DE19619882B4

DE19619882B4 - Verfahren zum Betreiben einer Spritz- oder Druckgießmaschine und Spritz- oder Druckgießmaschine hierfür

Info

Publication number: DE19619882B4
Application number: DE1996119882
Authority: DE
Inventors: Leo Iten
Original assignee: Buehler AG
Current assignee: Buehler AG
Priority date: 1996-05-17
Filing date: 1996-05-17
Publication date: 2005-11-10
Anticipated expiration: 2016-05-18
Also published as: DE19619882A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Spritz- oder Druckgießmaschine (201) mit einer von einer Antriebseinrichtung steuerbaren kolbenartigen Einrichtung (2) zum Einspritzen von geschmolzenem Material in einen Formhohlraum (205, 206, 208), der mindestens zwei Formkanäle (205 bzw. 206 bzw. 208) unterschiedlichen Querschnitts für das einzuspritzende geschmolzene Material aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die kolbenartige Einrichtung (2) von der Antriebseinrichtung im Sinne einer wenigstens annähernden Vergleichmäßigung der Durchströmgeschwindigkeit des geschmolzenen Materiales innerhalb der Formkanäle unterschiedlichen Querschnitts des Formhohlraumes derart gestuert wird, daß das Material bei Erreichen eines Formkanales geringeren Querschnittes von der kolbenartigen Einrichtung langsamer eingespritzt wird als bei Durchtritt durch einen Formkanal größeren Querschnittes.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie auf eine Spritz- oder Druckgießmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 6.

Bei derartigen Maschinen wird das Material, wie Kunststoff oder Nichteisenmetall, während einer Formfüllphase in einen Formhohlraum eingespritzt. Dabei bemüht man sich seit langem, einen möglichst dichten, porenfreien Guß zu erreichen. Zu diesem Zwecke ist bereits vorgeschlagen worden, den Formhohlraum unter Vakuum zu setzen, weil man der Ansicht war, es sei vornehmlich die im Formhohlraum befindliche Luft, die für die Entstehung von Poren verantwortlich sei. In der Praxis hat sich jedoch zur allgemeinen Verblüffung gezeigt, daß damit – wenigstens alleine – dem Problem nicht beizukommen war.

Nach einem anderen Vorschlag wird dem Gießkolben einer Druckgießmaschine wenigstens während der Vorfüllphase – also vor dem Erreichen des Formhohlraumes durch die Schmelze – eine nicht abnehmende Beschleunigung erteilt, um in der Gießkammer befindliche Luft in und durch den Formhohlraum hindurchzudrücken.

Die DE 44 46 857 A1 beschreibt ein Verfahren zur automatischen Einstellung einer Spritzgussgeschwindigkeitsbedingung von Giessharzen bei dem die Bedingung der Spritzgussgeschwindigkeit für eine kurze Zeitperiode mit nur wenigen Tests einstellbar sein soll. Hierbei wird von einem Referenzdruck ausgegangen, der als eine Funktion der Einspritzablaufzeit dargestellt wird. Vorgesehen ist weiterhin ein Korrekturschnitt sowie das Auslesen eines Einspritzgeschwindigkeitsmusters.

Ein weiteres Spritzgussverfahren offenbart die EP 0 569 019 A1 , wobei eine Vielzahl von Parametern reguliert wird, entsprechend der Anforderungen des zu vergiessenden Giessharzes. Unter Beachtung von Referenzwerten werden insbesondere die Einspiel geschwindigkeit und der Einspritzdruck, falls der Grad der Formöffnung der bestimmenden Parameter ist.

Nach einem Spritzgiessverfahren für Giessharz gemäss der US-PS 5 512 223 sind mehrere Druckbolzen vorgesehen, die die Einspritzöffnung der Form zu unterschiedlichen Zeitpunkten schliessen um den Einspritzdruck zu variieren. Diese Regelung schliesst ein Auswerferstift mit ein.

Nach einem weiteren Vorschlag wird der Formhohlraum sehr langsam gefüllt, damit ein Zerstäuben der Schmelze beim Austreten aus verengten Querschnitten des Formhohlraumes vermieden wird. Einem derartig langsamen Füllen sind jedoch durch das Erstarren der Schmelze Grenzen gesetzt, wobei damit zwangsläufig eine Verlängerung der Zykluszeiten verbunden ist.

Die Erfindung geht von der letzteren Überlegung aus, wonach ein Zerstäuben innerhalb der Form vermieden werden soll. Aufgabe ist es dabei, trotz Vermeidung eines Zerstäubens eine vernünftige Gießgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten. Erfindungsgemäß wird dieses Ziel wenigstens weitgehend durch die kennzeichnenden Merkamle des Anspruches 1 erreicht..

