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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft Spritzgusssysteme und insbesondere Systeme und Verfahren zum Einrichten und Optimieren des Betriebs einer Spritzgussmaschine.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Beim Spritzgießen, gleichgültig ob es sich dabei um eine Spritzgussumgebung oder irgendein vergleichbares System unter Verwendung von Platten und Werkzeugen handelt, wird die Qualität des spritzgegossenen Teils und die Gesamteffizienz bzw. Gesamtproduktivität der Spritzgussmaschine von einer Anzahl von Faktoren beeinflusst, einschließlich der physikalischen Bedingungen und der Konfiguration der Spritzgusssystemausrüstung und außerdem der Verarbeitungsbedingungen, unter denen das spritzgegossene Teil ausgebildet wird. Folglich kann das richtige Einrichten bzw. Einstellen eines Spritzgusssystems ermöglichen, dass das Spritzgusssystem in der Nähe bzw. mit der maximalen Effizienz betrieben wird.
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Ein Faktor, der den Betrieb und die Effizienz eines Spritzgusssystems beeinflusst, ist das Einstellen der Prozesssteuerparameter (process control parameters). Die Anzahl und die Art der Prozesssteuerparameter hängt zumindest zum Teil von der Konfiguration der Spritzgusssystemausrüstung ab (beispielsweise, jedoch nicht beschränkt auf die Anzahl und die Art von Sensoren und die Art und der Bereich von Verstellungen der individuellen Komponenten des Spritzgusssystems), den besonderen Eigenschaften des Gegenstands, der spritzgegossen werden soll (einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf die Größe und die Form des Gegenstands und das Harz bzw. die Harze, die verwendet werden, um den Gegenstand herzustellen), den Fähigkeiten bzw. der Erfahrung des Betreibers sowie den Erfordernissen des Endverbrauchers bzw. des Kunden.
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Beispiele für Prozesssteuerparameter umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf Temperatur-, Druck- und Flussratenprofile in bzw. entlang der unterschiedlichen Komponenten der Spritzgussmaschine, des Werkzeugs und des Einspritzaufbaus. In dieser Hinsicht wird man verstehen, dass das Harz innerhalb eines Bereichs von akzeptablen Temperatur- und Druckwerten beibehalten werden soll, andernfalls kann das Harz zerfallen und sich verschlechtern oder beginnen, sich zu verfestigen. Darüber hinaus wird das Füllen der Kavität durch zahlreiche Prozessübergangspunkte (process transition points) beeinflusst, zum Beispiel insbesondere der Übergang von einer Geschwindigkeitsfüllsteuerung (bei der die Geschwindigkeit und die Position eines Kolbens in dem Speicherraum des Einspritzkolbens (der sogenannte „Shooting-Pot“) kritisch ist) zu einer Drucksteuerung (bei der ein Schrumpfen des Vorformlings mittels des gesteuerten Einspritzens von zusätzlichem geschmolzenen Material kompensiert wird). Insbesondere sind die Übergangspunkte bei schwereren Vorformlingen für die Vorformlingsgeometrie wichtig, bei denen das Schrumpfen signifikanter ist, obgleich angemerkt wird, dass dünnwandige und verhältnismäßig leichte Vorformlinge (weniger als ungefähr 50 g) besondere Füllsteuerungsprobleme aufweisen, die insbesondere mit der Geometrie und dem Dickeübergang zwischen dem länglichen Wandabschnitt und dem Halsabschnitt des Vorformlings zusammenhängen. In der Tat gibt es während des Druckhalteabschnitts (pressure hold portion) des Zyklus üblicherweise mehrere Übergänge auf einen sich vermindernden Druck über vorbestimmte Haltezeitdauern für eine bestimmte Vorformlingsgeometrie. Daher hat das Füllprofil einen Einfluss auf die Zyklusdauer.
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Weitere Prozesssteuerparameter umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf die Harzdichte, die Verwendung von Farbmitteln oder Zusätzen und ob das Werkzeugslüftungssystem spezifikationsgemäß arbeitet. Man wird erkennen, dass Farbmittel und Zusätze vom Kunden gewählt werden und die Plastifizierung und somit die Schraubendurchsatzkapazität beeinflussen. Hinsichtlich der Lüftung enthält jede Kavität anfangs Luft, die während des Materialeinspritzens aus der Kavität entlüftet werden muss. Bei einem gut gewarteten und sauberen Werkzeug werden höhere Füllraten erreicht, da Luftleitungen aus der Kavität heraus anfänglich keine verstopfenden Partikel aufweisen, beispielsweise PET-Staub und dergleichen. Bei dem teilweisen oder vollständigen Blockieren des Lüftungssystems steigt der jeweilige Kavitätendruck in den unterschiedlichen Kavitäten und im Extremfall erzeugt nicht entlüftete Luft in den Kavitäten sowohl Leerräume in dem spritzgegossenen Gegenstand als auch spritzgegossene Produkte, die nicht das gewünschte Endgewicht aufweisen.
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Prozesssteuerparameter können ferner durch die Komponenten der Spritzgussmaschine sowie deren Aufbau bzw. Einstellung beeinflusst werden. Beispielsweise können im beispielhaften Zusammenhang einer Spritzgussmaschine unterschiedliche Komponenten (wie beispielsweise, jedoch nicht beschränkt auf unterschiedliche Plastifiziereinheiten mit unterschiedlichen Durchsatzraten, Verarbeitungsgeschwindigkeiten oder Schraubendurchmessern) die Einrichtung bzw. Einstellung und die Optimierung der Spritzgussmaschine beeinflussen. Überdies kann eine Spritzgussmaschine eine Düsenmischeinrichtung umfassen, oder die Düsenmischeinrichtung, die bei der Testvorrichtung verwendet worden ist, kann sich von der Düsenmischvorrichtung der Maschine des Kunden unterscheiden. Hinsichtlich des Ansammelns vor dem Einspritzen einer Charge Kunststoffschmelze in einen Shooting-Pot (oder vor einem sich hin- und herbewegenden Schraubensystem) kann ferner das Volumen des Shooting-Pots variieren. Alle diese unterschiedlichen Konfigurationen haben einen Einfluss auf die Prozesssteuerung und die Prozessoptimierung.
