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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb von Spritzgießmaschinen,
insbesondere zur Verarbeitung von Kunststoffen, mit automatischer Betriebsweise
und mit einem von gegenüber einander bewegbaren Formträgerplatten getragenen geteilten
Formwerkzeug, bei welchem Verfahren die vollständige Entleerung des Formwerkzeugs
von dem hergestellten Formling überwacht und die Schließbewegung des Formwerkzeugs
in Abhängigkeit von dieser Überwachung gesteuert wird. Ferner bezieht sich die Erfindung
auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Solche Spritzgießmaschinen arbeiten in vielen Fällen vollautomatisch.
Dabei ist es wichtig, daß vor dem erneuten Schließen des Werkzeugs alle Teile und
Angüsse der vorhergehenden Spritzung aus dem Werkzeug entfernt sind, da diese sonst
zumindest eine Betriebsstörung hervorrufen.
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Es ist bekannt, bei Spritzgußmaschinen den Hydraulikdruck auf den
Schließkolben derart wegabhängig zu steuern, daß der Schließvorgang zunächst nur
mit geringer Kraft erfolgt, so daß bei hängengebliebenen Spritzteilen die Bewegung
unterbrochen wird, während bei leerem Werkzeug der Schließvorgang beendet und anschließend
auf Hochdruck umgeschaltet wird.
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Diese Steuerung spricht insbesondere bei schnelllaufenden Maschinen
nicht frühzeitig genug an, wobei insbesondere durch die noch vorhandene kinetische
Energie der bewegten Maschinenteile Beschädigungen der Werkzeuge nicht immer vermieden
werden können. Außerdem kommt es häufig vor, daß gespritzte Formteile so vollständig
in der festehenden Werkzeughälfte verbleiben, daß der Schließvorgang ohne wesentliche
Erhöhung des Widerstandes beendet wird. Beim nächsten Einspritzvorgang ist oft die
gesamte Spritzung Ausschuß, da ja ein Teil des Formhohlraumes oder der gesamte durch
das Formteil aus der vorhergehenden Spritzung bereits ausgefüllt ist.
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Es ist weiter bekannt, zur Vermeidung dieser Nachteile unter dem
Ausfallschacht sogenannte Ausfallwaagen anzubringen. Fallen nach jeder Spritzung
alle Teile in den Waagentrichter, so wird durch die Gewichtszunahme ein Kontakt
geschlossen, der den nächsten Schließvorgang freigibt. Diese Waagen arbeiten sehr
genau und zuverlässig - vor allem bei Mehrfach-Werkzeugen -, aber es entsteht ein
Zeitverlust durch die Fallzeit zwischen Werkzeug und Waage.
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In ähnlicher Weise arbeiten sogenannte Ausfallklappen. Hier wird
eine Rutsche unter dem Werkzeug so angebracht, daß die gespritzten Teile eine Klappe
am Ende der Rutsche aufstoßen, die einen Kontakt für die Freigabe des nächsten Schließvorganges
herstellt. Auch hier entsteht durch die Fallzeit und die Zeit für das Rutschen eine
Produktionsverzögerung, da die Spritzgießmaschine ja während dieser Zeit vollständig
stillsteht. Außerdem sind diese Klappen nur bei Einfach-Werkzeugen mit Aussicht
auf Erfolg anwendbar.
