DE19834085C1

DE19834085C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Spritzgießen von Kunststoff-Formteilen

Info

Publication number: DE19834085C1
Application number: DE1998134085
Authority: DE
Inventors: Harald Bleier
Original assignee: Battenfeld GmbH
Current assignee: BLEIER, HARALD, WIENER NEUSTADT, AT
Priority date: 1998-07-29
Filing date: 1998-07-29
Publication date: 1999-11-25
Anticipated expiration: 2018-07-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Spritzgießen von Kunststoff-Formteilen. Das Verfahren weist die Schritte auf: a) Plastifizieren von Kunststoffmaterial mittels einer Plastifizier- und Enspritzschnecke (1), die an ihrem Ende eines Rückstromsperre (2) aufweist, und Fördern des plastifizierten Kunststoffmaterials in einen Schneckenvorraum (3), und b) Einspritzen des plastifizierten Kunststoffmaterials im Schneckenvorraum (3) durch axiales Verschieben der Plastifizier- und Einspritzschnecke (1) in ein Spritzgießwerkzeug (4), wobei die Plastifizier- und Einspritzschnecke (1) zwecks Erreichen eines definierten Einspritzvolumens um einen vorgegebenen Wegbetrag (s) verschoben wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der Druck (p) im Bereich der Schneckengänge (5) der Plastifizier- und Einspritzschnecke (1) mittels eines Drucksensors (6) registriert wird, daß der Druck (p) im Bereich der Schneckengänge (5) automatisiert überwacht wird, indem der Verlauf des Drucks (p) über der Zeit (t) beobachtet wird, und daß der Nullpunkt (0) für den Verschiebe-Wegbetrag (s) der Plastifizier- und Einspritzschnecke (1) an der Stelle festgelegt wird, an der die Steigung der Druck(p)-Zeit(t)-Kurve oder die Änderung der Steigung der Druck(p)-Zeit(t)-Kurve über oder unter einem vorgegebenen Wert liegt. Damit kann ein genau reproduzierbarer Spritzgießprozeß erreicht werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Spritzgießen von Kunststoff-Formteilen, das die Schritte aufweist:

a) Plastifizieren von Kunststoffmaterial mittels einer Plastifizier- und Einspritzschnecke, die an ihrem Ende eine Rückstromsperre aufweist, und Fördern des plastifizierten Kunststoffmaterials in einen Schneckenvorraum,
b) Einspritzen des plastifizierten Kunststoffmaterials im Schnecken vorraum durch axiales Verschieben der Plastifizier- und Einspritzschnecke in ein Spritzgießwerkzeug, wobei die Plastifizier- und Einspritzschnecke zwecks Erreichen eines definierten Einspritzvolumens um einen vorgegebenen Wegbetrag verschoben wird.

Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist bekannt, kombinierte Plastifizier- und Einspritzschnecken einzusetzen, die an ihrem Ende mit einer Rückstromsperre ausgestattet sind. Wenn die Schnecke - als Kolben wirkend - plastifiziertes Kunststoffmaterial in das Werkzeug einspritzt, stellt die Rückstromsperre sicher, daß die Kunststoffschmelze nicht in den Bereich der Schneckengänge zurückströmen kann.

Dabei ist es ein bekanntes Problem sicherzustellen, daß die Rückstromsperre in einer definierten Zyklusphase des Spritzgießzyklus schließt, so daß ein reproduzierbares Schmelzevolumen eingespritzt werden kann.

Der Stand der Technik geht bislang davon aus, daß die Rückströmung beim axialen Schneckenvortrieb dadurch verhindert wird, daß auf Grund der Reibung der Rückstromsperre an der Schneckenzylinderwand das Absperrteil der Rückstromsperre in die verschlossene Lage gebracht wird.

