DE102021124233A1

DE102021124233A1 - Spritzgiessvorrichtung, sowie System zur Überwachung einer solchen

Info

Publication number: DE102021124233A1
Application number: DE102021124233.9A
Authority: DE
Inventors: Thomas Jäger; Alexander Gehring
Original assignee: Otto Maenner GmbH
Current assignee: Otto Maenner GmbH
Priority date: 2021-09-20
Filing date: 2021-09-20
Publication date: 2023-03-23
Also published as: WO2023041418A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spritzgiessvorrichtung (1), welche ein Spritzgiesswerkzeug (2) mit einer ersten Werkzeughälfte (3) und einer zweiten Werkzeughälfte (4) umfasst, welche in einer ersten Raumrichtung (x) relativ zueinander zwischen einer geschlossenen und einer geöffneten Position beweglich angeordnet sind. Die erste Werkzeughälfte (3) weist mindestens ein sich in Richtung der ersten Raumrichtung (x) erstreckendes erstes Indexelement (5). Die zweite Werkzeughälfte (4) umfasst mindestens ein sich in Richtung der ersten Raumrichtung (x) erstreckendes und zu dem ersten Indexelement (5) wirkverbindbares zweites Indexelement (6). Zumindest eines der Indexelemente (5, 6) ist mit einem Beschleunigungssensor (10) wirkverbunden, der zur Identifikation eines Versatzes (D) des ersten zum zweiten Indexelement (5, 6) in einer zweiten Raumrichtung (y, z) dient.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet von Spritzgiessvorrichtungen, sowie der Systeme zur Überwachung solcher Spritzgiessvorrichtungen während dem Herstellungsprozess.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
WO19075554A1 , veröffentlicht am 25.04.2019 von Husky, beschreibt ein System zum Erfassen von Ausrichtungsfehlern für eine Form und Verfahren zu dessen Verwendung. Das Fehlausrichtungserfassungssystem umfasst ein Ausrichtungselement mit einem männlichen Abschnitt, der mit einer ersten Komponente der Formstruktur verbunden ist und sich von dieser erstreckt, und einem weiblichen Abschnitt, der in der zweiten Komponente der Formstruktur definiert ist, wobei der weibliche Abschnitt so konfiguriert ist, dass er den männlichen Abschnitt in einer geschlossenen Konfiguration aufnimmt, sowie mindestens einen Sensor, der mit einem der männlichen und weiblichen Abschnitte verbunden ist und so konfiguriert ist, dass er eine Verformung des männlichen Abschnitts oder des weiblichen Abschnitts erfasst, wobei die Verformung durch eine Fehlausrichtung der Form induziert wird.
WO18218320A1 , veröffentlicht am 06.12.2018 von Krammer, beschreibt eine Vorrichtung, die mit einem oder mehreren Bewegungssensoren mit loT-Technologie verbunden ist, die, wenn sie in geeigneter Weise auf den Stiften der Auswerferplatte oder der beweglichen Platte der Form positioniert sind, in der Lage sind, Signale/Daten an ein Gateway und dann an eine Cloud zu senden oder sogar eine andere Form von internem Speicher auszuführen, um jede Art von ungewöhnlicher Verschiebung zwischen den Teilen der Form zu erkennen, wobei die Signale/Daten zur Erstellung von Vorhersagemodellen verwendet werden können.
JP5449839B2 , veröffentlicht am 19.03.2014 von Japan Steel Works, beschreibt ein Verfahren das den Schliessvorgang einer Form stoppt, wenn ein Fremdkörper zwischen den Werkzeughälften eingeklemmt wird, indem eine bewegliche Form zu einer festen Form geschlossen und durch eine vorbestimmte Befestigungskraft befestigt wird, wird eine Vibration einer festen Platte in dem Bereich von der offenen Formposition, in der die bewegliche Form um einen vorbestimmten Abstand von der festen Form entfernt ist, bis zu der geschlossenen Formposition, in der die bewegliche Form die feste Form berührt, überwacht, und der Formschliessvorgang wird gestoppt, wenn eine Beschleunigungsgeschwindigkeit, die einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, festgestellt wird.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Ziel eines Spritzgiessprozesses ist es, viele Teile in kürzester Zeit bei gleichbleibender Qualität herzustellen. Die Stabilität und Prozesssicherheit eines Spritzgiessprozesses in der Kunststofftechnik kann durch verschiedene Faktoren beeinträchtigt werden. Hiervon lassen sich einige mittels vorgehender sensorischer Messung frühzeitig erkennen. Durch die Ermittlung eines bevorstehenden Defektes am Werkzeug können Wartungsintervalle intelligent geplant werden. Dies trägt massgeblich zur Langlebigkeit eines Spritzgiesswerkzeuges bei. Ein Ziel besteht darin, an Elementen eines Spritzgiesswerkzeuges einen Verschleiss und dessen Ausmass rechtzeitig zu erkennen.
Spritzgiesswerkzeuge sind komplexe Aufbauten und verfügen über eine Vielzahl an verschleissanfälligen Bauteilen. Der Verschleiss infolge Werkzeugversatz ist dabei besonders hervorzuheben. Dieser hat funktionelle Auswirkungen auf das gesamte Werkzeug und die Qualität der gespritzten Kunststoffteile. Kostenintensive Beschädigungen der Kavität und eine erhöhte Belastung für Maschine und Werkzeug sind die Folge.
