DE19803352A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des Zeitpunkts eines Druckanstiegs in einer Werkzeugform während eines Kunststoff-Spritzgießverfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Ermittlung des Zeitpunkts eines Druckanstiegs in einer Werkzeugform während eines Kunststoff-Spritzgießverfahrens wobei die Werkzeugform während des Kunststoff- Spritzgießverfahrens mit einem geschmolzenem Kunststoff gefüllt wird.

Bei bekannten Kunststoff-Spritzgießverfahren wird der geschmolzene Kunststoff unter einem Druck in eine Werkzeugform eingespritzt. Die Werkzeugform bildet dabei üblicherweise einen Hohlraum, der von dem geschmolzenen Kunststoff ausgefüllt werden soll. Auf Grund des Drucks beim Einspritzen wird der geschmolzene Kunststoff in die Werkzeugform hineingedrückt. Dies wird auch als Formfüllvorgang bezeichnet. Ist die Werkzeugform schließlich vollständig von dem geschmolzenen Kunststoff ausgefüllt, so wird von dem bisher anliegenden, meist größeren sog. Einspritzdruck zu einem eher kleineren sog. Nachdruck umgeschaltet. Dieser Nachdruck wird dann für eine gewisse Zeitdauer auf den in die Werkzeugform eingespritzten Kunststoff ausgeübt, um eine Volumenschwindung des erzeugten Teiles auszugleichen. Während dieser Zeitdauer des Nachdrucks kühlt der Kunststoff ab und erstarrt.

Für die Umschaltung von dem Einspritzdruck auf den Nachdruck ist es erforderlich, etwa denjenigen Zeitpunkt zu erfassen, in dem die gesamte Werkzeugform von dem geschmolzenen Kunststoff vollständig ausgefüllt wird. Es ist also etwa derjenige Zeitpunkt zu ermitteln, in der der geschmolzene Kunststoff an allen Wänden der Werkzeugform zum Anliegen kommt.

Zu diesem Zweck ist es bekannt, in den Wänden der Werkzeugform Drucksensoren vorzusehen. Füllt der geschmolzene Kunststoff die gesamte Werkzeugform vollständig aus, so hat dies zur Folge, daß der auf den Kunststoff einwirkende Druck in der Werkzeugform ansteigt.

Dies ergibt sich daraus, daß sich der Kunststoff in der Werkzeugform nicht mehr weiter ausbreiten kann. Der weiterhin auf den Kunststoff einwirkende Einspritzdruck hat zur Folge, daß der in der Werkzeugform vorhandene Kunststoff nunmehr komprimiert wird. Dies hat den genannten Druckanstieg zur Folge.

Mit Hilfe der in den Wänden der Werkzeugform vorgesehenen Drucksensoren kann dieser Druckanstieg erfaßt werden. Der Druckanstieg stellt etwa denjenigen Zeitpunkt dar, in dem die Werkzeugform vollständig mit dem geschmolzenen Kunststoff ausgefüllt ist. Etwa im Zeitpunkt des Druckanstiegs am Ende des Fließweges in der Werkzeugform, also nach erfolgter Füllung, wird von dem Einspritzdruck auf den Nachdruck umgeschaltet.

Bei Drucksensoren und den erforderlichen Meßverstärkern handelt es sich üblicherweise um aufwendige und damit kostenintensive Bauelemente. Des weiteren ist es bei bekannten Kunststoff-Spritzgießverfahren zur Prozeßbeobachtung oder -überwachung meist erforderlich, unabhängig von den Drucksensoren auch noch Temperatursensoren vorzusehen. Insgesamt bedeutet dies, daß eine Mehrzahl von Sensoren in der Werkzeugform untergebracht werden müssen. Dies kann insbesondere bei kleinen Werkzeugformen Probleme bei der Anordnung der Sensoren zur Folge haben. Des weiteren sind diese Mehrzahl von Sensoren mit hohen Kosten verbunden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung des Zeitpunkts eines Druckanstiegs in einer Werkzeugform während eines Kunststoff-Spritzgießverfahren zu schaffen, die einen geringeren Aufwand erfordern und damit kostengünstiger sind.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art bzw. bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art durch die Erfindung dadurch gelöst, daß der Zeitpunkt des Druckanstiegs mit einem Temperatursensor ermittelt wird.

