DE19913527C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Kompensation der Meßwertdrift eines Schmelzedrucksensors - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Kompensation der Meßwertdrift eines Schmelzedrucksensors

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kompensation der Meß­ wertdrift eines Schmelzedrucksensors in einer Spritzgießmaschine, wobei der Schmelzedrucksensor zur Messung des Drucks in der Schmelze im Be­ reich eines Schneckenzylinders angeordnet ist und wobei sich in dem Schneckenzylinder eine Einspritzschnecke befindet, die sich zwecks Ein­ spritzung von Schmelze in ein Spritzgießwerkzeug axial bewegen kann.
Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Die Erfassung des Massedrucks plastifizierter Kunststoffschmelze beim Spritzgießprozeß erfolgt mit Schmelzedrucksensoren. Da dabei Drücke bis 2.500 bar bei Schmelzetemperaturen bis zu 400°C erfaßt werden müssen, sind für eine genaue Druckmessung hochtechnologische Drucksensoren erforderlich. Hierbei stellen sowohl die Lebensdauer der Sensoren als auch deren Nullpunktstabilität wichtige Anforderungen dar. Diese stellen übli­ cherweise gegensätzliche Forderungen dar, für die meist eine Kompro­ mißlösung angestrebt werden muß.
Eine mögliche Lösung ist in der CH 688 718 A5 beschreiben. Hier wird ein druckdetektierende Apparat einer Spritzgiessmaschine zur ständigen Aufrechterhaltung eines genauen Nulleinsteilpunktes sowie für ein genaues und präzises Detektieren des Druckes ohne Beeinflussung durch Tempera­ turdrift bestimmt. Es sind Druckfühler zur Detektion der Öldrücke in einem Hydraulikzylinder, insbesondere in einem Einspritzylinder vorhanden so­ wie Korrekturwert-Berechnungsabschnitte zum Erhalten der detektierten Druckwerte entsprechend den Ausgängen der Druckfühler in einer Periode während welcher die Öldrücke null werden, zum Bilden von Korrektur­ werten.
Aus der EP 806 277 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung des Nullpunktes eines Druckanzeigers für eine Spritzgießmaschine bekannt. Die US 4,949,678 offenbart ein Verfahren zur selbsttätigen Bestimmung des Anfahrpunktes einer Spritzgießmaschine und die US 5,567,367 lehrt ein Verfahrung zur Nullpunktkorrektur eines Drucksensors.
Eine ebenfalls häufig verwendete Lösung sind faseroptische Sensoren. Die­ se haben zumindest eine ausreichende Lebensdauer; allerdings weisen sie keine allzu große Nullpunktstabilität auf: Meist kann die Meßstabilität nur im Rahmen einer Toleranz von 10% sichergestellt werden, was für an­ spruchsvolle Anwendungen nicht ausreicht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zu schaffen, mit dem bzw. der es möglich ist, die bekannten Schmelzedrucksensoren für Spritzgießmaschinen derart zu betreiben, daß eine hohe Nullpunktstabilität sichergestellt ist. Es soll mög­ lich werden, durch intelligenten Einsatz - insbesondere der bekannten fa­ seroptischen Systeme - eine hohe Nullpunkt- und damit Meßwertkonstanz zu erhalten.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:
  • a) Zurückfahren der Einspritzschnecke (1) nach dem Ende (t1) des Nachdruckvorgangs, wobei der vom Schmelzedrucksensor (5) gemessene Druck (p) über dem Verschiebeweg (s) oder über der Zeit (t) registriert wird und wobei die jeweilige aktuelle Tangen­ tensteigung (T) an die gemessene Druck-Weg-Kurve bzw. Druck- Zeit-Kurve bestimmt wird;
  • b) Sobald die Steigung der Tangente (T) an die gemessene Druck- Weg-Kurve bzw. Druck-Zeit-Kurve innerhalb eines vorgege­ benen Bereichs oder bei einem vorgegebenen Wert liegt: Spei­ chern des gemessenen Druckwertes (pT);
  • c) Verwenden des so ermittelten und abgespeicherten Druckwertes für die Bestimmung des Druck-Nullwerts für den nächsten oder die nächsten Spritzgießzyklen.
Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, daß der gemäß obigem Schritt b) vor­ gegebene Wert für die Steigung der Tangente (T) an die gemessene Druck- Weg-Kurve bzw. an die Druck-Zeit-Kurve Null beträgt.
Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, daß die Druck-Weg- oder die Druck- Zeit-Kurve überwacht und der Moment bzw. Zustand bestimmt wird, bei dem die Tangente an die gemessene Kurve die Steigung Null hat. Dies wird als Indikator dafür verwendet, daß dies dem "absoluten" Nullpunkt des Sensors entspricht. Da die Messung und die Auswertung des Graphen per­ manent, d. h. bei jedem Spritzgießzyklus, erfolgen kann, wird sicherge­ stellt, daß der Nullpunkt nicht über der Zeit "wegwandern" kann.
Weiterbildungsgemäß ist vorgesehen, daß die Verwendung des bestimmten Druckwertes derart erfolgt, daß er zusammen mit anderen ermittelten Druckwerten, die bei weiteren Spritzgießzyklen gewonnen wurden, im Rahmen einer Mittelwertbildung verwendet wird.
Alternativ dazu kann auch vorgesehen werden, daß die Verwendung des bestimmten Druckwertes derart erfolgt, daß er nur dann als neuer Druck- Nullwert, gegebenenfalls zusammen mit anderen ermittelten Druckwerten aus weiteren Spritzgießzyklen, verwertet wird, wenn er außerhalb einer vorgegebenen Toleranz im Verhältnis zu vorhergehend ermittelten Druck- Nullwerten liegt.
Die Meßgenauigkeit des Verfahrens kann dadurch erhöht werden, daß die Zurückfahrbewegung der Einspritzschnecke (1) gemäß obigem Schritt a) mit konstanter Geschwindigkeit erfolgt.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist folgende Ele­ mente auf:
  • - eine Einspritzschnecke (1), die in einem Schneckenzylinder (2) an­ geordnet ist,
  • - Mittel (3) zum axialen Verschieben der Einspritzschnecke (1), um plastifiziertes Kunststoffmaterial in ein Spritzgießwerkzeug (4) ein­ zuspritzen, und
  • - einen Schmelzedrucksensor (5), der den Druck (p) des plastifizierten Kunststoffmaterials messen kann.
Sie ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch
  • 1. Mittel (6) zur Erfassung des vom Schmelzedrucksensor (5) gemes­ senen Drucks (p) über der axialen Verschiebung (s) der Einspritz­ schnecke (1) durch die Verschiebemittel (3) oder über der Zeit (t),
    • - Mittel (7) zur Bestimmung der Tangentensteigung (T) an die erfaßte Druck-Weg-Kurve oder Druck-Zeit-Kurve und
    • - Mittel (8) zum Speichern des gemessenen Druckwertes, sobald die Tangentensteigung (T) der Druck-Weg-Kurve bzw. der Druck-Zeit- Kurve innerhalb eines vorgegebenen Bereichs oder bei einem vor­ gegebenen Wert liegt.
Mit dem vorgeschlagenen Verfahren bzw. mit der Vorrichtung wird es möglich, herkömmliche Drucksensorsysteme - insbesondere faseroptische Sensoren - für die Messung des Drucks der Kunststoffschmelze im Schneckenzylinder zu verwenden, durch die verfahrensmäßige Betriebs­ weise jedoch sicherzustellen, daß die Nullpunktstabilität mit einem einfa­ chen Vorgehen gewährleistet ist.
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 Teil eines Spritzgießzyklus dargestellt.