Die Werkzeughälften eines Spritzgiesswerkzeuges werden mithilfe verschiedener Führungen und Zentrierungen zueinander ausgerichtet. Eine Montage auf einer Spritzgiessmaschine erfolgt im zusammengesteckten Zustand und trägt dazu bei, dass ein Versatz vermieden werden kann. Bei der Montage und auch im Betrieb kann es jedoch vorkommen, dass ein entstehender Versatz der Werkzeughälften quer zur Bewegungsrichtung zu Verschleiss und Beschädigungen führen kann. Resultierend ist eine Qualitätsminderung des Spritzgiessteiles möglich und allenfalls eine aufwendige Instandsetzung des Spritzgiesswerkzeuges nötig.
Eine relative Verschiebung der Werkzeughälften zueinander, kann durch eine fehlerhafte Montage, Werkzeug- und Maschineneigenschaften, eine fehlerhafte Konstruktion und Produktion oder Materialeigenschaften hervorgerufen werden. Eine oder mehrere dieser Grundeinflüsse führen zu Verschleisserscheinungen oder Beschädigungen des Werkzeuges.
Beim Aufspannen des Werkzeuges auf die Spritzgiessmaschine werden die Werkzeughälften entweder durch Klemmung mit Spannpratzen oder durch dazu vorgesehene Schraubenbohrungen an der Grundplatte einer Werkzeughälfte an den Platten der Maschine fixiert. Durch die Schrauben wird die Werkzeughälfte mit ihrer Grundplatte und einer eventuellen Isolierplatte an die Aufspannplatte der Maschine angepresst. Ist die aufgebaute Reibkraft höher als die entgegenwirkende Gewichtskraft, ist die entsprechende Werkzeughälfte fixiert und bleibt in ihrer vorgesehenen Position und es besteht eine kraftschlüssige Verbindung.
In der Praxis werden diese Schrauben meist nicht mit einem zuvor definierten Drehmoment angezogen. Sie werden vom Maschinenbediener oder Einrichter nach Erfahrung und Gefühl festgezogen. Dadurch kann es vorkommen, dass die Flächenpressung zwischen Werkzeug und Maschinenaufspannplatte nicht homogen verteilt ist, da die Schraubenkräfte keine Konstanz aufweisen. Eine Verdrehung oder Absackung der betroffenen Werkzeughälfte kann die Folge sein. Trotz einer Montage des Werkzeuges im zusammengesteckten Zustand, wird nachgehend der horizontale Versatz der Werkzeughälften mit einer Messuhr überprüft. Der vertikale Versatz wird in der Praxis nach dem Aufspannen nicht überprüft. Auch eine Verdrehung einer Werkzeughälfte kann durch eine einzelne Messung an einer horizontalen Führung nicht erfasst werden. Im Spritzbetrieb entstehen an der Spritzgiessmaschine Vibrationen, welche durch Aggregate, Führungen, Motoren und weiteren Ursachen hervorgerufen werden, welche aufgrund der kraftschlüssigen Verbindung zum Spritzgiesswerkzeug auch an dieses übertragen werden. Ausserdem wirken sich Beschleunigungen der Schliesseinheit auf die bewegliche Seite des Spritzgiesswerkzeuges aus. Zusätzliche Funktionen eines Spritzgiesswerkzeuges, wie zum Beispiel Auswerfer, Schieber oder Motoren bewirken zudem Stösse und Vibrationen. Vibrationen und Stösse sind örtliche Schwingungen und führen somit zu elastischen Verformungen des Materials. Diese können die Reibkraft zwischen Werkzeughälfte und Maschinenaufspannplatte lokal mindern und zu einem relativen Versatz der Werkzeughälften führen.
Ein Spritzgiesswerkzeug verfügt je nach Grösse und Komplexität über mehrere Führungen und Zentrierungen. In den meisten Fällen werden die Werkzeughälften beim Schliessvorgang zuerst über Bolzenführungen vorzentriert. Kurz vor dem Zusammenführen der Werkzeughälften erfolgt eine Feinzentrierung. Je nach Kunststoffspritzteil kann es ausserdem erforderlich sein, dass die einzelnen Formeinsätze schwimmend gelagert sind und nochmals über lokale Führungen an den Einsätzen ausgerichtet werden.
Bei der Konstruktion und der Auslegung des Werkzeuges muss auf das Zusammenspiel der einzelnen Führungselemente geachtet werden. Je nach Genauigkeitsklasse der Führung, ist eine geringere Fertigungstoleranz der Werkzeugplatten notwendig. So ist es erforderlich, dass die einzelnen Führungselemente nicht nur zu sich selbst, sondern auch zu umliegenden Führungen passgenau eingebaut werden.
Treten bei der Konstruktion oder der Fertigung Fehler hinsichtlich der Toleranzen und Positionen auf, sind einzelne Führungen einer erhöhten Belastung ausgesetzt. Dies führt zu einem lokalen Versatz an der Führung und somit zu Verschleiss und Beschädigungen.
Um im Spritzbetrieb erhöhten Verschleiss und Schäden infolge Werkzeugversatz frühzeitig zu vermeiden, ist eine sensorische Erfassung von Vorteil. Ziel ist es vor Auftreten einer Beschädigung ein Signal auszugeben, welches Auskunft über Ort und Intensität des Versatzes gibt. So kann eine zielgerichtete Korrektur oder gegebenenfalls eine erneute Ausrichtung der Werkzeughälften stattfinden. Dies schützt vor hohen Kosten durch Instandsetzung, Maschinenausfall und Ersatzmaterial. Der Versatz kann durch verschiedene physikalische Prinzipien erfasst werden, welche durch ihre messtechnischen Eigenschaften mehr oder weniger geeignet sind.