Dementsprechend weist eine erfindungsgemäße Spritz- oder Druckgießmaschine die Merkmale des Anspruches 6 auf.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von an Hand einer schematischen Zeichnung erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
1 einen Teil einer Druckgießmaschine; und
2 ein Schaltschema für ein adaptives mathematisches Modell.
1 entspricht teilweise der Figur gleicher Numerierung aus der CH-A-668 385, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme als geoffenbart gelten soll. Dies gilt vor allem auch für die hier nicht gezeigte, aber in üblicher Weise vorhandene Antriebseinrichtung für die kolbenartige Einrichtung, d.h. die Extruderschnecke einer Spritzgießmaschine bzw. den Gießkolben einer Druckgießmaschine. In diesem Zusammenhange sei erwähnt, daß in der CH-A-668 385 zwar speziell auf die Erfassung von Parametern an Hand des Druckes einer Hydraulikflüssigkeit innerhalb eines Gießkolbens Bezug genommen wird, worauf die vorliegende Erfindung jedoch nicht eingeschränkt ist. Indessen kann die übrige erfindungsgemäße Schaltung im wesentlichen mit der dieser CH-A- übereinstimmen, insbesondere was die Auswahl vorgegebener Kurven oder Kurvenabschnitte für wenigstens einen Schußparameter auf Grund gemessener Parameter sowie die Differenzierung solcher Meßwerte anlangt. Deshalb werden im folgenden auch die Bezugszeichen aus dieser Schrift übernommen, soweit die bei der vorliegenden beschriebenen Teile mit denen der genannten Schrift übereinstimmen.
Dementsprechend ist ein an einer Kolbenstange 1 befestigter Gießkolben 2 innerhalb einer Gießkammer 203 verschiebbar, um über eine Öffnung 51 der Gießkammer 203 eingefüllte Schmelze 204 über einen Angußkanal 45 und einen verengten Anguß 44 in einen Formhohlraum ziwschen einer stationären Form 42 und einer beweglichen Form 43 einzufüllen. Hier sei erwähnt, daß mit dem Ausdruck "Schmelze" nicht unbedingt flüssiges Metall gemeint sein muß, sondern daß es sich auch um halbflüssiges bzw. halbfestes Metall handeln kann, das im allgemeinen thixotrope Eingenschaften aufweist und daher in im wesentlichen festen Zustand in die Gießkammer 203 kommt, wo es unter dem Drucke des Kolbens 2 und der sich innerhalb des Kanales 45 und des Angußes (oder Anschnittes) 44 entwickelnden Scherung verflüssigt. Im Falle einer Spritzgießmaschine wird vor dem Kanal 45 die Gießkammer 203 durch ein Extrudergehäuse und der Kolben 2 im allgemeinen durch eine Extruderschnecke ersetzt werden.
Der Formhohlraum zwischen den Formen 42 und 43 weist im Anschlusse an den Anguß 44 einen verengten, eine Rippe formenden Kanal 205, der in einen Hohlraum 206 größeren Volumens mündet. In dem Buch "MODERNE DRUCKGUSSFERTI-GUNG", Ernst Brunhuber, 1971, Seiten 14–16, ist L. Frommer's Theorie über die Formfüllung im einzelnen beschrieben. Dort wird aufgezeigt, daß es beim Einspritzen von Material aus einem engen Kanal, wie dem Kanal 205, in einen weiten Hohlraum, wie dem Hohlraum 206, zu einem Zersprühen des Materiales (Brunhuber spricht von einer "Wirbelglocke") ebenso kommt, wie bei Umlenkungen innerhalb des Formhohlraumes. Diese Zersprühungen sind eine der Ursachen für die Entstehung von Poren, die vermieden werden sollen. Brunhuber empfiehlt hier, "das flüssige Metall mit langsamer Vorhubgeschwindigkeit in den Formhohlraum einströmen zu lassen ..." zumal ja der Anguß 44 einen, zwar kurzen, aber düsenartig verengten Kanal darstellt, der ein solches Versprühen des Metalles begünstigt. Dies bringt aber gerade die Gefahr mit sich, daß das Metall in derart verengten Kanälen "zufriert", wenn das Tempo nicht den Gegebenheiten angepaßt wird, wie dies erfindungsgemäß vorgesehen ist.
Um diese Anpassung der Geschwindigkeit im Sinne einer Vergleichmäßigung der Strömungsgeschwindigkeit innerhalb von Teilen 205, 206 des Formhohlraumes mit unterschiedlichem Querschnitt vornehmen zu können, ist zunächst im Bereiche des Angusses 44, zweckmäßig in der dargestellten Weise unmittelbar davor, ein erster Sensor 48 angeordnet. Im Vergleiche zur genannten CH-A- liegt dieser Metallfrontsensor 48 näher am Anguß 44, doch ist im Prinzip seine Entfernung von diesem von der Schnelligkeit eines Regelkreises 58 abhängig. Wenn es sich, wie bevorzugt, um eine Echtzeitregelung handelt, die noch während des Schußvorlaufes des Kolbens 2 wirksam wird, wird eine Anordnung des Sensors, wie in 1 dargestellt, zweckmäßig sein.
