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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vermeidung von Überspritzungen für eine Spritzgießanlage.
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Stand der Technik
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Bei Spritzgießanlagen kann es aufgrund von Fehlfunktionen, beispielsweise mangelndem Schließdruck der Form oder defekter Rückstromsperre an der Düsenspitze zu Überspritzungen kommen. Das heißt geschmolzenes Material tritt während mehrerer Spritzzyklen aus und lagert sich an Funktionseinheiten ab, wie zum Beispiel Vorwärmkanälen an den Werkzeugformen oder Heizbändern der Schnecke an der Spritzeinheit. Dies kann zum Ausfall der Funktionseinheiten und in der Folge zu einem kosten- und zeitaufwändigen Wechsel dieser Funktionseinheiten führen.
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Das Gebrauchsmuster
DE 203 06 082 U1 schlägt zu Verhinderung von Überspritzungen einen Schalter vor, der über Federn verschiebbare Kontaktelemente ausweist. Austretendes Material drückt gegen die Kontaktelemente, lenkt diese aus und daraufhin wird ein Signal abgegeben. Nachteilig an dieser Überspritzmeldeeinheit ist die aufwändige und fehleranfällige mechanische Konstruktion. Gerade für die an einer Spritzgießanlage herrschenden hohen Temperaturen und die große Anzahl schnell hintereinander ablaufender Spritzzyklen ist ein stabiler und einfacher Aufbau der Überwachungsvorrichtung notwendig, um Fehlfunktionen und Ausfälle zu vermeiden.
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Darstellung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die Überspritzungen an einer Spritzgießanlage zuverlässig detektiert, so dass als Reaktion darauf erforderliche Maßnahmen eingeleitet werden können. Gleichzeitig soll die Vorrichtung möglichst störunanfällig gestaltet sein.
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Die Aufgabe wird durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Detektiereinheit, die zumindest ein Ansaugelement aufweist. Das Ansaugelement ist mit einem Vakuumerzeuger strömungstechnisch verbunden, das heißt am Ansaugelement kann durch den Vakuumerzeuger ein Vakuum bzw. Unterdruck angelegt und eine Fluidströmung in das Ansaugelement hinein generiert werden. Des Weiteren umfasst die Detektiereinrichtung eine Messeinrichtung, die derart gestaltet ist, dass im Fall einer beginnenden Überspritzung am Ansaugelement angesaugte Materialschmelze bzw. -partikel detektiert werden. Die Detektiereinheit ist mit einer Steuereinheit verbunden, die das Ergebnis der Detektiereinheit, also das von der Messeinrichtung ausgegebene Messsignal, auswertet und ein entsprechendes Steuerungssignal abgibt, um die erforderlichen Maßnahmen zur Vermeidung einer Überspritzung einzuleiten.
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Das Ansaugelement der Detektiereinheit ist rohrförmig mit zumindest zwei distalen Enden ausgestaltet und weißt einen geeigneten Querschnitt auf, insbesondere einen kreisförmigen.
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Ein erstes Ende des Ansaugelements ist an der Spritzgießanlage angeordnet und ein zweites Ende ist mit dem Vakuumerzeuger verbunden. Ebenfalls sind mehrere erste Enden denkbar, um eine Vielzahl von Bereichen an der Spritzgießanlage überwachen zu können. Das erste Ende des Ansaugelements befindet sich in der Umgebung (Nähe) der von Überspritzungen gefährdeten Abschnitte der Spritzgießanlage, beispielsweise an der Düsenspitze der Spritzeinheit und/oder an der Trennebene zwischen den Werkzeugformen. Das erste Ende muss sich ausreichend nah an diesen Abschnitten befinden, insbesondere anliegend oder maximal in einem Abstand gleich dem zehnfachen des minimalen Durchmessers des Innenquerschnitts des Ansaugelements, um ein Detektieren von ausgetretenem Material zu gewährleisten. Des Weiteren sollte der Innenquerschnitt am ersten Ende des Ansaugelements so angepasst sein, dass ein möglichst großer gefährdeter Abschnitt abgedeckt und dennoch das Detektieren von geringen Mengen Materials ermöglicht wird. Dafür ist beispielsweise ein sehr schmaler, länglicher Querschnitt für die Übergänge an den Werkzeugformen denkbar. Bevorzugt ist aber ein kleiner, kreisrunder Querschnitt für den Innenquerschnitt des ersten Endes des Ansaugelements. Je kleiner dieser Querschnitt ist, desto höher wird für ein konstantes, angelegtes Vakuum die Geschwindigkeit der im Ansaugelement generierten Fluidströmung. Auf diese Weise wird ausgetretenes Material nicht nur zuverlässig, sondern auch wesentlich schneller angesaugt. Dies ist vor allem bei den üblichen kurzen Taktzeiten für die einzelnen Spitzzyklen sehr vorteilhaft.
