DE112020005189T5

DE112020005189T5 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung des Fließfähigkeitsindexes von geschmolzenem Harz

Info

Publication number: DE112020005189T5
Application number: DE112020005189.7T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Okuyama
Original assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2019-10-28
Filing date: 2020-10-21
Publication date: 2022-09-22
Also published as: JP7333245B2; CN114599498A; WO2021085256A1; US20230302701A1; JP2021066157A

Abstract

Bereitgestellt wird ein Verfahren zur Regelung des Fließfähigkeitsindexes von geschmolzenem Harz, welches die Fließfähigkeit eines geschmolzenen Harzes sogar während aufeinanderfolgender Formungsvorgänge erfassen kann und darüber hinaus die Fließfähigkeit innerhalb eines Sollbereichs regeln kann. Das Verfahren umfasst: Annehmen, dass ein schmaler Strömungsweg, der in einem Strömungsweg für das geschmolzene Harz gebildet ist, eine Kapillare oder eine Öffnung ist, und Messen eines Fließfähigkeitsindexes, der die Fließfähigkeit des dosierten geschmolzenen Harzes anzeigt, auf der Grundlage der Menge eines dosierten geschmolzenen Harzes und des Gegendrucks, der während eines Dosierschritts auf die Schnecke ausgeübt wird; und Rückführen des gemessenen Fließfähigkeitsindexwertes und Vergleichen dieses Werts mit einem Sollwert und Regeln des Gegendrucks oder der Drehgeschwindigkeit der Schnecke, um eine Abweichung zwischen dem Sollwert und dem gemessenen Wert zu beseitigen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Fließfähigkeitsindexes von geschmolzenem Harz.
TECHNISCHER HINTERGRUND
In einer Spritzgießmaschine wird ein in einen Heizzylinder eingefülltes Harz als Formmasse durch Drehung einer Schnecke plastifiziert. Das geschmolzene Harz wird in einen Bereich vor der Schnecke gefördert und dort dosiert, während die Schnecke rückwärts bewegt wird. In einem Einspritzschritt wird die Schnecke vorwärts bewegt, um das geschmolzene Harz in eine Form zu füllen.
Der Umgang mit einer fließenden Harzschmelze ist beim Spritzgießen von wesentlicher Bedeutung. Um ein qualitativ hochwertiges Formteil zu erhalten, ist es daher wichtig, die Fließfähigkeit eines geschmolzenen Harzes zu erkennen und zu bewerten. Die Fließfähigkeit eines geschmolzenen Harzes wird im Allgemeinen durch die Viskosität ausgedrückt.
Die Messung der Viskosität eines geschmolzenen Harzes in einem Heizzylinder ist im Vergleich zur Messung der Temperatur oder des Drucks schwierig; daher wurde die Messung der Viskosität oft nicht durchgeführt. Heutzutage gibt es jedoch verbesserte Techniken zur Messung der Viskosität eines geschmolzenen Harzes.
In Patentdokument 1 wird beispielsweise eine Technik beschrieben, bei der ein geschmolzenes Harz eingespritzt wird, wenn eine Düse in einem von einem Formgebungsschritt verschiedenen Schritt nicht mit einer Form in Berührung kommt, und die Viskosität des geschmolzenen Harzes aus dem Einspritzdruck berechnet wird.
In Patentdokument 2 wird eine Technik beschrieben, welche die Bestimmung des Drucks eines geschmolzenen Harzes und der Fließgeschwindigkeit des Harzes in einem Harzströmungsweg bei jedem Einspritzvorgang umfasst, um die Viskosität des Harzes zu berechnen. Diese Technik ermöglicht eine Online-Echtzeitmessung der Viskosität des geschmolzenen Harzes während des Spritzgießens.
In Patentdokument 3 wird eine Technik beschrieben, bei welcher der Druck eines geschmolzenen Harzes an dem vorderen Ende einer Düse in einem Einspritzschritt gemessen und die Viskosität des geschmolzenen Harzes auf der Grundlage des Drucks berechnet wird.
Liste der Bezugnahmen
Patentliteratur

Patentdokument 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2004-142204
Patentdokument 2: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. H5-329864
Patentdokument 3: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. H11-10693

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Das in Patentdokument 1 offenbarte Verfahren, bei dem ein geschmolzenes Harz aus der Düse gespült wird, wenn es von der Form getrennt wird, um die Viskosität des geschmolzenen Harzes in einem von dem Formgebungsschritt verschiedenen Schritt zu messen, birgt das folgende Problem: Der Spülvorgang muss mehrmals wiederholt werden, um einen zuverlässigen Viskositätswert zu erhalten, was zur Entsorgung einer großen Menge des Harzes führt. Bei der Bestimmung der Viskosität eines geschmolzenen Harzes in einem Einspritzschritt, wie er in den Patentdokumenten 2 und 3 beschrieben ist, kann die Viskosität des geschmolzenen Harzes erst bestimmt werden, wenn es in eine Form eingespritzt wird.