Anderseits geht der Angußabschnitt unmittelbar in den relastiv engen Kanal 205 über, und es ist je lediglich nötig, ein Herausspritzen aus diesem Kanal 205 in den breiteren Teil 206 des Formhohlraumes zu vermeiden. Deshalb wäre eine Unterbringung des Sensors 48 auch noch innerhalb des Kanales 205 möglich, oder – allgemein gesprochen – der jeweilige Sensor braucht (je nach Regelung und Formgestaltung) nur im Bereiche der Querschnittsveränderung, sei es vor ihr oder nach ihr, vorgesehen sein.
Am Ausgange des breiteren Abschnittes 206 des Formhohlraumes ist ein weiterer Sensor 207 vorgesehen, um nach einer im Anschlusse an eine Verringerung der Geschwindigkeit des Kolbens 2, wenn sich das Metall im Kanal 205 befindet, und einer Erhöhung der Kolbengeschwindigkeit, wenn sich das Metall im Abschnitt 206 befindet, wieder zu einer Verlangsamung zurückzukehren, wenn das Metall den Abschnitt 206 verläßt und in einen hinsichtlich seines Querschnittes dem Kanal 205 entsprechenden Kanal 208 eindringt. Da dieser Kanal 208 bei diesem Beispiel der letzte Abschnitt des Formhohlraumes ist und daher ein Zerstäuben nicht mehr zu befürchten ist, kann hier eine höhere Geschwindigkeit als im Kanal 205 gewählt werden. Anderseits wirkt eine Verringerung der Geschwindigkeit im letzten Abschnitt des Form hohlraumes 205, 206, 208 auch dem sog. "Formatmen" entgegen, ein Phänomen, das sich durch ein leichtes Auseinanderbewegen der Formen 42, 43 bemerkbar macht und das zu einer Verschlechterung der Qualität führen kann. Am Ende des Kanales 208 kann ein weiterer Sensor 49 den Abschluß de Formfüllvorganges feststellen und über den Regler 58 ein Stillsetzen des Gießkolbens 2 bewirken.
Aus den obigen Erläuterungen ist klar, daß – je nach der Gestaltung des Formhohlraumes – eine Vielzahl von verschiedenen Kolbengeschwindigkeiten vorgesehen werden kann. Um deren Ansteuerung zu beschleunigen, ist es vorteilhaft, wenn die Geschwindigkeitskurven 209 bis 211 (mindestens zwei, gegebenenfalls auch mehr) verschiedener Steigung in mindestens einem Speicher 96 abgespeichert sind und mittels Adresse vom Regler 58 nur noch abgerufen werden müssen, um eine entsprechende Ventilanordnung (hier nicht dargestellt) als Stellglied zu betätigen.
Es sei jedoch erwähnt, daß die Regelung auch dadurch vereinfacht werden kann, indem lediglich die Ankunft der Metallfront am Sensor 48 festgestellt wird, wogegen die übrigen Sensoren 49 und 207 (es könnten allerdings auch mehr Sensoren vorgesehen sein) weggelassen werden. Wenn nämlich die Länge der Kanäle 205, 208 und das Volumen des Abschnittes 206 bekannt ist, so läßt sich eine Steuerung im Sinne einer Vergleichmäßigung der Strömungsgeschwindigkeit des Metalles durch den Formhohlraum auch durch Vorgabe vorbestimmter Zeiten, oder besser vorbestimmter Weglängen des Gießkolbens 2, einfach steuern, ohne daß es vieler Sensoren bedarf. Beispielsweise können die Wege oder Zeiten und die gewünschten Geschwindigkeiten dem Regler 58 über ein Tastenfeld 60 mitgeteilt werden, wobei der Regler diese Daten dann in einem entsprechenden Speicher abspeichert.
Diese Überlegung kann zu einer weiteren baulichen Vereinfachujng führen, die nun an Hand der 2 besprochen werden soll. In diesem Blockschaltbild ist eine Spritz- oder Druckgießmaschine als ganzes mit 201 bezeichnet, die eine Einheit 212 von verschiedenen Meßwertgebern beinhaltet. Diese Meßwertgeber können beispielsweise einen Füllstandsmesser für das Niveau an Schmelze in der Gießkammer 203 und/oder einen Wegmesser für den Weg des Gießkolbens 2 (oder einer Extruderschnecke) zur Bestimmung der sog. "Tablette", d.h. des in der Gießkammer 203 verbleibenden Gießrestes, umfassen, so daß daraus der vom Gießkolben und von der Schmelze 204 innerhalb des Angußkanales 45 bzw. des Formhohlraumes 205–208 ableitbar ist.