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Das Fertigungsmaterial für das erste Ende des Ansaugelements, insbesondere für das komplette Ansaugelement, sollte so gewählt sein, dass dessen Temperaturbeständigkeit für das jeweilige Spritzgießverfahren gewährleistet ist. Beispielsweise liegt die Verfahrenstemperatur beim Kunststoffspritzen zwischen 300–400°C und beim Aluminiumdruckguss bei ca. 650–750°C. Für diese Verfahren eignen sich daher Stahl, Kupfer oder deren Legierungen als Fertigungsmaterial für das Ansaugelement. Aber auch temperaturbeständige, flexible Fertigungsmaterialen sind denkbar. Auf diese Weise kann das Ansaugelement je nach Bedarf in verschiedene Positionen verbogen werden, beispielsweise eine Biegung zu unterschiedlichen von Überspritzungen gefährdeten Abschnitten an der Spritzgießanlage. Darüber hinaus ist ein Fertigungsmaterial vorteilhaft, das eine Reinigung des Ansaugelements erleichtert. Dafür sollte das Fertigungsmaterial ein vermindertes Haftvermögen aufweisen oder das Ansaugelement zumindest mit einer derartigen Beschichtung versehen sein. Des Weiteren kann das Ansaugelement aus miteinander verbundenen Abschnitten bestehen, die beispielsweise ineinander verschraubt sind. Die verbundenen Abschnitte lassen sich einfach lösen und können so schnell und bequem ausgewechselt werden. Vor allem ein stark beanspruchter Abschnitt am ersten Ende des Ansaugelements lässt sich leicht auswechseln oder für eine Reinigung einfach lösen.
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Die Detektiereinheit umfasst einen Vakuumerzeuger, bevorzugt in Form eines Vakuumejektors beruhend auf einer Vakuumerzeugung mittels Druckluft. Aber auch Vakuumpumpen sind denkbar, wie Membran- oder Drehschieberpumpen. Der Vakuumerzeuger steht im Kontakt mit dem zweiten Ende des Ansaugelements, so dass durch das angelegte Vakuum eine Fluidströmung, üblicherweise eine Luftströmung, in das Ansaugelement hinein generiert wird. Als Vakuum ist dabei jeder Druck kleiner als Umgebungsdruck zu verstehen. Vorzugweise wird ein Vakuum mindestens einmal pro Spritzzyklus angelegt. Beim bevorzugten Gebrauch eines Vakuumejektors ist es dafür ausreichend den Ejektor pro Zyklus kurz an- und auszuschalten, da dieser über kurze Reaktionszeiten verfügt und daher sehr schnell das erforderliche Betriebsvakuum zum Ansaugen des ausgetretenen Material erzeugt. Das angelegte Vakuum muss der Ausgestaltung des Ansaugelements angepasst sein, um eine ausreichende Fluidströmung zum Ansaugen von ausgetretenem Material zu erzielen. Je größer der Innenquerschnitt und die Länge des Ansaugelements sind, desto großer sollte das angelegte Vakuum sein. Beispielsweise hat sich bei einem Innenquerschnitt von 4 mm und einer Länge von 2 m des Ansaugelements ein Betriebsdruck des Vakuumerzeugers von –0,8 bar als günstig erwiesen.