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Es ist weiter bekannt, zur Ausfallkontrolle Lichtschrankenanordnungen
im Ausfallschacht der Maschine unterhalb des Werkzeuges so anzubringen, daß die
ausfallenden Teile den oder die Lichtstrahlen durchschneiden, wodurch Impulse für
die Maschinensteuerung ausgelöst werden. Das Durchlaufen des Fallweges bis zum Durchschneiden
der Lichtstrahlen
kostet Zeit und bei Mehrfachwerkzeugen besteht die Gefahr, daß
die Teile im freien Fall nicht die ihnen zugedachten Wege einhalten, an den Lichtstrahlen
seitlich vorbeifallen und dadurch Fehlschaltungen verursachen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
angegebenen Art zu schaffen, bei dem eine sichere und schnelle Überwachung des Zustandes
des geöffneten Formwerkzeuges und anschließende Steuerung der Schließbewegung dieses
Formwerkzeuges ermöglicht wird. Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß
während der Öffnungsbewegung und vor Beginn der Schließbewegung des Formwerkzeuges
wenigstens ein von dem Formling vor dessen Auswerfen bedeckter Werkzeugbereich berührungslos
abgetastet, und daß in Abhängigkeit von dem Abtastergebnis die Schließbewegung gesteuert
wird. Hierdurch wird mit Sicherheit auch bei sehr schnellaufenden Maschinen vor
Einleitung jeder Schließbewegung ein Hängenbleiben eines Formlings oder eines Teils
des Formlings festgestellt, und zwar auf dem Werkzeug selbst, so daß Mängel der
Überwachung an anderen Stellen und die durch eine vorzeitig eingeleitete Schließbewegung
erzeugten Fehler vermieden werden. Infolge der berührungslosen Abtastung ist eine
praktisch trägheitslose Überwachung möglich, so daß die Produktionsgeschwindigkeit
der Spritzgießmaschine nicht beeinträchtigt wird. Es ist auch möglich, mehrere Werkzeugbereiche
berührungslos abzutasten, um die besonders gefährdeten Bereiche, insbesondere bei
Mehrfachwerkzeugen, stets unter Kontrolle zu behalten.
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In verschiedenen Anwendungsfällen ist es möglich, daß eine einmalige
Abtastung des Werkzeugbereichs noch nicht die erforderliche Sicherheit bietet, da
der oder die Formlinge auch in der jeweils anderen Werkzeughälfte hängengeblieben
sein können. Um auch für derartige Anwendungsfälle die notwendige Sicherheit der
Überwachung zu gewährleisten, wird nach einer Ausführungsform der Erfindung der
Werkzeugbereich wenigstens einmal vor dem Auswerfvorgang und einmal nach dem Auswerfvorgang
abgetastet und die Schließbewegung in Abhängigkeit von dem Ergebnis aller Abtastvorgänge
gesteuert. Auf diese Weise ist es möglich festzustellen, ob vor dem Auswerfvorgang
überhaupt ein Formling den abgetasteten Werkzeugbereich bedeckt hat. Ist dies nicht
der Fall, so ermöglicht der Vergleich der Abtastvorgänge die Feststellung, daß der
Formling innerhalb der nicht abgetasteten Werkzeughälfte verblieben ist.
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Es wird also auch ein derartiger Störungsfall mit Sicherheit überwacht
und die Schließbewegung entsprechend gesteuert.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung
des geschilderten Verfahrens.
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Diese Vorrichtung ist gekennzeichnet durch wenigstens eine elektro-optische,
elektronische oder elektrisch-kapazitive Abtastvorrichtung, die in Abhängigkeit
von der Bewegung des abzutastenden Werkzeugbereichs betätigbar ist. Insbesondere
eignen sich elektro-optische Abtastvorrichtungen nach Art der bekannten Lichtschranken.
Derartige elektro-optische Abtastvorrichtungen enthalten meistens in einer Baueinheit
zusammengefaßt eine Lichtquelle, ein Linsensystem, eine Fotozelle und gegebenenfalls
einen Verstärker. Solche oder ähnliche Abtastvorrichtungen werden derart angeordnet,
daß der ausgesandte Abtaststrahl von dem Werkzeugbereich reflektiert
wird,
der Fotozelle zugeführt und anschließend zur Impulsabgabe für die Auswertung benutzt
wird. Die Änderung der Reflektionseigenschaft zwischen dem nicht bedeckten Werkzeugbereich
und dem von einem Formling abgedeckten Werkzeugbereich bringt das jeweilige Abtastergebnis
mit sich und kann zur Auswertung herangezogen werden.
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Eine derartige Abtastvorrichtung arbeitet praktisch trägheitslos
und ist deswegen bei sehr schnelllaufenden Maschinen von besonderem Vorteil. Es
lassen sich auch mehrere Abtastvorrichtungen in einfacher Weise für mehrere Werkzeugbereiche
anordnen, so daß die tatsächlich gefährdeten Stellen stets überwacht werden können.
