DE19619730A1

DE19619730A1 - Einspritzeinheit einer Spritzgießmaschine

Info

Publication number: DE19619730A1
Application number: DE1996119730
Authority: DE
Inventors: Alfred Dr Lampl
Original assignee: Engel Maschinenbau GmbH
Current assignee: Engel Maschinenbau GmbH
Priority date: 1995-05-16
Filing date: 1996-05-15
Publication date: 1996-11-21
Anticipated expiration: 2016-05-16
Also published as: DE19619730C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Einspritzeinheit einer Spritzgießmaschine mit einer in einem Schneckenzylinder gelagerten Schnecke, für welche ein, vorzugsweise elektrischer, Drehantrieb und ein, vorzugsweise elektrischer, Antrieb zum axialen Verschieben der Schnecke vorgesehen ist, wobei die Drehgeschwindigkeit und die axiale Vor- bzw. Rücklauf geschwindigkeit der Schnecke über eine Steuereinrichtung einstellbar sind. Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines Plastifiziervorganges einer solchen Einspritzeinheit.

Zum Plastifizieren und Einspritzen des Kunststoffes wird bei Spritzgießmaschinen heutzutage fast ausschließlich eine Einspritzeinheit mit einer axial verschiebbaren Schnecke (siehe beispielsweise DE-PS 8 58 310 oder AT-PS 256 440), die am düsenseitigen Ende mit einer Rückstromsperre (vgl. z. B. DE-OS 25 18 219) versehen ist, verwendet. Bei dieser Ein richtung, der sogenannten Schubschnecke, wird während des Plastifizier- bzw. Dosiervorgangs der Kunststoff durch die Schneckendrehung eingezogen und durch die Schneckengänge nach vorne in den Sammelraum bzw. Schneckenvorraum vor der Rückstromsperre gefördert, wobei der Kunststoff geschmolzen und homogenisiert wird. Die Schnecke führt dabei eine entgegen der Förderrichtung des Kunststoffes gerichtete, Axialbewegung im Plastifizier- bzw. Schneckenzylinder durch. Im Anschluß an den Dosiervorgang erfolgt der Einspritzvorgang, bei dem die Schnecke im Schneckenzylinder in die entgegengesetzte Richtung verschoben wird.

Bei den herkömmlichen, hydraulisch betriebenen Spritzgießmaschinen erfolgt das Einspritzen des Kunststoffes durch eine die Schnecke in axialer Richtung beaufschlagende hydraulischen Einspritz-Zylinder-Kolbeneinheit und auch der Antrieb für die Schneckendrehung erfolgt üblicherweise über einen Hydraulikmotor. Während des Dosier bzw. Plastifiziervorganges des Kunststoffes wird bei einer solchen Spritzgießmaschine die Schnecke über die Einspritz-Zylinder-Kolbeneinheit mit einem bestimmten Druck beaufschlagt, der der Rücklaufbewegung der Schnecke entgegengerichtet ist. Dadurch wird ein Staudruck im Sammelraum vor der Rücklaufsperre hervorgerufen, von dem wiederum die erreichte Qualität des Plastifikats bzw. dessen Mischgrad abhängt. Um eine gewünschte Qualität des Plastifikats zu erreichen, wird also einfach ein bestimmter - durch Erfahrungswerte in etwa bekannter - Gegendruck der Einspritz-Kolben-Zylindereinheit und somit ein bestimmter Staudruck im Sammelraum eingestellt.

In jüngster Zeit sind vereinzelt auch elektrische Spritzgießmaschinen bekannt geworden, bei denen die Rotationsbewegung und die Axialbewegung der Schnecke mittels elektrischer Antriebe erfolgen. Bei diesen elektrischen Spritzgießmaschinen ergeben sich Möglichkeiten zur Energieeinsparung und sie zeichnen sich im Betrieb durch eine größere Flexibilität aus. Allerdings steht bei den elektrischen Spritzgießmaschinen im Gegensatz zu den hydraulischen der Staudruck nicht mehr als unmittelbare Meßgröße über den Gegendruck der Einspritz-Zylinder-Kolbeneinheit zur Verfügung. Außerdem kann der Staudruck nicht mehr in direkter Weise über den Gegendruck der Einspritz-Kolben-Zylindereinheit eingestellt werden. Zur Lösung dieser Schwierigkeiten wurde bereits vorgeschlagen, in der Wand des Sammelraumes der Einspritzeinheit eine Druckmeßzelle zur Bestimmung des Staudruckes anzubringen. Die Funktion einer solchen ist in der heißen Kunststoffschmelze im Sammelraum jedoch wenig zuverlässig und langlebig.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Einspritzeinheit bereitzustellen, bei der im Gegensatz zu den bekannten Einspritzeinheiten die Steuerung des Dosiervorganges nicht an den Staudruck gebunden ist. Erfindungsgemäß gelingt dies bei einer Einspritzeinheit der eingangs genannten Art dadurch, daß die Steuereinrichtung bei einem Dosiervorgang das Verhältnis der Drehgeschwindigkeit und der Rücklaufgeschwindigkeit der Schnecke steuert.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß eigentlich nicht der Staudruck für die Qualität des Plastifikats ausschlaggebend ist, sondern der Mischgrad (siehe Figurenbeschreibung). Der Mischgrad steht aber wiederum - wie ebenfalls in der Figurenbeschreibung erklärt werden wird - in eindeutigem Zusammenhang mit dem Drosselquotienten und damit in eindeutigem Zusammenhang mit dem Verhältnis zwischen der Drehgeschwindigkeit und der Rücklaufgeschwindigkeit der Schnecke.

