DE19848678C2

DE19848678C2 - Verfahren und Anordnung zur Herstellung von mindestens teilweise hohlen Kunststoff-Formteilen

Info

Publication number: DE19848678C2
Application number: DE1998148678
Authority: DE
Original assignee: Schmidt & Co Kranz GmbH
Current assignee: Schmidt & Co Kranz GmbH
Priority date: 1998-10-22
Filing date: 1998-10-22
Publication date: 2002-02-14
Anticipated expiration: 2018-10-23
Also published as: DE19848678A1

Description

Die Erfindung betrifft einerseits ein Verfahren und ande rerseits eine Anordnung zur Herstellung von mindestens teilweise hohlen Kunststoff-Formteilen gemäß den Merkma len in den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 4.

Die Herstellung von Kunststoff-Formteilen mit gezielten Hohlräumen, insbesondere durch das sogenannte Gasinnen druckverfahren, zählt seit längerem zum Stand der Tech nik. Bei diesem Verfahren wird ein kompressibles Fluid, z. B. ein inertes Gas wie Stickstoff, gleichzeitig mit oder kurz nach der Kunststoffschmelze in ein Formwerkzeug eingeleitet. Das kompressible Fluid strömt bevorzugt in Bereiche des geringsten Widerstands, wie z. B. Verdickun gen oder Rippen, in denen sich eine Kunststoffschmelze mit einem plastischen Kern befindet. Die Kunststoff schmelze wird aus diesen Bereichen verdrängt und gelangt somit in zuvor nur teilgefüllte Kavitäten des Formwerk zeugs.

Man unterscheidet bei der Injektion des kompressiblen Fluids zwischen kontinuierlicher und diskontinuierlicher Druckerzeugung.

Bei der diskontinuierlichen Druckerzeugung werden zwei miteinander verbundene Zylinder in Form eines Drucküber setzers verwendet, wobei zunächst einer der Zylinder mit einem kompressiblen Fluid gefüllt wird. Anschließend wird die Austrittsöffnung des Zylinders verschlossen und das kompressible Fluid mit Hilfe des mit Öl beaufschlagbaren größeren Zylinders komprimiert. Bei Erreichen des für die Einspritzung des kompressiblen Fluids erforderlichen Drucks wird ein Ventil zur Düse geöffnet, so dass das kompressible Fluid in die Kunststoffschmelze eingespritzt werden kann. Nach dem Einspritzvorgang fällt der Druck des kompressiblen Fluids ab. Hat der Kolben seine vordere Endlage erreicht, ist ein Aufrechterhalten des Drucks nicht mehr möglich, der Druck des kompressiblen Fluids baut sich langsam ab. Der Druckverlauf kann hierbei mit Hilfe von Geschwindigkeitssteuerungen und Regelungen des Kolbenverlaufs optimiert werden. Bei diesem Verfahren wird ein bestimmtes Volumen des Fluids durch eine ent sprechende Positionierung des Kolbens im Zylinder dosiert.

Eine Dosierung des Volumens ist bei der kontinuierlichen Druckerzeugung nicht erforderlich. Bei diesem Verfahren steht der Druck unmittelbar nach Öffnung des Ventils zum Formwerkzeug zur Verfügung. Hierbei besteht die Möglich keit, durch Verwendung mehrerer Ventile den Druck des Fluids in Form eines Druckprofils zu beeinflussen. Es ist mit diesem Verfahren möglich, den Hohlraum mit einem nie deren Druck zu befüllen und den Druck erhöhen, nachdem die Kunststoffschmelze alle Kavitäten des Formwerkzeugs ausgefüllt hat, den Druck erhöhen. Hierbei sind hohe und konstante Nachdrücke bei dickwandigen Kunststoff-Formtei len realisierbar.

Es zählt weiterhin zum Stand der Technik, bei Gasinnen druckverfahren eine Gasrückgewinnung vorzunehmen. Hier durch können bis zu 90% des Gases wieder verwendet wer den, wodurch eine erhebliche Kosteneinsparung möglich ist.