Beschleunigungssensoren eignen sich, um Schwingungen und Schockmomente von Maschinen aufzunehmen. Die Daten können vielseitig verwendet und analysiert werden. So können im Betrieb die entstehenden Schwingungen an den Führungen des Werkzeuges aufgenommen und ausgewertet werden.
Die Beschleunigungssensoren lassen sich vorteilhafterweise auf das zu messende Objekt kleben oder mit einem Magnet fixieren. Eine geschraubte Verbindung ist alternativ oder in Ergänzung ebenfalls möglich. Der dabei benötigte Bauraum hängt von der Grösse und Form des verwendeten Sensors ab. Uniaxiale Sensoren sind meist zylindrisch und haben einen Durchmesser von 5 mm-20 mm und eine Höhe von 30 mm-60 mm. Kubische triaxiale Sensoren haben etwa eine Grösse von 15 mm x 15 mm x 15 mm (LxBxH), wobei es auch kleinere -jedoch meist teurere- Sensoren auf dem Markt gibt. Die kapazitive sowie piezoelektrische Variante weisen keinen Verschleiss durch Reibung auf und sind, je nach Gehäusematerial, unempfindlich gegen Öle, Schmutz oder elektromagnetische Felder. Bei unsachgemässer Verwendung kann das Gerät zerstört werden.
Vorausgesetzt der Sensor wird an Flachführungen des Werkzeuges verwendet, sind bei einer Magnetmontage keine Umbaumassnahmen notwendig. Lediglich eine Leitung muss zur Auswerteeinheit verlegt werden. Die Auswerteeinheit ist mit Vorteil Teil der Spritzgiessvorrichtung, welche zum Speichern von historischen Daten dienen kann. Die Genauigkeit und Auflösung sind vom jeweiligen Sensormodell abhängig. Bei einem analogen Ladungsausgang des Sensors wird die Auflösung durch den verwendeten A/D-Wandler begrenzt. Die Abtastfrequenz beträgt für schnelle Anwendungen derzeit zwischen 20 kHz-75 kHz, ist jedoch auch vom jeweiligen Aufnehmer abhängig. Gängige Sensoren können mit einer Spannung zwischen 6 V-24 V betrieben werden und haben einen Speisestrom von etwa 15 mA.
Beim Schliessvorgang des Spritzgiesswerkzeuges macht sich ein Versatz der Werkzeughälften zueinander in der Regel zuerst an den sogenannten Flachführungen bemerkbar. Bei einem Spritzgiesswerkzeug, dessen Werkzeughälften zueinander einen Versatz aufweisen, prallen die Komponenten der Flachführungen aufeinander auf. Die Flachführungen werden im Folgenden als Index definiert. Die Geometrie der zusammenwirkenden und ineinander eingreifenden Teile spielen eine zentrale Rolle, da trotz der Kollision ein Einfahren möglich sein soll. Insbesondere die Fasen an den Indexkomponenten führen zu einer erzwungenen Ausrichtung der Werkzeughälften zueinander. Im Moment des Aufpralls entsteht ein örtlicher Impuls, welcher eine Schwingung des Materials zur Folge hat. Die Schwingungen können durch einen Beschleunigungssensor erfasst werden.
Aussagekräftige Signale vom Beschleunigungssensor sind deshalb durch eine Montage am Index erzielbar.
Hinsichtlich deren Lebensdauer ist das akkurate, versatz-, bzw. fehlstellungsfreie Schliessen der zu Bildung von Kavitäten entlang einer Stirnfläche in einer Trennebene miteinander zusammenwirkenden Werkzeughälften von Spritzgiessvorrichtungen. Durch einen eine Toleranzschwelle überschreitenden seitlichen Versatz der Werkzeughälften zueinander können Schäden und erhöhte Verschleisserscheinungen am Werkzeug hervorgerufen werden, falls dieser nicht rechtzeitig erkannt wird. Insbesondere die Reparatur von Beschädigungen im Bereich der an eine Schliessebene angrenzenden filigranen Kavitätenhälften kann sehr kostenintensiv sein. Fehlstellungen in Form von seitlichem Versatz kann zudem zu einer erhöhten Belastung nicht nur des Werkzeugs, sondern auch der Spritzgiessmaschine führen, in welcher das Werkzeug aufgespannt ist.
Nachteilig bei den eingangs erwähnten Überwachungssystemen aus dem Stand der Technik ist der unter anderem hohe konstruktive Aufwand der notwendig ist, damit diese Systeme in eine Spritzgiessvorrichtung integrierbar sind. Der Aufwand für die Installation als auch die Wartung sollte jedoch so gering wie möglich gehalten werden. Auch ist es von Vorteil, wenn ein Sensor ohne aufwändiges Zerlegen des Werkzeuges austauschbar ist. Weiterhin ist es von Vorteil, wenn das Überwachungssystem den hohen Temperaturen, welche in einem Spritzgiesswerkzeug auftreten, problemlos standhält. Im Regelbetrieb kann die Temperatur von Spritzgiessvorrichtungen in Ausnahmefällen über 100 °C betragen. Zumindest müssen Messsysteme aber eine konstante Materialtemperatur von 80 °C standhalten. Da Werkzeuge üblicherweise mit Fluiden gekühlt werden, muss überdies sichergestellt werden, dass eine Beschädigung durch Nässe effektiv vermieden werden kann.