Die Erfindung nützt nun diesen Sachverhalt aus, indem nicht mehr wie bisher vom Staudruck ausgegangen wird, sondern die Steuereinrichtung direkt das Verhältnis von Dreh- und Rück laufgeschwindigkeit der Schnecke einstellt. Dabei kann beispielsweise die Drehgeschwindigkeit mit einem bestimmten konstanten Wert vorgegeben sein und die Rücklaufgeschwindigkeit wird entsprechend dem gewünschten Wert für den Mischgrad gesteuert. Es könnte andererseits aber auch vorgesehen sein, die Rücklaufgeschwindigkeit konstant zu halten und die Drehgeschwindigkeit entsprechend zu steuern. Weiters könnte es vorteilhaft vorgesehen sein, beide Geschwindigkeiten zu variieren, wobei aber wiederum das richtige Verhältnis eingestellt werden muß.

Im einfachsten Fall wird das Verhältnis zwischen den beiden Geschwindigkeiten während des Plastifiziervorganges, im wesentlichen konstant gehalten. Es kann aber auch vorteilhaft sein (um Inhomogenitäten aufgrund der Veränderung des wirksamen Schneckenlänge auszugleichen - siehe Figurenbeschreibung) das Verhältnis der beiden Geschwindigkeiten während des Plastifiziervorganges auf definierte Weise zu variieren, also ein bestimmtes Profil einzuhalten, das von der Steuereinheit gesteuert wird.

Welcher Zahlenwert bzw. welches Profil für das Verhältnis der beiden Geschwindigkeiten konkret vorgegeben wird, hängt - wie bereits ausgeführt - vom gewünschten Mischgrad ab. Wenn die Beziehung zwischen dem Mischgrad und dem Verhältnis zwischen Dreh- und Rücklaufgeschwindigkeit der Schnecke einmal bekannt ist (beispielsweise aus Versuchen) bietet sich nunmehr die interessante Möglichkeit, diese Beziehung in der Steuereinheit einzuspeichern und eine Eingabeeinheit vorzusehen, über die der gewünschte Mischgrad di rekt eingebbar ist. Wird vom Benutzer der gewünschte Mischgrad eingegeben, so berechnet die Steuereinheit anhand der eingespeicherten Beziehung das entsprechende Verhältnis der beiden Geschwindigkeiten.

Andererseits könnte man natürlich auch die Beziehung zwischen dem Verhältnis der beiden Geschwindigkeiten und dem Staudruck ermitteln. Somit könnte man, falls dies erwünscht ist (z. B. wenn Staudruckwerte hydraulischer Maschinen vorliegen), diese ermittelte Beziehung in der Steuereinheit einspeichern und über die Eingabeeinheit den gewünschten Staudruck eingeben.

Da damit weiters auch die Beziehung zwischen Mischgrad und Staudruck bekannt ist, könnte man günstigerweise auch bei hydraulischen Maschinen eine Eingabeeinheit vorsehen, über die der gewünschte Mischgrad eingebbar ist. Die Steuereinheit kann daraus den erforderlichen Wert für den an der Einspritz-Kolben-Zylindereinheit einzustellenden Staudruck berechnen.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben. In dieser zeigt

Fig. 1 den funktionellen Zusammenhang zwischen Mischgrad und Drosselquotient.

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Schnittes durch eine elektrische Einspritzeinheit.

Fig. 3 den Zusammenhang zwischen Drosselquotient und Staudruck.