Darüber hinaus kann die Fließfähigkeit eines Harzes während aufeinanderfolgender Formungsvorgänge nicht erkannt werden. Um dieses Problem zu lösen, hat die Anmelderin ein Verfahren zur Messung eines Fließfähigkeitsindexes eines geschmolzenen Harzes vorgeschlagen ( Japanische Patentanmeldung Nr. 2019-95406 ).
Andererseits können die Eigenschaften eines Harzmaterials, das von einem Hersteller in Form von Pellets bereitgestellt wird, zwischen verschiedenen Produktionschargen variieren. So kann die Fließfähigkeit eines geschmolzenen Harzes zwischen verschiedenen Chargen desselben Produkts variieren, und die Abweichung kann aus beliebigen Gründen sehr groß sein.
Die vorliegende Erfindung erfolgte in Anbetracht der oben genannten Probleme des Stands der Technik. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung eines Fließfähigkeitsindexes von geschmolzenem Harz anzugeben, welche die Fließfähigkeit eines geschmolzenen Harzes sogar während aufeinanderfolgender Formungsvorgänge erfassen können und darüber hinaus die Fließfähigkeit innerhalb eines Sollbereichs steuern bzw. regeln können.
Mittel zur Lösung der Aufgabe
Um die Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung in einer Ausführungsform ein Verfahren zur Regelung eines Fließfähigkeitsindexes von geschmolzenem Harz in einer Spritzgießmaschine bereit, welche das geschmolzene Harz in einem Heizzylinder aus einer Düse in eine Form mittels einer sich in dem Heizzylinder vorwärts bewegenden Schnecke einspritzt, wobei das Verfahren umfasst: Annehmen, dass ein schmaler Strömungsweg, der in einem Strömungsweg für das geschmolzene Harz gebildet ist, eine Kapillare oder eine Öffnung ist, und Messen eines Fließfähigkeitsindexes, der die Fließfähigkeit des dosierten geschmolzenen Harzes angibt, auf der Grundlage der Menge eines dosierten geschmolzenen Harzes und des Gegendrucks, der während eines Dosierschritts auf die Schnecke ausgeübt wird; und Rückführen des gemessenen Fließfähigkeitsindexwertes und Vergleichen desselben mit einem Sollwert, und Regeln des Gegendrucks oder der Drehgeschwindigkeit der Schnecke, um eine Abweichung zwischen dem Sollwert und dem gemessenen Wert zu beseitigen.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht einer Einspritzvorrichtung einer Spritzgießmaschine zur Durchführung eines Verfahrens zur Regelung des Fließfähigkeitsindexes von geschmolzenem Harz gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine vertikale Querschnittsansicht eines Heizfasses.
3 ist eine Querschnittsansicht, die einen Rücklaufsicherungsring am vorderen Ende einer Schnecke zeigt.
4 ist eine schematische Ansicht eines Zylinders zur Verwendung im Kapillarrheometerverfahren.
5 ist ein Steuerblockdiagramm einer Vorrichtung zur Regelung des Fließfähigkeitsindexes von geschmolzenem Harz.
6 ist ein Graph, der die Änderung eines Fließfähigkeitsindexes während eines Dosierschritts gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
7 ist ein Diagramm, das ein dosiertes Harz zeigt, das vor einer Schnecke in einem Dosierschritt gemäß einer zweiten Ausführungsform gesammelt wird.
8 ist ein Diagramm, das die Änderung eines Fließfähigkeitsindexes während eines Dosierschritts gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.

BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Ausführungsformen eines Verfahrens zur Regelung des Fließfähigkeitsindexes von geschmolzenem Harz gemäß der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
(Erste Ausführungsform)
1 ist eine Querschnittsansicht einer Einspritzvorrichtung einer Spritzgießmaschine zur Durchführung eines Verfahrens zur Regelung des Fließfähigkeitsindexes von geschmolzenem Harz gemäß einer Ausführungsform.
