Druckverlauf in der Formteilkavität gemessen wird. Dabei kann als Aktuator eine Einspritzeinheit, insbesondere eine Plastifizierschnecke, verwendet werden.
Um ein besonders gutes Propagieren des veränderlichen Drucks durch das Gießmaterial und eine daraus folgende gute Detektierbarkeit des Signals zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass das Gießmaterial mit einem veränderlichen Druck in Form eines oszillierenden Druckprofils, insbesondere eines periodischen (beispielsweise sinusförmig, rechtecksförmig oder dreiecksförmig) Druckprofils, beaufschlagt wird.
Je nachdem, ob die Druckänderungen bzw. deren Rate über mehrere Gießzyklen hin oder nur einen einzigen Gießzyklus aufgenommen werden, können verschiedene Kriterien für das Erreichen des Siegelpunktes angelegt werden. Zum einen kann der Siegelpunkt als ein Zeitpunkt bestimmt werden, bei dem die Rate der Druckänderung unter einen Schwellenwert fällt oder es kann der Siegelpunkt als ein Zeitpunkt bestimmt werden, bei dem die Rate der Druckänderung im Wesentlichen verschwindet. Dieses Vorgehen zeichnet sich durch eine besonders leichte Bestimmung des Siegelpunktes aus.
Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der Siegelpunkt als ein Zeitpunkt bestimmt wird, bei dem sich die Rate der Druckänderung von einem ersten, im Wesentlichen konstanten Wert auf einen zweiten, im Wesentlichen konstanten Wert verändert. Im Vergleich zum vorher dargestellten Vorgehen ist bei diesem Ausführungsbeispiel die Bestimmung des Siegelpunktes zwar etwas schwieriger. Dafür reicht aber im Prinzip ein einziger Zyklus zur Bestimmung des Siegelpunktes aus, ohne dass es notwendig wäre durch einen Aktuator einen zusätzlichen veränderlichen Druck zu beaufschlagen.
Wie bereits erwähnt kann genau ein Gießzyklus, bei dem Gießmaterial in die Formteilkavität gefüllt wird, zur Bestimmung des Siegelpunktes verwendet werden.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Siegelpunkt zur Ermittlung der Nachdruckzeit verwendet wird. Dies kann einerseits vollautomatisch in der Anlagensteuerung einer Formgebungsmaschine geschehen. Es kann auch ein Warnhinweis für den Bediener, falls der eingestellte Nachdruck zu kurz oder zu lang ist, dargestellt werden oder der ermittelte Sollwert für die Nachdruckzeit für den Bediener als Vorschlag dargestellt werden. Weiterhin kann vorgesehen sein, Maschinenbewegungen zu stoppen, wenn die ermittelte Nachdruckzeit erreicht ist.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind anhand der Figuren sowie der dazugehörigen Figurenbeschreibung ersichtlich. Dabei zeigen:

1a und 1b Schließkraftverläufe und Differenzen von Schließkraftverläufen für zwei verschiedene Nachdruckzeiten,
2 mehrere Differenzen von Schließkraftkurven,
3a und 3b Ergebnisse eines Verfahrens zur Siegelpunktbestimmung gemäß dem Stand der Technik bzw. zum Vergleich ein erfindungsgemäßes Verfahren,
4 eine Variante des Verfahrens aus 4, bei dem zwei Zyklen mit phasenverschobenen, veränderlichen Drücken durchgeführt werden,
5 eine erfindungsgemäße Spritzgießmaschine mit elektrischem Schließantrieb sowie
6 eine erfindungsgemäße Spritzgießmaschine mit hydraulischem Schließantrieb.

Zur Verdeutlichung der Entstehung der 2 sind in den 1a und 1b zum einen zwei Schließkraftverläufe und zum anderen die Differenz der beiden Schließkraftverläufe dargestellt. Die Schließkraftverläufe unterscheiden sich dahingehend, dass bei ihrer Erstellung mit verschiedenen Nachdruckzeiten operiert wurde. Wie sich dieser Unterschied im Schließkraftverlauf niederschlägt, wird in 1b deutlich. Durch die etwas längere Nachdruckzeit wird zusätzliches Gießmaterial in die Kavität befördert, wodurch sich der Druck in der Kavität und folglich die Schließkraft erhöht. Natürlich ist auch eine leichte Zeitverschiebung zwischen den Maxima der beiden Schließkraftverläufe zu erkennen, welche ebenfalls ein Resultat der unterschiedlich langen Nachdruckzeiten ist.
