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Die Erfindung betrifft eine Spritzgießvorrichtung, die eine Spritzgießform mit wenigstens zwei Formblöcken umfasst, welche zwischen einer geschlossenen und einer geöffneten Stellung verstellbar sind und Kavitäten aufweisen, die in der geschlossenen Stellung einen Formhohlraum bilden.
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Spritzgießvorrichtungen dienen zum Herstellen von Kunststoffteilen in hohen Stückzahlen. Die Formgebung des herzustellenden Teils erfolgt jeweils durch die Spritzgießform, die auch als „Spritzgießwerkzeug“ bezeichnet wird. Während eines Spritzgießprozesses werden die Formblöcke in die geschlossene Stellung gestellt, was hierin auch als „Zufahren“ der Spritzgießform bezeichnet wird. Danach wird erhitzter Kunststoff unter Druck in den Formhohlraum eingebracht. Nach einer vorgegebenen Wartezeit zum Abkühlen und/oder Reagieren des Formmaterials werden die Formblöcke in die geöffnete Stellung gestellt, um den fertigen Spritzling, gegebenenfalls unterstützt durch einen oder mehrere Auswerfer, entnehmen zu können.
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Obwohl Spritzgießprozesse im Allgemeinen sehr zuverlässig sind, kommt es nach einer gewissen Anzahl von Zyklen häufig zu Qualitätseinbußen bei den hergestellten Teilen. Insbesondere können im Laufe der Zeit Aufspannfehler, Fehlstellungen der Formblöcke und Verschleißerscheinungen dazu führen, dass die spritzgegossenen Teile nicht mehr die vorgegebene Qualität erreichen. Im Allgemeinen wird in einem solchen Fall die Spritzgießvorrichtung stillgelegt, um die Aufspannung zu korrigieren, die Formblöcke neu auszurichten und/oder die Spritzgießform auszutauschen.
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Prozessunterbrechungen verschlechtern den Gesamtdurchsatz der Anlage. Außerdem ist die Produktion von Ausschuss in Form von qualitätsgeminderten Teilen unerwünscht.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen zuverlässigeren Betrieb von Spritzgießvorrichtungen zu ermöglichen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Spritzgießvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Eine erfindungsgemäße Spritzgießvorrichtung weist ein Überwachungssystem auf, das umfasst:
- wenigstens einen Schwingungssensor, der mit der Spritzgießform in mechanischem Kontakt steht, und
- eine elektronische Auswerteeinrichtung, die mit dem wenigstens einen Schwingungssensor in Signalverbindung steht und dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von Schwingungen der Spritzgießform während des Betriebs der Spritzgießvorrichtung einen Verschleiß der Spritzgießform und/oder eine Fehlausrichtung der Formblöcke zu erkennen und beim Erkennen von Verschleiß oder einer Fehlausrichtung ein Warn- oder Steuersignal zu erzeugen.
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Aufgrund des Überwachungssystems muss für das Einleiten von Wartungsmaßnahmen nicht mehr gewartet werden, bis sich die Qualität der Spritzlinge erkennbar verschlechtert. Vielmehr kann der Bediener der Spritzgießvorrichtung über das Warn- oder Steuersignal frühzeitig von drohenden Qualitätsverschlechterungen in Kenntnis gesetzt werden. Das Warn- oder Steuersignal könnte auch bestimmte Maßnahmen automatisch auslösen, beispielsweise einen Maschinenstopp.
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Die Erfindung beruht unter anderem auf der Erkenntnis, dass über die Erfassung von Schwingungen der Spritzgießform auch geringfügiger Verschleiß sowie geringfügige Fehlausrichtungen erkannt werden können. Daher können aufgrund der Schwingungsüberwachung frühzeitig Wartungsmaßnahmen getroffen werden, insbesondere auch solche Wartungsmaßnahmen, die bei laufender Maschine durchführbar sind. Somit kann die Spritzgießvorrichtung dauerhaft laufen, ohne Ausschuss zu produzieren. Das Überwachungssystem ermöglicht also eine präventive Korrektur von Unstimmigkeiten. Außerdem hat sich herausgestellt, dass durch Erfassen von Schwingungen der Spritzgießform auch Prozessereignisse wie zum Beispiel der Einspritzbeginn erkennbar sind. Derartige Informationen können für die Anlagensteuerung genutzt werden.