Die Abtastvorrichtung wird in Abhängigkeit von der Bewegung des abzutastenden Werkzeugbereichs
betätigt, so daß der Abtastzeitpunkt je nach der Bewegung des Werkzeuges bzw. des
Werkzeugbereichs gesteuert werden kann.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die Abtastvorrichtung
an der den Werkzeugteil mit dem abzutastenden Werkzeugbereich tragenden bewegbaren
Formträgerplatte angeordnet und mit dieser bewegbar. Auf diese Weise kann vorher
die Zuordnung von Abtastvorrichtung und Werkzeugbereich festgelegt werden. Bewegt
sich dann die Formträgerplatte, so wird die Abtastvorrichtung in ihrer festgelegten
Stellung mitbewegt und dann am Abtastort bzw. zum Abtastzeitpunkt betätigt.
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Zweckmäßig ist in weiterer Ausbildung der Erfindung hierfür die Abtastvorrichtung
von einem an der bewegbaren Formträgerplatte angeordneten Tragarm getragen. Auf
diese Weise kann die Abtastvorrichtung leicht außerhalb des eigentlichen Bewegungsbereichs
des Werkzeuges bzw. der Formträgerplatten angeordnet werden, sie ist auch nachträglich
an einer Spritzgießmaschine anbringbar. An dem Arm ist in einfacher Weise eine Justierung
auf den jeweils abzutastenden Werkzeugbereich möglich.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine besonders
zweckmäßige Steuerung und Auswertung des Abtastergebnisses erzielt durch eine elektrische
Schaltungsanordnung zur Auswertung des Abtastergebnisses für die Steuerung der Schließbewegung,
die wegabhängige, bei Erreichen eines Abtastortes betätigte Schalter und ein von
der Abtastvorrichtung betätigtes Relais aufweist, das über gegensinnig schaltende
Kontakte und jeweils ein einem der Abtastorte zugeordnetes Steuerrelais ein Auswertrelais
erregt.
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Die Steuerrelais geben in Abhängigkeit vom jeweiligen Abtastort das
an diesem Abtastort erzielte Abtastergebnis an das Auswertrelais, das entsprechend
dem Gesamtergebnis der Abtastung an mehreren Abtastorten erregt wird und dadurch
zur Steuerung der Schließbewegung der Maschine herangezogen werden kann. Entscheidend
ist hier der Vorteil, daß für jeden Abtastort der störungsfreie Betriebsfall vorgegeben
und die Abweichung davon festgestellt und dem Auswertrelais aufgegeben werden kann.
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Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird eine besonders
zweckmäßige Ausbildung dieser elektrischen Schaltungsanordnung dadurch erzielt,
daß in Reihe mit der Erregerwicklung des Auswertrelais in Selbsthalteschaltung die
Parallelschaltung aus jeweils einem Ruhe-Kontakt zweier Steuerrelais in Selbsthalteschaltung
geschaltet ist, daß in Reihe
mit der Erregerwicklung jedes der Steuerrelais jeweils
der Kontakt des von der Abtastvorrichtung erregten Relais und der in Abhängigkeit
von der Bewegung des abzutastenden Werkzeugbereichs betätigbare Schalter geschaltet
sind, und daß die drei so gebildeten Reihenschaltungen ihrerseits in Parallelschaltung
an eine Steuerspannung angeschlossen sind. Diese elektrische Schaltungsanordnung
dient zur Durchführung des Verfahrens, bei der der Werkzeugbereich einmal vor dem
Auswerfvorgang und einmal nach dem Auswerfvorgang abgetastet wird und die Schließbewegung
in Abhängigkeit von dem Ergebnis aller Abtastvorgänge gesteuert wird. Für jeden
Zweig der Steuerrelais wird der Abtastzeitpunkt durch den von der Bewegung des Werkzeugteils
betätigten Schalter vorgegeben. Das Abtastergebnis führt dann zum geeigneten Zeitpunkt
zur Erregung oder zur Abschaltung des zugehörigen Steuerrelais. Die Kontakte der
Steuerrelais im Erregerkreis des Auswertrelais bringen entsprechend der vorgegebenen
Stellungskombination das Auswertrelais zwecks Abschaltung der Schließbewegung zum
Ansprechen oder lassen dieses Auswertrelais stromlos.