Für die Feststellung des Zeitpunkts des Druckanstiegs ist somit kein separater Drucksensor mehr erforderlich. Statt dessen wird der Drucksensor insoweit durch den Temperatursensor ersetzt. Dies hat unmittelbar eine Kostenersparnis zur Folge. Ebenfalls ist der Aufwand insbesondere im Hinblick auf die Unterbringung der Sensoren an der Werkzeugform vermindert.

Es hat sich gezeigt, daß der Druckanstieg, der aus einer vollständigen Füllung der Werkzeug mit dem geschmolzenen Kunststoff resultiert, auch einen Einfluß auf die Temperatur des in der Werkzeugform vorhandenen geschmolzenen Kunststoffs hat. Dieser Einfluß des Druckanstiegs auf den Temperaturverlauf kann mit Hilfe des Temperatursensors erfaßt werden. Durch eine entsprechende Auswertung des von dem Temperatursensor gemessenen Temperaturverlaufs ist es dann möglich, etwa den Zeitpunkt des Druckanstiegs aus dem Temperaturverlauf abzuleiten. Insoweit wird durch die Erfindung eine Möglichkeit geschaffen, etwa den Zeitpunkt des Druckanstiegs durch eine zugehörige Veränderung des Temperaturverlaufs zu erkennen. Der Drucksensor kann dadurch zumindest hinsichtlich der Ermittlung des Zeitpunkts des Druckanstiegs durch den Temperatursensor ersetzt werden.

In Abhängigkeit von dem auf diese Art und Weise ermittelten Zeitpunkt des Druckanstiegs kann, insbesondere bei entsprechender Anordnung des Temperatursensors zum Beispiel am Fließwegende, auf die vollständige Füllung der Werkzeugform mit dem geschmolzenen Kunststoff geschlossen werden. Als Folge davon kann von dem Einspritzdruck auf den Nachdruck umgeschaltet werden.

Wie bereits erläutert wurde, hat die vollständige Füllung der Werkzeugform mit dem geschmolzenen Kunststoff zur Folge, daß der Kunststoff komprimiert wird, was den beschriebenen Druckanstieg zur Folge hat. Dieser Druckanstieg wirkt auf den am Rande erstarrten und in der Mitte geschmolzenen Kunststoff ein und führt damit zu einer Erwärmung desselben und zu einer Temperaturerhöhung. Der Druckanstieg in der Werkzeugform hat somit eine Temperaturerhöhung des Kunststoffs in der Werkzeugform zur Folge. Diese Temperaturerhöhung ist üblicherweise nur von kurzzeitiger Natur und kann deshalb nur mit schnell reagierenden Temperatursensoren gemessen werden.

Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.

Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ermittlung des Zeitpunkts eines Druckanstiegs in einer Werkzeugform während eines Kunststoff- Spritzgießverfahrens,

Fig. 2a zeigt ein schematisches Diagramm eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung des Zeitpunkts eines Druckanstiegs in einer Werkzeugform während eines Kunststoff- Spritzgießverfahrens,

Fig. 2b zeigt ein schematisches Diagramm mit einer Vergrößerung des Ausschnitts II der Fig. 1, und

Fig. 3 zeigt zwei schematische, zeitlich gestreckte Diagramme eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung des Zeitpunkts eines Druckanstiegs in einer Werkzeugform während eines Kunststoff-Spritzgießverfahrens.

