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Einrichtung zur selbsttätigen Schneekenrückholung an Eiunststoffspritzienmnscicn
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur selbsttätigen Rückholung der
Schnecke einer Kunststoffspritzgießmaschine nach Deendigung des Plastifiziervorganges.
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Bei bekannten Schneckenspritzgießmaschinen erfolgt die Plastifiziorung
des Kunststoffs während dessen Förderung mit llilfo einer Schnecke in den Schneckenvorraum
des Spritzzylinders. Durch die Drehung der Schnecke wird der Kunststoff, der als
Granulat von einem Materialbehälter in den Spritzzylinder gelangt, nach vorne gefördert,
wobei gleichzeitig die Schnecke durch das sich vorn im Spritzzylinder ansammelnde
Material nach hinten geschoben wird. Die Schnekke widersetzt sich dieser Rückbewegung
mit einer bestimmten Kraft, die zusammen mit einer erwärmung der Spritzzylinderwände
die gewünschte Plastifizierung des Kunststoffs gewährleistet. Diese Kraft in axialer
Richtung der Schnecke wird von einem hydraulischen Schneckonantrieb aufgebracht.
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Damit die Austrittsdüse des Spritzzylinders während des Plastifiziervorganges
geschlossen ist und keine Kunststoffschmelze austreten kann, bleibt die Düse zunächst
am gefüllten Formwerkzeug anliegen. Sie wird erst nach Beendigung
des
Plastifiziervorganges von Werkzeug abe0ioben> um eine übermäßige Abgabe von wärme
an das Werzeug, die zur flildung eines Düsenverschlußpfropfens führen könnte, zu
vermeiden. Mit dem Abheben der Düse vom Werkzeug wird die Düsenöffnung freigegebon,
so daß unter der Wirkung des im Spritzzylinder herrschenden Plastifizierdrucks ein
Teil der plastifizierten Masse ungehindert durch die Düse austreten könnte.
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Es ist dehalb üblich, die Schnecke nach dem Plastifiziervorgang um
eine bestimmte Weglänge zurückzuführen, so daß sich die Schmelze im Schneckenvorraum
des Spritzzylindere entspannen kann. Die EinstCllung dieses Rückholweges erfolgte
bisher um aus der Erfahrung gewonnene Werte.
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hierbei können Jedoch erhebliche Fehler auftreten. Wenn aber der Rückholweg
zu kurz ist, tritt trotz der Rückholung Kunststoffschmelze aus der Düse aus, was
neben dem Materialverlust zu weiteren unerwünschten Nebenwirkungen führt. Andererseits
begründet ein zu großer Rückholweg die Gefahr von Lufteinschlüssen im Schneckenvorraum
des Spritzzylinders, die zu Brennstellen im Material führen, die die Qualität der
Spritzlinge beeinträchtigen. Diese haben ihre Ursache darin, daß die Lufteinschldsse
während des Einspritzvorganges so stark komprimiert werden, daß NatorialUberhitzungen
an diesen Einschlüssen die Folge sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung
der
eingangs genannten Art anzugeben, die stets den gewünschten Druckausgleich erzielen
läßt und damit sowehl einen Materialaustritt als auch die gefährlichen Lufteinschlüsse
sicher vermeidet.
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L'rfindungsgemäß wird diese-Aufenbe durch eine Recheneinheit zur Erzeugung
eines den exakten Sollwert des Rückholwegs wiedergebenden Signals aus dem Dosierwog
der Schnecke, dem Volumen der komprimierten Kunststoffschmelze in den Schneckengängen,
dem Plastifizierdruck und der Komprcssibilität der Kunststoffschmelze, durch eine
Vergleichseinrichtung zum Vergleich dieses Signals mit dem Istwert des Schneckenrückholwegs
und durch ein der Vergleichseinrichtung nachgeschaltetes und außerdem von der Steuerung
der Spritzgießmaschine beaufschlates UND-Glied zur Ein- und Abschaltung der Schneckenrückholung.
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Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, daß es einen eindeutigen
Zusammenhang zwischen dem Weg, um den die Schnecke zurückgeholt werden muß, der
Kompressibilität der Schmelze, ihrem Volumen und ihrem Druck gibt. Und zwar ist
der iwekholweg dem Produkt dieser Parameter proportional.
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Recheneinheiten zur Durchführung derartiger Rechenoperationen sind
bekannt und können sowohl mit den Mitteln der Analogrechentechnik, als auch der
Digitalrechentechnik verwirklicht werden.