Ein Vorteil der Offenbarung besteht darin ein leicht zu montierendes und leicht auswertbares Messsystem insbesondere zum Identifizieren von seitlichem Versatz für Spritzgiessvorrichtungen zu ermöglichen. In der Regel umfasst eine Spritzgiessvorrichtung eine erste Werkzeughälfte und eine zweite Werkzeughälfte, welche in einer ersten Raumrichtung relativ zueinander zwischen einer geschlossenen und einer geöffneten Position beweglich angeordnet sind. Typischerweise ist eine der beiden Werkzeughälften feststehend angeordnet, während die andere bezüglich der feststehend angeordneten Werkzeughälfte beweglich angeordnet ist. Vorteilhafterweise umfasst die erste Werkzeughälfte mindestens ein sich in der ersten Raumrichtung erstreckendes erstes Indexelement und die zweite Werkzeughälfte mindestens ein sich in entgegengesetzter Richtung erstreckendes und zu dem ersten Indexelement wirkverbindbares zweites Indexelement. Eine inverse Anordnung ist möglich. Wenn keine Fehlstellungen vorhanden sind, greifen das erste und das zweite Indexelement beim Schliessen der Werkzeughälften zwanglos ineinander. Bei den Indexelementen handelt es sich vorzugsweise um Flachführungen, welche aus einem männlichen und einem weiblichen Teil bestehen. Beim Schliessvorgang fährt das männliche in das weibliche Teil ein. Je nach Anwendungsgebiet können die Indexelemente so ausgestaltet und angeordnet sein, dass sie eine Ausrichtung bewirken oder nur zum Anzeigen eines Versatzes dienen. Falls sie nicht zur gegenseitigen Ausrichtung dienen, können sie in einem gewissen Mass beweglich angeordnet sein.
Um ein Ausrichten der ersten und der zweiten Werkzeughälfte mittels der Indexelemente zueinander zu erreichen bevor die eigentlichen, empfindlichen Kavitätenhälften in der Trennebene miteinander zusammenwirken, sind das erste und das zweite Indexelement so angeordnet, dass diese beim Schliessen der Spritzgiessvorrichtung ineinandergreifen, bevor die Kavitätenhälften miteinander in Kontakt treten. Allfällige Fehlstellungen zwischen der ersten und der zweiten Werkzeughälfte, welche sich in Höhen- und/oder Seitenversatz äussern, können damit frühzeitig erkannt und falls erforderlich ausgeglichen werden. In einer bevorzugten Variante ist eine der Indexelemente so angeordnet, dass es über eine der Stirnflächen der jeweilige Werkzeughälfte in Richtung der ersten Raumrichtung herausragen. Dies hat den Vorteil, dass die Werkzeughälften bei vorhandenem Versatz durch die Indexelemente und nicht durch die Kavitätenhälften zentriert werden, was Beschädigungen an der Kavität vermeiden kann.
Um einen unerwünschten Versatz in Richtung der zur ersten Raumrichtungen senkrechten zweiten und/oder dritten Raumrichtung ermitteln zu können, wird pro zu erfassender Raumrichtung mit Vorteil ein Beschleunigungssensor verwendet. Je nach Ausgestaltung ist der Beschleunigungssensor mit Vorteil möglichst unmittelbar und direkt mit einem ersten und/oder dem zweiten Indexelement wirkverbunden. Hierzu kann der Beschleunigungssensor z.B. direkt auf oder in dem ersten oder zweiten Indexelement angebracht sein. Gute Resultate können durch anschrauben, ankleben oder über eine magnetische Verbindung erzielt werden. Die magnetische Verbindung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Überwachungssystem nicht dauerhaft einen Bestandteil der Spritzgiessvorrichtung darstellen soll, sondern nur zu gewissen Zeiten, z.B. beim Einrichten der Spritzgiessvorrichtung. Ein direktes Anbringen an zumindest einem der Indexelemente hat den Vorteil, dass ein ungewollter Versatz unmittelbar beim ersten Kontakt des ersten und des zweiten Indexelementes identifiziert werden kann und nicht zuerst den ganzen Weg durch die Maschine bis zu einem entfernt angeordneten Sensor überwinden muss. Sowohl die zeitliche als auch die räumliche Auflösung sind damit vorteilhaft.
Als Beschleunigungssensoren werden vorteilhafterweise handelsübliche Beschleunigungssensoren verwendet. Sowohl kapazitive Sensoren als auch induktive Sensoren sind im Prinzip möglich.