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Außerdem kann auf dem Gebiet des Spritzgießens und insbesondere hinsichtlich der Herstellung von Vorformlingen unter Verwendung von PET-Werkzeugen der Kunde das Werkzeug modifizieren, um unterschiedliche Komponenten herzustellen. Hinsichtlich der Stack-Komponenten kann eine derartige Modifikation lediglich das Austauschen eines Kavitäten- und Vorkammereinsatzes erfordern, wobei ein Halsabschluss (der durch einen Halsring definiert wird) unverändert verbleibt. Diese Art des Werkzeugumbaus würde daher lediglich das Gewicht des Vorformlings ändern, da die Geometrie des Vorformlings durch die Variation der Länge der Kavität oder der Dicke der Wände des Vorformlings (die im Wesentlichen durch die Kavität definiert wird) verändert wird. Wiederum würde eine derartige Veränderung erfordern, dass die Einrichtung bzw. Einstellung der Spritzgussmaschine erneut konfiguriert wird, wobei die erneute Konfiguration Zeit und Expertise erfordert.
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Bei jedwedem Fehler, die Prozesssteuerparameter richtig einzustellen, können die spritzgegossenen Gegenstände Defekte bzw. Fehler (entweder visuelle oder strukturelle Defekte) aufweisen, die Spritzgussmaschine kann beschädigt werden und die Gesamteffizienz und Produktivität der Spritzgussmaschine kann vermindert werden. Somit ist es im Allgemeinen wünschenswert, die Prozesssteuerparameter der Spritzgussmaschine zu optimieren.
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Ein bekanntes Verfahren zum Optimieren einer Spritzgussmaschine basiert zum großen Teil auf den Fähigkeiten, der Erfahrung und dem Wissen des Spritzgussmaschinenbetreibers. Im Allgemeinen kann der Spritzgussmaschinenbetreiber einen anfänglichen Satz von Prozessparametern auf der Grundlage der Fähigkeiten, der Erfahrung und des Wissens des Spritzgussmaschinenbetreibers erzeugen. Der Spritzgussmaschinenbetreiber kann sodann die Qualität der spritzgegossenen Teile überwachen und einen oder mehrere der Prozessparameter anpassen bzw. verstellen, um die Qualität der spritzgegossenen Teile sowie die Gesamtproduktivität bzw. Gesamteffizienz der Spritzgussmaschine zu optimieren. Unglücklicherweise kann der Optimierungsprozess sogar für einen erfahrenen Spritzgussmaschinentechniker einen bedeutenden Zeitraum in Anspruch nehmen.
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Andere Verfahren und Vorrichtungen sind zum Kontrollieren bzw. Steuern zahlreicher Aspekte der Spritzgussprozessausrüstung entwickelt worden. Beispielsweise beschreibt die US-Patentanmeldung
US 2004 / 0 258 787 A1 in der Zusammenfassung ein Steuermodul, das an einer Maschinenplatte einer Spritzgussmaschine angebracht ist. Das Steuermodul ist mit wenigstens einem Sensor verbunden, der einen Wert einer Prozessbedingung meldet, die mit einem Spritzgusswerkzeug zusammenhängt, und innerhalb des Spritzgusswerkzeugs angeordnet ist. Das Steuermodul ist außerdem mit wenigstens einer steuerbaren Vorrichtung verbunden, die die Verarbeitungsbedingung des Spritzgusswerkzeugs variiert, und ist innerhalb des Spritzgusswerkzeugs angeordnet. Das Steuermodul sammelt Sensorausgangsdaten und verarbeitet diese und liefert ein Steuersignal an wenigstens eine steuerbare Vorrichtung. Ein Display-Schnittstellenmodul ist mit dem Steuermodul verbunden. Das Display-Schnittstellenmodul nimmt von einem Benutzer eingegebene Datensollwerte an, liefert die von einem Benutzer eingegebenen Datensollwerte an das Steuermodul und sammelt die verarbeiteten Sensorausgangsdaten von dem Steuermodul, um diese einem Benutzer anzuzeigen.
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Die US-Patentanmeldung
US 2006 / 0 082 009 A1 beschreibt ein intelligentes Gießsystem, das Daten verwendet, die in direktem Zusammenhang mit einer Formgebungsumgebung oder einer bestimmten Gussform stehen. Zugängliche Daten, die typischerweise lokal in einem In-Mold-Speicher abgelegt sind, oder Eingaben über eine Benutzerschnittstelle identifizieren Parameter, die relevant sind für die Gussformeinrichtung und den Betrieb der Maschine. Nach Erhalt der Daten tritt eine Maschinensteuerung in Betrieb, um eine Initial-Einrichtung der Spritzgussmaschine zu konfigurieren, und zwar definiert durch Daten, die als nahe an einem optimalen Betriebszustand der Gussform angesehen werden. Gussformeinrichtungsdaten können Informationen enthalten, die sich auf ein Füllprofil für einen spritzgegossenen Gegenstand beziehen, das in unterschiedliche Zonen unterschiedlicher Stärke und Geometrien unterteilt ist. Gewichtsfaktoren für die unterschiedlichen Zonen kompensieren die unterschiedlichen Kühlungs- und Flusscharakteristika. Der Speicher kann auch für ein Speichern historischer Daten verwendet werden, die sich auf den Gussformbetrieb, Einstellungen und Warnungen beziehen.
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Das US-Patent
US 6 529 796 B1 beschreibt eine Spritzgussmaschine, die mehrere Einspritzzonen aufweist, wenigstens eine Heizeinrichtung und wenigstens einen Temperatursensor für ein Temperaturangabe-Signal. Eine Energiequelle versorgt die Heizeinrichtungen mit Strom. Eine Steuerungseinrichtung steuert die Temperatur von wenigstens einigen Einspritzzonen. Aus Effizienzgründen hat die Steuerungseinrichtung zwei getrennte Prozessoren, und zwar einen Datenempfangs-Prozessor, der hergerichtet ist, von jedem Sensor Temperaturangabe- sowie Leistungssignale zu empfangen, und einen Steuerungsprozessor, der hergerichtet ist, Daten von dem Datenempfangs-Prozessor zu empfangen sowie zur Steuerung der an die Heizeinrichtungen abgegebene Strommenge. Vorzugsweise befindet sich die Steuerung in einem Gehäuse, das direkt an der Gussform angebracht ist.