In Fig. 1 ist eine Plastifizier- und Einspritzschnecke 1 zu sehen, die in ih­ rem Schneckenzylinder 2 sowohl drehbar als auch axial verschieblich an­ geordnet ist. Die axiale Bewegung der Schnecke 1 erfolgt durch Mittel 3; diese werden aktiviert, wenn im Schneckenvorraum gespeicherte Kunst­ stoffschmelze ins Spritzgießwerkzeug 4 eingespritzt werden soll.
Im Ausführungsbeispiel ist im Bereich des Schneckenvorraums im Schneckenzylinder ein Schmelzedrucksensor 5 angeordnet. Mit diesem kann der Druck p erfaßt werden, den die Schmelze hat.
Die Mittel 6 erfassen den vom Sensor 5 gemessenen Druck. Dies erfolgt entweder über der Axialbewegung s der Schnecke 1 oder über der Zeit t. Wann und unter welchen Bedingungen dies erfolgt, ist weiter unten be­ schrieben. Die Mittel 6 sind also in der Lage, den Graphen Druck über Weg oder Druck über Zeit zu erfassen. Sie stehen mit den Mitteln 7 in Verbin­ dung, die die Tangentensteigung an die erfaßte Druck-Weg-Kurve oder Druck-Zeit-Kurve ermitteln können. Des weiteren sind Speichermittel 8 vorgesehen, die sowohl mit den Mitteln 6 als auch 7 in Verbindung stehen.
In an sich bekannter Weise ist ein Analog/Digital-Wandler 9 vorgesehen, der zwischen Drucksensor 5 und den Erfassungsmitteln 6 geschaltet ist. Weiterhin wird den Mitteln 6 die aktuelle Schneckenposition s über inkre­ mentale Wegerfassungsmittel 10 zugeleitet.
Wie das vorgeschlagene Verfahren arbeitet, wird aus Fig. 2 ersichtlich. Dort ist der Graph des Drucks p über der Zeit t skizziert; analoge Ausfüh­ rungen gelten hinsichtlich der möglichen Alternative, den Funktionsverlauf des Drucks p über dem Schneckenweg s dem erfindungsgemäßen Verfah­ ren zugrundezulegen.
In Fig. 2 ist ein zeitlicher Ausschnitt eines kompletten Spritzgießzyklus dargestellt, nämlich der Zeitraum zwischen dem Beginn der Nachdruck­ phase t0 und dem Ende der Staudruckphase t3. An t3 anschließen würde sich die Einspritzphase, in der die Kunststoffschmelze ins Werkzeug 4 injiziert wird.
Zwischen dem Zeitpunkt t0 - das ist der Beginn der Nachdruckphase - und dem Zeitpunkt t1 - das ist das Ende der Nachdruckphase - erfolgt in be­ kannter Weise der Schmelzenachdruck ins Werkzeug 4. Das Ende der Nachdruckphase ist identisch mit dem Beginn der Dekompressionsphase: In dieser wird die Schnecke 1 entgegen der Einspritzrichtung (s. Pfeil in Fig. 1 mit der Bezeichnung s) durch die Mittel 3 zurückgezogen.
Ab t, erfolgt eine Überwachung des Kurvenverlaufs durch die Mittel 6 bzw. 7: Es wird permanent die Steigung der Tangente T an die Kurve ermittelt und deren Wert überwacht. Zu einem Zeitpunkt tT stellen die Mittel 7 fest, daß die Tangente die Steigung Null aufweist. Dies ist ein Indikator dafür, daß der "absolute" Nullwert für den Drucksensor 5 vorliegt, und das Sy­ stem kann mit dem so bestimmten Nullpunkt geeicht werden (Berech­ nungsoffset).
Die Überwachung der Tangentensteigung T ist besonders relevant für den Zeitraum zwischen t1 - Ende der Nachdruckphase bzw. Beginn der Dekom­ pressionsphase - und t2 - Ende der Dekompressionsphase. Es kann ausrei­ chend sein, die Überwachung des Graphen auf dieses Zeitintervall zu be­ schränken. Zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 findet das Aufschmelzen von weiterem Kunststoff für den nächsten Schuß statt (Staudruckphase).