Insbesondere beim Überschreiten eines Grenzwertes oder bei den Anzeichen eines solchen kann das Schliessen Werkzeughälften vor dem Zusammenwirken der empfindlichen Kavitätenhälften proaktiv gestoppt werden um eine Beschädigung der Kavität zu vermeiden. Um eine hohe Auflösung zu erzielen, werden die Sensoren mit Vorteil möglichst peripher innerhalb oder ausserhalb der seitlichen Kontur (Seitenflächen) der Werkzeughälften angebracht. Wie bereits erwähnt, kann der Beschleunigungssensor bei Bedarf von aussen lösbar (temporär) mit einem ersten und/oder einem zweiten Indexelement wirkverbunden werden. Dies hat den Vorteil einer äusserst einfachen und kostengünstigen Montage. Zudem kann der Beschleunigungssensor somit auch temporär oder auch nachträglich ohne grosse Bearbeitung der Werkzeughälften montiert werden. Wenn der Beschleunigungssensor selber, bzw. sein Gehäuse, magnetisch ausgebildet sind, kann die Befestigung über eine ferromagnetische Fläche an einer der Werkzeughälften, bzw. der Indexelemente sein. Hierbei kann der Beschleunigungssensor auf einfache Weise mittels eines Magneten in beliebiger Position an der Befestigung angebracht werden.
In einer Variante kann der Sensor mit Bezug auf seine Detektionsrichtung auch in einem Winkel von z.B. 45° mit Bezug zur ersten Raumrichtung montiert werden. Hierdurch ist es möglich einen Versatz in zwei Raumrichtungen senkrecht zur ersten Raumrichtung zu messen. Alternativ oder ergänzend kann die Befestigung in einer Tasche des ersten und/oder zweiten Indexelementes und/oder einer ersten und/oder zweiten Formplatte angeordnet sein. Für eine dauerhafte Montage kann es von Vorteil sein den Beschleunigungssensor kraft- oder formschlüssig zu montieren. Hierzu kann dieser in eine Tasche in der Formplatte eingesetzt werden. In einer Variante kann die Tasche eine Bohrung sein. Hierbei kann ein handelsüblicher Beschleunigungssensor verwendet werden, welcher in die Bohrung eingeschraubt wird.
Das erste und das zweite Indexelement weisen mit Vorteil stirnseitig je ein Zentriermittel auf, welches zur eigentlichen Zentrierung beim Schliessen der Spritzgiessvorrichtung quer zur ersten Raumrichtung dienen. Das erste und das zweite Zentriermittel zentrieren die erste Werkzeughälfte relativ zur zweiten Werkzeughälfte in mindestens einer zweiten Raumrichtung indem sie ineinander Eingreifen.
Die Indexelemente sind mit Vorteil mittig zwischen zwei Aussenkanten einer Seitenfläche der ersten und/oder der zweiten Werkzeughälfte angeordnet sein. Alternativ oder ergänzend kann sich das erste Indexelement in der ersten Raumrichtung von der ersten Werkzeughälfte wegerstrecken und das zweite Indexelement in der ersten Raumrichtung von der zweiten Werkzeughälfte wegerstrecken und beim Schliessen der Spritzgiessvorrichtung kann eine Auskragung am ersten Indexelement in eine Vertiefung am zweiten Indexelement eingreifen. Die Auskragung dient hierbei der eigentlichen Zentrierung, wobei die Auskragung beim Schliessen der Spritzgiessvorrichtung in die hierzu korrespondierende Vertiefung an dem zweiten Zentriermittel eingreift. Grundsätzlich entspricht die Verbindung zwischen Auskragung und Vertiefung einer Nut und Federverbindung. Die geometrische Ausgestaltung ist hierbei nicht entscheidend. So kann die Auskragung quaderförmig sein, alternativ ist jedoch auch eine zylindrische Form denkbar, welche in eine dazu korrespondierende Vertiefung in Form einer Tasche eingreift.
In einer bevorzugten Variante kann das erste und/oder das zweite Indexelement eine Stirnfläche aufweisen an welcher das erste und/oder das zweite Zentriermittel angeordnet ist, wobei das erste und/oder das zweite Indexelement vorzugsweise eine dazu im Wesentlichen rechtwinklige Seitenfläche aufweist, welche eine Befestigung für den Beschleunigungssensor umfasst. Gute Messergebnisse können erzielt werden, wenn eine Sensorhauptachse des Beschleunigungssensors senkrecht zur ersten Raumrichtung angeordnet ist. Hierzu kann der Sensor zum Beispiel an der rechtwinkligen Seitenfläche des ersten und/oder zweiten Indexelementes angeordnet sein. Soll sowohl ein Höhenversatz als auch der Seitenversatz identifiziert werden, können auch zwei Beschleunigungssensoren angeordnet werden. In einer Variante kann die Sensorhauptachse des Beschleunigungssensors parallel zu einer Seitenfläche der ersten und/oder der zweiten Formplatte angeordnet sein. Alternativ oder ergänzend ist die Sensorhauptachse parallel zur Zentrierrichtung des zugeordneten Zentriermittels angeordnet sein. Vorzugsweise ist der Beschleunigungssensor im Wesentlichen mittig zwischen zwei Aussenkanten einer Seitenfläche der ersten und/oder der zweiten Formplatte angeordnet. Gute Resultate können erzielt werden, wenn jeweils zwei Indexelemente für die Zentrierung entlang der Längsachse (x-Achse) senkrecht angeordneten y-Achse und zwei Indexelemente für die Zentrierung entlang der x-Achse senkrecht angeordneten z-Achse angeordnet sind. Vorzugsweise werden diese jeweils mittig zwischen zwei Aussenkanten einer Seitenfläche der ersten und/oder der zweiten Formplatte angeordnet, bzw. auf der entsprechenden Seitenfläche der Werkzeughälfte aufgesetzt und/oder in diese eingelassen montiert.