In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 10 eine Einspritzvorrichtung, die auf einer Basis 50 angebracht ist. Die Einspritzvorrichtung 10 ist entlang einer Schiene 52 beweglich auf der Basis 50 installiert. Vor der Einspritzvorrichtung 10 ist eine feste Formplatte 14 einer Formschließvorrichtung vorgesehen. Die Einspritzvorrichtung 10 umfasst einen Heizzylinder 22, der horizontal von einem Rahmen 20 getragen wird, und eine Schnecke 24, die in dem Heizzylinder 22 vorgesehen ist. An dem vorderen Ende des Heizzylinders 22 befindet sich eine Düse 21, die mit einer Form verbunden werden soll. An dem unteren Ende des Heizzylinders 22 befindet sich ein Trichter 23, in den Harzgranulat als Formmaterial eingefüllt wird.
Die Schnecke 24 ist verschiebbar und drehbar in dem Heizzylinder 22 untergebracht. Das untere Ende der Schnecke 24 ist mit einer Riemenscheibe 25 eines Drehantriebsmechanismus verbunden. Der Drehantriebsmechanismus ist so konfiguriert, dass er die Drehung eines Schneckendrehmotors 26 über einen Transmissionsriemen 27 auf die Riemenscheibe 25 überträgt. Hinter einem Lager 28, das die Riemenscheibe 25 trägt, befindet sich ein Kraftaufnehmer 30. Der Kraftaufnehmer 30 ist eine Kraftmessvorrichtung zur Messung einer auf die Schnecke 24 ausgeübten Axiallast.
Die Schnecke 24 ist derart konfiguriert, dass sie sich in dem Heizzylinder 22 mittels eines Hin- und Her-Bewegungsmechanismus 32 axial hin und her bewegt. Der Rück- und Vorwärtsbewegungsmechanismus 32 umfasst eine Riemenscheibe 33, auf welche die Drehung eines nicht dargestellten Rück- und Vorwärtsbewegungsmotors über einen Riemen übertragen wird, einen Mutterteil 35, eine Kugelumlaufspindel 36, ein Lager 37, das die Kugelumlaufspindel 36 trägt, usw.
Wie in 1 dargestellt ist auf dem Sockel 50 ein Schubmechanismus 38 vorgesehen, der die gesamte Einspritzvorrichtung 10 vor- und zurückbewegt. Der Schubmechanismus 38 umfasst einen Schubmotor 39 und einen Kugelumlaufmechanismus, der aus einer Kugelumlaufspindel 40 und einer Mutter 41 gebildet ist.
2 zeigt einen vertikalen Querschnitt des Heizzylinders 22, und 3 zeigt einen Rückschlagring 60 an dem vorderen Ende der Schnecke 24.
Wie in 2 und 3 dargestellt ist an dem vorderen Ende der Schnecke 24 eine Schneckenspitze 61 angebracht. Die Schneckenspitze 61 ist über einen Schaft 62 mit kleinem Durchmesser an dem vorderen Ende der Schnecke 24 befestigt. Die Schneckenspitze 61 hat eine konische Form. Zwischen der Umfangsfläche der Schneckenspitze 61 und der inneren Umfangsfläche des Heizzylinders 22 wird ein erster Strömungsweg 64 gebildet, in dem ein geschmolzenes Harz fließt. Der Rückschlagring 60 ist auf der Welle 62 mit kleinem Durchmesser axial beweglich gelagert.
Der Rückschlagring 60 ist zwischen der hinteren Endfläche 63 der Schneckenspitze 61 und einem am vorderen Ende der Schnecke 24 vorgesehenen Sitz 65 angeordnet. Ein zweiter Strömungsweg 66, in dem geschmolzenes Harz fließt und der mit dem ersten Strömungsweg 64 in Verbindung steht, wird zwischen der inneren Umfangsfläche des Rückschlagrings 60 und der Umfangsfläche der Welle 62 mit kleinem Durchmesser gebildet. 3 zeigt die Position des Rückschlagrings 60 während eines Dosierschritts. Während sich die Schnecke 24 dreht, um geschmolzenes Harz vorwärts zu fördern, bewegt sich die Schnecke 24 rückwärts, wenn das geschmolzene Harz dosiert wird.
Der Fluss des geschmolzenen Harzes bei der Dosierung wird durch die gestrichelten Pfeile in 3 dargestellt. Wenn sich die Schnecke 24 beim Dosieren des Harzes rückwärts bewegt, bewegt sich der Rückschlagring 60 relativ zu der Schneckenspitze 61 und von dem Sitz 65 weg. Das geschmolzene Harz fließt aus einem schmalen Strömungsweg 68 in den zweiten Strömungsweg 66, fließt durch den ersten Strömungsweg 64 und wird vor der Schneckenspitze 61 gesammelt.