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Die elektronische Auswerteeinrichtung ist vorzugsweise dazu ausgebildet, während eines Spritzgießprozesses einen Verschleiß der Spritzgießform und/oder eine Fehlausrichtung der Formblöcke zu erkennen. Insbesondere kann die elektronische Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet sein, einen Verschleiß der Spritzgießform und/oder eine Fehlausrichtung der Formblöcke basierend auf einem Messsignal des wenigstens einen Schwingungssensors zu erkennen.
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Bevorzugt ist der wenigstens eine Schwingungssensor als Körperschallsensor oder als Klopfsensor ausgeführt. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass es bei einer Fehlausrichtung oder einem übermäßigen Verschleiß zu Stößen, Kratzen und/oder Reibung an den Bauteilen der Spritzgießform kommen kann. Solche Ereignisse sind relativ leicht als Körperschall erfassbar.
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Zum Erfassen von Schwingungsgrößen kann der wenigstens eine Schwingungssensor ein Piezoelement und/oder ein Mikrofon umfassen. Der Schwingungssensor kann auch ein Mikrofon aufweisen, das ein Piezoelement als elektroakustischen Wandler umfasst. Piezoelemente zeichnen sich insbesondere durch eine kurze Ansprechzeit aus. Die Abfragezeit eines entsprechenden Schwingungssensors kann im Nanosekunden-Bereich liegen. Dies ermöglicht ein echtzeitfähiges Überwachungssystem.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist der wenigstens eine Schwingungssensor zum Erfassen von Schwingungen in einem Frequenzbereich ausgelegt, der, insbesondere nur, oberhalb von 100 Hz liegt. Das Überwachungssystem ist also vorzugsweise ein akustisches Überwachungssystem, insbesondere für Körperschall. Der Schwingungssensor kann zum Erfassen von Schwingungen von, insbesondere nur, mehr als 500 Hz, mehr als 1000 Hz oder mehr als 2000 Hz ausgelegt sein. Dies erleichtert das Erfassen von „Klack“-Geräuschen, die beispielsweise bei Stößen auftreten und relativ hochfrequente Anteile umfassen.
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Eine erfindungsgemäße Spritzgießvorrichtung kann ein Computersystem aufweisen, das die elektronische Auswerteeinrichtung umfasst. Das Computersystem kann dem Überwachungssystem zugeordnet sein oder als übergeordnetes Computersystem zur Steuerung der Spritzgießvorrichtung vorgesehen sein.
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Bevorzugt ist das Computersystem in die Spritzgießvorrichtung, insbesondere in die Spritzgießform, integriert und/oder daran angebracht. Dies ermöglicht eine besonders kompakte Bauform. An das Computersystem oder das Überwachungssystem können außer dem wenigstens einen Schwingungssensor auch weitere Sensoren angeschlossen sein, beispielsweise Temperatursensoren, Durchflussmengensensoren, Induktionssensoren und/oder optische Sensoren wie Videokameras. Weiterhin kann die elektronische Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet sein, optische Informationen zur Fehlererkennung heranzuziehen oder Veränderungen der Durchflussmenge oder der Temperatur auszuwerten, um das Vorliegen von abnormem Verschleiß und/oder Fehlausrichtungen zu erkennen. Weiterhin kann das Computersystem eine Anzeige zur Darstellung der gemessenen Schwingungsdaten aufweisen, beispielsweise einen berührungsempfindlichen Bildschirm, der zusätzlich zur Darstellung der gemessenen Schwingungsdaten auch zur Bedienung der Spritzgießvorrichtung vorgesehen ist.
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Der wenigstens eine Schwingungssensor kann, insbesondere direkt, an oder in einem der Formblöcke befestigt sein. Körperschall, der sich in den Formblöcken ausbreitet, ist dann besonders gut erfassbar. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der wenigstens eine Schwingungssensor zwischen den Formblöcken, also im Bereich der Trennebene der Spritzgießform, angeordnet. Insbesondere kann der zumindest eine Schwingungssensor an einer Oberfläche der Spritzgießform und insbesondere an einer Fläche, die zwischen den gegenüberliegenden Formblöcken liegt angebracht sein.
