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Verfahren und Vorrichtung zum Steuern des Einspritzvorganges einer
Spritzgießmaschine Beim Spritzen von Gegenständen aus Kunststoff und Gummi mittels
Spritzgießmaschinen, insbesondere Spritzgießautomaten, besteht immer das Problem,
den Einspritzvorgang rechtzeitig zu unterbrechen, und zwar so, daß die Spritzgießform
zur Herstellung eines einwandfreien Spritzlings richtig gefüllt ist. Dieses Problem
ist um so größer, wenn mit einem Spritzgießautomaten nacheinander mehrere Formen
mit unterschiedlichen Hohlräumen beschickt werden sollen, was beispielsweise bei
Spritzgießanlagen mit Drehtischen der Fall ist.
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Verschiedene Vorschläge sind schon bekannt, wie der Einspritzvorgang
bei Spritzgießmaschinen gesteuert, d. h. im richtigen Augenblick abgeschaltet werden
kann. So ist beispielsweise vorgeschlagen worden, die Schließkraft der Formenträger
so groß zu wählen, daß auch bei Anstieg des Einspritzdruckes, wenn die Spritzgießform
gefüllt ist, sich diese nicht öffnet, so daß kein Austrieb entsteht. Dieser Vorschlag
ist aber für die Praxis teuer und aufwendig, da die Formenträger außerordentlich
stark gebaut sein müssen und weil mit sehr hohen Hydraulikdrücken gearbeitet werden
muß. Um die besonders hohe Schließkraft aufzubringen, müssen die Hydraulikzylinder
entsprechend groß dimensioniert sein.
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Diese bekannte Lösung des Problems ist also sehr aufwendig und teuer
und kommt insbesondere auch bei. Drehtischautomaten nicht in Frage, weil die Eigengewichte
viel zu groß werden.
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Auch eine Volumendosierung, die ebenfalls vielfach angewandt wird,
hat verschiedene erhebliche Nachteile. Zunächst muß für jede Spritzgießform durch
praktische Versuche das einzustellende Volumen ermittelt werden. Dieser Vorgang
ist nicht nur zeitraubend, sondern es wird auch eine erhebliche Menge Spritzmaterial
benötigt, das keiner praktischen Verwendung mehr zugeführt werden kann. Bei Materialwechsel
muß unter Umständen die gesamte Ermittlung und Einstellung erneuert werden, da sich
bei einem anderen Spritzmaterial andere Verhältnisse ergeben können. Darüber hinaus
ist die Volumendosierung nicht sehr genau, und im praktischen Betrieb kommen immer
wieder Unter- oder Überdosierungen vor. Dadurch ergeben sich Fehlspritzungen und
erhöhte Ausschußquoten.
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Bekannt ist weiterhin die Zeitsteuerung, bei der für jede Spritzgießform
eine Zeituhr benötigt wird.
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Auch hier muß zunächst durch praktische Versuche ermittelt werden,
welcher Zeitraum für den Einspritzvorgang der einzelnen Spritzgießformen eingestellt
werden muß. Es treten die gleichen Schwierigkeiten und Nachteile auf, wie bei der
Volumensteuerung.
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Bei Schwankungen der Temperatur im Spritzmaterial ergeben sich unterschiedliche
Einspritzzeiten, und mit der Zeitsteuerung sind deshalb Unter- oder Überdosierungen
nicht zu vermeiden.
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Bei Wechsel des Spritzmaterials muß ebenfalls die Zeiteinstellung
neu vorgenommen werden.
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Schließlich ist es bekannt, den Einspritzvorgang durch einen in die
Spritzgießform eingebauten Abschalter zu beenden. So ist beispielsweise vorgeschlagen
worden, bei Spritzgießautomaten zur Herstellung von Stiefeln am Stiefelrand einen
elektrischen Schalter in die Spritzgießform einzusetzen. Wenn das Spritzmaterial
bis oben geflossen ist, drückt es auf den Stößel oder Kolben eines elektrischen
Schalters und bewirkt, daß dieser einen elektrischen Kontakt auslöst, der wiederum
den Einspritzvorgang beendet.
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Es ist also erforderlich, in jede Spritzgießform einen Schalter einzubauen,
was kostspielig und aufwendig ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, über und Unterdosierungen
in der Spritzgießform dadurch zu vermeiden, daß erst beim Überschreiten eines vorbestimmten,
im hydrostatischen Kraftübertragungssystem herrschenden äußeren Spritzdruckes, der
nach der Formfüllung auftritt, der Einspritzvorgang abgeschaltet wird. Man unterscheidet
beim Kunststoff-Spritzgießen zwischen einem »äußeren« und einem »inneren« Spritzdruck.