Wie bereits oben erläutert wurde, kann es sinnvoll sein, den Mittelwert aus mehreren "Nullpunkten" zu ermitteln und diesen dem Spritzgießprozeß zu­ grundezulegen.
Die hier zu der Druck-Zeit-Kurve (p = p(t)) gemachten Ausführungen gel­ ten analog auch für die Druck-Weg-Kurve (p = p(s)). Das erfindungsgemä­ ße Prinzip gilt entsprechend.
Unmittelbar nach der Inbetriebnahme der Spritzgießmaschine kann eine initiale softwaremäßige automatische Driftkompensation des Massedruck­ aufnehmers erfolgen. Dies geschieht während der Initialisierungsfahrt der Spritzeinheit der Maschine, wobei der aktuelle Massedruck in der "hinter­ sten" Position der Schnecke als Berechnungsoffset (= Druck-Nullwert) herangezogen werden kann.
In jedem Maschinenzyklus kann ein neuer Berechnungsoffset für den Mas­ sedruck kalkuliert werden. Dies erfolgt - wie oben beschrieben - direkt nach der Nachdruckphase des Spritzgießzyklus. Dabei wird durch das Zu­ rückbewegen der Schnecke der Massedruck im Schneckenvorraum wie er­ läutert so lange dekomprimiert, bis die Tangente der Massedruckentla­ stungsfunktion (über dem Weg oder über der Zeit) eine Steigung von Null aufweist. In dieser Situation (Tangentensteigung T gleich Null) kann der aktuelle Massedruck zur Kalkulation eines neuen Berechnungsoffsets her­ angezogen werden.
Es kann sich jetzt ein Algorithmus anschießen, dem Beurteilungskriterien zur Bewertung der Differenz zwischen dem letztem oder den letzten Be­ rechnungsoffsets und dem soeben ermittelten Offset zugrundeliegen. Auf­ grund dieser Bewertung kann unter Berücksichtigung vorangegangener Beurteilungen die Entscheidung getroffen werden, ob eine Berechnungs­ offsetkorrektur erfolgt oder nicht. Hier ist beispielsweise denkbar, daß eine Korrektur nur dann erfolgt, wenn der letzte Offsetwert außerhalb einer ge­ wissen Toleranz - gemessen an den vorher bestimmten Werten - liegt.
Die Korrektur kann auch nicht mit ihrem vollen Betrag innerhalb eines Ma­ schinenzyklusses erfolgen, sondern sich in Abhängigkeit der Korrekturgrö­ ße über mehrere Maschinenzyklen erstrecken. Der neu ermittelte Berech­ nungsoffset kann jetzt hinsichtlich seines Betrages überprüft und überwacht werden.