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Die deutsche Patentanmeldung
DE 10 2005 045 529 A1 beschreibt ein Steuersystem einer Spritzgussmaschine, das eine Steuervorrichtung umfasst, die an einer Seite der Spritzgussmaschine montiert ist. Die Steuervorrichtung umfasst einen Datenspeicher mit einem Speicherbereich, um jederzeit Informationen in Bezug auf eine Vielzahl von Betriebsbedingungen und Betriebssituationen entsprechend der peripheren Einrichtungen zu geben. Ferner umfassen eine Steuersektion der peripheren Einrichtungen und die Steuervorrichtung der Spritzgussmaschine eine Datenübertragungsleitung, um jederzeit Informationen in Bezug auf die Betriebsbedingungen und -situationen widerzuspiegeln, sowie eine Übertragungssteuersektion, die mit einem Protokoll in Bezug auf ein Signal ausgerüstet ist, das durch die Übertragungsleitung übertragen wird.
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Es ist wichtig, anzumerken, dass die vorliegende Erfindung nicht auf ein System beschränkt werden sollte, das eines oder mehrere von irgendwelchen angegebenen oder implizierten Zielen oder Merkmalen der vorliegenden Offenbarung erfüllen muss. Es ist außerdem wichtig, anzumerken, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die hierin beschriebenen bevorzugten, beispielhaften oder primären Ausführungsformen beschränkt ist. Modifikationen und Ersetzungen durch den Fachmann liegen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung, die lediglich durch die anhängenden Ansprüche beschränkt wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung stellt ein Spritzgusssystem gemäß den Merkmalen von Anspruch 1 bereit.
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Figurenliste
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Diese und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich eingehender beim Lesen der nachstehenden detaillierten Beschreibung in der Zusammenschau mit den Zeichnungen.
- 1 zeigt eine Ausführungsform einer Spritzgussmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung.
- 2 zeigt ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform eines intelligenten Spritzgusssystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
- 3 zeigt ein Beispiel eines Heißkanalverteilers, einschließlich einer Speichervorrich tung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In 1 ist eine Ausführungsform eines Spritzgussmaschinensystems 10 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Wie dies nachstehend detaillierter beschrieben wird, weist das Spritzgussmaschinensystem 10 gemäß der vorliegenden Erfindung ein Heißkanalsystem bzw. einen Heißkanalverteiler 54 auf, umfassend einen Speicher 81 für das Speichern von Daten, die mit dem Betrieb des Spritzgussmaschinensystems 10 im Zusammenhang stehen, die zu einer Maschinensteuereinrichtung 80 während des Betriebs des Spritzgussmaschinensystems 10 kommuniziert werden und von dieser verwendet werden. Der Heißkanalverteiler 54 und der dazugehörende Speicher 81 können einem Kunden ermöglichen, das Spritzgussmaschinensystem 10 mit einer voreingestellten optimierten Prozessparameterkonfiguration einzurichten bzw. einzustellen und zu starten, anstatt dieses dem einzelnen Betreiber zu überlassen. Die optimierten Startparameter können auf der Grundlage von Strömungssimulationen oder anderen Simulationsverfahren vorprogrammiert werden. Alternativ (oder zusätzlich) kann die Speichervorrichtung 81 auf der Grundlage von Informationen vorprogrammiert werden, die während eines Testlaufs in einem Prototypwerkzeug erhalten worden sind, oder auf der Grundlage von vorherigen Erfahrungen. Gemäß einem Aspekt kann das Heißkanalsystem 54 (und daher das Werkzeug 12, 14) im Wesentlichen sofort von der Maschinensteuereinrichtung 80 mittels der Speichervorrichtung 81 erkannt werden. Im Ergebnis kann das Einrichten bzw. Einstellen und der Betrieb des Spritzgussmaschinensystems 10 vereinfacht und optimiert werden.
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Wie der Fachmann ohne Weiteres erkennt, erzeugt das Spritzgussmaschinensystem 10 einen oder mehrere Teile, die im Wesentlichen einer Werkzeugkavität oder Werkzeugkavitäten (nicht dargestellt) entsprechen, die von komplementären Werkzeughälften 12, 14 definiert werden, die innerhalb des Spritzgussmaschinensystems 10 angeordnet sind, und zwar während jedes Einspritzzyklus. Die gesamte Prozesssteuerung des Spritzgussmaschinensystems 10 kann mittels der Verwendung einer Maschinensteuereinrichtung 80 geleistet werden. Die Maschinensteuereinrichtung 80 kann eine Spritzgussmaschinensteuereinrichtung enthalten, die ausgestaltet ist, um im Wesentlichen die gesamten Funktionen oder Arbeitsweisen der Spritzgussmaschine 10 zu steuern, und/oder eine oder mehrere eigenständige Steuereinrichtungen, die mit der Spritzgussmaschinensteuereinrichtung verbunden sein können oder nicht verbunden sein können, um spezifische Funktionen und/oder Komponenten der Spritzgussmaschine 10 zu steuern.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Maschinensteuereinrichtung 80 eine oder mehrere eigenständige Steuereinrichtungen enthalten, die ausgestaltet sind, eine oder mehrere spezifische Komponenten oder Merkmale des Spritzgussmaschinensystems 10 zu betreiben, wie beispielsweise, jedoch nicht beschränkt auf die Temperatursteuerung innerhalb einer oder mehrerer der Komponenten des Spritzgussmaschinensystems 10 (beispielsweise das Heißkanalsystem 54, die Düsen und/oder die Werkzeugkavitäten), die Steuerung der Betätigung des Nadelverschlusses und/oder andere Merkmale oder Komponenten des Spritzgussmaschinensystems 10. Überdies kann die Maschinensteuereinrichtung 80 außerdem eine Spritzgussmaschinensteuereinrichtung umfassen, die ausgestaltet ist, die verbleibenden Funktionen des Spritzgussmaschinensystems 10 zu steuern, die nicht von einer eigenständigen Steuereinrichtung gesteuert werden. Die eigenständige Steuereinrichtung kann ausgestaltet sein, ein oder mehrere Signale (entweder über einen Draht oder drahtlos) von der Speichervorrichtung 81 zu empfangen, und kann einen oder mehrere Prozesssteuerparameter auf der Grundlage der Signale von der Speichervorrichtung 81 und/oder von anderen Sensoren anpassen, während die Spritzgussmaschinensteuereinrichtung ausgestaltet sein kann, Signale von einem oder mehreren Sensoren zu empfangen, und ausgestaltet sein kann, Steuersignale an zahlreiche Komponenten der Spritzgussmaschine 10 auszugeben.