Beim Einspritzen des geschmolzenen Harzes wird die hintere Endfläche des Rückschlagrings 60 gegen den Sitz 65 gepresst, wodurch der schmale Strömungsweg 68 verschlossen wird; ein Rückfluss des geschmolzenen Harzes wird somit verhindert.
Bei dem Verfahren zur Regelung des Fließfähigkeitsindexes von geschmolzenem Harz in dieser Ausführungsform wird ein Fließfähigkeitsindex von geschmolzenem Harz unter Verwendung des schmalen Strömungsweges 68, der während eines Dosierschrittes hinter dem Rückschlagring 60 gebildet wird, und des zweiten Strömungsweges 66 berechnet. Vor der Beschreibung des Indexregelungsverfahrens wird das Kapillarrheometer-Verfahren, welches ein gängiges Verfahren zur Prüfung von Fluidviskosität ist, unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
4 ist eine schematische Ansicht eines Zylinders zur Verwendung in dem Kapillarrheometer-Verfahren.
In 4 bezeichnet 70 einen Zylinder und 71 einen Kolben, der in den Zylinder 70 passt. An dem vorderen Ende des Zylinders 70 befindet sich eine Kapillare 72.
Das Kapillarrheometer-Verfahren umfasst das Herausdrücken eines geschmolzenen Harzes in dem Zylinder 70 aus der Kapillare 72, wobei sich der Kolben 71 mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt, das Messen der auf den sich bewegenden Kolben 71 ausgeübten Last bzw. Kraft mit einem Kraftaufnehmer 73, und das Berechnen der Viskosität des Fluids unter Verwendung der folgenden Formeln (1) bis (4). Die Viskosität wird schließlich mit der Formel (4) berechnet.
$Q = Av$
$γ = 32 Q/ π D^{3}$
$τ = pD/ 4 L$
$η = τ / γ$
wobei Q: Durchflussmenge des geschmolzenen Harzes (mm³/s)

A: Querschnittsfläche des Kolbens (mm²)
v: Geschwindigkeit des Kolbens (mm/s)
γ: scheinbare Schergeschwindigkeit (s^-1)
D: Durchmesser der Kapillare (mm)
τ: scheinbare Schubspannung (Pa)
p: Kolbenbelastung (Pa)
L: Länge der Kapillare (mm)
η: Viskosität der Schmelze (Pa·s)

Nehmen wir an, dass es sich unter Bezugnahme auf 4 bei der Flüssigkeit, deren Viskosität gemessen werden soll, um ein geschmolzenes Harz handelt. Die Situation, in der das geschmolzene Harz bei dem in 4 dargestellten Verfahren durch den Kolben 71 herausgedrückt wird, ähnelt der Situation, in der ein geschmolzenes Harz dosiert wird, während sich die Schnecke 24 in dem in 3 dargestellten Dosierschritt rückwärts bewegt.
Bei dem Kapillarrheometer-Verfahren wird das geschmolzene Harz durch den Druck des Kolbens 71 durch die Kapillare 72, die einen verengten Strömungsweg darstellt, herausgedrückt. Bei der Dosierung wird das geschmolzene Harz durch den Druck der Schnecke 24 durch den schmalen Strömungsweg 68 herausgedrückt. Die beiden Verfahren haben also insofern eine Gemeinsamkeit, als ein Harz durch Druckbeaufschlagung aus einem schmalen Strömungsweg herausgepresst wird.
Obwohl es Unterschiede in Form und Größe zwischen dem Kolben 71 und der Schnecke 24 sowie zwischen der Kapillare 72 und dem schmalen Strömungsweg 68 gibt, sind die beiden Verfahren konzeptionell gleich, was die Verwendung eines verengten Strömungswegs betrifft, der für die Messung der Fließfähigkeit eines geschmolzenen Harzes wesentlich ist. In dieser Ausführungsform wird davon ausgegangen, dass der schmale Strömungsweg 68 der Kapillare 72 entspricht.
Bei dem in 3 dargestellten Dosierschritt wird angenommen, dass die Breite D' des an dem vorderen Ende der Schnecke 24 gebildeten schmalen Strömungswegs 68 dem Durchmesser D der Kapillare 72 des Zylinders 70 aus 4 entspricht. Die radiale Länge L' des schmalen Strömungswegs 68, d.h. die Dicke des Rückschlagrings 60, wird als gleich der Länge L der Kapillare 72 angenommen.