Fig. 4 eine schematische Darstellung des Aufbaues der Gewichtskontrolle für das zugeführte Granulat und die Überwachung des Einzugsverhaltens der Schnecke,

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Einspritzeinheit mit elektrischer Schneckenplastifizierung und elektrischer Kolbeneinspritzung, bei der die wirksame Schneckenlänge während des Plastifiziervorganges konstant bleibt,

Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Nach übereinstimmenden Versuchs- und Betriebserfahrungen kann die Qualität des Extrudates auf drei verfahrenstechnische Größen zurückgeführt werden, nämlich auf die in der "Homogenisierzone" wirksamen Schubspannungen, die Verweilzeit und die Scherdeformation des schmelzflüssigen Kunststoffes in dieser Zone. Bezüglich der Vorzonen ist nur zu fordern, daß diese während des Dosiervorganges ununterbrochen ausreichende Menge einer "Rohschmelze" anliefern, bei der die mittlere Temperatur bei amorphen Kunststoffen über dem Fließpunkt und bei kristallinen Kunststoffen über dem Schmelzpunkt liegen soll.

Das Fließverhalten des aufgeschmolzenen Kunststoffes kann näherungsweise. zumindest bereichsweise, durch den Newtonschen Ansatz

τ = Schubspannung
µ_(T) = Viskosität
= Schergeschwindigkeit
mit einer nur von der Temperatur abhängigen (scheinbaren) Viskosität beschrieben werden. Die Schlepp- und Druckströmungen werden vektoriell superponiert und aus dem Geschwin digkeitsfeld wird durch Integration der Volumendurchsatz V (cm³/sec) errechnet und in die Anteile V_s (Schleppstr.) und V_p (Druckströmung) zerlegt:

V = V_s - V_p (1)

V = Volumendurchsatz (cm³/sec.)
V_s = Schleppströmung (cm³/sec.)
V_p = Druckströmung (cm³/sec.)

Dieses theoretische Grundkonzept läßt sich auch mit anderen Fließgesetzen (Ostwald. Dewale usw.) für strukturviskose Stoffe durchführen.

Das Geschwindigkeitsfeld im Schneckengang der Homogenisierzone ist je nach Relation der Schleppströmung V_s und der durch den Widerstand des Schneckenrücklaufes induzierten Druckströmung V_p unterschiedlich. Das Verhältnis der beiden Teilströmungen wird als Drosselquotient a

bezeichnet.

Aus Gleichung (1) und (2) folgt

V = (1-a) V_s (3)

Für a = 0 liegt der maximale Volumendurchsatz vor bei a = 1 ist keine Förderung vorhanden. Man spricht von Zyklonmischen.

Weiters gilt:

C₁, C₂ = Geometriekonstante
n_S = Schneckendrehzahl
µ = Viskosität

Darin ist c₁ eine nur von der Geometrie der Schnecke abhängige Konstante und n_S die Schneckendrehzahl. Der Drosselquotient ist abhängig von der Schneckengeometrie (c₂), dem Druckgradienten dp/dx in der Homogenisierungszone und der scheinbaren Viskosität der Schmelze. Für eine Plastifiziereinheit mit vorgegebener Geometrie und bekannten Stoff wertfunktionen des Kunststoffes erhält man bei dem Volumenstrom aus Gl. (3) und (4).

V = C₁ · n_S (1-a) (6)

Der Volumendurchsatz V hängt mit der Rücklaufgeschwindigkeit C_D des Schneckenkolbens über

C_D = Schneckenrücklaufgeschwindigkeit (Dosiergeschwindigkeit) · [cm/sec]
A = Schnecken- bzw. Kolbenfläche [cm²]
zusammen wobei A (cm³) der Schnecken- bzw. Kolbenquerschnitt ist. Damit ergibt sich aus Gl. (6) und (7) der Zusammenhang

Zur Charakterisierung der Qualität eines aufgeschmolzenen Kunststoffes wird ein Mischgrad definiert, der sowohl die Scheineformation, den spezifischen Energieumsatz und die Verweilzeit in der Homogenisierungszone berücksichtigt.

Zur Definition des Mischgrades geht man von der Erkenntnis aus, daß sich im Schneckenkanal Quer- und Längsströmungen überlagern. Einerseits fördert die Schnecke das Plastifikat n Richtung Gangsteigung, andererseits wird durch die Haftung an der Schneckenoberfläche eine Transversalbewegung induziert. Die einzelnen Masseteilchen des Plastifikats laufen daher auf einer gewendelten Bahn deren Form auch durch die Haftung am Schneckenzylinder beeinflußt wird. Die kürzeste Verweilzeit im Schneckenkanal hat ein Teilchen, das sich in 2/3 der Kanalhöhe befindet (gilt exakt nur bei Newton′schen Flüssigkeiten). Dieses Teilchen erfährt deshalb die geringste Scherdeformation und wird als Bezugsteilchen verwendet. Der Mischgrad M wird als Scherdeformation dieses Teilchens definiert (siehe z. B. Schenkel G.: Entwurf und Betrieb von Kunststoff-Schneckenpressen auf grund einer Qualitätstheorie Kunststoffe 60 (1970), Heft 1, 2, 3):

M = γ_(2/3) (9)

Für eine Schnecke mit bekannten Geometriedaten und einer bestimmten Drehzahl n_S ergibt sich dann als näherungsweiser Zusammenhang zwischen Mischgrad M und Drosselquotient a:

K₁, K₂ = geometrieabhängige Konstante.