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Zur Detektierung des angesaugten Materials ist die Detektiereinheit mit einer Messvorrichtung ausgestaltet. Bevorzugt ist eine Messvorrichtung in Form eines Manometers, insbesondere in Form eines Druck- bzw. Vakuumschalters vorgesehen. Dieses Manometer misst den Druck innerhalb des Ansaugelements während eines angelegten Vakuums. Der Druck innerhalb eines freien Ansaugelements, das heißt im Ausgangszustand bzw. ohne Materialablagerungen, unterscheidet sich während eines angelegten Vakuums von dem eines mit angesaugtem Material zumindest teilweise verschlossen Ansaugelements. Des Weiteren sind Messeinrichtungen zum Detektieren denkbar, die eine optische Erfassung des angesaugten Materials am Ansaugelement ermöglichen, wie ein Sensor oder eine Kamera. Eine andere Ausführungsform sieht eine Messvorrichtung für eine Gewichtserfassung vor. Diese Messvorrichtung könnte beispielsweise an einem beweglich gelagerten Ansaugelement befestigt sein und den Gewichtsunterschied detektieren, der im Ansaugelement durch das angesaugte oder abgelagerte Material entsteht.
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Das von der Detektiereinheit ermittelte Ergebnis durch die Messeinrichtung wird als Messsignal an eine Steuereinheit weitergeleitet. Die Steuereinheit wertet dieses Ergebnis aus und gibt ein entsprechendes Steuersignal nach außen ab. Die Auswertung des Ergebnisses erfolgt durch Vergleichen mit vorher festgelegten bzw. ermittelten Sollwerten. Das heißt im Fall eines Manometers als Messeinrichtung, dass der Druckverlauf bei einem freien Ansaugelement ermittelt und dieser mit dem jeweils aktuellen Ergebnis der Detektiereinheit durch die Steuereinheit verglichen wird. Analog dazu kann bei einer Gewichtserfassung, das ermittelte Gewicht mit einem Sollgewicht des Ansaugelements im freien Zustand verglichen werden.
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Das durch die Steuereinheit ausgegebene Steuersignal, entsprechend der Auswertung, leitet die erforderlichen Maßnahmen ein, um eine Überspritzung zu vermeiden. Dies kann zum einen ein Steuersignal an einen Signalgeber sein. Dieser Signalgeber gibt dann einen Hinweis über eine mögliche Überspritzung in die Umgebung ab, beispielsweise in Form eines akustischen Alarms durch eine Hupe oder Sirene und/oder eines optischen Hinweises, durch eine Warnleuchte oder einen entsprechend gestalteten Schriftzug auf einem Bildschirm.
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Bevorzugt kann das Steuersignal eine direkte Steuerung der Spritzgießanlage bewirken. Vorzugweise wird die Spritzgießanlage automatisch bei einer möglichen Überspritzung für den nächsten Spritzzyklus gesperrt oder die Spritzparameter des nächsten Spritzzyklus werden angepasst, um ein Austreten von weiterem Material zu vermeiden, beispielsweise wird der Schließdruck der Werkzeugformen neu justiert. Diese mit der Steuerung der Spritzgießanlage separat verbundene Steuereinheit eignet sich vor allem bei einer Nachrüstung der Spritzgießanlage mit einer Überspritzmeldeeinheit.
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Vorzugsweise sind die Steuereinheit und/oder der Signalgeber als Teile der Steuerung der Spritzgießanlage ausgebildet. Insbesondere werden die Steuereinheit und/oder der Signalgeber von der speicherprogrammierten Steuerung (SPS) der Spritzgießanlage gebildet. Auf diese Weise können bereits vorhandene Steuer- und Signalmechanismen der Spritzgießanlage für die Funktionen der Steuereinheit und des Signalgebers genutzt werden, beispielsweise die Steuerung zur Einstellung der Spritzparameter oder der Bildschirm der Steuerung zur Anzeige eines optischen Hinweises. Dies verringert nicht nur die zusätzlichen Bauteile für die Überspritzmeldeeinheit, sondern erleichtert zudem deren Bedienung und Steuerung. Wird die Überspritzmeldeeinheit bereits beim Aufbau der Spritzgießanlage integriert, ist diese Ausgestaltung besonders zweckmäßig.