In der Fig. 1 ist schematisch eine Werkzeugform 1 dargestellt, die einen Hohlraum 2 bildet. Mit Hilfe einer nicht dargestellten Einspritzvorrichtung wird ein geschmolzener Kunststoff an einer Angußstelle 3 in den Hohlraum 2 der Werkzeugform 1 eingespritzt. Dies ist mit Hilfe des Pfeils 4 angedeutet.

Damit der geschmolzene Kunststoff ausgehend von der Angußstelle 3 in den Hohlraum 2 der Werkzeugform 1 eindringt, wird insbesondere durch die Einspritzvorrichtung ein sog. Einspritzdruck auf den flüssigen Kunststoff ausgeübt. Der Kunststoff bewegt sich dadurch ausgehend von der Angußstelle 3 in den Hohlraum 2 hinein. Diese Bewegung des Kunststoffs wird auf Grund des Einspritzdrucks solange fortgesetzt, bis der Kunststoff den Hohlraum 2 der Werkzeugform 1 vollständig ausfüllt. Dies ist genau dann der Fall, wenn der flüssige Kunststoff die von der Angußstelle 3 am entferntesten angeordnete Wand 5 der Werkzeugform 1, also das Ende des Fließweges erreicht.

Sobald der flüssige Kunststoff die Wand 5 der Werkzeugform 1 erreicht, kann sich der Kunststoff in dem Hohlraum 2 nicht mehr weiter ausbreiten. Dies hat eine Komprimierung des Kunststoffs zur Folge, was sich auf den Druckverlauf des in dem Hohlraum 2 der Werkzeugform 1 vorhandenen Drucks auswirkt.

In den Fig. 2a und 2b ist der Druckverlauf des in dem Hohlraum 2 der Werkzeugform 1 vorhandenen Drucks über der Zeit aufgetragen. Wie insbesondere der Fig. 2a zu entnehmen ist, ist etwa in einem Zeitpunkt T ein deutlicher Druckanstieg des Druckverlaufs vorhanden. Dieser Druckanstieg fällt nach einer gewissen Zeit wieder auf einen von der Komprimierung abhängigen Wert des Drucks ab. Aus der Vergrößerung der Fig. 2b geht deutlich hervor, daß der Druckverlauf etwa in dem genannten Zeitpunkt T einen steilen, insbesondere nahezu senkrechten Druckanstieg aufweist.

Bei dem Zeitpunkt T, in dem gemäß den Fig. 2a und 2b der Druckanstieg in dem Hohlraum 2 der Werkzeugform 1 etwa vorhanden ist, handelt es sich um denjenigen Druckanstieg, der durch die vollständige Füllung des Hohlraums 2 mit dem flüssigen Kunststoff hervorgerufen wird. Es handelt sich also um denjenigen Druckanstieg, der daraus hervorgeht, daß der flüssige Kunststoff die Wand 5 der Werkzeugform 1 erreicht.

In dem durch den beschriebenen Druckanstieg etwa festgelegten Zeitpunkt T wird der auf den flüssigen Kunststoff einwirkende Druck verändert. Im Zeitpunkt T wird insbesondere von dem sog. Einspritzdruck auf einen sog. Nachdruck umgeschaltet. Mit Hilfe des Nachdrucks wird erreicht, daß der in der Werkzeugform 1 vorhandene flüssige Kunststoff nunmehr unter konstanten Druck- und Volumenausgleich auskühlen und damit erstarren kann.

Zusätzlich zu dem in den Fig. 2a und 2b dargestellten Druckverlauf ist in den genannten Figuren des weiteren ein Temperaturverlauf dargestellt. Wie sich inbesondere aus der Vergrößerung der Fig. 2b ergibt, weist dieser Temperaturverlauf etwa ab dem Zeitpunkt T eine Temperaturerhöhung auf, die von dem vorherigen Temperaturverlauf abweicht. In der Fig. 2b ist zur Kenntlichmachung dieser Temperaturerhöhung der vorherige Temperaturverlauf und dessen erwartete Fortsetzung mit der Bezugsziffer 6 gekennzeichnet, während die davon abweichende Temperaturerhöhung mit der Bezugsziffer 7 bezeichnet ist.