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Der äußere Spritzdruck herrscht in dem hydraulischen oder pneumatischen
Antriebssystem hinter dem Antrieb- oder Druckkolben für den Spritzkolben. Der innere
Spritzdruck ist der Druck, der im plastifizierten Kunststoff im Spritzzylinder vor
der Düse gemessen wird.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich also auf ein Verfahren zum
Steuern des Einspritzvorganges einer Spritzgießmaschine zur Herstellung von Spritzlingen
aus Kunststoff, Gummi od. dgl. in mehreren, dem Spritzaggregat nacheinander zuführbaren
Spritzgießformen, insbesondere unterschiedlichen Formhohlraumes,
mit
Hilfe eines druckmittelbeaufschlagten, auf den Spritzkolben wirkenden Druckkolbens.
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Der erfinderische Schritt besteht bei einem solchen Verfahren nun
darin, daß der Einspritzvorgang in Abhängigkeit von dem während des Einspritzens
auf den Druckkolben wirkenden äußeren Spritzdruckes, nämlich bei Überschreiten eines
bestimmten kritischen äußeren Spritzdruckes, abgeschaltet wird.
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Durch dieses Verfahren wird eine genaue Dosierung der Einspritzmenge
und des Einspritzdruckes auch bei Spritzgießformen unterschiedlichen Füllvolumens
erreicht. Unter- und Oberdosierungen sind ausgeschlossen. Damit wird auch der bei
Überdosiernugen häufig entstehende Austrieb in der Formentrennebene vermieden, der
nachträglich beseitigt werden muß, was immer mit hohen Kosten und Arbeitsanfall
verbunden ist. Auch ist die Qualität der Spritzlinge durch die Vermeidung von Austrieb
besser.
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Ein weiterer Vorsclilag der Erfindung besteht darin, daß der Abschaltvorgang
mit zeitlicher Verzögerung durchgeführt wird. In der Praxis hat sich nämlich herausgestellt,
daß besonders gute Ergebnisse dadurch erzielt werden, daß der Einspritzvorgang bei
Erreichen des kritischen äußeren Einspritzdruckes im Einspritzzylinder nicht sofort
abgeschaltet wird, sondern mit einer gewissen Verzögerung etwa in einer Größenordnung
von 3 Sekunden. Die Dauer der Abschaltverzögerung ist dabei abhängig von dem verwendeten
Spritzmaterial. Insbesondere hat sich die verzögerte Abschaltung des Einspritzvorganges
bei Spritzgießmaschinen mit mehreren Formen als vorteilhaft und besonders wirksam
herausgestellt.
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Es ist zwar bereits ein Verfahren zur Steuerung des Einspritzvorganges
einer Spritzgießmaschine zur Herstellung von Spritzlingen aus plastifizierbaren
Werkstoffen in Spritzgießformen mit einem druckmittelbeaufschlagten, auf den Spritzkolben
(in diesem Fall eine zugleich als Spritzkolben wirksame Schnecke) wirkenden Druckkolben
bekannt. Der am Druckraum des Einspritzkolbendruckkolbens der Spritzgießmaschine
vorgesehene Schalter dient jedoch nicht der Abschaltung des Einspritzvorganges,
sondern der Einstellung des Gegendruckes beim axialen Rücklauf der Schnecke während
des Plastifizier- und Fördervorganges. Eine Steuerung der Maschine in Abhängigkeit
vom erhöhten äußeren Spritzdruck nach der Formfüllung ist mit diesem bekannten hydraulischen
Steuersystem weder möglich noch beabsichtigt.
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Weiterhin ist es bei Spritzgießmaschinen nicht mehr neu, daß der
Druckkolben für Spritzkolben dann auf Rückwärtsgang geschaltet wird, wenn beim Spritzvorgang
ein übermäßig starker Widerstand auftritt, der sich auch im Druckkanal des Spritzkolbenantriebszylinders
bemerkbar macht. Bei diesen bekannten Maßnahmen handelt es sich jedoch um eine Sicherheitsvorrichtung,
die dann ansprechen soll, wenn z. B. der Angußkanal durch einen erkalteten Angußpropfen
versperrt und ein Einspritzen von Kunststoff in die Form unmöglich ist.
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An eine auf diese Weise durchzuführende Steuerung des Arbeitsablaufs
ist bei der bekannten Maschine nicht gedacht worden, da gerade für diese konventionell
liegende Spritzgießmaschine andere Maßnahmen zur Steuerung vorgesehen sind. Auch
wäre eine solche Steuerung unzweckmäßig, da in der Regel über einen längeren Zeitraum
immer der
gleiche Gegenstand hergestellt wird, immer also der gleiche Schußrahmen
eingesetzt wird.