Bezugszeichenliste
1
Einspritzschnecke
2
Schneckenzylinder
3
Mittel zum axialen Verschieben der Einspritzschnecke
1
4
Spritzgießwerkzeug
5
Schmelzedrucksensor
6
Mittel zur Erfassung des vom Schmelzedrucksensor
5
gemessenen Drucks p über der Verschiebung der Schnecke s oder über der Zeit t
7
Mittel zur Bestimmung der Tangentensteigung an die erfaßte Druck-Weg-Kurve oder Druck-Zeit-Kurve
8
Speichermittel
9
Analog/Digital-Wandler
10
inkrementale Wegerfassungsmittel
p vom Schmelzedrucksensor
5
gemessener Druck
s Verschiebeweg der Einspritzschnecke
1
T Tangentensteigung
t0
Beginn der Nachdruckphase
t1
Ende der Nachdruckphase/Beginn der Dekompressionsphase
t2
Ende der Dekompressionsphase/Beginn der Staudruckphase
t3
Ende der Staudruckphase
tT
Zeitpunkt, zu dem die Tangente T die Steigung Null hat

Claims (6)

1. Verfahren zur Kompensation der Meßwertdrift eines Schmelze­ drucksensors (5) in einer Spritzgießmaschine, wobei der Schmelze­ drucksensor (5) zur Messung des Drucks (p) in der Schmelze im Be­ reich eines Schneckenzylinders (2) angeordnet ist und wobei sich in dem Schneckenzylinder (2) eine Einspritzschnecke (1) befindet, die sich zwecks Einspritzung von Schmelze in ein Spritzgießwerkzeug (4) axial bewegen kann, das die Schritte aufweist:
  • a) Zurückfahren der Einspritzschnecke (1) nach dem Ende (t1) des Nachdruckvorgangs, wobei der vom Schmelzedrucksensor (5) gemessene Druck (p) über dem Verschiebeweg (s) oder über der Zeit (t) registriert wird und wobei die jeweilige aktuelle Tangen­ tensteigung (T) an die gemessene Druck-Weg-Kurve bzw. Druck- Zeit-Kurve bestimmt wird;
  • b) Sobald die Steigung der Tangente (T) an die gemessene Druck- Weg-Kurve bzw. Druck-Zeit-Kurve innerhalb eines vorgege­ benen Bereichs oder bei einem vorgegebenen Wert liegt: Spei­ chern des gemessenen Druckwertes (pT)
  • c) Verwenden des so ermittelten und abgespeicherten Druckwertes für die Bestimmung des Druck-Nullwerts für den nächsten oder die nächsten Spritzgießzyklen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gemäß Schritt b) von Anspruch 1 vorgegebene Wert für die Steigung der Tangente (T) an die gemessene Druck-Weg-Kurve bzw. an die Druck- Zeit-Kurve Null beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verwendung des bestimmten Druckwertes derart erfolgt, daß er zu­ sammen mit anderen ermittelten Druckwerten, die bei weiteren Spritz­ gießzyklen gewonnen wurden, im Rahmen einer Mittelwertbildung verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verwendung des bestimmten Druckwertes derart erfolgt, daß er nur dann als neuer Druck-Nullwert, gegebenenfalls zusammen mit anderen ermittelten Druckwerten aus weiteren Spritzgießzyklen, verwertet wird, wenn er außerhalb einer vorgegebenen Toleranz im Verhältnis zu vorhergehend ermittelten Druck-Nullwerten liegt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zurückfahrbewegung der Einspritzschnecke (1) gemäß Schritt a) von Anspruch 1 mit konstanter Geschwindigkeit erfolgt.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der An­ sprüche 1 bis 5, die aufweist:
  • - eine Einspritzschnecke (1), die in einem Schneckenzylinder (2) an­ geordnet ist,
  • - Mittel (3) zum axialen Verschieben der Einspritzschnecke (1), um plastifiziertes Kunststoffmaterial in ein Spritzgießwerkzeug (4) ein­ zuspritzen, und
  • - einen Schmelzedrucksensor (5), der den Druck (p) des plastifizierten Kunststoffmaterials messen kann,
gekennzeichnet durch
  • - Mittel (6) zur Erfassung des vom Schmelzedrucksensor (5) gemes­ senen Drucks (p) über der axialen Verschiebung (s) der Einspritz­ schnecke (1) durch die Verschiebemittel (3) oder über der Zeit (t),
  • - Mittel (7) zur Bestimmung der Tangentensteigung (T) an die erfaßte Druck-Weg-Kurve oder Druck-Zeit-Kurve und
  • - Mittel (8) zum Speichern des gemessenen Druckwertes, sobald die Tangentensteigung (T) der Druck-Weg-Kurve bzw. der Druck-Zeit- Kurve innerhalb eines vorgegebenen Bereichs oder bei einem vor­ gegebenen Wert liegt.
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