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Der Übersichtlichkeit halber werden die Spritzgussmaschinensteuereinrichtung und die eigenständige Steuereinrichtung im Allgemeinen zusammenfassend einfach als die Maschinensteuereinrichtung 80 bezeichnet. Obgleich die Maschinensteuereinrichtung 80 als eine einzelne Einheit dargestellt ist, wird der Fachmann erkennen, dass die Maschinensteuereinrichtung 80 durch eine Architektur mit einer verteilten Intelligenz realisiert werden kann, d.h. mehrere miteinander verbundene Prozessoren, die für die Steuerung von individuellen Teilen bzw. Komponenten des Spritzgussmaschinensystems 10 verantwortlich sind. Überdies kann die Maschinensteuereinrichtung 80 außerdem eine Benutzerschnittstelle umfassen (wie beispielsweise, jedoch nicht beschränkt auf eine grafische Benutzerschnittstelle oder dergleichen), die dem Benutzer Informationen anzeigen kann (wie beispielsweise der momentane Status oder der Status des Spritzgussmaschinensystems 10 in der Vergangenheit) und/oder dem Benutzer ermöglichen, Daten bzw. Befehle in die Maschinensteuereinrichtung 80 über einen Touchscreen, ein Tastenfeld oder eine auslesbare Datenvorrichtung (wie beispielsweise ein Diskettenlaufwerk, CD-Rom, Flashspeicher) und dergleichen einzugeben. Die Maschinensteuereinrichtung 80 kann jedwede geeignete Steuerlogik und anwendungsspezifische Verwaltungsfunktionen enthalten und kann einen oder mehrere Mikroprozessoren, Speichervorrichtungen für den Zugriff auf und/oder das Speichern von Daten und dergleichen enthalten, wie dies dem Fachmann wohlbekannt ist.
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Obgleich die besondere Ausgestaltung der Spritzgussmaschine 10 je nach den Erfordernissen des Kunden und der angedachten Anwendung variieren kann, kann die Spritzgussvorrichtung 10 nicht beschränkend eine Spritzgussstruktur umfassen, wie beispielsweise eine stationäre bzw. feststehende Platte 16 und eine bewegliche Platte 17 sowie eine Einspritzeinheit 18 (wie beispielsweise, jedoch nicht beschränkend ein Extruder oder dergleichen) zum Plastifizieren und Einspritzen eines Materials (beispielsweise, jedoch nicht beschränkend Polymerharze, Metalllegierungsharze, Verbundharze und dergleichen). Im Betrieb kann sich die bewegliche Platte 17 relativ zu der stationären Platte 16 aufgrund von einem oder mehreren Hubzylindern (nicht dargestellt) oder dergleichen bewegen. Eine Klemmkraft wird in dem Spritzgussmaschinensystem 10, wie dies ohne Weiteres erkannt wird, durch die Verwendung von einer oder mehreren Zugstangen 19, 20 und einem oder mehreren Zugstangen-Klemmmechanismen 21 erzeugt. Der Klemmmechanismus 21 kann feststehend an der beweglichen Platte 17 angebracht sein (typischerweise mittels der Verwendung von Bolzen), wobei sich jeder Klemmmechanismus 21 üblicherweise wenigstens teilweise in eine entsprechende Bohrung 22 erstreckt, die sich durch die bewegliche Platte 17 erstreckt (beispielsweise an den Ecken der beweglichen Platte 17). Ein schwimmend gelagertes Ende 23 der Zugstange 19, 20 kann sich relativ zu der beweglichen Platte 17 bewegen, wobei das andere entfernte Ende in der stationären Platte 16 verankert ist. Selbstverständlich kann in bestimmten Spritzgussmaschinensystemen 10 eine umgedrehte Verankerung angewendet werden.
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Sobald die Zugstange 19, 20 ihren jeweiligen Klemmkolben positiv in Eingriff nimmt, kann eine Werkzeugklemmkraft (d.h. eine Verschlusstonnage) durch die Verwendung eines hydraulischen Systems oder dergleichen aufgebracht werden, das direkt oder indirekt mit dem Klemmkolben im Zusammenhang stehen kann. Eine Klemmtonnage kann auch auf andere Arten und Weisen erzeugt werden, einschließlich der Verwendung einer Kniehebel-Klemmanordnung, wie dies der Fachmann erkennen wird.
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Die Werkzeughälften 12, 14 bilden zusammen ein Werkzeug aus, das im Allgemeinen eine oder mehrere Werkzeugkavitäten (der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt), wobei die Werkzeughälften 12, 14 jeweils in einer der beweglichen Platte 17 und der feststehenden Platte 16 angeordnet sind. Optional kann ein Roboter 29 bereitgestellt sein, um ein „End-of-arm-Tool“ (EOAT) 30 zu tragen, wie beispielsweise eine auf Unterdruck basierende Herausnehmplatte 32 oder dergleichen. Alternativ (oder zusätzlich) kann das Spritzgussmaschinensystem 10 eine Abstreifplatte, einen Betätiger und/oder Stangen 38 umfassen, die das spritzgegossene Teil 36 weg von den Werkzeughälften 12, 14 zwingen. Die spritzgegossenen Teile 36 können sodann einfach in einen Sammelbehälter, auf ein Förderband oder dergleichen (nicht dargestellt) fallen gelassen werden.