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Wesentlich anders verhält es sich bei Spritzgießmaschinen mit Formenrundlaufautomaten,
den sogenannten Drehtischspritzgießmaschinen, oder anderen Spritzgießmaschinen,
bei denen mehrere Formen unterschiedlicher Formhohlraumgröße nacheinander einem
Spritzaggregat zugeführt werden. Dort muß das Spritzaggregat in dauerndem Wechsel
verschieden große Formhohlräume füllen, und es ist zweckmäßig, da der Füllvorgang
in unterschiedlichen Zeiten beendet ist, den Überdruck im hydraulischen Antriebssystem
des Spritzaggregates nach der Formfüllung zu benutzen, um die Maschine zu steuern.
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Dieser Gedanke ist auch nicht naheliegend im Hinblick auf den vorgenannten
Stand der Technik.
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Die Formfüllung in bekannter Weise an jeder Form einzeln zu steuern
und damit den Maschinengang zu steuern, setzt bei einer Drehtischspritzgießmaschine
voraus, daß an jeder Form eine Schaltvorrichtung vorhanden sein muß, die wegen der
Gefahr des Einfrierens von Kunststoff in der Stichmeßleitung sehr störanfällig ist.
Diese Störanfälligkeit und der Aufwand für eine Vielzahl von Meß- und Schaltvorrichtungen
fällt durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen weg.
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Bei einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
bei der ein in einem Druckzylinder mit Druckmittel beaufschlagtenDruckkolben vorhanden
ist, an den der Spritzkolben, insbesondere eine Einspritzschnecke, angeschlossen
ist, ist an den Druckraum des Druckzylinders zur tXberwachung des äußeren Spritzdruckes
ein Druckwächter angeschlossen, der bei Überschreiten eines bestimmten äußeren Spritzdruckes
im Druckzylinder ein Absperrorgan, insbesondere einen Magnetsteuerschieber, für
die Zuführung von Druckmitteln zum Druckzylinder in absperrendem Sinne betätigt.
Der Druckwächter schließt dabei den elektrischen Schalter eines Stromkreises und
beeinflußt dadurch den Magnetsteuerschieber in absperrendem Sinne.
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Zur Durchführung der in der Praxis besonders vorteilhaften verzögerten
Einspritzabschaltung wird erfindungsgemäß weiterhin vorgeschlagen, daß in dem durch
den Druckwächter über einen Schalter schließbaren Stromkreis zur Betätigung des
Magnetsteuerschiebers ein einstellbares Verzögerungsrelais angeordnet ist, durch
das eine verzögerte Betätigung des Magnetsteuerschiebers bei Erreichen des kritischen
äußeren Spritzdruckes erzielbar ist. Dieses Verzögerungsrelais ist in einem Bereich
von 0 bis 30 Sekunden einstellbar und vorzugsweise auf eine Verzögerung von 3 Sekunden
eingestellt. Im einzelnen hängt die Dauer der Verzögerung, also die Einstellung
des Verzögerungsrelais, von der verwendeten Mischung des Spritzmaterials ab.
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Das Besondere an der erfindungsgemäßen elektrohydraulischen Abschaltung
des Einspritzvorgangs liegt vor allem darin, daß die erforderlichen Teile der Vorrichtung
an einer Spritzgießmaschine mit verhältnismäßig geringen Kosten angebracht werden
können. Bei Wechsel der Spritzgießformen sind keine Einrichtearbeiten erforderlich.
Die verschiedenen Spritzgießformen selber beeinflussen nicht die Wirkungsweise der
erfindungsgemäßen Einspritzdruckabschaltung. Der wesentliche Vorteil ist also die
Unabhängigkeit von den jeweils zur Verwendung kommenden Spritzgießformen.
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Nachfolgend wird an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
die erfindungsgemäße Vorrichtung näher erläutert. Die Zeichnung stellt dabei lediglich
das elektro-hydraulische System zum Abschalten des Einspritzvorgangs schematisch
dar, und zwar für eine Spritzgießmaschine, bei der eine Einspritzschnecke 10 in
einem Schneckenzylinder 11 längsverschiebbar ist. Die Einspritzschnecke wirkt zugleich
als Einspritzkolben. Sie ist am rückwärtigen Ende zu diesem Zweck mit einem druckmittelbeaufschlagten
Kolben 12 versehen, der seinerseits in einem Druckzylinder 13 verschiebbar gelagert
ist. Der Kolben 12 teilt den Druckzylinder 13 in zwei Zylinderkammern 16 und 17.