Die „Durchflussrate des geschmolzenen Harzes“ entspricht der Menge des dosierten Harzes pro Zeiteinheit. In dieser Ausführungsform wird die Rückwärtsbewegungsgeschwindigkeit der Schnecke 24 erfasst und auf der Grundlage der Rückwärtsbewegungsstrecke pro Zeiteinheit der Schnecke 24, des Durchmessers der Schnecke 24, des Innendurchmessers des Heizzylinders 22 usw. wird das Volumen zwischen der Schnecke 24 und dem Heizzylinder 22 berechnet, um die Menge des dosierten Harzes pro Zeiteinheit zu bestimmen.
Der auf die Schnecke 24 ausgeübte Gegendruck kann von dem Kraftaufnehmer 30 erfasst werden.
In dem Dosierschritt wird die Rückwärtsbewegungsgeschwindigkeit der Schnecke 24 derart gesteuert, dass der Gegendruck konstant gehalten wird. Die Rückwärtsbewegungsgeschwindigkeit ist nicht im engen Sinne konstant; als Rückwärtsbewegungsgeschwindigkeit kann eine Durchschnittsgeschwindigkeit während des gesamten Dosierschritts oder der Durchschnitt mehrerer gemessener Geschwindigkeiten angenommen werden.
Solche angenommenen Korrespondenzbeziehungen erfordern eine Modifizierung der Formeln (2) und (3); eine entsprechende Änderung des Koeffizienten kann vorab vorgenommen werden. Ein aus der modifizierten Formel (4) erhaltener Wert ist kein absoluter Viskositätswert im engen Sinne des Kapillarrheometer-Verfahrens; der erhaltene Wert ist jedoch als Index zur relativen Beurteilung der Fließfähigkeit einer Harzschmelze praktisch ausreichend.
5 ist ein Steuerblockdiagramm einer Vorrichtung zur Regelung des Fließfähigkeitsindexes von geschmolzenem Harz. In 5 bezeichnet das Bezugszeichen 80 einen Controller. Das Regelungsziel ist ein Fließfähigkeitsindex (wie durch das Kapillarrheometerverfahren oder das Schmelzflussratenverfahren bestimmt) eines geschmolzenen Harzes, das in die Einspritzvorrichtung 10 dosiert wird. Der Fließfähigkeitsindex wird durch den Gegendruck, der während der Dosierung des geschmolzenen Harzes auf die Schnecke 24 ausgeübt wird, und die Drehgeschwindigkeit der Schnecke 24 beeinflusst. In dieser Ausführungsform ist der Gegendruck und/oder die Drehgeschwindigkeit der Schnecke 24 die Stellgröße. Der Staudruck kann durch die Steuerung eines Vorwärts-/Rückwärtsbewegungsmotors 34 zur Vorwärts- und Rückwärtsbewegung der Schnecke 24 mit dem Controller 80 geregelt werden. Die Drehgeschwindigkeit der Schnecke 24 kann durch die Steuerung des Schneckendrehmotors 26 mit dem Controller 80 geregelt werden.
Der Fließfähigkeitsindex von geschmolzenem Harz kann mit einem Fließfähigkeitsindex-Messabschnitt 82 durch das oben beschriebene Messverfahren auf der Grundlage von Messwerten von einem Durchflussmengen-Messabschnitt 81 zur Messung der Menge eines dosierten Harzes auf der Grundlage der Rückwärtsbewegungsgeschwindigkeit der Schnecke 24 und von dem Kraftaufnehmer 30 zur Erfassung eines auf die Schnecke 24 ausgeübten Gegendrucks gemessen werden. Der gemessene Fließfähigkeitsindex wird an das Steuersystem zurückgegeben und mit einem Soll-Sollwert aus einem Formbedingungs-Befehlsabschnitt 83 verglichen. Der Controller 80 regelt dann den Gegendruck oder die Drehgeschwindigkeit der Schnecke 24 derart, dass eine Abweichung zwischen dem Soll-Sollwert und einem Erfassungswert beseitigt wird.
Die Funktionsweise der oben beschriebenen Vorrichtung zur Regelung des Fließfähigkeitsindexes wird nun in Bezug auf aufeinanderfolgende Formgebungsvorgänge der Spritzgießmaschine beschrieben.
„Aufeinanderfolgende Formgebungsvorgänge“ bezieht sich auf die Wiederholung eines Formgebungszyklus, einschließlich der Schritte des Schließens der Form, des Spannens der Form, des Dosierens, des Einspritzens, des Druckhaltens, des Öffnens der Form und des Entnehmens des geformten Produkts, die nacheinander über einen langen Zeitraum durchgeführt werden, während die Düse der Einspritzvorrichtung in Kontakt mit einer Form bleibt. Es kann jedoch vorkommen, dass sich die Düse 21 während eines Zyklus zurückbewegt, z.B. nach Abschluss der Kühlung.