Aus der EP 0 489 363 B1 ist ein Spritzgießverfahren bekannt, bei dem zunächst das Kunststoffmaterial durch die Schnecke plastifiziert und in den Schneckenvorraum gefördert wird. Dann wird der gefüllte Schneckenvorraum gegen Rückströmen der Schmelze in den Schneckenzylinder aktiv abgesperrt und dann die Schmelze durch Vorschub der Schnecke aus dem Speicherraum in die Werkzeugkavität ausgetrieben. Zur Erreichen einer höheren Reproduzierbarkeit des Spritzgießzyklus erfolgt das aktive Absperren des gefüllten Schneckenvorraums gegen den Widerstand einer Verschlußdüse, wobei der Startpunkt für die Vorschubbewegung der Schnecke erst mit der aktiven Sperrung des Kunststoffschmelzenrückstroms bzw. mit dem Öffnen der Verschlußdüse bestimmt wird. Die exakte Abarbeitung eines Einspritzprofils gemäß einer Sollwert-Vorgabe wird erst mit der aktiven Sperrung des Rückstroms bzw. mit dem Öffnen der Verschlußdüse und erst bei Übereinstimmung des im Schneckenvorraum anstehenden Schmelzedrucks mit einem vorgegebenen Referenzdruck gestartet.

Die bekannten Verfahren und Vorrichtungen zum Sperren des Rückströmens der Schmelze beim Einspritzen sind jedoch nicht geeignet, eine hochgenaue Schußgewichtskonstanz zu gewährleisten. Der Grund liegt darin, daß durch die Viskosität der Schmelze der exakte Zeitpunkt des Verschluses der Rückstromsperre nicht genau genug vorhergesagt werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zu schaffen, mit dem bzw. der sichergestellt werden kann, daß die Rückstromsperre vollständig geschlossen ist, bevor mit dem Einspritzen von Kunststoff mittels axialer Bewegung der Schnecke begonnen wird. Dadurch soll ein besser reproduzierbarer Spritzgießprozeß möglich werden.

Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,

- daß der Druck (p) im Bereich der Schneckengänge (5) der Plastifizier- und Einspritzschnecke (1) mittels eines Drucksensors (6) registriert wird,
- daß der Druck (p) im Bereich der Schneckengänge (5) automatisiert überwacht wird, indem der Verlauf des Drucks (p) über der Zeit (t) beobachtet wird, und
- daß der Nullpunkt (0) für den Verschiebe-Wegbetrag (s) der Plastifizier- und Einspritzschnecke (1) an der Stelle festgelegt wird, an der die Steigung der Druck(p)-Zeit(t)-Kurve oder die Änderung der Steigung der Druck(p)-Zeit(t)-Kurve über oder unter einem vorgegebenen Wert liegt.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß es aufgrund der Viskosität der Schmelze nicht möglich ist, den Zeitpunkt, zu dem die Rückstromsperre vollständig geschlossen ist, mittels der vorbekannten Verfahren zu ermitteln.

Es hat sich jedoch überraschenderweise gezeigt, daß der Druckabfall im Bereich der Schneckengänge ein sicherer Indikator für das vollständige Schließen der Rückstromsperre ist. Erfindungsgemäß wird daher der Druck im Bereich der Schneckengänge nahe der Rückstromsperre gemessen und auf den Zeitpunkt bzw. auf die Schneckenposition, zu dem bzw. der die Sperre vollständig geschlossen ist, dadurch geschlossen, daß die Druck-Zeit-Kurve eine starke Änderung in der Steigung bzw. in der Krümmung erfährt. Der Startpunkt für die Einspritzung von Schmelze in die Werkzeugkavität durch Axialbewegung der Schnecke wird durch das Eintreten dieses Ereignisses entsprechend getriggert bzw. auf Null gesetzt.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß der Nullpunkt (0) für den Verschiebe- Wegbetrag (s) der Plastifizier- und Einspritzschnecke (1) an der Stelle festgelegt wird, an der die Steigung der Druck(p)-Zeit(t)-Kurve negativ wird.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist auf:

- eine Plastifizier- und Einspritzschnecke (1), an deren Ende eine Rückstromsperre (2) angeordnet ist,
- einen Schneckenvorraum (3), in den plastifiziertes Kunststoff material gefördert wird, und
- Mittel zum axialen Verschieben der Plastifizier- und Einspritzschnecke (1) um einen definierten Wegbetrag (s), um plastifiziertes Kunststoffmaterial aus dem Schneckenvorraum (3) in ein Spritzgießwerkzeug (4) einzuspritzen.

Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung gekennzeichnet durch

- einen Drucksensor (6) zur Messung des Drucks (p), der im Bereich der Schneckengänge (5) der Plastifizier- und Einspritzschnecke (1) angeordnet ist,
- Mittel zum automatisierten Überwachen des Drucks (p) im Bereich der Schneckengänge (5) und
- Mittel zum Definieren des Nullpunkts (0) für den Verschiebe- Wegbetrag (s) der Plastifizier- und Einspritzschnecke (1), sobald die Steigung der Druck(p)-Zeit(t)-Kurve oder die Änderung der Steigung der Druck(p)-Zeit(t)-Kurve über oder unter einem vorgegebenen Wert liegt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 zeigt schematisch den Schnitt durch eine Einspritzvorrichtung; in

Fig. 2 ist schematisch der Druck-Zeit-Verlauf über einen Spritz gießzyklus dargestellt.

In Fig. 1 ist eine Plastifizier- und Einspritzschnecke 1 zu sehen, die in ihrem Schneckenzylinder sowohl drehbar als auch axial verschieblich angeordnet ist. Am Ende der Schnecke 1 ist eine bekannte Rückstromsperre 2 beliebiger Bauart angeordnet. In Schmelze fließrichtung "hinter" der Schnecke 1 und Sperre 2 befindet sich der Schneckenvorraum 3. Dort kann sich Schmelze ansammeln, die dann mittels einer Axialbewegung der Schnecke 1 in das Spritzgießwerkzeug 4 gespritzt werden kann.

Im Bereich der Schneckengänge 5 der Schnecke 1 ist ein Drucksensor 6 angeordnet. Mit diesem kann der Druck p erfaßt werden, den die Schmelze im Schneckenbereich hat. Die Maschinensteuerung 7 registriert den Druck p über der Zeit t. Im Schneckenvorraum 3 herrscht indes der im allgemeinen vom Druck p unterschiedliche Druck p_v.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, denjenigen Zeitpunkt bzw. diejenige Schneckenposition genau festzulegen, wo die Rückstromsperre vollständig geschlossen ist. Erst ab dieser Position ist es nämlich möglich, eine genau definierte Menge Schmelze in die Werkzeugkavität einzuspritzen, d. h. zum Zeitpunkt des Verschlusses der Sperre wird der Nullpunkt 0 für den Verschiebe-Wegbetrag s gesetzt, um den die Schnecke 1 zwecks Injektion einer genau vorbestimmten Menge Schmelze axial bewegt wird.

Dieser Zeitpunkt bzw. diese Schneckenposition bestimmt sich - wie aus Fig. 2 zu sehen ist - wie folgt:

In Fig. 2 ist der typische Druckverlauf des Drucks im Schneckenvorraum p_v über der Zeit dargestellt. Zum Zeitpunkt t₀ beginnt im gezeigten Beispiel der Spritzgießzyklus; gleichzeitig beginnt der Einspritzvorgang, bei dem der Druck stark ansteigt. Synchron und parallel mit dem Anstieg des Drucks p_v im Schneckenvorraum steigt der Druck p im Bereich der Schneckengänge 5. Allerdings ist die Rückstromsperre 2 noch nicht zum Zeitpunkt t₀ vollständig geschlossen: Durch die Viskosität der Schmelze liegt der Sperring der Rückstromsperre noch nicht an; es kann Schmelze "nach hinten" zurückströmen, so daß zum Zeitpunkt t₀ noch keine genaue Reproduzierbarkeit gegeben ist.

Wie jedoch in Fig. 2 zu sehen ist, füllt der Druck p im Bereich der Schneckengänge 5 bald ab; das ist darauf zurückzuführen, daß sich die Rückstromsperre nunmehr schließt. Erfindungsgemäß wird abgewartet, bis die Steigung der p-t-Kurve (1. Ableitung) einen vorgegebenen Wert erreicht hat oder bis die Krümmung (2. Ableitung) einen abgespeicherten Wert angenommen bzw. überschritten hat. Vorzugsweise wird abgewartet, bis das Maximum der p-t-Kurve erreicht ist, d. h. bis die Steigung Null geworden ist. Ab diesem Zeitpunkt bzw. zu der zu diesem Zeitpunkt erreichten Schneckenposition wird - automatisch von der Maschinensteuerung 7 veranlaßt - der Nullpunkt 0 für den zurückzule genden Verschiebeweg s gesetzt. Damit ist eine hochgenaue Reproduzierbarkeit des Spritzgießzyklus erreicht.

Zum Zeitpunkt t₁ ist das Einspritzen beendet; der Nachdruck beginnt. Bei t₂ ist der Nachdruck beendet, so daß bekanntermaßen das Dosieren beginnen kann. Bei t₃ ist schließlich das Dosieren beendet. Das Zyklusende ist bei t₄ erreicht.