Neben theoretischen Berechnungen können zur Bestimmung der Beziehung zwischen Mischgrad und Drosselquotienten für eine bestimmte Schnecke und für verschiedene Kunststoffe auch aus Versuchen erhaltene experimentelle Ergebnisse herangezogen werden. Eine auf diese Weise erhaltene Beziehung zwischen Mischgrad und Drosselquotienten ist in Fig. 1 dargestellt, wobei die strichlierte Kurve 50 die ideale Kurve ohne Leckverluste bezeichnet.

Je nach der gewünschten Homogenität des jeweiligen Rohstoffes liegt der Mischgrad in einem Bereich zwischen M = 1000 und M = 4000 was bei Dreizonenschnecken Drosselquotienten zwischen ca. 0,3 und 0,5 ergibt. Bei zu großen Drosselquotienten ist eine unwirtschaftliche Förderleistung vorhanden.

Aus dem definierten Zusammenhang zwischen Drosselquotient und Mischgrad (siehe Fig. 1) und Gleichung (8) geht somit hervor, daß es zur Erreichung eines bestimmten Mischgrades nur notwendig ist, das Verhältnis zwischen der Schneckendrehzahl n_S und der Schneckenrücklaufgeschwindigkeit c_P richtig vorzugeben. Natürlich gilt Gl. 8 nur näherungsweise. Bei einer in einem Schneckenzylinder axial verschiebbaren Schnecke verändert sich im allgemeinen die wirksame Schneckenlänge im Laufe des Dosiervorganges. Besonders bei großer axialer Verschiebung der Schnecke kann es dadurch zu einer ungleichmäßigen Aufschmelzung und Homogenisierung des Kunststoffes kommen. Messungen zeigen zum Beispiel, daß die in den Sammelraum geförderte Masse ungleiche Temperaturen aufweist. Bei hydraulischen Spritzgießmaschinen wird durch eine Veränderung des Staudruckes im Laufe des Dosiervorganges, also durch ein Staudruckprofil, versucht, diese axialen Inhomogenitäten auszugleichen. Ebenso ist bei der er findungsgemäßen Steuereinrichtung möglich, um Inhomogenitäten im Falle einer sich ändernden wirksamen Schneckenlänge auszugleichen, den Wert für das Verhältnis der Dreh- und der Rücklaufgeschwindigkeit der Schnecke während des Dosiervorganges in definierter Weise zu verändern, das heißt ein Profil vorzugeben.

Ein konkretes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung ist in Fig. 2 dargestellt.

In der Zylinderplatte 6 ist der Schneckenzylinder 3 mit den Heizbändern 4 gelagert und mit der Mutter 15 befestigt. Die Schnecke 2 mit der Rückstromsperre 1 wird vom Antriebsmotor 12 über das Getriebe 11 angetrieben. Die Drehzahl n_S der Schnecke wird von der Steuereinrichtung 30 über ein Signal an einem Ausgang 32 vorgegeben und kann über ein Meßsignal 33 rückgemeldet werden. Zur Verschiebung der Schnecke 2 in axialer Richtung sind die Antriebsmotoren 14, 14′ und Getriebe 13, 13′ vorgesehen, die auf der feststehenden Platte 8 gelagert sind. Durch die Drehung der Spindeln 9, 9′ wird über die Muttern 10, 10′ die Verschiebeplatte 7 bewegt. Zur vorgegebenen Schneckendrehzahl n_S und dem geforderten Mischgrad M (bzw. der Homogenität) berechnet die Steuereinrichtung 30 die für die aktive Schneckenrücklaufgeschwindigkeit C_D erforderliche Antriebsdrehzahl n_D der Spindeln 9, 9′, die über an den Ausgängen 32′, 32′′ anliegende Signale, welche den Antriebsmotoren 14, 14′ der Spindeln 9, 9′ zugeführt werden, eingestellt werden und über Meßsignale 33′, 33′′ rückgemeldet werden. Die Granulatzufuhr in den Schneckenzylinder 3 erfolgt aus dem Trichter 5. Das Plastifikat wird in den Schneckenvorraum 16 gefördert und am Ende des Dosiervorganges ist die Schnecke um eine bestimmte Strecke S_D in axialer Richtung verschoben worden.