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Damit mit Sicherheit nach einwandfreier Einleitung der Schließbewegung
die Steuerrelais unwirksam gemacht werden, ist zwischen der Parallelschaltung der
Steuerrelais mit den zugehörigen Kontakten nebst Schaltern und der Steuerspannung
ein Ruhekontakt eines beim Einleiten der Schließbewegung erregten Relais eingeschaltet.
Dieser bei Einleitung der Schließbewegung geöffnete Ruhekontakt macht sämtliche
Steuerrelais bei einwandfreiem Betrieb stromlos.
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Die Abtastvorrichtung kann mit entsprechenden Vorteilen durch eine
elektronische, elektromagnetische oder elektro-kapazitive Abtastvorrichtung ersetzt
werden. Für die Steuerung und die geschilderte Überwachung und Fehlerermittlung
können an Stelle der geschilderten elektrischen Mittel auch elektromechanische oder
elektrohydraulische sowie auch elektropneumatische Schaltungsanordnungen verwendet
werden.
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Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindungen werden an
Hand der Zeichnung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei sind in der
Zeichnung stets nur diejenigen Teile der Maschine bzw. der Vorrichtung dargestellt,
die zur Erläuterung der Erfindung notwendig sind. Es zeigen Fig. 1 bis 3 in schematischer
Ansicht ein zweigeteiltes Formwerkzeug mit der bewegbaren Formträgerplatte und der
Abtastvorrichtung in drei verschiedenen Schritten der öffnungsbewegung bei normaler
Entformung des Werkzeuges, und zwar F i g. 1 das geschlossene Formwerkzeug, F i
g. 2 das teilweise geöffnete Formwerkzeug kurz nach dem Austritt des Formkerns aus
der Formmatrize, F i g. 3 das vollständig geöffnete Formwerkzeug nach Betätigung
des Auswerfers, F i g. 4 bis 6 eine den F i g. 1 bis 3 entsprechende Ansicht des
Formwerkzeuges bei fehlerhafter Entformung, Fig.7 den wesentlichen Teil der elektrischen
Schaltungsanordnung der Vorrichtung zur Üb erwachung der einwandfreien Entformung.
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Das Formwerkzeug besteht aus der Formmatrize M und dem Formkern K.
Die FormmatrizeM ist in bekannter Weise auf einer feststehenden Formträgerplatte
od. dgl. gehalten und weist den Angußkanal
auf. Der hochglanzpolierte
Formkern K ist auf der bewegbaren Formträgerplatte P aufgespannt und mit dieser
Formträgerplatte bei der Schließ- und Öffnungsbewegung der Vorrichtung bewegbar.
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Eine Abtastvorrichtung A ist mit ihrem Abtastsignalgeber und -empfänger
von einem an der bewegbaren Formträgerplatte P angeordneten Tragarm T getragen und
somit gleichzeitig mit dieser Formträgerplatte P und dem Formkern K bewegbar und
ferner, wie die Zeichnung zeigt, an dem von der anderen Formträgerplatte getragenen
Werkzeugteil, nämlich der FormmatrizeM, vorbei bewegbar. Der Formling ist in der
Zeichnung durch dicke geschwärzte Linien im Schnitt wiedergegeben und mit F bezeichnet.
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Die Abtastvorrichtung ist zweckmäßig als elektrooptische Abtastvorrichtung
nach Art einer Lichtschrankensteuerung ausgebildet, sie kann aber auch als elektronische
oder elektro-kapazitive Abtastvorrichtung ausgebildet sein. Die Abtastvorrichtung
A ist gemäß der Zeichnung auf einen Bereich des Formkerns K gerichtet, der nahe
der Basis dieses Formkerns K liegt.