In der Regel umfasst die Spritzgiessvorrichtung eine Auswerteeinheit, mit welcher der Versatz (Fehlstellung) durch die gemessene Querbeschleunigung ermittelbar ist. Vorzugsweise ist durch die Auswerteeinheit der gemessene maximale Beschleunigungswert mit Versatz mit dem maximalen Beschleunigungswert ohne Versatz abgeglichen wird und aus der Differenz der vorhandene Versatz ermittelbar. Diese Auswerttechnik wird auch als Peak-Analyse bezeichnet. Der Vorteil des Abgleichs der Messkurven hinsichtlich der maximalen Beschleunigungswerte besteht darin, dass im Vergleich zur Spektralanalyse keine Fensterung vorgenommen werden muss. Typischerweise wird bei der Spektralanalyse ein Signalausschnitt im spektralen Bereich analysiert. Hierzu können signifikante Frequenzen und deren Intensität betrachtet und mit anderen Messungen verglichen werden. Hierzu ist eine Fensterung, durch zum Beispiel ein Hanning-Fenster, des Signals notwendig, um Frequenzen wahrheitsgemäss spektral darstellen zu können. Dies erfordert somit eine deutlich aufwändigere Vorbereitung der Messdaten. Bei der ebenfalls oftmals verwendeten numerischen Integration weisen aufgrund des Signalrauschens die numerisch integrierten Beschleunigungen ein Trend auf, welcher in geeigneter Weise gefiltert werden muss. Auch dieses Verfahren erfordert somit eine deutlich aufwändigere Vorbereitung der Messdaten.
In einer bevorzugten Variante kann der mindestens eine Beschleunigungssensor ein piezoelektrischer Beschleunigungssensor sein. Aufgrund der hohen Frequenzbandbreite eines Stosses beim Schliessen der ersten und der zweiten Werkzeughälfte entlang der ersten Raumrichtung, eignen sich piezoelektrische Sensoren besser als kapazitive Beschleunigungssensoren. Piezoelektrische Sensoren weisen zudem ein besseres Rausch-Signal-Verhalten auf. Das Signal-Rausch-Verhalten beschreibt die Intensität des Signalrauschens um die tatsächlich gemessene Beschleunigung. Ein weiterer Vorteil von piezoelektrischen Sensoren besteht darin, dass diese sich ungemein kompakt bauen lassen. Daher sind solche Sensoren optimal geeignet, wenn es darum geht die Sensorik in vorhandenen Strukturen zu integrieren. Darüber hinaus sind piezoelektrische Sensoren in sich abgeschlossene Einheiten, welche keinen Verschleiss durch Reibung aufweisen und je nach Gehäusematerial auch unempfindlich gegen Öle, Schmutz oder elektromagnetische Felder sind.
Beim Verfahren zur Bestimmung von Versatz einer ersten und einer zweiten Werkzeughälfte einer Spritzgiessvorrichtung zueinander wird eine Spritzgiessvorrichtung mit mindestens einer ersten und einer zweiten Werkzeughälfte bereitgestellt, welche entlang einer ersten Raumrichtung zueinander beweglich angeordnet sind. Um in einer geschlossenen Stellung zwischen der ersten und der zweiten Werkzeughälfte eine Kavität zu bilden, ist mindestens eine der Werkzeughälften beweglich angeordnet, wobei ein erstes Indexelement der ersten Werkzeughälfte in ein zweites Indexelement der zweiten Werkzeughälfte eingreift. Zum Ermitteln der Beschleunigung an einem der Zentriermittels ist mindestens ein Beschleunigungssensor an dem ersten oder zweiten Indexelement angeordnet. Zum Bestimmen des Versatzes wird mithilfe einer Auswerteeinheit der Versatz durch den maximalen Beschleunigungswert ermittelt.
Figurenliste
Anhand der nachfolgenden Figuren und der dazugehörigen Beschreibung werden Aspekte der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

1 Eine Spritzgiessvorrichtung mit einer Spritzgiessmaschine und einem darin angeordneten Spritzgiesswerkzeug von schräg vorne und rechts oben;
2 Die Spritzgiessvorrichtung gemäss 1 von schräg vorne und links oben;
3 Das Spritzgiesswerkzeug aus der Spritzgiessvorrichtung gemäss 1;
4 Ein Diagramm von einem Spritzgiessvorgang;
5 eine Seitenansicht der Spritzgiessvorrichtung gemäss 1;
6 eine Detailansicht aus 5.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Spritzgiessvorrichtung 1 von schräg vorne und rechts oben. 2 zeigt die Spritzgiessvorrichtung 1 in einer perspektivischen Darstellung von schräg vorne und links oben. 3 zeigt isoliert ein in der Spritzgiessvorrichtung 1 angeordnetes Spritzgiesswerkzeug 2. 4 zeigt in einem Diagramm beispielhaft einen Beschleunigungsverlauf welcher beim Schliessen des Spritzgiesswerkzeuges 2 gemessen wurde. 5 zeigt eine Seitenansicht der Spritzgiessvorrichtung 1 gemäss 1. 6 zeigt eine vergrösserte Darstellung eines Details aus 5.
Das Spritzgiesswerkzeug 2 umfasst eine erste Werkzeughälfte 3 und eine zweite Werkzeughälfte 4, welche in einer Spritzgiessmaschine 7 angeordnet in einer ersten Raumrichtung x relativ zueinander zwischen einer geschlossenen und einer geöffneten Position beweglich angeordnet sind. Die erste Werkzeughälfte 3 ist in der gezeigten Variante an einer feststehenden Werkzeugaufspannplatte 8 und die zweite Werkzeughälfte 4 an einer beweglichen Werkzeugaufspannplatte 9 der Spritzgiessmaschine 7 befestigt.