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In 2 ist eine Ausführungsform des Heißkanalsystems 54 und der Werkzeughälften 12, 14 schematisch dargestellt. Der Übersichtlichkeit halber sind die übrigen Teile der Spritzgussmaschine 10 (einschließlich ihrer Platten, auf denen die Werkzeughälften 12, 14 befestigt sind) weggelassen worden. Ein Werkzeug 61 ist aus einer heißen Hälfte 50 und einer kalten Hälfte 52 ausgebildet. Die heiße Hälfte 50 ist an einem Heißkanalverteiler 54 befestigt und enthält eine oder mehrere Kavitäten (nicht dargestellt), die im Gebrauch entsprechend ausgerichtete Kerne (nicht dargestellt) aufnehmen, die auf der kalten Hälfte 52 angeordnet sind, wie dies wohlbekannt ist. Die Kavitäten stehen mit dem Heißkanalsystem 54 in fluider Kommunikation, um Harz aufzunehmen, wie dies wohlbekannt ist.
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Das Werkzeug
61 enthält einen oder mehrere Sensoren
51a-51n, die mit der einen oder den mehreren Werkzeughälften
12,
14 wirkverbunden sind, um wenigstens ein Signal zu erzeugen, das repräsentativ für einen oder mehrere Prozesssteuerparameter ist (wie beispielsweise, jedoch nicht beschränkend Temperatur, Druck, Flussrate, Spannungen und dergleichen). Die Sensoren
51a-51n können entweder in direktem oder indirektem Kontakt mit dem Harz und/oder den Kavitäten stehen. Die heiße Hälfte
50 und/oder die kalte Hälfte
52 weist wenigstens eine Speichervorrichtung
76,
78 auf, um Informationen bzw. Daten zu speichern, die mit dem Betrieb und/oder der Einrichtung bzw. Einstellung des Werkzeugs
61 und/oder der Spritzgussmaschine
10 im Zusammenhang stehen, wie dies in der US-Patentanmeldung
US 2006 / 0 082 009 A1 beschrieben wird, die am 19. Oktober 2004 angemeldet worden ist und auf die hiermit vollumfänglich Bezug genommen wird. Die Informationen bzw. Daten, die in dem Speicher
76,
78 enthalten sind, können über einen oder mehrere Drähte
53 oder drahtlos (beispielsweise unter Verwendung einer Radiofrequenz „RF“-Übertragungseinheit 90 oder dergleichen) an die Maschinensteuereinrichtung
80 übertragen werden.
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Der Heißkanalverteiler 54 (2 und 3) nimmt Harz von einer Einspritzeinheit (nicht dargestellt) über eine geeignete Angussbuchse 56 oder dergleichen auf und verteilt das Harz über einen oder mehrere Schmelzekanäle 60a-60n zu einer oder mehreren Düsen 63a-63n (3), die den Harzfluss in das Werkzeug 61 regulieren. Der Heißkanalverteiler 54 weist außerdem eine oder mehrere Wärmereguliereinrichtungen 66 auf (wie beispielsweise, jedoch nicht beschränkend eine Widerstandsheizeinrichtung, einen Kühlkanal und/oder einen Wärmeübertragungskanal, wobei lediglich ein Teil davon der Übersichtlichkeit halber dargestellt ist), umfassen, die in der unmittelbaren Nähe von einem oder mehreren Abschnitten der Schmelzekanäle 60a-60n angeordnet sein können. Die Maschinensteuereinrichtung 80 ist mit den Wärmeregulierungseinrichtungen 66 wirkverbunden, um die Temperatur des Harzes innerhalb der Schmelzekanäle 60a-60n zu steuern bzw. zu kontrollieren. Beispielsweise kann die Maschinensteuereinrichtung 80 mit einer Energiequelle (nicht dargestellt) wirkverbunden sein und kann die Spannung regulieren, die an eine oder mehrere Wärmeregulierungseinrichtungen 66 angelegt wird. Gemäß einem Aspekt können eine Vielzahl von Wärmeregulierungseinrichtungen 66 bereitgestellt sein, die eine Vielzahl von Heizzonen definieren, die zahlreichen Abschnitten der Schmelzekanäle 60a-60n innerhalb des Heißkanalsystems 54 entsprechen.
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Der Heißkanalverteiler 54 kann ebenso mit einem oder mehreren Sensoren 62a-62n bereitgestellt sein, die ausgestaltet sind, Signale zu erzeugen, die repräsentativ für einen oder mehrere Prozesssteuerparameter sind (wie beispielsweise, jedoch nicht beschränkend Temperatur, Druck, Flussrate, Spannungen und dergleichen). Die Anzahl, die Art und die Anordnung der Sensoren 62a-62n hängt von der angedachten Anwendung und den physikalischen Randbedingungen des Heißkanalverteilers 54 ab (beispielsweise von der Größe des zur Verfügung stehenden physikalischen Raumes, der Fähigkeit, die Sensoren miteinander zu verbinden, sowie der Art bzw. Anzahl der Steuerprozessparameter, die für eine wirksame Steuerung erforderlich sind) und ist Teil des Fachwissens des Fachmanns. Die Sensoren 62a-62n können auf der Oberfläche des Heißkanalverteilers 54 montiert sein oder in diesen eingebettet sein oder dergleichen.
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Der Heißkanalverteiler 54 umfasst ferner eine oder mehrere Speichervorrichtungen 81, um Informationen bzw. Daten zu speichern, die mit dem Heißkanalverteiler 54 und/oder jedweden anderen Komponente des Spritzgussmaschinensystems 10 in Verbindung stehen, wobei die Informationen bzw. Daten zu der Maschinensteuereinrichtung 80 während des Betriebs und/oder der Einrichtung bzw. Einstellung des Spritzgussmaschinensystems 10 kommuniziert werden und von dieser verwendet werden. Der Heißkanalverteiler 54 und die damit verbundene Speichervorrichtung 81 können es einem Kunden ermöglichen, das Spritzgussmaschinensystem 10 mittels eines vorausgewählten optimierten Satzes von Prozessparameterkonfigurationen einzustellen und zu starten, anstatt dies dem individuellen Betreiber zu überlassen. Im Ergebnis kann das Einrichten bzw. Einstellen und der Betrieb des Spritzgussmaschinensystems 10 vereinfacht und optimiert werden. Überdies kann die Speichervorrichtung 81 ermöglichen, dass der Heißkanalverteiler 54 optimierte Prozesssteuerparameter speichert, die kennzeichnend für den Heißkanalverteiler 54 sind, während ferner ermöglicht wird, dass der Heißkanalverteiler 54 in der Lage ist, mit nahezu jeder Maschinensteuereinrichtung 80 betrieben zu werden.