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An Hand der Fig. 1 bis 6 und der elektrischen Schaltungsanordnung
gemäß F i g. 7 soll das Verfahren nach der Erfindung und die dazu erfindungsgemäß
vorgesehene Vorrichtung erläutert werden. Es wird zunächst eine kurze Beschreibung
der elektrischen Schaltungsanordnung gemäß Fig. 7 gegeben.
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In Fig. 7 sind sämtliche Schalter und Kontakte in ausgeschaltetem,
unbetätigtem Zustand dargestellt.
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Über einen Wahlschalter 1 und einen Drucktaster 19 ist eine Parallelschaltung
aus drei Zweigen an die zwischen den Schienen 2 und 3 herrschende Steuerspannung
angelegt. Die Parallelschaltung besteht aus den folgenden Zweigen: In zwei Zweigen
ist jeweils ein Steuerrelais 8 bzw. 12 angeordnet, jedes Steuerrelais ist einem
Abtastort zugeordnet.
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Bei 6 ist ein von der nicht dargestellten Abtastvorrichtung betätigtes
Relais angedeutet, das die zwei gegensinnig betätigbaren Kontakte 4 und 5 aufweist,
von denen jeweils einer in dem Erregerkreis der Steuerrelais 8 und 12 in Reihe angeordnet
ist. In jedem Zweig der Steuerrelais 8 und 12 ist ein Endtaster in Form eines elektrischen
Schalters 7 bzw. 11 angeordnet. Zum Steuerrelais 12 gehört ein Selbsthaltekontakt
14, der den Relaiskontakt 5 überbrückt, zum Steuerrelais 8 ein Selbsthaltekontakt
10, der den Relaiskontakt 4 und den Schalter 7 überbrückt. Parallel zu diesen beiden
Zweigen der Schaltungsanordnung ist der Erregerkreis für das Auswertrelais 16 geschaltet.
In Reihe zur Erregerwicklung des Auswertrelais 16 ist die Parallelschaltung aus
den Ruhekontakten 9 und 13 der Steuerrelais 8 bzw. 12 geschaltet, ferner die Parallelschaltung
eines Arbeitskontaktes 15 eines nicht dargestellten Relais, das während des öffnungsvorgangs
erregt ist, mit dem Selbsthaltekontakt 18 des Auswertrelais 16. Zwischen der Parallelschaltung
der Steuerrelais 8 und 12 und der geschilderten zugehörigen Kontakte und Schalter
und der Steuerspannung ist der Ruhekontakt 17 eines bei Einleitung der Schließbewegung
erregten nicht dargestellten Relais eingeschaltet.
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Die Wirkungsweise der Überwachungsvorrichtung mit der beschriebenen
elektrischen Schaltungsanordnung ist bei den einzelnen möglichen Betriebszuständen
die folgende: Mit dem Wahlschalter 1 wird die Überwachungs- und Auswerteinrichtung
eingeschal-
tet. Die Steuerspannung liegt zwischen den beiden Schienen 2 und 3 an.
Die in F i g. 7 nicht dargestellte, z. B. elektro-optische, Abtastvorrichtung A
ist dauernd eingeschaltet. Bei fehlender Reflektion an dem abgetasteten Werkzeugbereich
nehmen die Schaltkontakte 4 und 5 des von der Abtastvorrichtung betätigten, schematisch
angedeuteten Relais 6 die gezeichnete Lage ein. Die Abtastvorrichtung bewegt sich
mit der bewegbaren Formträgerplatte P mit.
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Sobald der direkte Strahlungsweg zwischen der Strahlungsquelle und
dem Formling frei ist, wie dies F i g. 2 zeigt, wird der Endschalter 7, der elektrische
Schalter, durch einen vorher entsprechend eingestellten Nocken an der Maschine betätigt,
seine Kontakte werden geschlossen. Befindet sich in diesem Augenblick noch der Formling
F auf dem Formkern K, so bleibt der Kontakt 4 des Relais 6 wegen fehlender Reflektion
geschlossen, die Spule des Steuerrelais 8 erhält Spannung, und der Ruhekontakt 9
des Steuerrelais 8 wird geöffnet. Gleichzeitig wird der Kontakt 10 des Steuerrelais
8 geschlossen, so daß sich das Steuerrelais selbst hält.