Die gewünschte Schneckendrehzahl n_S kann in die Eingabeeinheit 31 eingegeben werden. Weiters kann über die Eingabeeinheit 31 ein bestimmter Wert für den gewünschten Misch grad festgelegt werden. Aus dem gespeicherten Zusammenhang zwischen Mischgrad und Drosselquotienten ermittelt der Rechner den Drosselquotienten und berechnet für die vorge gebene Schnecke 2 und den eingegebenen Wert der Schneckendrehzahl n_S die Schneckenrücklaufgeschwindigkeit c_D. Dieser berechnete Wert wird von der Steuereinrichtung 30 angezeigt oder direkt den elektrischen Antriebsmotoren 14, 16′ für die li neare Schneckenbewegung vorgegeben. Dadurch stellt sich automatisch ein bestimmter Massedruck im Schneckenvorraum 16 (Staudruck) ein. Da nicht der Staudruck für die Verarbeitung interessant ist, sondern die Qualität der Schmelze, erübrigt sich die Messung des Staudruckes. Der Wert der Schneckenrücklaufgeschwindigkeit c_D kann weiters im Laufe des Dosiervorganges variiert werden, so daß die wirksame Länge der Schnecke 2 berücksichtigt wird. Im Laufe eines Dosiervorganges wird dadurch ein Geschwindigkeitsprofil für die Rücklaufgeschwindigkeit c_D der Schnecke 2 gefahren.

Der Drosselquotient a ist bei vorgegebener Schneckengeometrie und Rohstoff vom Druckgradienten in der Homogenisierungszone abhängig, daher ist ein funktioneller Zusammenhang zwischen dem Massedruck im Schneckenvorraum (Staudruck p_st) und dem Drosselquotienten a vorhanden (siehe Fig. 3). Dieser funktionelle Zusammenhang wird durch Versuche und rechnerisch ermittelt und ebenfalls im Steuerungssystem abgespeichert. Ist daher der für eine gewünschte Schmelzequalität erforderliche Staudruck bekannt, kann dieser eingegeben werden und das System errechnet die zur gewählten Schneckendrehzahl n_S gehörige Rücklaufgeschwindigkeit c_D der Schnecke 2. Der zum vorgegebenen Staudruck p_st gehörige Drosselquotient a wird aus dem abgespeicherten funktionellen Zusammenhang entnommen. Dies ist vorteilhaft, wenn Staudruckwerte von hydraulischen Maschinen vorliegen.

Bei Maschinen mit hydraulischer Staudruckeinstellung zur Qualitätssteuerung der Schmelze wird eine unregelmäßige Granulatförderung in den Vorzonen durch eine schwankende Rücklaufgeschwindigkeit der Schnecke erkannt. Bei der vorliegenden aktiv elektrisch angetriebenen axialen Schneckenrücklaufgeschwindigkeit c_D wird ein vorgegebenes Geschwindigkeitsprofil nachgefahren, es muß daher gewährleistet sein, daß genügend Rohstoff von den Vorzonen durch den Trichter 5 in den Schneckenzylinder 3 gefördert wird.

Die Granulatzufuhr kann überwacht werden, indem kontrolliert wird, ob bei Nachdruckende nach dem Einspritzvorgang ein ausreichendes Restmassepolster vorhanden ist. Das Rest massepolster ist die Menge an Schmelze, die nach jedem Einspritzvorgang im Massezylinder 3 zurückbleibt, wodurch die Schnecke einen Abstand s_P von ihrer vorderen Endstellung einnimmt.

Eine andere Möglichkeit zur Überwachung der Granulatzufuhr bei jedem Zyklus ist in Fig. 4 gezeigt. Das an der Dosierwaage 25 eingestellte Gewicht G wird aus dem Trichter 5 über eine Vibrorinne 20 mit dem Vibrator 21 der Wiegeschale 22 zugeführt. Ist die geforderte Menge G erreicht, wird die Vibrorinne 20 mittels einer (nicht dargestellten) elektronischen Auswerteschaltung beispielsweise durch das Verschließen der Vibrorinne 20 über den Wiegebalken 23 abgeschaltet.

Vor Dosierbeginn wird die Wiegeschale 22 geöffnet und das Granulat in den Aufnahmebehälter 28 über der Einzugsöffnung des Schneckenzylinders 3 entleert. Ein Füllstandssensor 26 mit der Auswerteelektronik 27 überwacht, ob die gesamte vordosierte Menge von der Schnecke eingezogen wird und der Füllstand um die Höhe H absinkt. Dadurch wird gewährleistet, daß der Homogenisierzone während des Zyklusses immer genügend Rohschmelze zugeführt wird. Einzugsschwierigkeiten der Schnecke werden erkannt, wenn die vordosierte Menge im Zyklus nicht verarbeitet wird.