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Eine spezielle Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der wenigstens eine Schwingungssensor an einem Führungs- oder Zentrierelement der Spritzgießform befestigt ist, insbesondere an einem Führungselement, mittels welchem der eine Formblock am anderen Formblock linear verschiebbar oder drehbar geführt ist. Insbesondere kann der wenigstens eine Schwingungssensor an einer axialen Stirnseite eines solchen Führungselements, also eines Führungsbolzens oder einer Führungssäule, befestigt sein. Der Sensor kann mit einem vorgegebenen Drehmoment an dem Führungs- oder Zentrierelement angeschraubt sein. Da dann z. B. Metall auf Metall sitzt, ergibt sich eine besonders gute Übertragung des Körperschalls.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Überwachungssystem wenigstens zwei Schwingungssensoren, die an unterschiedlichen Kontaktstellen mit der Spritzgießform in mechanischem Kontakt stehen und jeweils mit der elektronischen Auswerteeinrichtung in Signalverbindung stehen. Dies ermöglicht eine zumindest näherungsweise Ortung der Signalquelle. In Abhängigkeit davon, welcher der mehreren Schwingungssensoren einen Verschleiß oder eine Fehlausrichtung meldet, kann der Ort des Verschleißes oder der Fehlausrichtung besser gefunden werden. Die Sensitivität der Schwingungssensoren ist vorzugsweise so eingestellt, dass eine entsprechende Unterscheidung möglich ist, also ein Signal am Ort eines Schwingungssensors vom anderen Schwingungssensor nicht gemessen wird. Es ist auch möglich, zumindest drei Schwingungssensoren vorzusehen und über Laufzeitunterschiede die Position der Quelle des Körperschalls - und damit die Position des Verschleißes oder der Fehlausrichtung - zu orten. Dies kann in dreidimensionalen Koordinaten erfolgen.
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Die elektronische Auswerteeinrichtung kann dazu ausgebildet sein, das Warn- oder Steuersignal zu erzeugen, sobald eine Schwingungsgröße (z.B. die Schwingungsamplitude oder eine Grenzfrequenz) von einem vorgegebenen Sollwert abweicht oder einen Schwellwert übersteigt. Das Warn- oder Steuersignal kann insbesondere auch nur dann erzeugt werden, wenn eine Schwingungsgröße in einem vorgegebenen Frequenzbereich von einem vorgegebenen Sollwert abweicht oder einen Schwellwert übersteigt. Der Sollwert oder der Schwellwert kann eingelernt oder einstellbar sein, so dass das Überwachungssystem leicht an unterschiedliche Spritzgießvorrichtungen angepasst werden kann.
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Die elektronische Auswerteeinrichtung kann auch dazu ausgebildet sein, das Warn- oder Steuersignal zu erzeugen, wenn eine Schwingungsamplitude während eines Verstellens der Formblöcke von der geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung oder umgekehrt einen Schwellwert übersteigt. Eine erhöhte Schwingungsamplitude beim Öffnen oder Schließen der Spritzgießform weist nämlich auf Stöße, Reibungen oder dergleichen hin.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die elektronische Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet, während des Betriebs der Spritzgießvorrichtung zumindest zeitweilig sämtliche gemessenen Schwingungen der Spritzgießform auf einer Anzeige darzustellen und/oder in einer Speichereinrichtung abzulegen. Ein Bediener der Spritzgießvorrichtung kann dann den Signalverlauf analysieren und so Erkenntnisse über den Anlagenzustand gewinnen.
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Die Erfindung betrifft auch ein Überwachungssystem für eine Spritzgießvorrichtung, die eine Spritzgießform mit wenigstens zwei Formblöcken umfasst, welche zwischen einer geschlossenen und einer geöffneten Stellung verstellbar sind und Kavitäten aufweisen, die in der geschlossenen Stellung einen Formhohlraum bilden.
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Ein erfindungsgemäßes Überwachungssystem umfasst:
- wenigstens einen Schwingungssensor, der für einen mechanischen Kontakt mit der Spritzgießform vorgesehen ist, und
- eine elektronische Auswerteeinrichtung, die mit dem wenigstens einen Schwingungssensor in Signalverbindung steht und dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von Schwingungen der Spritzgießform während des Betriebs der Spritzgießvorrichtung einen Verschleiß der Spritzgießform und/oder eine Fehlausrichtung der Formblöcke zu erkennen und beim Erkennen von Verschleiß oder einer Fehlausrichtung ein Warn- oder Steuersignal zu erzeugen.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Überwachen einer Spritzgießvorrichtung, die eine Spritzgießform mit wenigstens zwei Formblöcken umfasst, welche zwischen einer geschlossenen und einer geöffneten Stellung verstellbar sind und Kavitäten aufweisen, die in der geschlossenen Stellung einen Formhohlraum bilden.