Solche Daten werden in einer Stufe in Vektoren umgewandelt und in einem Komparator 214 mit Daten aus einem Rechner-Speicher 215 verglichen, der ein mathematisches Modell des Gießvorganges erstellt bzw. speichert. Die Ausgangssignale des Komparators 214 werden einer ähnlich der Stufe 215 aufgebauten Stufe 216 zugeführt, die ein mathematisches Modell der Anpassungsstrategie entwirft bzw. speichert. Deren Ausgangssignale an die Stufe 215 führen zur Abgabe von entsprechenden Ausgangssignalen des Rechner-Speichers 215 an einen Regler 217 für die Anpassungsstrategie, der seinerseits wiederum eine Regelstufe 258 beeinflußt, der etwa dem Regler 58 der 1 entspricht.
Dieser Regler 258, der im übrigen noch eine weitere Regelstufe 258' umfassen kann, erhält auch die Vektorsignale aus der Stufe 213, die er mit den Signalen des Anpassungsreglers 217 vergleicht, d.h. daß dieser Anpassungregler entsprechend kompatible Signale liefert, die am Ausgange der Regelstufe 258 in die der Regelabweichung entsprechenden Werte umgewandelt an die Stufe 258' geleitet werden. Diese zusätzliche Regelstufe 258' erhält auch die Sollwerte vom Tastenfeld 60 und bewirkt eine Regelung, wie sie in ihren Grundzügen oben bereits beschrieben wurde.
Aus dieser Erläuterung ist ersichtlich, daß die Sensoren 48, 49 und 207 bei Benützung eines mathematischen Modells an sich nicht erforderlich sind, vielmehr das Erreichen des Kanales 45 und der verschiedenen Abschnitte 205, 206, 208 des Formhohlraumes auch rechnerisch bestimmt werden kann, um die vorliegende Erfindung zu verwirklichen.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Spritz- oder Druckgießmaschine (201) mit einer von einer Antriebseinrichtung steuerbaren kolbenartigen Einrichtung (2) zum Einspritzen von geschmolzenem Material in einen Formhohlraum (205, 206, 208), der mindestens zwei Formkanäle (205 bzw. 206 bzw. 208) unterschiedlichen Querschnitts für das einzuspritzende geschmolzene Material aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die kolbenartige Einrichtung (2) von der Antriebseinrichtung im Sinne einer wenigstens annähernden Vergleichmäßigung der Durchströmgeschwindigkeit des geschmolzenen Materiales innerhalb der Formkanäle unterschiedlichen Querschnitts des Formhohlraumes derart gestuert wird, daß das Material bei Erreichen eines Formkanales geringeren Querschnittes von der kolbenartigen Einrichtung langsamer eingespritzt wird als bei Durchtritt durch einen Formkanal größeren Querschnittes.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Erreichen eines veränderten Querschnittes des Formhohlraumes wenigstens einmal erfaßt wird, und daß die Steuerung der kolbenartigen Einrichtung in Abhängigkeit von diesem Meßergebnis erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Erreichen mindestens zweier veränderter Querschnitte des Formhohlraumes gemessen zur entsprechenden Steuerung der kolbenartigen Einrichtung erfaßt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Erfassen des Erreichens eines vorbestimmten Querschnitts des Formhohlraumes und die entsprechende Steuerung in Echtzeit während der Bewegung der kolbenartigen Einrichtung erfolgt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung mindestens einen Speicher aufweist, in dem die Formkanälen unterschiedlichen Querschnittes entsprechenden Wege der kolbenartigen Einrichtung vor dem Betreiben der Spritz- oder Druckgießmaschine gespeichert werden, und daß dann die kolbenartige Einrichtung durch Lesen des Speichers dementsprechend gesteuert wird.
Spritz- oder Druckgießmaschine mit einer von einer Antriebseinrichtung steuerbaren kolbenartigen Einrichtung zum Einspritzen von geschmolzenem Material in einen hinter einem Anschnitt befindlichen Formhohlraum, der mindestens zwei Formkanäle unterschiedlichen Querschnitts für das einzuspritzende geschmolzene Material aufweist, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung mit einem Steuersignalgeber zur Bestimmung des Erreichens wenigstens eines Querschnittes innerhalb des Formhohlraumes verbunden ist, und daß in Abhängigkeit vom Ausgangssignal dieses Steuersignalgebers die Geschwindigkeit der kolbenartigen Einrichtung regelbar ist.