Fig. 5 zeigt ein Spritzaggregat, bei dem die wirksame Länge der Schnecke 100 immer die gleiche Länge hat. Die Schmelze wird von der Schnecke 100 bzw. beim Dosiervorgang durch den Einspritzkolben 101 in den Zylindervorraum 106 des Massezylinders 105, an dem die Heizbänder 104 angeordnet sind, gefördert. Durch den entstehenden Massedruck im Zylindervorraum 106 wird der Einspritzkolben 101 und der Schneckenzylinder 103 mit der Zylinderplatte 107 axial verschoben, während die Trägerplatte 108 mit dem Schneckenantriebsmotor 12, dem Getriebe 11 und der Schnecke 100 durch Drehen der Spindeln 109, 109′ mit den Antriebsmotoren 14, 14′ über die Muttern 130, 130′ zwangsweise entsprechend der Drehzahl n_D der Antriebsmotoren axial verschoben wird. Die Schnecken drehzahl n_S bestimmt die Fördermenge und den Massedruck an der Schneckenspitze und es stellt sich zu jeder eingestellten Rücklaufgeschwindigkeit c_D der Trägerplatte 8 im Gleichgewichtssystem ein bestimmter Spalt s ein. Die Antriebsdrehzahl n_D bzw. Dosiergeschwindigkeit c_D wird entsprechend der gewünschten Homogenität zu jeder Schneckendrehzahl n_S vom Rechner berechnet und eingestellt. Bei Einzugsschwierigkeiten ändert sich der Förderstrom und Massedruck vor der Schnecke trotz konstanter Schneckendrehzahl, dadurch ändert sich auch der Spalt s, der mit dem Sensor 129 überwacht wird. Es ist also möglich, die konstante Massezufuhr zur Schnecke 100 durch die Überwachung des Spaltes s zu kontrollieren. Durch die Haltebolzen 116, 116′ und die Muttern 117, 117′ kann eine maximal zulässige Spaltweite a vorgegeben werden. Die Antriebsmotoren 14, 14′ sind auf der Spritzzylinderplatte 126 gelagert und die Spindeln 109, 109′ in den Platten 126 und 107 in Büchsen 113, 113′ und 115, 115′ geführt. Beim Einspritzen mit der Geschwindigkeit c_S wird die Trägerplatte 108 über die Spindeln 109, 109′ zuerst um den Spalt s in Vorlaufrichtung verschoben und dadurch die Überströmbohrung 102 im Spritzkolben 101 verschlossen. Anschließend führt die Trägerplatte 108 und die Zylinder platte 107 mit dem Schneckenzylinder 103 und dem Spritzkolben 101 die Einspritzbewegung durch und die Masse wird eingespritzt.

Die Steuereinrichtung 30 zur Steuerung des Verhältnisses von Dreh- und Rücklaufgeschwindigkeit der Schnecke 100 ist in Abb. 5 nicht dargestellt.

Eine weitere Möglichkeit zur Überwachung der Granulatzufuhr wird anhand von Fig. 6 beschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung gleicht dem in Fig. 2 gezeigten, wobei die Steuereinrichtung 30 eine Überwachungseinrichtung 50 aufweist. Die Leistung des Antriebmotors 12 wird durch Messung von Strom und Spannung über Eingänge 51,52 gemessen. Durch Multiplikation mit der Drehzahl n_S erhält man das Drehmoment. Einige für den Drehantrieb der Schnecke geeignete kommerziell erhältliche Servomotoren geben auch das Drehmoment direkt aus, so daß dieses gemessene Drehmoment unmittelbar als Eingangsgröße der Überwachungseinrichtung 50 zugeführt werden kann.

Eine unregelmäßige Granulatzufuhr erkennt die Überwachungseinrichtung 50 aufgrund von Änderungen des gemessenen Drehmomentes. Wird weniger Granulat eingezogen, so verringert sich auch das zur Schneckendrehung benötigte Drehmoment. Beispielsweise bestimmt die Überwachungseinrichtung für jeden Maschinenzyklus den Mittelwert des Drehmomentes während der Förderphase und verwendet diesen Wert als Referenzwert für den folgenden Zyklus. Weicht das momentane Drehmoment oder der Mittelwert des Drehmomentes in diesem folgenden Zyklus um mehr als einen maximal zulässigen Betrag vom Referenzwert ab, so wird ein optischer und/oder akustischer Alarm ausgelöst. Eine andere Möglichkeit besteht darin, für eine bestimmte Schnecke Probeläufe mit verschiedenen Werkzeugen und Materialien durchzuführen und jeweils den Mittelwert des Drehmoments über die Dosierphase zu bestimmen. Diese Mittelwerte können dann als Referenzwerte in die Überwachungseinrichtung eingespeichert werden.