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Eine besondere Ausführungsform sieht am Ansaugelement ein Filter vor, um den Vakuumerzeuger und ggf. die Messvorrichtung vor Verschmutzungen zu schützen. Das angesaugte Fluid wird im Filter von Staub-, Schmutz- und/oder angesaugten Materialpartikeln befreit, so dass diese Partikel nicht in den Kreislauf des Vakuumerzeugers gelangen und Fehlfunktionen auslösen.
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Bei einer Ausführungsform umfasst die Detektiereinheit ein Absperrventil am Ansaugelement, mit dem das Vakuum im Ansaugelement geregelt wird. Zum Beispiel muss beim periodischen Anlegen, vorzugweise zumindest einmal pro Spritzzyklus, des Vakuums im ersten Ende des Ansaugelements der Vakuumerzeuger nicht an- und abgeschaltet werden, sondern es genügt ein Öffnen- und Schließen des Absperrventils bei durchgehendem Betrieb des Vakuumerzeugers. Die Ausgestaltung der Detektiereinheit mit einem Absperrventil ist vor allem bei dem Gebrauch von Vakuumpumpen sinnvoll, bei denen die Reaktionszeiten relativ lang sind und ein durchgehender Betrieb energieeffizienter ist. Eine bevorzugte Ausführungsform sieht das Anordnen des Absperrventils zwischen Filter und Vakuumerzeuger vor, so dass dieses ebenfalls durch den Filter vor Verschmutzungen geschützt wird. Bei den Absperrventilen kann es sich beispielsweise um Schieber- oder Magnetventile handeln, die bevorzugt elektronisch ansteuerbar sind. Das Absperrventil kann in diesem Fall mit Hilfe der Steuereinheit gesteuert werden.
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Zur Funktionskontrolle der Messvorrichtung kann die Detektiereinheit ein Kontrollventil umfassen. Nach einer bestimmten Anzahl von Spritzzyklen, bevorzugt nach 20 oder 30 Spritzzyklen, wird das Kontrollventil geschlossen und gleichzeitig ein Vakuum am Ansaugelement angelegt. Dieses Kontrollventil simuliert nun ein durch ausgetretenes Material verschlossenes Ansaugelement. Funktioniert die Messvorrichtung ordnungsgemäß, muss sie dies registrieren und ein entsprechendes Messsignal an die Steuereinheit weiterleiten. Das Kontrollventil kann, wie auch das Absperrventil, ebenfalls ein Schieber- oder Magnetventil sein und im Kontakt mit der Steuereinheit stehen. Eine Ausführungsform sieht eine gemeinsame Ausbildung des Absperr- und Kontrollventils in einem Ventil vor.
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Während eines Spritzzyklus wird mit Hilfe des Vakuumerzeugers am Ansaugelement zumindest kurzzeitig ein Vakuum angelegt. Durch den entstehenden Druckunterschied gegenüber dem Umgebungsdruck wird eine Fluidströmung in das Ansaugelement generiert und ggf. ausgetretenes Material angesaugt. Das erste Ende des Ansaugelements wird in Folge dessen zumindest teilweise von dem durch die Umgebungsluft abgekühlten Material verschlossen und/oder es kann Material in das Ansaugelement eindringen. Die Messeinrichtung der Detektiereinheit detektiert dies und gibt ein entsprechendes Messsignal an die Steuereinheit weiter. Die Steuereinheit wertet dieses Messsignal, also das Ergebnis der Detektiereinheit aus. Das heißt die Steuereinheit vergleicht das Messsignal mit Sollwerten, die bei einem freien Ansaugelement ermittelt wurden. Der Auswertung entsprechend wird ein Steuersignal abgegeben und so die erforderlichen Maßnahmen zur Vermeidung einer Überspritzung eingeleitet. Unterscheidet sich das Ergebnis der Detektiereinheit von den Sollwerten, ist demnach Material angesaugt worden, wird beispielsweise ein Signal in Form eines akustischen Alarms durch den Signalgeber nach außen abgegeben und die Spritzgießanlage für den darauffolgenden Spritzzyklus gesperrt. Funktionseinheiten werden demnach nicht mehr in darauffolgenden Spritzzyklen überspritzt und deren kosten- und zeitaufwändige Reparatur bzw. Austausch ist nicht mehr notwendig. Nur das wenige ausgetretene Material muss entfernt, d. h. das Ansaugelement gereinigt und gegebenenfalls die Fehlfunktion an der Spritzgießanlage behoben oder Spritzparameter angepasst werden.