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Während des Einspritzvorganges wird Druckmittel, z. B. Drucköl, über
eine Zuführungsleitung 14 in den Druckzylinder 13, und zwar in die Zylinderkammehr
16, gepreßt, so daß der Kolbenl2 und damit die Einspritzschnecke 10 in Einspritzrichtung
beaufschlagt wird. Zwecks Rückführung der Einspritzschnecke 10 nach Beendigung des
Einspritzvorgangs in die Ausgangsstellung wird der Kolben 12 über eine weitere Zuführungsleitung
15 beaufschlagt, die in der Zylinderkammer 17 mündet.
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In den Zuführungsleitungen 14 und 15 ist ein Magnetsteuerschieber
18 angeordnet, der je nach seiner Stellung eine Zuführung von Druckmittel über die
Zuführungsleitung 14 in die Zylinderkammer 16 oder über die Zuführungsleitung 15
in die Zylinderkammer 17 ermöglicht. Die Betätigung des Magnetsteuerschiebers 18
erfolgt elektromagnetisch, und z. B., wie dargestellt, durch Solenoide 19 und 20.
Zur Einstellung des erwünschten Einspritzdrucks ist noch ein Druckeinstellventil
21 vorgesehen. Der in der Zylinderkammer 16 jeweils herrschende Druck kann an einem
Manometer abgelesen werden.
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Erfindungsgemäß soll der Einspritzvorgang in Abhängigkeit vom äußeren
Spritzdruck, d. h. in Abhängigkeit von den im Druckzylinder : 13 in der Zylinderkammer
16 herrschenden Druck, abgeschaltet werden. Zu diesem Zweck ist an den Druckzylinder
13 im Bereich der Zylinderkammer 16 ein einstellbarer Druckwächter 22 angeschlossen,
der bei Erreichen eines bestimmten kritischen Drucks im Druckzylinder 13 einen elektrischen
Schalter 23 schließt. Dadurch wird wiederum ein Schaltrelais 24 erregt und die Stromzuführung
vom Solenoid 20 auf das Solenoid 19 umgeschaltet. Dieses schaltet den Magnetsteuerschieber,
wodurch der Einspritzvorgang unterbrochen wird. Bei dem dargestellten Beispiel wird
der Magnetsteuerschieber zum Einspritzen nach links und zum Abschalten nach rechts
verschoben. In der Zeichnung ist die Stellung der Schaltelemente vor dem Unterbrechen
des Einspritzvorgangs wiedergegeben. Es wird also Strom zum Solenoid 20 geleitet,
der den Magnetsteuerschieber in öffnendem Sinn hält. Durch Öffnen des diesem Solenoid
zugeordneten Relaiskontaktes 25 wird das Solenoid 20 kraftlos und das Solenoid 19
über einen gleichzeitig geschlossenen Relaiskontakt 26 erregt.
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Für die Anwendung des erfindungsgemäßen Vorschlags in der Praxis
wird die Verwendung eines einstellbaren Verzögerungsrelais 27 vorgeschlagen. Dieses
ist beispielsweise in einem Bereich von 0 bis 30 Sekunden einstellbar und wird normalerweise
auf eine Verzögerung von etwa 3 Sekunden eingestellt, je nach der verwendeten Mischung
des Spritzgießmaterials. Durch das Verzögerungsrelais 27 wird erreicht,
daß bei Auftreten
des kritischen äußeren Spritzdrucks im Druckzylinder 13 der Einspritzvorgang nicht
sofort abgeschaltet wird, sondern mit einer zeitlichen Verzögerung.
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Das überraschenderweise besonders vorteilhafte Ergebnis bei einer
zeitlich verzögerten Abschaltung des Einspritzvorgangs ist auf folgenden Vorgang
beim Spritzgießen zurückzuführen. Es ist eine bekannte Tatsache, daß Elastomere
und Thermoplaste nicht dem Gesetz von Ne w to n betreffend ihres Ausflußvermögens
folgen, d. h., die Menge des Ausflusses ist nicht proportional dem auf sie wirkenden
Druck.
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Das besagt, daß im hydraulischen Druckzylinder die Druckspitze schon
erreicht werden kann, wenn die Form noch nicht ganz gefüllt ist. Um also ein Abschalten,
wenn die Druckspitze schon vorzeitig erreicht ist, zu vermeiden, wird erfindungsgemäß
das Verzögerungsrelais eingebaut. Die Zeiteinstellung am Verzögerungsrelais wird
entsprechend der physikalischen Eigenschaften und des Viskositätverhaltens der einzuspritzenden
Mischung vorgenommen.