In einer modifizierten Ausführungsform werden in den Probeläufen nicht die zeitlichen Mittelwerte des Drehmoments ermittelt, sondern es wird jeweils in Abhängigkeit vom Werkzeug und vom Material der Verlauf des Drehmoments während der Dosierphase, das heißt eine Drehmomentkurve aufgenommen. Diese Drehmomentkurven werden dann in die Überwachungseinrichtung als Referenzkurven eingespeichert. Es wird weiters ein bestimmter Toleranzbereich vorgegeben der die maximal zulässige Abweichung des Drehmoments von der Referenzkurve festlegt. Verläßt die Drehmomentkurve während des Betriebes diesen Toleranzbereich, so wird ein Alarm ausgelöst. Das Vorgeben einer Referenzkurve anstelle eines Referenzwertes ist insbesondere dann von Vorteil, wenn sich das Drehmoment im Laufe der Förderphase (auch bei korrekter Granulatzufuhr) stark ändert.

Bei im wesentlichen konstanter Drehzahl n_S kann anstelle der Änderung des Drehmomentes klarerweise auch die Änderung der gemessenen Leistung des Antriebsmotors 12 von der Überwachungseinrichtung 50 ausgewertet werden.

Bei allen Ausführungsbeispielen könnten anstelle des elektrischen Motors 12 für die Schneckendrehung und/oder der elektrischen Motoren 14, 14′ für die axiale Verschiebung der Schnecke prinzipiell auch hydraulische Motoren verwendet werden.

Claims

1. Einspritzeinheit einer Spritzgießmaschine mit einer in einem Schneckenzylinder gelagerten Schnecke, für welche ein, vorzugsweise elektrischer, Drehantrieb und ein, vorzugsweise elektrischer, Antrieb zum axialen Verschieben der Schnecke vorgesehen ist, wobei die Drehgeschwindigkeit und die axiale Vor- bzw. Rücklauf geschwindigkeit der Schnecke über eine Steuereinrichtung einstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (30) bei einem Dosiervorgang das Verhält nis der Drehgeschwindigkeit und der Rücklaufgeschwindigkeit der Schnecke (2, 100) steuert.

2. Einspritzeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eingabeeinheit (31) zur Eingabe zumindest eines die geforderte Qualität des Plastifikats bestimmenden Wertes vorgesehen ist und daß die Steuereinrichtung (30) das Verhältnis der Dreh- und der Rücklaufgeschwindigkeit der Schnecke (2, 100) in Abhängigkeit von diesem Wert steuert.

3. Einspritzeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das an einem ersten Ausgang (32) der Steuereinrichtung (30) anliegende Signal zur Steuerung der Drehgeschwindigkeit der Schnecke (2, 100) und das an einem zweiten Ausgang (32′, 32′′) der Steuereinrichtung anliegende Signal zur Steuerung der axialen Schneckenrücklaufgeschwindigkeit ein von der Steuereinrichtung (30) in Abhängigkeit von zumindest einem über eine Eingabeeinheit (31) einzugebenden Wert bestimmtes Verhältnis aufweist.

4. Einspritzeinheit einer Spritzgießmaschine mit einer in einem Schneckenzylinder gelagerten Schnecke, für welche ein, vorzugsweise elektrischer, Drehantrieb und ein, vorzugsweise elektrischer, Antrieb zum axialen Verschieben der Schnecke vorgesehen ist, wobei die Drehgeschwindigkeit und die axiale Vor- bzw. Rücklauf geschwindigkeit der Schnecke über eine Steuereinrichtung einstellbar sind, insbeson dere nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ein gabeeinheit (31) vorgesehen ist, über die als der die geforderte Qualität des Plastifikats bestimmende Wert der Mischgrad eingebbar ist.

5. Einspritzeinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Steuereinrichtung (30) die Beziehung zwischen dem Mischgrad und dem Verhältnis von Dreh- und Rücklaufgeschwindigkeit der Schnecke (2, 100) eingespeichert ist.

6. Einspritzeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß über die Eingabeeinheit (31) als der die geforderte Qualität des Plastifikats bestim mende Wert wie an sich bekannt der Staudruck eingebbar ist.

7. Einspritzeinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Steuereinrichtung (30) die Beziehung zwischen dem Staudruck und dem Verhältnis von Dreh- und Rücklaufgeschwindigkeit der Schnecke (2, 100) eingespeichert ist.

8. Einspritzeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Dreh- und Rücklaufgeschwindigkeit der Schnecke (2, 100) während eines Dosiervorganges im wesentlichen konstant ist.

9. Einspritzeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Dreh- und Rücklaufgeschwindigkeit der Schnecke (2, 100) während eines Dosiervorganges ein von der Steuereinrichtung (30) gesteuertes Profil aufweist.

10. Einspritzeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dosierwaage (25) zur gewichtsüberwachten Zuführung des Granulats in die Einspritzeinheit vorgesehen ist.

11. Einspritzeinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Entleerung des Granulats zyklisch in einen Aufnahmezylinder (28) erfolgt, der einen Sensor (26) zur Überwachung des Füllstandes aufweist.

12. Einspritzeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneckenzylinder (103) einen am vorderen Ende desselben angeordneten Ein spritzkolben (101) umfaßt, der von der Schnecke (100) verschließbar ist, und daß zumindest der vordere Teil des Schneckenzylinders (103) in einem Massezylinder (105) verschiebbar gelagert ist.

13. Einspritzeinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung des Einzugsverhaltens der Schnecke (100) ein Sensor zur Überwachung des Ab standes s der Schnecke vom Einspritzkolben vorgesehen ist.

14. Einspritzeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine das gemessene Drehmoment bzw. die gemessene Leistung des Drehantriebs (12) der Schnecke (2) auswertende Überwachungseinrichtung (50) zur Überwachung der Granulatzufuhr in die Schnecke (2) vorgesehen ist.

15. Verfahren zur Steuerung des Plastifiziervorganges der Einspritzeinheit einer Spritzgießmaschine, deren in einem Schneckenzylinder drehbar gelagerte und axial verschiebbare Schnecke über einen, insbesondere elektrischen, Drehantrieb mit einer einstellbaren Drehgeschwindigkeit antreibbar ist und über einen, insbesondere elektrischen, Antrieb mit einer einstellbaren Vor- bzw. Rücklaufgeschwindigkeit axial verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung (30) das Verhältnis der Drehgeschwindigkeit und der Rücklaufgeschwindigkeit der Schnecke (2, 100) steuert.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (30) in Abhängigkeit von zumindest einem über eine Eingabeeinheit (31) eingege benen Wert das Verhältnis von Dreh- und Rücklaufgeschwindigkeit der Schnecke (2, 100) bestimmt und steuert.

17. Verfahren zur Steuerung des Plastifiziervorganges der Einspritzeinheit einer Spritzgießmaschine, deren in einem Schneckenzylinder drehbar gelagerte und axial verschiebbare Schnecke über einen, insbesondere elektrischen, Drehantrieb mit einer einstellbaren Drehgeschwindigkeit antreibbar ist und über einen, insbesondere elektrischen, Antrieb mit einer einstellbaren Vor- bzw. Rücklaufgeschwindigkeit axial verschiebbar ist, insbesondere nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß über eine Eingabeeinheit (31) der gewünschte Mischgrad eingegeben wird.

18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß über die Eingabeeinheit (31), wie an sich bekannt, der Staudruck eingegeben wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Dreh- und Rücklaufgeschwindigkeit auf einem von der Steuereinheit (30) bestimmten konstanten Wert gehalten wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Dreh- und Rücklaufgeschwindigkeit von einem von der Steuereinheit (30) bestimmten Profil entsprechend gesteuert wird.

21. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer hydraulischen Spritzgießmaschine in Abhängigkeit des eingegebenen Wertes für den Mischgrad der an der Einspritz-Hydraulik-Zylindereinheit einzustellende Staudruck bestimmt wird.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehmoment bzw. die Leistung des Drehantriebs (12) der Schnecke (2) gemessen und von einer Überwachungseinrichtung (50) überwacht wird.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß von der Überwachungseinrichtung (50) die zeitliche Änderung des gemessenen Drehmoments bzw. der gemessenen Leistung des Drehantriebs der Schnecke ausgewertet wird.

24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß ein Referenzwert für das Drehmoment bzw. für die Leistung des Drehantriebs (12) der Schnecke (2) vorgegeben bzw. durch zeitliche Mittelung über die Passierphase eines Maschinenzyklus bestimmt wird und bei Überschreitung einer maximal zulässigen Abweichung des momentanen oder über die Dosierphase gemittelten Drehmoments bzw. der Leistung des Drehantriebs (12) der Schnecke (2) von diesem Referenzwert von der Überwachungseinrichtung (50) ein Alarm ausgelöst wird.

25. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß eine Referenzkurve für das Drehmoment bzw. für die Leistung des Drehantriebes (12) der Schnecke (2) während der Dosierphase ermittelt wird und bei Überschreitung einer maximal zulässigen Abweichung des Drehmoments bzw. der Leistung des Drehantriebs (12) der Schnecke (2) von dieser Referenzkurve von der Überwachungseinrichtung ein Alarm ausgelöst wird.