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Die Speichervorrichtung 81 kann in einer Kavität 83 oder dergleichen innerhalb des Heißkanalverteilers 54 angeordnet sein und/oder kann an eine oder mehrere Seiten des Heißkanalverteilers 54 befestigt sein. Die Speichervorrichtung 81 kann durch die Verwendung von einem oder mehreren Drähten, eines Feldbusses oder dergleichen 85 und/oder mittels drahtloser Technologie (wie beispielsweise, jedoch nicht beschränkend Radiofrequenz-Technologie (RF technology), wie beispielsweise eine RF-Übertragungseinheit (87)) an die Maschinensteuereinrichtung 80 gekoppelt sein. Die auf der Speichervorrichtung 81 gespeicherten Informationen können ebenso über einen Barcode-Scanner oder dergleichen eingelesen werden, der ausgestaltet ist, mit der Maschinensteuereinrichtung 80 verbunden zu werden.
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Die Speichervorrichtung 81 kann jedwede Vorrichtung zum Speichern von Daten und/oder Instruktionen umfassen und kann nur lesbar oder schreibbar sein. Beispielsweise kann die Speichervorrichtung 81 nicht flüchtige Speichertechnologien umfassen, wie beispielsweise ein optisches Speichermedium oder ein magnetisches Speichermedium, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf P-TAG, Datakey und RS-485 Multi-Drop-Technologien. Gemäß einer Ausführungsform kann die Speichervorrichtung 81 separat und unabhängig von den Sensoren 62a-62n arbeiten.
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In der bevorzugten Ausführungsform enthält die Speichervorrichtung 81 Daten und/oder Instruktionen, die mit dem Betrieb des Heißkanalverteilers 54 und/oder jedweden anderen Komponente des Spritzgussmaschinensystems 10 im Zusammenhang stehen. Alternativ können die Daten, die in der Speichervorrichtung 81 gespeichert sind, einen Zeiger bzw. Pointer oder dergleichen enthalten, der die Maschinensteuereinrichtung 80 auf eine Datenbank verweist, die Informationen enthält, die mit dem Betrieb des Heißkanalverteilers 54 und/oder jedweden anderen Komponenten des Spritzgussmaschinensystems 10 im Zusammenhang stehen. Die Datenbank kann entweder auf dem Gelände des Kunden oder sogar innerhalb eines Speichers angeordnet sein, der der Maschinensteuereinrichtung 80 zugewiesen ist, oder kann an einem anderen Ort angeordnet sein, beispielsweise bei dem Hersteller bzw. Vertreiber des Heißkanalverteilers 54.
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Die Datenbank kann eine Liste ausgelieferter Maschinen sowie deren dazugehörige (und vorzugsweise optimierten) Betriebsparameter enthalten, auf die selektiv zugegriffen werden kann und die selektiv auf die Maschinensteuereinrichtung 80 der lokalen Spritzgussmaschine 10 heruntergeladen werden kann. Die Datenbank kann außerdem periodisch aktualisiert werden, und zwar mit Betriebsinformationen und erfassten Messungen von der Spritzgussmaschine 10, um somit eine Offline-Analyse der Betriebsbedingungen zu ermöglichen, denen die Spritzgussmaschine 10 oder spezifische Komponenten davon ausgesetzt sind. Der Zeiger bzw. Pointer kann einen Internet-artigen Zeiger bzw. Pointer und/oder einen Intranet-Pointer umfassen.
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Wie vorstehend beschrieben, können die Daten, die auf der Speichervorrichtung 81 enthalten sind, zu der Maschinensteuereinrichtung 80 kommuniziert werden, die sodann einen oder mehrere Prozessparameter des Heißkanalsystems 54 und/oder jedweder anderen Komponente des Spritzgussmaschinensystems 10 verändern kann. Die Daten können mit der Einrichtung bzw. Einstellung und/oder den normalen Betriebsanweisungen/Parametern für die Maschinensteuereinrichtung 80 und/oder Instruktionen/Parametern für den Betreiber der Spritzgussmaschine im Zusammenhang stehen. Beispielsweise können die Daten Instruktionen bzw. Anweisungen enthalten, wie überprüft werden kann, ob das Spritzgussmaschinensystem 10 richtig zusammengesetzt ist, Ersteinrichtung- und Normalbetrieb-Prozesssteuerparameter (beispielsweise, jedoch nicht beschränkend Temperatur- und/oder Druckprofile) sowie eine Gebrauchsanweisung und verwandte technische Daten.
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Die Erstprozesssteuerparameter, die auf der Speichervorrichtung 81 gespeichert sind, können von dem Hersteller des Heißkanalverteilers 54 oder durch eine unabhängige Organisation vor der Verwendung durch den Endverbraucher eingestellt werden. Die Erstprozesssteuerparameter können als ein Satz von Grundeinstellungen verwendet werden, auf deren Grundlage eine weitere Optimierung (wenn dies von dem Endkunden erwünscht wird) erreicht werden kann. Gemäß einem Aspekt können die Erstprozesssteuerparameter so eingestellt werden, dass das Spritzgussmaschinensystem 10 wenigstens mit einer minimalen Effizienz betrieben werden kann, was entweder von dem Hersteller des Heißkanalverteilers 54 und/oder der Spritzgussmaschine 10, durch eine unabhängige Organisation oder dem Kunden eingestellt und/oder bestimmt werden kann. In dieser Hinsicht kann der Heißkanalverteiler 54 gemäß der vorliegenden Erfindung als eine Vorrichtung des „plug and play“ Typs verwendet werden, bei der es nicht erforderlich ist, dass der letztendliche Endkunde des Heißkanalverteilers 54 einen Satz von Basis-Betriebsparametern erzeugt.