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Im weiteren Verlauf der öffnungsbewegung des Formwerkzeuges wird
der gespritzte Formling ausgeworfen, wie dies F i g. 3 zeigt. Der hochglanzpolierte
Formkern K wird frei und reflektiert nun den auffallenden Abtaststrahl, z. B. Lichtstrahl,
in Richtung auf die Abtastvorrichtung, z. B. auf die darin vorgesehene Fotozelle.
Die Abtastvorrichtung spricht an, so daß der Kontakt 5 des Relais 6 geschlossen
wird, der Kontakt 4 jedoch geöffnet. Es betätigt nun ein weiterer Nocken den Endtaster
11, also den elektrischen Schalter, so daß dessen Kontakt geschlossen wird. Die
Spule des Steuerrelais 12 erhält Spannung und dessen Ruhekontakt 13 wird geöffnet.
Gleichzeitig wird der Selbsthaltekontakt 14 des Steuerrelais 12 geschlossen. Der
Arbeitskontakt 15 des hier nicht dargestellten Relais, das während des gesamten
Werkzeugöffnungsvorgangs Spannung erhält, ist während des gesamten Abtastvorgangs
geschlossen. Die Spule des Auswertrelais 16 erhält bei der geschilderten normalen
Entfernung gemäß F i g. 1 bis 3 keine Spannung da die beiden Kontakte 9 und 13 des
Steuerrelais 8 bzw. des Steuerrelais 12 durch das Ansprechen beider Steuerrelais
geöffnet sind. Die weitere Schaltungsanordnung ist so gewählt, daß bei spannungslosem
Auswertrelais 16 die automatische Arbeitsweise der Spritzgießmaschine erhalten bleibt.
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Mit Beginn der Schließbewegung erhält daher ein nicht dargestelltes
Relais Spannung, dessen Ruhekontakt 17 die Selbsthaltung der Steuerrelais 8 und
12 aufhebt, so daß diese Steuerrelais in ihre Ausgangsstellung zurückkehren. Es
erfolgt ein normaler Arbeitszyklus der Maschine.
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Tritt jedoch eine fehlerhafte Entformung ein, bleibt also z. B. der
Formling F in der Formmatrize M (Fig. 5) oder auf dem Formkern K (Fig. 6) hängen,
so nimmt das von der Abtastvorrichtung A betätigte Relais 6 beim zweimaligen Abtasten
entsprechend der beiden Abtastorte die gleiche Position ein, und zwar ist entweder
der Kontakt 5 geschlossen und der Kontakt 4 geöffnet (Formling in der Formmatrize,
Fig. 5) oder es ist der Kontakt 4 geschlossen und der Kontakt 5 geöffnet (Formling
auf dem Formkern, Fig. 6). Eines der beiden Steuerrelais 8 oder 12 bleibt daher
in beiden Fällen stets spannungslos, der zugehörige Ruhekontakt 9 oder 13 bleibt
daher geschlossen. Der Arbeitskontakt 15 des nicht dargestellten
Relais
ist, wie bereits ausgeführt worden ist, während der gesamten öffnungsbewegung geschlossen,
so daß also das Auswertrelais 16 in diesen beiden Fällen fehlerhaften Auswerfens
Spannung erhält und sich mittels des Kontaktes 18 selbst hält. Weitere, hier nicht
dargestellte Kontakte des Auswertrelais 16 unterbrechen den automatischen Betrieb
der Maschine nach Beendigung der öffnungsbewegung und lösen optische und/oder akustische
Warnsignale aus.
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Dieser durch die Feststellung des fehlerhaften Auswerfens ausgelöste
Zustand bleibt solange bestehen, bis durch Betätigung des Schalters 19 die Spule
des Auswertrelais 16 stromlos wird, wodurch die Spritzgießmaschine mit der Schließbewegung
wieder vollautomatisch zu laufen beginnt. Der Ruhekontakt 17 wird mit Beginn der
Schließbewegung geöffnet, die Spulen der Steuerrelais 8 und 12 werden daher spannungslos,
und die Überwachungseinrichtung kehrt in die Ausgangslage zurück.