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Beschreibung der Zeichnungen
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1: Überspritzmeldeeinheit an der Spritzeinheit einer Spritzgießanlage
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2: Schematischer Aufbau der Überspritzmeldeeinheit Die Überspritzmeldeeinheit 1, dargestellt in 1, umfasst eine Detektiereinheit 2 und eine Steuereinheit 3, die miteinander gekoppelt sind. Das Ansaugelement 21 der Überspritzmeldeeinheit 1 ist an einem von Überspritzungen gefährdeten Abschnitt der Spritzgießanlage angeordnet, hier an der Spritzeinheit 4 einer Kunststoffspritzgießanlage.
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Das erste Ende 211 des Ansaugelements 21 ist an der Düsenspitze 41 der Spritzeinheit 4 angeordnet, da dort ungewollt Material austreten kann, beispielsweise durch eine defekte Rückstromsperre der Spritzeinheit 4. Das erste Ende 211 liegt direkt an der Düsenspitze 41 an. Das zweite Ende 212 des Ansaugelements 21 ist mit dem Vakuumerzeuger 22 verbunden. Auf diese Weise kann am Ansaugelement 21 ein Vakuum angelegt werden. An der Detektiereinheit 2 ist die Steuereinheit 3 angeschlossen, um das Ergebnis der Detektiereinheit 2 auszuwerten und ein entsprechendes Steuersignal auszugeben, um gegebenenfalls die erforderlichen Maßnahmen zur Vermeidung einer Überspritzung einleiten zu können.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Überspritzmeldeeinheit 1 offenbart 2. Am Ansaugelement 21 ist ein Luftfilter 24 angeschlossen, um die in das Ansaugelement generierte Fluidströmung, in diesem Fall die Umgebungsluft, von Partikeln zu befreien und ein Verschmutzen des Vakuumerzeugers 22, hier in Gestalt eines Vakuumejektors, zu vermeiden.
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Während eines Spritzzyklus wird am zweiten Ende 212 des Ansaugelements 21 mit Hilfe des Vakuumerzeugers 22 ein Vakuum angelegt, so dass im ersten Ende 211 des Ansaugelements 21 eine Fluidströmung hinein generiert wird. Durch die in das Ansaugelement 21 hinein generierte Strömung strömt Luft durch den Filter 24 und wird dort gereinigt. Neben der Luft kann dabei auch ausgetretenes Material angesaugt werden. Dadurch verändert sich der Druckverlauf innerhalb des Ansaugelements 21 gegenüber dem Druckverlauf für ein freies Ansaugelement 21. Die Messvorrichtung 23, in diesem Fall ein Manometer ausgebildet als Vakuumschalter, misst diesen Druckverlauf und leitet ein entsprechendes Messsignal an die Steuereinheit 3 weiter. Eine Auswertung dieses Ergebnisses erfolgt in der Steuereinheit 3. Dafür vergleicht die Steuereinheit 3 den gemessenen Druckverlauf mit einem Druckverlauf für ein freies Ansaugelement 21. Unterscheiden sich die beiden Druckverläufe, gibt die Steuereinheit 3 ein entsprechendes Steuersignal ab. Ein mit der Steuereinheit verbundener Signalgeber 31 gibt daraufhin ein Signal an die Umgebung ab. Zum Beispiel in Form eines visuellen Hinweises auf einem Bildschirm. Des weiterem wird der nächste Spritzzyklus automatisch gesperrt.
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Um die Funktion der Messvorrichtung 23 zu überprüfen, ist ein Kontrollventil 25 vorgesehen. Dieses Kontrollventil 25 wird nach 20 Spritzzyklen automatisch über die Steuereinheit 3 geschlossen. Dies soll ein durch ausgetretenes Material verschlossenes Ansaugelement 21 simulieren. Eine ordnungsgemäß funktionierende Messeinrichtung 23 muss diesen Zustand registrieren und ein entsprechendes Messsignal an die Steuereinheit 3 weiterleiten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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