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Erfindungsgemäß sind bei dem Verfahren folgende Schritte vorgesehen: Erfassen von Schwingungen der Spritzgießform während des Betriebs der Spritzgießvorrichtung mittels wenigstens eines Schwingungssensors, Erkennen eines Verschleißes der Spritzgießform und/oder einer Fehlausrichtung der Formblöcke in Abhängigkeit von Schwingungen der Spritzgießform und Erzeugen eines Warn- oder Steuersignals beim Erkennen von Verschleiß oder einer Fehlausrichtung.
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Durch diese Maßnahmen können präventiv Wartungsmaßnahmen getroffen werden, insbesondere auch solche, die bei laufender Maschine durchführbar sind. Es muss nicht gewartet werden, bis Ausschuss produziert wird.
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Ein Computerprogramm kann zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Überwachen einer Spritzgießvorrichtung ausgebildet sein, wenn es auf einem wie vorstehend beschriebenen Computersystem ausgeführt wird.
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Weiterbildungen der Erfindung sind auch den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen zu entnehmen.
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Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
- 1 ist eine vereinfachte Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Spritzgießvorrichtung.
- 2 ist eine vergrößerte perspektivische Teilansicht einer Spritzgießform der in 1 gezeigten Spritzgießvorrichtung.
- 3 zeigt die Spritzgießform gemäß 2 von hinten.
- 4 zeigt den Verlauf von erfassten Schwingungen der in 2 und 3 gezeigten Spritzgießform während des Betriebs der Spritzgießvorrichtung.
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Die in 1 gezeigte, erfindungsgemäß gestaltete Spritzgießvorrichtung 11 umfasst eine Plastifiziereinheit 13 und eine Schließeinheit 15, wie dies grundsätzlich bekannt ist. Die Plastifiziereinheit 13 dient dazu, Kunststoffgranulat zu erhitzen, unter Druck zu setzen und einer in der Schließeinheit 15 angeordneten Spritzgießform 17 zuzuführen. Eine zentrale Bedieneinheit 19 dient dazu, die einzelnen angetriebenen Arbeitseinrichtungen der Spritzgießvorrichtung 11 zu steuern.
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Die Spritzgießform 17 umfasst zwei Formblöcke 21, 22, die zwischen der in 1 gezeigten geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung verstellbar sind und Kavitäten aufweisen, die in der geschlossenen Stellung einen Formhohlraum bilden. Die Kavitäten und der Formhohlraum sind in 1 nicht erkennbar. Grundsätzlich könnte die Spritzgießform 17 auch mehr als zwei Formblöcke 21, 22 aufweisen, beispielsweise zwei äußere Formblöcke und einen dazwischen befindlichen mittleren Formblock. Die Formblöcke 21, 22 sind mittels einer Anordnung von parallelen Führungsbolzen 25, die mit entsprechenden Führungsaufnahmen zusammenwirken, relativ zueinander linear verschiebbar. Das Verstellen der Formblöcke 21, 22 zwischen der geöffneten Stellung und der geschlossenen Stellung kann mittels einer der Schließeinheit 15 zugeordneten hydraulischen Stelleinheit erfolgen, was in 1 jedoch nicht dargestellt ist.
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Um einen Verschleiß oder eine Fehlausrichtung der Formblöcke 21, 22 frühzeitig zu erkennen, ist die Spritzgießvorrichtung 11 mit einem Überwachungssystem 27 ausgestattet, das nachfolgend genauer beschrieben wird.
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Das Überwachungssystem 27 umfasst eine Anordnung von Schwingungssensoren 29, die jeweils mit der Spritzgießform 17 in mechanischem Kontakt stehen. Die Schwingungssensoren 29 sind bevorzugt als Körperschallsensoren oder als Klopfsensoren ausgeführt.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Schwingungssensoren 29 jeweils an einer Stirnseite 30 eines der Führungsbolzen 25 befestigt, wie in 2 erkennbar ist. Die Anschlussleitungen 33 der Schwingungssensoren 29 sind jeweils in einer Ausnehmung 35 eines Formblocks 21 verlegt. Im Prinzip könnten die Schwingungssensoren 29 auch für einen kabellosen Betrieb ausgelegt sein.