Im Dosierschritt jedes Formzyklus wird die Menge eines dosierten Harzes auf der Grundlage der Rückwärtsbewegungsgeschwindigkeit der Schnecke 24 gemessen, und zusätzlich wird der auf die Schnecke 24 ausgeübte Gegendruck erfasst. Dies ermöglicht es dem Fließfähigkeitsindex-Messabschnitt 82, einen Fließfähigkeitsindexwert durch das oben beschriebene Quasi-Kapillarrheometer-Verfahren zu messen. Dadurch wird es möglich, anhand des gemessenen Indexwerts die Fließeigenschaften einer dosierten Harzschmelze während aufeinanderfolgender Formgebungsvorgänge online zu beurteilen.
In einem Dosierschritt während aufeinanderfolgender Formgebungsvorgänge wurde ein Sollwert für einen Fließfähigkeitsindex von geschmolzenem Harz festgelegt. Insbesondere wird die Formgebung im Voraus mit einer realen Maschine durchgeführt, und ein gewünschter Wert für ein geformtes Produkt wird als Sollwert festgelegt.
Bei den tatsächlichen aufeinanderfolgenden Formgebungsvorgängen kommt es jedoch aufgrund unterschiedlicher Chargen, unterschiedlicher Feuchtigkeitsgehalte, unterschiedlicher Zusammensetzungen usw. des Harzrohstoffs zu einem Fehler von dem Sollwert für den Fließfähigkeitsindex des geschmolzenen Harzes.
Daher wird in dieser Ausführungsform eine Rückkopplungsregelung durchgeführt, so dass der gemessene Fließfähigkeitsindexwert eines geschmolzenen Harzes dem Sollwert entspricht.
6 ist ein Graph, der ein Beispiel für die Änderung eines Fließfähigkeitsindexes während eines Dosierschritts zeigt. Die Abszissenachse stellt die Position der Schnecke 24 während eines Dosierschritts dar, und die Ordinatenachse stellt den Fließfähigkeitsindex von geschmolzenem Harz dar. Je höher der Wert des Fließfähigkeitsindex, desto höher ist die Viskosität des geschmolzenen Harzes. Ein Sollbereich mit einem Fließfähigkeitsindex-Sollwert als Median wird durch einen oberen Grenzwert und einen unteren Grenzwert definiert, die sich jeweils um einen vorgegebenen Wert von dem Median unterscheiden.
In der Anfangsphase eines Dosierschritts nähert sich der gemessene Fließfähigkeitsindexwert aufgrund einer Ansprechverzögerung allmählich dem Sollwert an. Zwischen den einzelnen Chargen des Rohmaterials Harz kann es zu Schwankungen in der Zusammensetzung kommen. Aufgrund dieser Schwankungen kann der gemessene Fließfähigkeitsindexwert die obere Grenze des Sollbereichs für den Fließfähigkeitsindex überschreiten. Der gemessene Wert, der rückgeführt wurde, wird mit dem Sollwert verglichen, und der auf die Schnecke 24 ausgeübte Gegendruck wird so eingestellt, dass eine Abweichung zwischen dem Sollwert und dem gemessenen Wert beseitigt wird. Infolgedessen kehrt der Wert des Fließfähigkeitsindex in den Sollbereich zurück. Während sich der Fließfähigkeitsindex dann wiederholt auf vibrierende Art und Weise verändert, wird der Wert des Fließfähigkeitsindex im Allgemeinen innerhalb des Sollbereichs gehalten. Auf diese Weise wird der Fließfähigkeitsindex von geschmolzenem Harz in einem Dosierschritt während aufeinanderfolgender Formungsvorgänge innerhalb des vorgesehenen Sollbereichs gehalten. Dies ermöglicht eine stabile Formung guter Produkte durch aufeinanderfolgende Formungsvorgänge.
(Zweite Ausführungsform)
In der oben beschriebenen ersten Ausführungsform wird ein Fließfähigkeitsindex von geschmolzenem Harz in einem Dosierschritt unter Verwendung eines Sollwertes als Referenz gesteuert bzw. geregelt. In einer zweiten Ausführungsform hingegen wird ein Fließfähigkeitsindex unter Verwendung verschiedener Sollwerte gesteuert bzw. geregelt, die für eine Vielzahl von Bereichen eines dosierten Harzes in dem Heizzylinder 22 festgelegt werden.
7 ist ein Diagramm, das ein dosiertes Harz zeigt, das vor der Schnecke 24 gesammelt wird.