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Verteilhaft ist als Recheneinheit ein Frozeßrechner vergesehen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter
Bezugnahme auf die Zeichnunü;, die eine Spritzgießmaschine in schematischer Darstellung
in Verbindung mit einer erfindungsgemäßen Erinrichtung zeigt, näher erläutert.
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Die Spritzgießmaschine ist im wesentlichen aus einem Spritzzylinder
1 mit einer darin untergebrachten Schnekke 2 und einem aufgesotzten Materialbehälter
3, aus mit einer Formschließeinheit verbundenen Formaufspannplatten 4 und 5, zwischen
denen ein Formwerkzeug 6 aufgespannt ist, sowie aus einem Hydraulikantrieb 7 zur
axialen Verschiebung der Schnecke 2 und einem Schneckenmotor 8 zur Drehung der Schnecke
aufgebaut.
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Der Nydraulikantrieb 7 der Schnecke 2 weist in einem feststehenden
Hydraulikzylinder 10 einen Ringkolben 9 auf, der über Axiallager 11 und 12 mit einem
Bund 13 der Schnekkenantriebswelle 14 in Verbindung steht und beidseitig mit Druckfiissigkeit
beaufschlagbar ist. Die beiden Druckräume 13 und 16 des Hydraulikzylinders 10 sind
über ein Mehrwegeventil 17 an einer Pumpe 18 und einem Flüssigkeitsbehälter 19 angeschlossen.
Das Mehrwegeventil 17 erlaubt drei verschiedene Betriebszustände des Hydraulikantriebs
7.
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Zur Durchführung des Spritzvorganges, bei dem im Schnecke verraum
20 befindliche Materialschmelze in das FormwerkzeuC G gepreßt wird, ist der hintere
Druckraum 1G des Hydraulikzylinders 10 mit Druckflüssigkeit beaufschlagt, während
der vordere mit dem Flüssigkeitsbehälter 19 in Verbindung steht. Dazu nimmt der
Ventilkorper 21 des Mehrwegeventils 17 seine gemäß der Zeichnung linie Position
ein.
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Beim anschließend stattfindenden Plastifiziervorgang, bei dem der
Ventilkörper 21 die in der Zeichnung dargestellte Nittelstellung innehat, fördert
die rotierende Schnecke 2 Material aus dem Materialbehälter 3 in den Schneckenvorraum
20 des beheizten Spritzzylinders 1 und wird entsprechend der geförderten Materialmenge
zurückgedrückt, da die Austrittsdüse 22 des Spritzzylinders 1 auf dem Formwerkzeug
6 aufsitzen bleibt und dieser damit verschlossen ist.
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Dabei wird die Druckflüssigkeit aus dem hinteren Druckraum 16 des
Hydraulikzylinders 10 über das Mehrwegeventil 17 einem einstellbaren Druckbegrenzungsventil
23 zugeführt und strömt von dort in den Flüssigkeitsbehd'lter 19 ab. Der vordere
Druckraum 15 steht währenddessen über das Mehrwegeventil 17 ebenfalls mit dem Flüssigkeitsbehälter
19 in Verbindung. Der Plastifiziervorgang findet damit bei einem konstanten Plastifizierdruck
in der Materialschmelze
im Schneckenvorraum 20 statt, der von dem
den sor,enann ten Staudruck im hinteren Druckraum 16 vorgebenden Druckbegrenzungsventil
23 bestimmt wir.
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Erst nach Abschluß des Plastifiziervorganges wird die Austrittsdüse
22 vom Formwerkzeug 6 abgehoben, so daß die im Schneekenvorraum 20 unter Druck stehende
Materialschmelze zum Teil aus der Austrittsdüse 22 austreten wiirde, würde nicht
vor dem Abheben der Austrittsdüse 22 die Schnecke 2 um einen weiteren Weg 9 zurückgeholt
und eine Entspannung der Materialschmelze bewirkt werden. Dieser RUckholvorgang
wird in der gemäß der Zeichnung rechten Stellung des Ventilkörpers 21 des Mehrwegeventils
17 durchgeführt, in welcher der vordere Druckraum 15 des Hydraulikzylinders 10 mit
Druckaissigkeit beaufschlagt und der hintere 16 mit dem Flüssigkeitsbehälter 19
verbunden ist. Die Ermittlung des Rückholweges :s nimmt eine Recheneinheit 24 vor,
der alle erforderlichen Größen eingegeben werden. Die zur vollständigen Entspannungder
lIaterialscbielze durch die Rückholung durchzuführende Volumenvergrößerung ergibt
sich aus dem Volumen der komprivierten Materialschmelze im Schneckenvorraum 20 und
den Schneckengägen 25, dem Druck der Materialschmelze sowie deren Kospressibilität
durch Multiplikation dieser Parameter.