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Aufgrund der inhärenten Variationen hinsichtlich der Betriebsbedingungen aufgrund von Materialunterschieden, Veränderungen hinsichtlich der angedachten Betriebsbedingungen sowie Maschinenvariationen kann es für den Endverbraucher wünschenswert sein, einen oder mehrere Prozesssteuerparameter, die auf der Speichervorrichtung 81 gespeichert sind, weiter zu optimieren und/oder anzupassen. Diese Veränderungen der Prozesssteuerparameter können als eine neue Datei auf der Speichervorrichtung 81 gespeichert werden und/oder die alten Einstellungen löschen. Alternativ (oder zusätzlich) können die neuen Prozesssteuerparameter an die Datenbank und/oder den Hersteller bzw. eine unabhängige Organisation kommuniziert werden, die sodann diese Informationen für zukünftige Systeme verwenden können.
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Die Prozesssteuerparameter können enthalten, sind jedoch nicht beschränkt auf eines der folgenden Elemente: Temperatur- und/oder Heizprofile, die mit dem Heißkanalverteiler 54 im Zusammenhang stehen; Temperatur- und/oder Heizprofile, die mit der Angussbuchse 56 im Zusammenhang stehen; Temperatur- und/oder Heizprofile, die mit den Düsen 63a-63n im Zusammenhang stehen; Temperatur- und/oder Heizprofile, die mit dem Werkzeug 61 im Zusammenhang stehen; Temperatur- und/oder Heizprofile, die mit anderen Komponenten des Spritzgussmaschinensystems 10 im Zusammenhang stehen; Informationen hinsichtlich des Gegenstands, der spritzgegossen werden soll; Informationen hinsichtlich des Harzes bzw. der Harze, die eingespritzt werden; Harzflussraten innerhalb der unterschiedlichen Komponenten des Spritzgussmaschinensystems 10; Einspritzgeschwindigkeitsprofile bzw. Füllgeschwindigkeitsprofile; Packingdruckgrö-ßen; Vorkammergefrierbestimmung und Druckprofile; die zeitliche Abfolge des Öffnens und/oder Schließens der Ventile 63a-63n; die erfolgten Wartungen und/oder die anstehenden Wartungen der unterschiedlichen Komponenten des Spritzgussmaschinensystems 10; Kühlinformationen hinsichtlich des Werkzeugs 61; Einspritzdauer; Haltedauer; Schraubenpositionsinformationen; die Anzahl der Einspritzungen und dergleichen. Beispielsweise können die Prozesssteuerparameter eine Vielzahl von Temperaturprofilen für eine Vielzahl von Temperaturzonen innerhalb des Heißkanalverteilers 56 enthalten. Die Temperaturzonen der Vielzahl von Temperaturzonen können unterschiedlichen Abschnitten der Schmelzekanäle 60a-60n des Heißkanalverteilers 54 entsprechen.
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Die Speichervorrichtung 81 des Heißkanalverteilers 54 kann mit anderen Komponenten des Spritzgussmaschinensystems 10 (entweder in eine Richtung oder in beide Richtungen) verbunden werden. Die Speichervorrichtung 81 kann Informationen bzw. Daten empfangen, die für die anderen Komponenten relevant sind. Die von der Speichervorrichtung 81 empfangenen Informationen können generische bzw. allgemeine Informationen sein oder Informationen, die spezifisch für die Komponenten sind. Die Speichervorrichtung 81 empfängt Daten von dem Werkzeug 61 hinsichtlich der Größe, der Ausgestaltung und/oder der Anzahl von Kavitäten sowie hinsichtlich der Art des Harzes bzw. der Harze. Auf der Grundlage dieser Informationen kann die Speichervorrichtung 81 sodann einen oder mehrere Prozesssteuerparameter anpassen bzw. verändern, so dass die resultierenden Prozesssteuerparametereinstellungen, die an die Maschinensteuereinrichtung 80 übertragen werden, an die besondere Anwendung angepasst sind. Die Speichervorrichtung 81 kann eine Datenbank enthalten, auf die zugegriffen werden kann, um die erhaltenen Informationen miteinander zu korrelieren.
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Beispielsweise kann die Größe der Kavitäten verändert werden, was eine Änderung der Größe der Düsen 63a-63n und der Flussrate erforderlich machen kann, um die größeren Einspritzchargen zu kompensieren. Die Speichervorrichtung 81 kann automatisch erfassen, dass das Werkzeug 61, die Düsen 63a-63n und/oder die Einspritzeinheit 18 verändert worden sind, und kann einen oder mehrere der Prozesssteuerparameter anpassen bzw. verändern. Auf diese Art und Weise kann die Speichervorrichtung 81 automatisch Anpassungen vornehmen, und zwar für den Fall, dass eine oder mehrere der Komponenten des Spritzgussmaschinensystems 10 gegenüber der Ersteinrichtung bzw. Ersteinstellung verändert werden.