In 2 sind mehrere Differenzschließkraftverläufe wie aus 1b dargestellt. Dabei wurden Gießzyklen mit Nachdruckzeiten zwischen 0,2 und 2,6 Sekunden durchgeführt, wobei jeweils Zeitschritte von 0,2 Sekunden verwendet wurden. Die Kurven sind Differenzkurven zwischen Schließkraftverläufen, welche sich je durch 0,2 Sekunden unterschiedlicher Nachdruckzeit auszeichnen.
Wie zu erkennen ist, stellt sich ab einer gewissen Nachdruckzeit eine uniforme Differenzkurve ein, wobei lediglich das Maximum der Differenzkurven um den Unterschied in der Nachdruckzeit verschoben ist. Daraus kann geschlossen werden, dass ab dem Zeitpunkt, bei dem die Uniformität der Differenzkurven einsetzt, der Siegelpunkt erreicht ist. Deutlicher dargestellt ist dies in 3b, bei der jeweils die Differenz der Maxima - welche in diesem Fall die Rate der Druckänderung darstellt - gegen die Nachdruckzeit aufgetragen ist. Als Kriterium wird hier verwendet, dass die aufgetragene Rate der Druckänderungen unter einen Schwellenwert fällt bzw. im Wesentlichen verschwindet. Zum Vergleich ist in 3a das Ergebnis einer Versuchsreihe dargestellt, bei der das Formteilgewicht bei verschiedenen Nachdruckzeiten aufgetragen ist.
Wie aus dem Vergleich der 3a und 3b zu erkennen ist, kann durch ein erfindungsgemäßes Verfahren eine einfachere und genaue Bestimmung des Siegelpunktes erreicht werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können zwei Formgebungszyklen durchgeführt werden, wobei auf den Nachdruck aufmodulierte Dreiecksprofile jeweils um 180° phasenverschoben sind. Dies ist im obersten Diagramm in 4 dargestellt. Das mittlere Diagramm zeigt die zugehörigen Werkzeugatmungen, die ebenfalls aus der Schließkraft abgeleitet sind.
Im letzten Diagramm in 5 ist schließlich die Differenz der Werkzeugatmungen aus dem mittleren Diagramm in 5 dargestellt. Die durch die zueinander phasenverschobenen, aufmodulierten Druckprofile bewirken einerseits eine Verstärkung des induzierten Signals in der Differenz der Werkzeugatmung und andererseits wird ein Hintergrundverhalten durch die Differenzbildung (zumindest teilweise) eliminiert.
Der im zweiten Diagramm in 4 erkennbare Abfall (Verursacht durch die Schwindung des Formteils beim Abkühlen während der Nachdruckphase) der Werkzeugatmung, welcher die durch das veränderliche Nachdruckprofil induzierte Schwingung überlagert ist, kann auf diese Weise im letzten Diagramm in 4 heraus gefiltert werden.
In den 5 und 6 ist jeweils eine erfindungsgemäße Spritzgießmaschine 1 mit einer Schließeinheit 2 und einer Einspritzeinheit 3 dar, wobei im ersten Fall ein elektrischer Schließantrieb und im zweiten Fall ein hydraulischer Schließantrieb vorhanden ist.
Die Einspritzeinheit 3 verfügt in diesem Ausführungsbeispiel über eine Plastifizierschnecke 5, durch welche Gießmaterial - beispielsweise plastifizierter Kunststoff - in eine Formteilkavität 4 gefüllt werden kann. Die dünnste Stelle nahe an der Formkavität 4, an welcher beim Befüllen zuerst ein Erhärten des Gießmaterials stattfindet wird Anschnitt 9 genannt. Zum Antrieb der Plastifizierschnecke 5 dient der Einspritzantrieb 6.
Die genannten Sensoren sowie der Einspritzantrieb sind jeweils mit der Steuer- oder Regeleinrichtung 7 verbunden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann der Schließantrieb (es ist dafür unerheblich, ob dieser elektrisch oder hydraulisch ausgeführt ist) als Aktuator zur Beaufschlagung mit einem variablen Druck verwendet werden. In diesem Fall können ein Drucksensor 11, ein Spritzdrucksensor 8 oder ein Schneckenwegsensor (meist im Einspritzantrieb 6 integriert) zur Messung des Drucks des Gießmaterials verwendet werden.