Wie aus den 1 bis 3 ersichtlich ist, umfasst die erste Werkzeughälfte 3 vier sich in der ersten Raumrichtung x erstreckende erste Indexelemente 5 (männliche Indexelemente) auf. Die zweite Werkzeughälfte 4 umfasst komplementär zu den ersten Indexelementen 5 angeordnete sich in entgegengesetzter Richtung (-x) erstreckende zweite Indexelemente 6 (weibliche Indexelemente). Beim Schliessen des Spritzgiesswerkzeuges 2 fahren die ersten in die zweiten Indexelemente 5, 6 ineinander. Bei den Indexelementen 5, 6 handelt es sich um sogenannte Flachführungen. Diese sind hier peripher an den Werkzeughälften 3,4 angeordnet und starr mit diesen verbunden. Sie bewirken beim Einfahren ineinander, dass die Werkzeughälften 3,4 bei einem allfälligen seitlichen Versatz D (y-Richtung und /oder der z- Richtung) quer zur Bewegungsrichtung (x-Richtung) der Werkzeughälften 3, 4 beim Schliessen zueinander ausgerichtet werden. Die gezeigten Flachführungen 5, 6 wirken hier jeweils nur in eine Raumrichtung (zweite, bzw. dritte Raumrichtung) zentrierend, welche zu ersten Raumrichtung (x) senkrecht stehen. Andere Ausgestaltungen sind möglich. In der gezeigten Variante sind die ersten Indexelemente 5 und die zweiten Indexelemente 6 mittig zwischen den Aussenkanten der Werkzeughälften 3, 4 angeordnet. Sie sind in Taschen 25 einer Seitenfläche 24 einer Werkzeughälfte 3, 4 angeordnet. Alternativ oder in Ergänzung können die Indexelemente 5, 6 auch auf die Seitenflächen 24 der jeweiligen Werkzeughälfte 3, 4 vorstehend aufgesetzt angeordnet sein.
Je nach Ausführungsform sind am ersten und/oder am zweiten Indexelement 5, 6 ein Beschleunigungssensor 10 angeordnet, der zur Identifikation eines seitlichen Versatzes D des jeweiligen ersten zum jeweiligen zweiten Indexelement 5, 6 in der zweiten, bzw. der dritten Raumrichtung y, z dient. Die Anordnung hängt von dem zu messenden Versätzen D ab. Ein Vorteil besteht darin, dass die Beschleunigungssensoren 10 auch nur temporär befestigt werden können.
Die Beschleunigungssensoren 10 sind mit einer Auswerteeinheit 23 wirkverbunden. Diese wertet die von den Sensoren 10 gelieferten Signale aus und errechnet daraus die beim Einfahren der Indexelemente 5, 6 ineinander auftretenden Beschleunigungen. Dieser Vorgang ist in Figur4schematisch dargestellt. Mithilfe der Auswerteeinheit 23 kann der vorhandene Versatz D aus der Differenz des gemessenen maximalen Beschleunigungswertes mit Versatz D und dem maximalen Beschleunigungswert ohne Versatz D ermittelt werden.
Wie aus den 5 und 6 ersichtlich ist, weist in der gezeigten Ausführungsform das zweite Indexelement 6 eine zur Stirnfläche 11 rechtwinklig angeordnete Seitenfläche 12 auf, welche eine Befestigung 13 für den Beschleunigungssensor 10 umfasst. Die Befestigung 13 ist hier als ferromagnetische Fläche ausgestaltet, an welcher der Beschleunigungssensors 10 mittels Magnetkraft haftet. Alternativ oder in Ergänzung kann die Befestigung 13 als Tasche 15 ausgestaltet sein, in welche der Beschleunigungssensor 10 eingeschoben werden kann. Die Sensorhauptachsen 18 der Beschleunigungssensoren 10 sind hier senkrecht zur ersten Raumrichtung (x), bzw. parallel zu den Zentrierrichtungen der entsprechenden Indexelemente 5, 6 angeordnet.
4 zeigt in einem Diagramm die Beschleunigungen in der ersten, bzw. einer dazu senkrecht stehenden zweiten Raumrichtung (y, z). Beim Moment der Berührung der Indexelemente 5, 6 kann bei einem Versatz D in Querrichtung ein signifikantes Signal aufgezeichnet werden. Beim Öffnen des Spritzgiesswerkzeuges 2 verlieren die Führungen (Indexelemente) ihren Kontakt. Resultierend schnellt die Führungshälfte der Auswerferseite (zweite bewegliche Werkzeughälfte 4) des Werkzeuges in negativer z-Richtung. Dieses Verhalten ist am ersten Ausschlag des Signales zu erkennen. Invers verhält sich das Signal beim Zusammenfahren der beiden Werkzeughälften, beziehungsweise der Indexhälften. Der erste Signalanstieg ist in positiver Z-Richtung. Zudem ist die Berührung der Trennebene des Werkzeuges zu erkennen. Die signifikanten Signalausschläge weisen eine gedämpfte Sinusschwingung auf, welche in Abhängigkeit der Steifigkeit des Spritzgiesswerkzeuges 2 und der Spritzgiessvorrichtung 1 unterschiedlich ausklingen.