In dieser Ausführungsform wird das dosierte Harz beispielsweise in drei Bereiche A, B und C unterteilt, für die unterschiedliche Fließfähigkeitsindex-Sollwerte festgelegt werden. Der vorderendseitige Bereich A hat einen niedrigen Sollwert, der rückendseitige Bereich C einen hohen Sollwert und der mittlere Bereich B einen mittleren Sollwert.
8 ist ein Diagramm, das die Änderung eines Fließfähigkeitsindex während eines Dosierschritts gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. Für die Zonen 1 bis 3 werden unterschiedliche Sollwerte für den Fließfähigkeitsindex festgelegt, und für die Zonen 1 bis 3 werden Sollbereiche I bis III festgelegt, die jeweils durch ihre oberen und unteren Grenzwerte definiert sind. Die Zonen 1 bis 3 entsprechen den Bereichen A bis C.
Während sich die Schnecke 24 durch die Zone 1 bewegt, wird ein gemessener Fließfähigkeitsindexwert, der zurückgeführt wurde, mit dem Sollwert verglichen, und der auf die Schnecke 24 ausgeübte Gegendruck wird derart eingestellt, dass eine Abweichung zwischen dem Sollwert und einem gemessenen Wert beseitigt wird, wodurch der Fließfähigkeitsindex innerhalb des Sollbereichs I gehalten wird. In ähnlicher Weise wird eine Rückkopplungsregelung des Fließfähigkeitsindex für jede der Zonen 2 und 3 durchgeführt, so dass der Fließfähigkeitsindex innerhalb des Sollbereichs II oder III gehalten wird.
Gemäß der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform ist es möglich, ein geschmolzenes Harz zu dosieren, dessen Fließeigenschaften sich zwischen den Bereichen A, B und C unterscheiden, wie in 7 gezeigt, und das Harz in eine Form einzuspritzen. Dadurch ist es möglich, einen Teil eines geschmolzenen Harzes mit bestimmten Fließeigenschaften in einen bestimmten Bereich eines Hohlraums in der Form einzuspeisen, für den die besonderen Fließeigenschaften geeignet sind, wodurch die Herstellung eines geformten Produkts mit verbesserter Qualität ermöglicht wird.
(Variation)
Während in der oben beschriebenen Ausführungsform ein Fließfähigkeitsindex nach dem Quasi-Kapillarrheometer-Verfahren berechnet wird, ist es auch möglich, einen Fließfähigkeitsindex durch ein Quasi-MFR-Verfahren (Schmelzflussrate) während der Dosierung eines geschmolzenen Harzes zu messen, unter der Annahme, dass der schmale Strömungsweg 68 eine Öffnung ist.
Wie in 4 dargestellt wird das Schmelzdurchflussmengenverfahren durchgeführt, indem eine vorbestimmte Last auf den Kolben 71 aufgebracht wird, um ein Fluid aus der Kapillare (Öffnung) 72 zu drücken, und indem das Gewicht des ausgestoßenen Fluids pro 10 Minuten (g/10 min) gemessen wird.
Der Dosierschritt wird gesteuert bzw. geregelt durchgeführt, so dass ein konstanter Gegendruck kontinuierlich auf die Schnecke 24 aufgebracht wird; deshalb ist die Menge eines dosierten Harzes pro 10 Minuten zu berechnen. Die Menge des dosierten Harzes pro 10 Minuten kann aus der Menge des dosierten Harzes pro Zeiteinheit berechnet werden, die in der oben beschriebenen Ausführungsform ermittelt wurde.
Wie bei der Messung eines Fließfähigkeitsindexes durch das Quasi-Kapillarrheometer-Verfahren und die Rückführung des Messwertes, die in den oben beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt wird, ermöglicht die Messung eines Fließfähigkeitsindexes durch das Quasi-MFR-Verfahren und die Rückmeldung des Messwertes die Steuerung bzw. Regelung des Fließfähigkeitsindexes innerhalb eines Sollbereichs.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen wird die vorliegende Erfindung auf das Spritzgießen unter Verwendung eines thermoplastischen Harzes als Formmaterial angewendet. Die vorliegende Erfindung kann auch auf das Spritzgießen unter Verwendung eines duroplastischen Harzes usw. angewandt werden. Eine Spritzgießvorrichtung für ein duroplastisches Harz usw. kann keinen Rückschlagring an dem vorderen Ende einer Schnecke verwenden. In der Einspritzvorrichtung fließt ein Duroplast durch einen schmalen Weg, der durch einen Gewindegang getrennt ist und an der Umfangsfläche der Schnecke ausgebildet ist. Daher ist es wie bei einem thermoplastischen Harz möglich, einen Fließfähigkeitsindex in einem Dosierschritt zu berechnen.