Claims

Verfahren zur Bestimmung eines Siegelpunktes bei einem Gießprozess, wobei - Gießmaterial in einer fluiden Phase wenigstens einmal unter Druck in eine Formteilkavität (4) gefüllt wird, - wenigstens ein Verlauf einer für den Druck des Gießmaterials charakteristischen Größe gemessen wird, - aus dem wenigstens einen Verlauf eine Rate von Änderungen bestimmt wird und - aus der Rate der Änderungen der Siegelpunkt bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass - das Gießmaterial in der Formteilkavität (4) mittels eines Aktuators mit einem veränderlichen Druck beaufschlagt wird, wobei der wenigstens eine Verlauf von einer der Formteilkavität (4) abgewandten Seite eines Anschnitts (9) her gemessen wird und/oder - mehrere Gießzyklen, bei denen Gießmaterial in die Formteilkavität (4) gefüllt wird, durchgeführt werden, wobei die Druckänderungen, deren Rate bestimmt wird, zwischen Druckverläufen verschiedener Gießzyklen bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Verlauf durch Messung wenigstens einer Größe aus der Gruppe Schließkraft, Forminnendruck, Auswerferkraft, Holmdehnung, Werkzeugatmung, Verformung eines Werkzeugs, Kraft und/oder Druck auf ein Werkzeug und/oder eine Schließeinheit gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Verlauf mittels eines Spritzdrucksensors (8) und/oder eines Schneckenwegsensors gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Verlauf während einer Nachdruckphase eines Gießzyklus gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gießmaterial von einer der Formteilkavität (4) abgewandten Seite des Anschnitts (9) her mittels des Aktuators mit dem veränderlichen Druck beaufschlagt wird, wobei der wenigstens eine Verlauf in der Formteilkavität (4) gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Aktuator eine Einspritzeinheit, insbesondere eine Plastifizierschnecke, verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Aktuator ein Schließantrieb und/oder ein Auswerferantrieb und/oder ein Kernzug und/oder ein Prägestempel verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gießmaterial mit dem veränderlichen Druck in Form eines oszillierenden Druckprofils, insbesondere eines periodischen Druckprofils, beaufschlagt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Siegelpunkt als ein Zeitpunkt bestimmt wird, bei dem die Rate der Druckänderung unter einen Schwellenwert fällt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Siegelpunkt als ein Zeitpunkt bestimmt wird, bei dem die Rate der Druckänderung im Wesentlichen verschwindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Siegelpunkt als ein Zeitpunkt bestimmt wird, bei dem sich die Rate der Druckänderung von einem ersten, im Wesentlichen konstanten Wert auf einen zweiten, im Wesentlichen konstanten Wert verändert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Gießzyklen, bei denen Gießmaterial in die Formteilkavität (4) gefüllt wird, durchgeführt werden, wobei die Druckänderungen, deren Rate bestimmt wird, zwischen Druckverläufen verschiedener Gießzyklen bestimmt werden, wobei die Gießzyklen mit verschiedenen Nachdruckzeiten durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Siegelpunkt zur Ermittlung der Nachdruckzeit verwendet wird.
Formgebungsmaschine mit - einer Einspritzeinheit (3) zur Befüllung einer Formteilkavität (4) mit einem Gießmaterial, - wenigstens einem Messgerät (8,10,11,12,13) zur Bestimmung wenigstens eines Verlaufs einer für einen Druck des Gießmaterials charakteristischen Größe, und - einer mit dem Messgerät (8,10,11,12,13) verbundenen Steuer- oder Regeleinrichtung (7), welches dazu ausgebildet ist, aus dem wenigstens einen Verlauf eine Rate von Änderungen zu bestimmen und aus der Rate der Änderungen einen Siegelpunkt zu bestimmen dadurch gekennzeichnet, dass - ein Aktuator vorgesehen ist, mittels dessen das Gießmaterial in der Formteilkavität (4) mit einem veränderlichen Druck beaufschlagbar ist, wobei das wenigstens eine Messgerät zur Messung des wenigstens einen Verlaufs von einer der Formteilkavität (4) abgewandten Seite eines Anschnitts (9) her angeordnet ist, und/oder - die Steuer- oder Regeleinrichtung (7) dazu ausgebildet ist, die Druckänderungen, deren Rate bestimmt wird, zwischen Druckverläufen verschiedener Gießzyklen zu bestimmen.