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Wie in 3 zu erkennen ist, umfasst die Spritzgießform 17 vier Führungsbolzen 25, die Eckbereichen der Formblöcke 21, 22 zugeordnet sind. An jedem der vorhandenen Führungsbolzen 25 ist ein Schwingungssensor 29 befestigt. Es könnten auch im Inneren der Spritzgießform 17 und/oder an einer Oberfläche der Spritzgießform 17 (insbesondere an einer Fläche, die zwischen den gegenüberliegenden Formblöcken 21, 22 liegt) und/oder an einem separaten, mit der Spritzgießform 17 in mechanischem Kontakt stehenden Zusatzbauteil Schwingungssensoren 29 befestigt sein.
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Alle vorhandenen Schwingungssensoren 29 stehen mit einem Computersystem 37 in Signalverbindung, das eine elektronische Auswerteeinrichtung 39 zum Auswerten der von den Schwingungssensoren 29 ausgegebenen Sensorsignale aufweist. Das Computersystem 37 weist ein Gehäuse 41 auf, das direkt an der Spritzgießform 17 angebracht ist. Somit ist das Überwachungssystem 27 in die Spritzgießform 17 integriert.
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Die elektronische Auswerteeinrichtung 39 ist dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von Schwingungen der Spritzgießform 17 während des Betriebs der Spritzgießvorrichtung 11 einen Verschleiß der Spritzgießform 17 und/oder eine Fehlausrichtung der Formblöcke 21, 22 zu erkennen und beim Erkennen von Verschleiß oder einer Fehlausrichtung ein Warn- oder Steuersignal zu erzeugen. Insbesondere kann die elektronische Auswerteeinrichtung 39 das Warn- oder Steuersignal erzeugen, sobald eine Schwingungsgröße, insbesondere die Schwingungsamplitude, während eines Verstellens der Formblöcke 21, 22 von der geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung oder umgekehrt einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt.
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Da mehrere Schwingungssensoren 29 an unterschiedlichen Kontaktstellen vorgesehen sind, ist das Überwachungssystem 27 in der Lage, nicht nur allgemein das Vorliegen selbst geringfügiger Unstimmigkeiten zu erkennen, sondern zumindest näherungsweise auch den Ort der Fehlerquelle. Davon abgesehen kann die elektronische Auswerteeinrichtung 39 auch weitergehende Informationen aus den Sensorsignalen ableiten, beispielsweise den Beginn des Einspritzvorgangs. Um die Bedienung der Spritzgießvorrichtung 11 zu erleichtern, können die Verläufe der von den Schwingungssensoren 29 ausgegebenen Signale angezeigt werden, beispielsweise auf einem Bildschirm 45 der zentralen Bedieneinheit 19 (1). Beispielhafte zeitliche Verläufe 47, 48 von Signalen der Schwingungssensoren 29 sind in 4 dargestellt. Alternativ oder zusätzlich zu einer Anzeige können die Messdaten in einem Speicher des Computersystems 37 abgelegt werden. Auf diese Weise kann der gesamte Lebenszyklus einer Spritzgießform 17 überwacht werden.
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Das von der elektronischen Auswerteeinrichtung 39 erzeugte Warn- oder Steuersignal kann optisch oder akustisch ausgegeben werden, so dass der Bediener über die festgestellten Unstimmigkeiten informiert ist und entsprechende Wartungsmaßnahmen einleiten kann. Alternativ könnte durch das Warn- oder Steuersignal auch ein automatischer Stopp der Spritzgießvorrichtung 11 ausgelöst werden. Aufgrund des Überwachungssystems 27 können solche Wartungsmaßnahmen frühzeitig und unter Umständen ohne Betriebsunterbrechung durchgeführt werden. Somit werden die Produktion von Ausschuss sowie längere Stillstandzeiten vermieden.
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Bezugszeichenliste
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- 11
- Spritzgießvorrichtung
- 13
- Plastifiziereinheit
- 15
- Schließeinheit
- 17
- Spritzgießform
- 19
- zentrale Bedieneinheit
- 21
- Formblock
- 22
- Formblock
- 25
- Führungsbolzen
- 27
- Überwachungssystem
- 29
- Schwingungssensor
- 30
- Stirnseite
- 33
- Anschlussleitung
- 35
- Ausnehmung
- 37
- Computersystem
- 39
- elektronische Auswerteeinrichtung
- 41
- Gehäuse
- 45
- Bildschirm
- 47
- Verlauf
- 48
- Verlauf