Während in den oben beschriebenen Ausführungsformen der Gegendruck der Schnecke als Stellgröße zur Regelung eines Fließfähigkeitsindexes verwendet wird, ist es auch möglich, die Drehgeschwindigkeit der Schnecke oder eine Kombination des Gegendrucks der Schnecke mit der Drehgeschwindigkeit der Schnecke oder mit der Heiztemperatur einer Zylinderheizung zu verwenden.
Obgleich bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens zur Regelung des Fließfähigkeitsindexes von geschmolzenem Harz gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, wurden diese Ausführungsformen nur beispielhaft dargestellt und sollen den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht einschränken. Die hier beschriebene neuartige Vorrichtung, das Verfahren und das System können in einer Vielzahl anderer Formen ausgeführt werden; außerdem können verschiedene Auslassungen, Ersetzungen und Änderungen an den oben beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne vom Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die beigefügten Ansprüche und ihre Äquivalente sollen solche Formen oder Modifikationen abdecken, die in den Anwendungsbereich und den Geist der vorliegenden Erfindung fallen würden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2004142204 [0007]
JP 2019095406 [0009]

Claims

Verfahren zur Regelung des Fließfähigkeitsindexes von geschmolzenem Harz in einer Spritzgießmaschine, die das geschmolzene Harz in einem Heizzylinder aus einer Düse in eine Form mittels einer sich in dem Heizzylinder vorwärts bewegenden Schnecke einspritzt, wobei das Verfahren umfasst: Annehmen, dass ein schmaler Strömungsweg, der in einem Strömungsweg für das geschmolzene Harz ausgebildet ist, eine Kapillare oder eine Öffnung ist, und Messen eines Fließfähigkeitsindexes, der die Fließfähigkeit eines dosierten geschmolzenen Harzes angibt, auf der Grundlage der Menge des dosierten geschmolzenen Harzes und des Gegendrucks, der während eines Dosierschritts auf die Schnecke ausgeübt wird; und Rückführen des gemessenen Fließfähigkeitsindexes und Vergleichen dieses Werts mit einem Sollwert, und Regeln des Gegendrucks oder der Drehgeschwindigkeit der Schnecke, um eine Abweichung zwischen dem Sollwert und dem gemessenen Wert zu beseitigen.
Verfahren zur Regelung des Fließfähigkeitsindexes von geschmolzenem Harz nach Anspruch 1, wobei der schmale Strömungsweg zwischen einem Rückschlagring und einem an dem vorderen Ende der Schnecke vorgesehenen Sitz gebildet wird, wenn der Rückschlagring während des Dosierschritts von dem Sitz weg positioniert ist.
Verfahren zur Regelung des Fließfähigkeitsindexes von geschmolzenem Harz nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Fließfähigkeitsindex des geschmolzenen Harzes durch ein Quasi-Kapillarrheometer-Verfahren gemessen wird, bei dem angenommen wird, dass der schmale Strömungsweg eine Kapillare ist.
Verfahren zur Regelung des Fließfähigkeitsindexes von geschmolzenem Harz nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Fließfähigkeitsindex des geschmolzenen Harzes durch ein Quasi-Schmelzflussratenverfahren gemessen wird, bei dem angenommen wird, dass der schmale Strömungsweg eine Öffnung ist.
Verfahren zur Regelung des Fließfähigkeitsindexes von geschmolzenem Harz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Sollwert für den Fließfähigkeitsindex des geschmolzenen Harzes für jeden einer Vielzahl von Bereichen des dosierten geschmolzenen Harzes festgelegt wird.
Spritzgießmaschine zur Durchführung des Verfahrens zur Regelung des Fließfähigkeitsindexes nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend: ein Mittel zum Messen der Menge des dosierten Harzes während des Dosierschritts; ein Mittel zur Messung des Gegendrucks, der während des Dosiervorgangs auf die Schnecke ausgeübt wird; eine Messeinrichtung zum Messen des Fließfähigkeitsindexes auf der Grundlage der Menge des dosierten Harzes und des Gegendrucks; und eine Fließfähigkeitsindex-Steuerungseinrichtung zum Rückführen des gemessenen Fließfähigkeitsindexwerts und zum Vergleichen dieses Werts mit dem Sollwert und zur Regelung des Gegendrucks oder der Drehgeschwindigkeit der Schnecke, um eine Abweichung zwischen dem Sollwert und dem gemessenen Wert zu beseitigen.