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Wendet man sich nun der Arbeitsweise der unterschiedlichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu, so erkennt man, dass die Prozesssteuerdaten auf die Speichervorrichtung 81 des Heißkanalverteilers 54 geladen werden können (beispielsweise, jedoch nicht beschränkend durch den Hersteller des Heißkanalverteilers 54 und/oder der Spritzgussmaschine 10), wie dies vorstehend beschrieben worden ist. Der Endkunde kann Daten hinsichtlich der unterschiedlichen Komponenten bereitstellen, die mit dem Heißkanalverteiler 54 verwendet werden. Alternativ kann der Hersteller des Heißkanalverteilers 54 dem Endkunden das gesamte Spritzgussmaschinensystem 10 oder einen Teil davon liefern (beispielsweise, jedoch nicht beschränkend den Heißkanalverteiler 54, die Düsen 63a-63n sowie das Werkzeug 61). Die Prozesssteuerdaten können experimentell, empirisch und/oder unter Verwendung jedweder bekannten Prozessbeziehungen und Analysen bestimmt werden und können wenigstens zum Teil auf Informationen hinsichtlich einer besonderen Ausgestaltung des Spritzgussmaschinensystems 10 und/oder einer Vielzahl von unterschiedlichen Ausgestaltungen des Spritzgussmaschinensystems 10 basieren. Beispielsweise können die Prozesssteuerdaten, die auf der Speichervorrichtung 81 des Heißkanalverteilers 54 gespeichert sind, nicht beschränkend Temperaturprofile für eine oder mehrere unterschiedliche Zonen innerhalb des Heißkanalverteilers 54 und/oder jedweden der vorstehend beschriebenen Parameter enthalten. Die Prozesssteuerdaten können auf der Grundlage der gesamten oder einem Teil der Informationen bestimmt werden, die zur Verfügung stehen, um einen oder mehrere optimierte Prozesssteuerparameter zu erzeugen. Wie vorstehend beschrieben, bedeutet der Begriff „optimiert“, dass die Effizienz und/oder die Produktivität des Spritzgussmaschinensystems 10 wenigstens einen bestimmten minimalen Schwellenwert erfüllt bzw. übersteigt. Dieser minimale Schwellenwert kann von dem Hersteller des Heißkanalverteilers 54 und/oder der Spritzgussmaschine 10, dem Käufer, einer anderen Organisation und/oder dem Kunden der Spritzgussmaschine 10 eingestellt und/oder bestimmt werden.
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Zahlreiche Komponenten des Spritzgussmaschinensystems 10 können im Betrieb des Kunden zusammengebaut werden und das Spritzgussmaschinensystem 10 kann gestartet werden. Die Maschinensteuereinrichtung 80 kann die direkte Eingabe von bestimmten Informationen bzw. Daten erfordern, die mit dem Betrieb des Spritzgussmaschinensystems 10 im Zusammenhang stehen. Diese Daten können von dem Spritzgussmaschinenbetreiber direkt in die Maschinensteuereinrichtung 80 eingegeben werden oder von einer externen Speichervorrichtung geladen werden, wie beispielsweise, jedoch nicht beschränkend eine optische Speichervorrichtung (DVD, CD oder dergleichen), Flash-Speicher und dergleichen.
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Daten, die mit dem Betrieb des Spritzgussmaschinensystems 10 im Zusammenhang stehen, können optional von anderen Komponenten des Spritzgussmaschinensystems 10 übertragen werden. Die Daten können direkt an die Maschinensteuereinrichtung 80 oder den Heißkanalverteiler 54 (und insbesondere die Speichervorrichtung 81) übertragen werden, die passiv die Daten erneut übertragen können und/oder einen oder mehrere Prozesssteuerparameter und/oder Instruktionen bzw. Anweisungen ausrechnen können, die zumindest zum Teil auf den empfangenen Daten basieren, und zwar unter Verwendung von einem oder mehreren Parametersteueralgorithmen, die in der Speichervorrichtung 81 und/oder einer Datenbank gespeichert sind, die die empfangenen Daten mit einem oder mehreren Prozesssteuerparametern korrelieren.
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Daten können von der Speichervorrichtung 81 des Heißkanalverteilers 54 zu der Maschinensteuereinrichtung 80 übertragen werden. Dies kann entweder durch die Speichervorrichtung 81 des Heißkanalverteilers 54 oder durch die Maschinensteuereinrichtung 80 eingeleitet werden. Diese Information kann generisch für den Heißkanalverteiler 54 und/oder eine oder mehrere der anderen Komponenten des Spritzgussmaschinensystems 10 sein. Die Information kann außerdem Details hinsichtlich der besonderen Gegenstände enthalten, die spritzgegossen werden sollen, wie beispielsweise, jedoch nicht beschränkend das Harz bzw. die Harze, die Größe, die Form und dergleichen. Die an die Maschinensteuereinrichtung 80 übertragenen Informationen können außerdem Daten umfassen, die mit den Temperatur- und/oder Druckprofilen innerhalb des Heißkanalverteilers 54 im Zusammenhang stehen.
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Die Maschinensteuereinrichtung 80 kann die Daten von der Speichervorrichtung 81 des Heißkanalverteilers 54 und/oder den anderen zahlreichen Komponenten des Spritzgussmaschinensystems 10 empfangen. Die Daten von der Speichervorrichtung 81 des Heißkanalverteilers 54 können Befehle bzw. Anweisungen bzw. Instruktionen für die Maschinensteuereinrichtung 80 enthalten, um etwas auszuführen, und/oder können Daten umfassen, die die Steueralgorithmen der Maschinensteuereinrichtung 80 verarbeiten können, um eines oder mehrere Prozesssteuerparameterprofile und Ausgangsbefehle bzw. Ausgangssignale zu erzeugen, um die unterschiedlichen Komponenten des Spritzgussmaschinensystems 10 zu steuern. Obgleich nicht beschränkend, kann die Maschinensteuereinrichtung 80 Signale ausgeben, um die Einspritzeinheit 18, die Wärmeregulierungseinrichtungen (beispielsweise, jedoch nicht beschränkend die Wärmeregulierungseinrichtungen, die mit dem Heißkanalverteiler 54, dem Werkzeug 61, der Angussbuchse 56, den Düsen 63a-63n und dergleichen im Zusammenhang stehen), die Düsen 63a-63n und dergleichen zu steuern.
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Sobald der Betrieb des Spritzgussmaschinensystems 10 begonnen hat, kann die Maschinensteuereinrichtung 80 Signale von den unterschiedlichen Sensoren 51a-51n, 62a-62n des Spritzgussmaschinensystems 10 in Echtzeit empfangen. Die Maschinensteuereinrichtung 80 kann entweder in einer Ausgestaltung mit einem offenen und/oder einem geschlossenen Regelkreis betrieben werden, wie dies wohlbekannt ist. Die Maschinensteuereinrichtung 80 kann optional dynamische Veränderungen von einem oder mehreren der Prozesssteuerparameter vornehmen, um Abweichungen bzw. Veränderungen der Betriebsbedingungen des Spritzgussmaschinensystems 10 zu kompensieren.