Der Übergang von dem erwarteten Temperaturverlauf 6 zu der nicht erwarteten Temperaturerhöhung 7 stimmt somit etwa mit dem Zeitpunkt T überein, der den Druckanstieg des Druckverlaufs festlegt.

Wie aus der Fig. 1 hervorgeht, ist in einer Wand 8 der Werkzeugform 1 ein angußnaher Temperatursensor 9 und ein angußferner Temperatursensor 10 angeordnet. Bei den Temperatursensoren 9, 10 handelt es sich um schnell reagierende Temperatursensoren, die in der Lage sind, auch kurzfristige und geringe Temperaturveränderungen zu erfassen.

Es wird nunmehr davon ausgegangen, daß nur der angußferne Temperatursensor 10 vorhanden ist.

Erreicht der flüssige Kunststoff die Wand 5 der Werkzeugform 1, so hat dies den beschriebenen Druckanstieg in dem Hohlraum 2 zur Folge. Dieser Druckanstieg pflanzt sich dabei ausgehend von der Angußstelle 3 in Richtung zu der Wand 5 der Werkzeugform 1 fort. Erreicht der Druckanstieg den Temperatursensor 10, so hat dies die Temperaturerhöhung 7 zur Folge. Diese Temperaturerhöhung 7 kann mit Hilfe entsprechender Auswerteeinrichtungen erfaßt werden. In Abhängigkeit von der Temperaturerhöhung 7 kann von dem Einspritzdruck auf den Nachdruck umgeschaltet werden.

Es ist somit möglich, mit Hilfe eines einzigen Temperatursensors, nämlich mit Hilfe des angußfernen Temperatursensors 10, den Zeitpunkt T zu ermitteln und in Abhängigkeit davon den auf den flüssigen Kunststoff einwirkenden Druck zu beeinflussen.

Es wird nunmehr davon ausgegangen, daß beide Temperatursensoren 9 und 10 vorhanden sind.

In der Fig. 3 sind beispielhafte Temperaturverläufe der beiden Temperatursensoren 9, 10 über der Zeit dargestellt.

Desweiteren sind zwei Druckverläufe über der Zeit dargestellt, die denjenigen Stellen innerhalb der Werkzeugform 1 zugeordnet sind, an denen die beiden Temperatursensoren 9, 10 angeordnet sind.

Aus der Fig. 3 geht hervor, daß der Druckverlauf a einen Druckanstieg aufweist, dem eine Temperaturerhöhung 7' des zugehörigen Temperaturverlaufs des Temperatursensors 9 entspricht. Der Druckanstieg bzw. die Temperaturerhöhung 7' legen dabei einen Zeitpunkt T' fest. Entsprechend weist der Druckverlauf b einen Druckanstieg auf, dem eine Temperaturerhöhung 7'' des Temperaturverlaufs des Temperatursensors 10 entspricht. Dieser Druckanstieg bzw. die zugehörige Temperaturerhöhung 7'' legen einen Zeitpunkt T'' fest.

Erreicht der flüssige Kunststoff die Wand 5 der Werkzeugform 1, so hat dies den bereits beschriebenen Druckanstieg zur Folge. Dieser Druckanstieg pflanzt sich ausgehend von der Angußstelle 3 in Richtung zu der Wand 5 fort. Der Druckanstieg erreicht somit zuerst den Temperatursensor 9. Dies kann aus dem Temperaturverlauf des Temperatursensors 9 an Hand der Temperaturerhöhung 7' und des daraus resultierenden Zeitpunkts T' abgeleitet werden. Zu einem späteren Zeitpunkt erreicht der Druckanstieg den Temperatursensor 10. Dies kann aus dem Temperaturverlauf des Temperatursensors 10 und der darin vorhandenen Temperaturerhöhung 7'' bzw. des daraus resultierenden Zeitpunkts T'' abgeleitet werden.