Die DE 295 06 870 U1 offenbart eine Spritzgießmaschine zum Herstellen von Kunststoff-Formteilen mittels des Gasinnendruckverfahrens. Hierbei sind zwischen einer Druckversorgungseinheit für das kompressible Fluid und Fluideinspritzdüsen Ventilmittel angeordnet, mit denen der Druck und/oder das Volumen des in die Kavität des Formwerkzeugs einzugebenden Fluids beeinflusst werden kann. Die Druck- und/oder Volumenwerte werden den Ventil mitteln von Steuer- oder Regelmitteln vorgegeben.

Problematisch bei allen Gasinnendruckverfahren ist die Dosierung des Gases. Wird zuviel Gasmasse in das Form werkzeug eingeleitet, besteht die Gefahr, dass das Gas an der Seitenwand des Kunststoff-Formteils entweicht, wo durch starke Qualitätseinbußen bzw. Ausschussteile ent stehen.

Nach Beendigung des Spritzvorgangs strömt das Gas aus dem Kunststoff-Formteil zurück. Hierbei ist es möglich, dass das Kunststoff-Formteil explodiert, wenn der Druck in ge schlossenen Hohlräumen nicht vollständig abgebaut wurde. Auch hier besteht die Gefahr von Ausschussteilen bzw. Qualitätseinbußen wie z. B. Ausbeulungen durch erhöhten Innendruck.

Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zur Herstellung von mindestens teilweise hohlen Kunststoff- Formteilen derart weiterzubilden, dass die Qualität der Kunststoff-Formteile verbessert wird und insbesondere eine qualitative Beeinträchtigung durch falsch dosierte Fluidmengen zuverlässig bedienerunabhängig vermieden wer den kann.

Die Erfindung löst den verfahrensmäßigen Teil der Aufgabe durch die in Anspruch 1 vorgeschlagenen Maßnahmen.

Kernpunkt der Erfindung bildet die kontinuierliche senso rische Erfassung des in das Formwerkzeug einströmenden und zurückströmenden Massenstroms des kompressiblen Fluids. Das ist besonders dann günstig, wenn es darauf ankommt, kompressible Fluide unter hohem Druck mit hoher Genauigkeit mengenmäßig zu dosieren.

Die sensorische Erfassung erfolgt bevorzugt durch einen Massenstromsensor, welcher jeweils den einströmenden und den zurückströmenden Massenstrom ermittelt. Hierdurch werden Veränderungen bzw. Schwankungen des Füllvolumens schnell erkannt und können der Prozeßüberwachung mitge teilt werden. Dadurch kann schnell auf den Herstellungs prozeß eingewirkt werden, um Ausschuß und qualitativ schlechte Teile zu vermeiden.

Nach Anspruch 2 erfolgt die sensorische Erfassung des Massenstroms zwischen der Spritzgießmaschine und einem Regelmodul. Das Regelmodul ist hierbei bevorzugt ein 3/3- Wege-Proportionalventil, das sich durch schnelles Regel verhalten bei gleichzeitig hoher Reproduzierbarkeit aus zeichnet.

Gemäß Anspruch 3 vergleicht eine Auswerteeinheit den in das Formwerkzeug einströmenden und ausströmenden Massen strom und stellt Informationen zur Prozeßoptimierung be reit. Hierbei gibt der Massenstromsensor ein Signal an die elektronische Auswerteeinheit, z. B. in Form einer Frequenz. In der Auswerteeinheit wird ermittelt, ob eine ausreichende Masse des kompressiblen Fluids aus dem Kunststoff-Formteil zurückgeströmt ist, um daraus An haltspunkte über die Güte des Herstellungsvorgangs und damit des Kunststoff-Formteils zu gewinnen. Diese Information wird zur Prozeßoptimierung beispielsweise direkt an eine Steuerung weitergeleitet, die dann regelnd in den Herstellungsprozeß eingreift, und/oder auf einem Bedien feld angezeigt, wo eine, Bewertung der Information durch den Bediener erfolgt, der gegebenenfalls Korrekturen von Prozessparametern vornimmt.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist, dass durch die Auswertung der Massenströme ein Durchbruch des kom pressiblen Fluids im Kunststoff-Formteil erkannt werden kann. Eine sich anschließende Prozessoptimierung ermög licht eine Minimierung der Kompressorleistung sowie eine Reduzierung des für den Herstellungsprozess vorgehaltenen Speichervolumens des kompressiblen Fluids.