Bezugszeichenliste

D: Versatz
1: Spritzgiessvorrichtung
2: Spritzgiesswerkzeug
3: Erste Werkzeughälfte
4: Zweite Werkzeughälfte
5: Erstes Indexelement
6: Zweites Indexelement
7: Spritzgiessmaschine
8: Feststehende Werkzeugaufspannplatte (Spritzgiessmaschine)
9: Bewegliche Werkzeugaufspannplatte (Spritzgiessmaschine)
10: Beschleunigungssensor
11: Stirnfläche
12: Seitenfläche (Indexelement)
13: Befestigung
14: Seitenfläche Indexelement
15: Tasche (Bohrung)
16: Erste Formplatte
17: Zweite Formplatte
18: Sensorhauptachse
19: Seitenfläche (Formplatte)
20: Aussenkante (Formplatte)
21: Auskragung
22: Vertiefung
23: Auswerteeinheit
24: Seitenfläche (Werkzeughälfte)
25: Tasche (Seitenfläche Werkzeughälfte)
26: Trennebene

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 19075554 A1 [0002]
WO 18218320 A1 [0003]
JP 5449839 B [0004]

Claims

Spritzgiessvorrichtung (1) umfassend a. ein Spritzgiesswerkzeug (2) mit einer ersten Werkzeughälfte (3) und einer zweiten Werkzeughälfte (4), welche entlang einer ersten Raumrichtung (x) relativ zueinander zwischen einer geschlossenen und einer geöffneten Position beweglich angeordnet sind, wobei b. die erste Werkzeughälfte (3) mindestens ein sich in der ersten Raumrichtung (x) erstreckendes weibliches erstes Indexelement (5) umfasst, und c. die zweite Werkzeughälfte (4) mindestens ein sich in der ersten Raumrichtung (x) erstreckendes und beim Schliessen in das erste Indexelement (5) einfahrbares männliches zweites Indexelement (6) umfasst, wobei d. das erste und/oder das zweite Indexelement (5, 6) mit einem Beschleunigungssensor (10) wirkverbunden sind, der zur Identifikation eines Versatzes (D) des ersten zum zweiten Indexelement (5, 6) in einer zweiten Raumrichtung (y, z) dient.
Spritzgiessvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Indexelement (5) und das zweite Indexelement (6) derart ausgestaltet sind, dass sie beim Schliessen der Spritzgiessvorrichtung (1) durch das Einfahren in der ersten Raumrichtung (x) ineinander derart Eingreifen, dass die beiden Werkzeughälften (3, 4) in der zweiten Raumrichtung (y, z) zueinander zentriert werden.
Spritzgiessvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sensorhauptachse (18) des Beschleunigungssensors (10) in der zweiten Raumrichtung (y, z) angeordnet ist.
Spritzgiessvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorhauptachse (18) des Beschleunigungssensors (10) senkrecht zu einer Seitenfläche (12) eines Indexelementes (5, 6) an welchem der Beschleunigungssensor (10) befestigt ist, angeordnet ist.
Spritzgiessvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorhauptachse (18) des Beschleunigungssensors (10) parallel zu einer Seitenfläche (19) der ersten und/oder der zweiten Formplatte (16, 17) angeordnet ist.
Spritzgiessvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das weite Indexelement (5, 6) eine Seitenfläche (12) aufweist, welche eine Befestigung (13) für den Beschleunigungssensor (10) umfasst.
Spritzgiessvorrichtung (1) nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung (13) für den Beschleunigungssensor (10) ferromagnetische ausgestaltet ist, so dass der Beschleunigungssensors (10) mittels Magnetkraft daran festhält.
Spritzgiessvorrichtung (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung (13) eine Tasche (15) zur Aufnahme eines Beschleunigungssensors (10) aufweist.
Spritzgiessvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungssensor (10) im Wesentlichen mittig zwischen zwei Aussenkanten (20) einer Seitenfläche (19) der ersten und/oder der zweiten Formplatte (16, 17) angeordnet ist.
Spritzgiessvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungssensor (10) von aussen lösbar mit einem Indexelement (5, 6) wirkverbunden ist.
Spritzgiessvorrichtung (1) nach einem der vorhergegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Spritzgiessvorrichtung (1) eine Auswerteeinheit (23) umfasst, mit welcher der Versatz (D) in der zweiten Raumrichtung (y, z) durch das Messen des Beschleunigungswertes in der zweiten Raumrichtung (y, z) ermittelbar ist.
Spritzgiessvorrichtung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Auswerteeinheit (23) der gemessene maximale Beschleunigungswert bei seitlichem Versatz (D) dem maximalen Beschleunigungswert ohne seitlichen Versatz (D) abgeglichen und aus der Differenz der vorhandene effektiv vorhandene Versatz (D) ermittelt wird.
Spritzgiessvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Beschleunigungssensor (10) ein piezoelektrischer oder ein kapazitativer Beschleunigungssensor ist.
Spritzgiessvorrichtung (1) nach einem der vorhergegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (23) beim Schliessen der Spritzgiessvorrichtung (1) im Moment der Berührung der ersten und der zweiten Indexelemente (5, 6) mittels einem an einem der Indexelemente (5, 6) angeordneten Beschleunigungssensor (10) eine Beschleunigung detektiert, welches in Korrelation mit dem Versatz (D) der ersten und der zweiten Werkzeughälfte (3, 4) steht.