In Abhängigkeit von dem angußnahen Temperatursensor 9 und dem von diesem erkannten Zeitpunkt T' und/oder in Abhängigkeit von dem angußfernen Temperatursensor 10 und dem von diesem erkannten Zeitpunkt T'' wird der auf den flüssigen Kunststoff einwirkende Druck von dem Einspritzdruck auf den Nachdruck umgeschaltet.

Es ist nun möglich, daß - bspw. auf Grund eines zu frühzeitig erstarrenden Kunststoffs - der flüssige Kunststoff gar nicht die Wand 5 der Werkzeugform 1 erreicht hat, sondern bereits vor der Wand 5 zum Stehen gekommen ist. Auch in diesem Fall hat dies ein Komprimieren des flüssigen Kunststoffs und damit einen Druckanstieg insbesondere in dem Bereich des angußnahmen Temperatursensors 9 zur Folge.

Hat der flüssige Kunststoff die Wand 5 und damit den Temperatursensor 10 nicht erreicht, so hat dies zur Folge, daß in dem Bereich des Temperatursensors 10 kein Druckanstieg und damit keine Temperaturerhöhung 7'' vorhanden ist. Dies kann durch eine entsprechende Überwachung des Temperatursensors 10 erkannt und als Fehlfunktion an einen Benutzer ausgegeben werden.

Zeigt der Temperatursensor 10 hingegen die Temperaturerhöhung 7'' an, so bedeutet dies, daß auch im Bereich des Temperatursensors 10 ein Druckanstieg stattgefunden hat. Daraus kann abgeleitet werden, daß der flüssige Kunststoff die Wand 5 erreicht und damit den Hohlraum 2 vollständig ausgefüllt hat. Durch den angußfernen Temperatursensor 10, der vorzugsweise unmittelbar vor der Wand 5 der Werkzeugform 1 angeordnet ist, wird somit erreicht, daß die vollständige Füllung des Hohlraums 2 mit dem geschmolzenen Kunststoff überwacht werden kann.

Claims (1)

1. l. Verfahren zur Ermittlung des Zeitpunkts (T, T', T'') eines Druckanstiegs in einer Werkzeugform (1) während eines Kunststoff-Spritzgießverfahrens, wobei die Werkzeugform (1) während des Kunststoff- Spritzgießverfahrens mit einem geschmolzenen Kunststoff gefüllt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt (T, T', T'') des Druckanstieg mit einem Temperatursensor (9, 10) ermittelt wird.

   • 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt (T, T', T'') des Druckanstiegs aus dem Verlauf der von dem Temperatursensor (9, 10) gemessenen Temperatur ermittelt wird.
   • 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf der von dem Temperatursensor (9, 10) gemessenen Temperatur etwa im Zeitpunkt (T, T', T'') des Druckanstiegs eine kurzzeitige Temperaturerhöhung (7, 7', 7'') aufweist.
   • 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckanstieg dadurch bewirkt wird, daß der geschmolzene Kunststoff eine Wand (5) oder dergleichen der Werkzeugform (1) erreicht.
   • 5. Vorrichtung zur Ermittlung des Zeitpunkts (T, T', T'') eines Druckanstiegs in einer Werkzeugform (1) während eines Kunststoff-Spritzgießverfahrens, wobei die Werkzeugform (1) während des Kunststoff- Spritzgießverfahrens mit einem geschmolzenen Kunststoff gefüllt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperatursensor (9, 10) zur Ermittlung des Zeitpunkts (T, T', T'') des Druckanstiegs vorgesehen ist.
   • 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein angußnaher (9) und ein angußferner (10) Temperatursensor vorgesehen sind.
   • 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein bzw. zwei schnell reagierende Temperatursensoren (9, 10) vorgesehen sind.