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Das Volumen der komprimierten Materialsehmelze im Schnekkenvorraum
20
ist dem Dosierweg so proportional, den die Schnecke 2 bis zum Ende des Plastifiziervorganges
nach hinten zurückgelegt hat. Das Volumen der in den Schnecke gängen 25 befindlichen
Mterialschmelze ist konstant und läßt sich als konstanter Schneckenweg sk ausdrücken.
Das Gesamtvolumen der komprimierten Materialschmelze am Ende des Plastifiziervorganges
ist somit dom Wert so + sk proportional, wobei der Wert sk von außen in die Recheneinheit
24 an deren Eingang 26 eingegeben wird. Mit Hilfe eines Potentiometers 27, dessen
Abgriff 28 mit der Schneckenantriebswelle in Verbindung steht, wird ferner ein wegabhängigem
Signal am Eingang 29 in die Rechoneinheit 24 eingegeben, die den Wert so des am
Ende des Plastifiziervorganges zurückgelegten Schneckenrückweges erfaßt und die
Summe so + sk errechnet.
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0 Die Recheneinbeit 24 erhält darüberhinaus von einem mit dem hinteren
Druckraum 16 des Hydraulikzylinders 10 in Verbindung stehenden Druckgeber 30 an
ihrem Eingang 31 ein dem Plastifizierdruck am Ende des Plastifiziervorganges proportionales
Signal st sowie von außen am Eingang 32 die Größe der Kompressibilität k der Materialschmelze.
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Letztere stellt eine Natorialkonstante dar, die bekannt ist.
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Aus diesen vier Größen ermittelt die Recheneinheit 24 den
insghesamt
von der Schnecke zurücklegenden Rückweg, der sich aus dem Dosierweg s des Plastifiziervorgangos
und 0 dem Rückholweg @s nach folgender Formel zusammensetzt: so + #s so + (so +
sk) k # pst Der ermittelte Wegwert so + #s wird vom Ausgang 33 der Rocheneinheit
24 auf den einen Eingang 34 eines Vergleichsgliedes 35 gegeben, dessen zweiter Eingang
36 mit dem Abgriff 28 des Potentiometers 27 in Verbindung steht und damit mit einem
dem Schneckenweg s proportionalen Signal beaufschlagt wird. Das Vorgleichsglied
35 vergleicht folclich den Istwert s des Schneckenrückweges mit dem von der Recheneinheit
24 vorgegebenen Sollwert so + #s und Gibt bei Übereinstimmung beider Wegwerte ein
Null signal auf den einen Eingang 37 eines UND-Gliedes 38, dessen zweiter Eingang
39 von der Steuerung der Spritzgießmaschine beaufschlagt wird. Der Ausgang dieses
UND-Gliedes 38 steht mit einem ersten elektromagnetischen Antrieb 40 des Mehrwegeventils
17 in Verbindung, der den Ventilkörper 21 aus der in der Zeichnung dargestellten
Mittelstellung während des Plastifiziervorganges zur Einleitung des Rückholvorganges
in die rechte Position bringt.
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Wenn der Plastifiziervorgang beendet ist, erhält demnach das UND-Glied
38 von der Maschinensteuerung ein Signal zur Rückholung der Schnecke, welches mit
dem Ausgangsignal des Vergleichegliedes 35 am zweiten Eingang 39 des
UND-Gliedes
38 übereinstimmt. Das UND-Glied liefert ein Ausgangssignal an den ersten Ventilantrieb
40, der den Ventilkörper 21 in die Position zur Durchführung der itüclcholung bringt.
Ist der von der Rocheneinheit 24 ermittelte Sollwert des Gesamtrückweges der Schnecke
2 erreicht, gibt die Vergleichseinheit das erwähnte Nullsignal, was die Signalübereinstimmung
an den Eingängen 37 und 39 des UND-Gliedes 38 aufhebt, so daß der Ventilantrieb
40 stromlos und der Rückholvorgang abgebrochen wird.
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Zur Einleitung des nächsten Spritzvorganges wird der zweite Ventilantrieb
41 von der Mnschinensteucrung unter Spannung gesetzt und der Ventilkörper 21 in
die gemäß der Zeichnung linke Position bewegt.
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Die Funktion der Recheneinheit kann insbesondere von einem Prozeßrechner
übernommen werden, der neben der Schneckenrückholung auch die übrigen Funktionen
der Spritzgießmaschine steuert.