Die Maschinensteuerung beinhaltet die Mittel zum automatischen Überwachen des Drucks p über der Zeit und zum jeweiligen Bilden der ersten und ggf zweiten Ableitung der Kurve sowie zum Vergleichen dieser Werte mit abgespeicherten Daten. Weiterhin veranlaßt die Maschinensteuerung, daß zum gegebenen Zeitpunkt (Erreichen der vorgegebenen Werte für die Ableitung(en)) der Nullpunkt 0 für den Verschiebe-Wegbetrag s gesetzt wird.

Bezugszeichenliste

1

Plastifizier- und Einspritzschnecke

2

Rückstromsperre

3

Schneckenvorraum

4

Spritzgießwerkzeug

5

Schneckengänge der Schnecke

1

6

Drucksensor

7

Maschinensteuerung
pDruck im Bereich der Schneckengänge

5

p_v

Druck im Schneckenvorraum

3

sWegbetrag für axiale Verschiebung der Schnecke

1

0

Nullpunkt für den Verschiebe-Wegbetrag s
t₀

Zyklusstart; Beginn Einspritzen
t₁

Ende Einspritzen und Beginn Nachdruck
t₂

Ende Nachdruck und Beginn Dosieren
t₃

Ende Dosieren
t₄

Zyklusende

Claims

1. Verfahren zum Spritzgießen von Kunststoff-Formteilen, das die Schritte aufweist:

a) Plastifizieren von Kunststoffmaterial mittels einer Plastifizier- und Einspritzschnecke (1), die an ihrem Ende eine Rückstromsperre (2) aufweist, und Fördern des plastifizierten Kunststoffmaterials in einen Schneckenvorraum (3),
b) Einspritzen des plastifizierten Kunststoffmaterials im Schnecken vorraum (3) durch axiales Verschieben der Plastifizier- und Einspritzschnecke (1) in ein Spritzgießwerkzeug (4), wobei die Plastifizier- und Einspritzschnecke (1) zwecks Erreichen eines definierten Einspritzvolumens um einen vorgegebenen Wegbetrag (s) verschoben wird,

dadurch gekennzeichnet,

1. daß der Druck (p) im Bereich der Schneckengänge (5) der Plastifizier- und Einspritzschnecke (1) mittels eines Drucksensors (6) registriert wird,
2. daß der Druck (p) im Bereich der Schneckengänge (5) automatisiert überwacht wird, indem der Verlauf des Drucks (p) über der Zeit (t) beobachtet wird, und
3. daß der Nullpunkt (0) für den Verschiebe-Wegbetrag (s) der Plastifizier- und Einspritzschnecke (1) an der Stelle festgelegt wird, an der die Steigung der Druck(p)-Zeit(t)-Kurve oder die Änderung der Steigung der Druck(p)-Zeit(t)-Kurve über oder unter einem vorgegebenen Wert liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nullpunkt (0) für den Verschiebe-Wegbetrag (s) der Plastifizier- und Einspritzschnecke (1) an der Stelle festgelegt wird, an der die Steigung der Druck(p)-Zeit(t)-Kurve negativ wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2, die aufweist:

1. eine Plastifizier- und Einspritzschnecke (1), an deren Ende eine Rückstromsperre (2) angeordnet ist,
2. einen Schneckenvorraum (3), in den plastifiziertes Kunststoff material gefördert wird, und
3. Mittel zum axialen Verschieben der Plastifizier- und Einspritzschnecke (1) um einen definierten Wegbetrag (s), um plastifiziertes Kunststoffmaterial aus dem Schneckenvorraum (3) in ein Spritzgießwerkzeug (4) einzuspritzen,

gekennzeichnet durch

1. einen Drucksensor (6) zur Messung des Drucks (p), der im Bereich der Schneckengänge (5) der Plastifizier- und Einspritzschnecke (1) angeordnet ist,
2. Mittel zum automatisierten Überwachen des Drucks (p) im Bereich der Schneckengänge (5) und
3. Mittel zum Definieren des Nullpunkts (0) für den Verschiebe- Wegbetrag (s) der Plastifizier- und Einspritzschnecke (1), sobald die Steigung der Druck(p)-Zeit(t)-Kurve oder die Änderung der Steigung der Druck(p)-Zeit(t)-Kurve über oder unter einem vorgegebenen Wert liegt.