Weiterhin ist vorteilhaft, dass Ausschussteile, bei spielsweise verursacht durch einen Durchbruch des Fluids, noch vor einer nachfolgenden Qualitätskontrolle erkannt werden können, wodurch der Prüfungsaufwand und die Prüfungskosten vermindert werden.

Die Lösung des auf eine Vorrichtung gerichteten Teils der Aufgabe ist, durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4 charakterisiert. Da nach ist, zur kontinuierlichen Erfassung des in das Form werkzeug ein- und zurückströmenden Massenstroms des kompressiblen Fluids ein Massenstromsensor vorgesehen, der mit einer elektronischen Auswerteeinheit gekoppelt ist und durch Vergleich des eingeströmten Massenstroms und des zurückströmenden Massenstroms Informationen zur Prozeßoptimierung bereitstellt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen Darstellung erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Formwerkzeug 1 mit einem Formnest 2, in das eine Kunststoffschmelze und ein kompressibles Fluid eingebracht sind. Das kompressible Fluid gelangt dabei über eine Leitung 3 zu einem Regelmodul 4 und weiter über die Leitung 5 zu dem Formwerkzeug 1.

Zwischen dem Regelmodul 4 und dem Formwerkzeug 1 ist an der Leitung 5 ein Massenstromsensor 6 angeordnet. Dieser misst die durch die Leitung 5 fließenden Massenströme und gibt die Information an eine Auswerteeinheit 7 weiter, die den in das Formwerkzeug 1 einströmenden und zurück strömenden Massenstrom vergleicht und über eine Schnitt stelle 8 Informationen zur Prozeßoptimierung an eine Steuereinheit 9, z. B. eine systemprogrammierbare Steue rung, weitergibt. Die Steuereinheit 9 ist mit einem Be dienfeld 10 verbunden, über das eine Auswertung der In formationen über die Massenströme erfolgt. Über das Be dienfeld 10 kann auf den Herstellungsprozeß durch Anpas sung von Verfahrensparametern Einfluss genommen werden.

Bezugszeichenaufstellung

1

Formwerkzeug

2

Formnest

3

Leitung

4

Regelmodul

5

Leitung

6

Massenstromsensor

7

Auswerteeinheit

8

Schnittstelle

9

Steuereinheit

10

Bedienfeld

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von mindestens teilweise hohlen Kunststoff-Formteilen, wobei durch eine Spritzgießmaschine Kunststoffschmelze in ein Form werkzeug (1) eingespritzt und ein kompressibles Fluid druck- oder volumengeregelt in die Kunststoffschmelze zur Erzeugung von Hohlräumen eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass der in das Formwerkzeug (1) einströmende und zurückströ mende Massenstrom des Fluids kontinuierlich senso risch erfasst wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die sensorische Er fassung des Massenstroms zwischen der Spritzgießma schine und einem Regelmodul (4) erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteein heit (7) den in das Formwerkzeug (1) einströmenden und aus dem Formwerkzeug (1) zurückströmenden Massen strom vergleicht und Informationen zur Prozeßoptimie rung bereitstellt.

4. Vorrichtung zur Durchführung der Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3 zur Herstellung von mindestens teilweise hohlen Kunststoff-Formteilen, wobei in einer Spritz gießmaschine Kunststoffschmelze in ein Formwerkzeug (1) eingespritzt ist und ein kompressibles Fluid druck- oder volumengeregelt in die Kunststoffschmelze zur Erzeugung von Hohlräumen eingebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur kontinuierlichen Erfassung des in das Formwerkzeug (1) ein- und zurückströmenden Massenstroms des kom pressiblen Fluids ein Massenstromsensor (4) vorgese hen ist, welcher mit einer elektronisches Auswerte einheit (7) gekoppelt ist, die durch Vergleich der Massenströme Informationen zur Prozeßoptimierung be reitstellt.