DE2402798A1

DE2402798A1 - Steuergeraet zur steuerung des druckes in der giessform einer spritzgiessmaschine

Info

Publication number: DE2402798A1
Application number: DE2402798A
Authority: DE
Inventors: Edwin Dean Ailman; Carlton Y W Ma
Original assignee: Milacron Inc
Current assignee: Milacron Inc
Priority date: 1973-05-10
Filing date: 1974-01-22
Publication date: 1974-12-05
Also published as: FR2228600A1; IT1004925B; US3920367A; CH563863A5; BE810076A; JPS503466A; NL7400513A; FR2228600B3; ATA66974A; AU6451574A; ZA743006B; CA1001264A; AT328719B; GB1449728A; BR7402530D0; ES426188A1

Description

^- Patentanwalt

D-8023 München - Pollach WiM«ör.2₍T.Mdlii.7930570,7»3UI2

vln/au München-Pullach,21. Januar 1974

CINCINNATI MILACRON INC., 4701 Marburg Avenue, Cincinnati. Ohio 45209, USA

Steuergerät zur Steuerung des Druckes in der Gießform einer Spritzgießmaschine.

Beim Spritzgießverfahren bestand immer schon das Problem, gleichmäßige und einheitliche Teile zu erzeugen. Dies ergibt sich aus den vielen Faktoren, die das Gewicht, die Festigkeit und die Qualität der Teile während des Gießzyklusses beeinflussen. Derartige Variable, wie beispielsweise die Einspritzgrösse, die Viskosität der Schmelze, die zfBxufP^jfiSSr Einspritz druck, der Formdruck usw., beeinflussen alle die Qualität bzw. Natur des Endproduktes. Jeder dieser Faktoren muß genau gesteuert werden, um Teile mit gleichmäßiger Qualität zu erzielen. Es wurde beispielsweise festgestellt, daß dann, wenn der Druck Innerhalb des Formhohlraums während des Aushärtprozesses nicht konstant gehalten wird und zwar während nachfolgender Maschinenzyklen, das Schrumpfungsausmaß der Teile schwankt und dadurch die Teile eine unterschiedliche Größe und Gewicht erhalten.

Man hat in der Vergangenheit bereits erkannt, daß Schwankungen des Druckes, in der Gießform während der Aushärtung oder der Haltephase des Zyklusses zu einer schlechten Gleichmäßigkeit bzw.

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Qualität der Teile führen. Man hat daher vorgeschlagen, Mittel zur Anwendung zu "bringen, um den im Formhohlraum während der Haltephase auftretenden Maximaldruck zu messen und diesen ParaBeter als Steuergröße zu verwenden, um den Maximaldruck in der Gießform während jedes Spritzgießzyklusses konstant zu halten. Bei diesem Lösungsversuch muß man sich jedoch vergegenwärtigen, daß der Maximaldruck transitorische Eigenschaften aufweisen kann und daher nicht die gesamte "Verdichtungsleistung" wiedergibt, die in der Form aufgebracht wird und die eine Funktion von sowohl der Zeit als audidem Druck ist.

Erfindungsgemäß wird zur Steuerung und zur Aufrechterhaltung einer Gleichmäßigkeit hinsichtlich der Größe, der Dichte und der Qualität der gegossenen Teile der Druck in dem Forahohlraum während der Haltephase in eine elektrische Größe umgewandelt, die dann über ein vorher bestimmtes Zeitintervall integriert wird und mit einem Bezugssignal verglichen wird, um ein Fehlersignal abzuleiten. Dieses Signal wird dann dazu verwendet, den in der Form beim nächsten Zyklus aufgebrachten Druck abzuändern, derart, daß der zuvor erwähnte Fehler bzw. Fehlersignal elirai- niert wird. Die erfindungsgemäß durchgeführte Steuerung bzw. Regelung basiert auf der gesamten polymeren Energie, die während eines ausgewählten Zeitintervalls in dem Formhohlraum gespeichert ist und die gesamte Leistung, die in der Form aufgebracht wird, wiedergibt. Damit liefert sie eine gute Anzeigegrösse für die Bedingungen bzw. Zustände in der Form während der Haltephase und liefert somit ein Mittel, um gleichmäßige ErgetnLsse hinsichtlich der Größe der Teile und der Qualität derselben* zu erzielen.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung eines Ausftihrungsbeiepiels unter Hinweis auf die Zeichnung. Es zeigt:

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Figur 1 einen schematischen Plan einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung; und

Figur 2 eine graphische Darstellung, die eine Reihe von typischen Druck-Zeitkurven wiedergibt, von denen eine den in der Düse herrschenden Druck anzeigt und von denen eine andere den in der Form herrschenden Druck wiedergibt·

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, wie schematisch in Figur 1 veranschaulicht ist, in einer Spritzgießmaacnine verwirklicht, bei welcher eine Zylinderbuchse 10 mit einer Schnekke oder Kolben 11 die zu gießende Mischung aus einem Fülltrichter 12 erhält. Durch die Drehung der Schnecke mit Hilfe eines Motors 13 wird die zu gießende Mischung zum vorderen Ende der Zylinderbuchse gefördert, an welchem sich die Mischung dann vor der Schnecke sammelt, während letztere nach hinten zu gedrückt wird und zwar entgegen einem Rückdruck,* der durch einen Zylinder 14 aufgebracht wird· Der Zylinder enthält einen Kolben 15, der am hinteren Ende der Schnecke 11 befestigt ist und wird mit hydraulischen Druck von einer Quelle 16 über eine Leitung 17 versorgt.

An dem vorderen Ende geht die Zylinderbuchse in eine Düse 20 über, die in das Gießloch oder die Eingußstelle einer Form 21 paßt, die einen Formhohlraum 22 aufweist. Wenn die Schnecke 11 eine bestimmte rückwärtige Lage erreicht, die die erforderliche Einspritzmenge bzw. Einspritzhub wiedergibt, wird nahezu der volle Pumpendruck dem Zylinder 15 zugeführt, wodurch die Schnekke in der Zylinderbüchse nach vorne getrieben wird und die plastifizierte Mischung in die Form eingespritzt wird.

Dieser Abschnitt des Arbeitszyklusses ist auf der linken Hälfte

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der Kurve 23 (Figur 2) wiedergegeben, die den Druckaufbau vor der Schnecke wiedergibt, wenn diese sich nach vorne in der Zylinderbüchse bewegt. Der Druck in der Formhühlung, der durch die untere Kurve 24 wiedergegeben wird, bleibt nahezu auf Null, bis die Höhlung gefüllt ist, wonach der Druck in dieser auf einen Maximalwert steigt, auf welchem dieser Druck dadurch gehalten wird, daß der Haltedruck durch die Schnecke aufgebracht wird, bis die Eingußstelle erstarrt. Das Umschalten von Einspritzdruck auf einen etwas geringeren Haltedruck wird mit Hilfe eines PosLtionslese- oder Ziffernanzeigemechanismus 25 bewirkt, der einer Schaltsteuereinheit 26 ein Signal zuführt, in welcher das Signal mit einem Bezugspositionssignal 27 verglichen wird. Wenn beide koinzidieren, wird ein Torsteuersignal zu einer Ventiltreiberschaltung 28 gesendet, die dadurch in Bereitschaft gesetzt wird und bewirkt, daß ein Modulationssignal einem Drucksteuerventil 30 zugeführt wird. Gleichzeitig wird ein Signal einem Zykluskontroller 29 zugeführt, der den Solenoid eines Ventils 31 erregt, welches das Drucksteuerventil 30 mit der Leitung 17 verbindet, um den auf die Schnecke wirkenden Haltedruck aufrechtzuerhalten.

Der in der Formhöhlung herrschende Druck wird durch einen Wandler 32 abgetastet und das Signal mit niedrigem Pegel des Wandlers wird bei 33 verstärkt und danach einer Integrierschaltung 34 zugeführt. Die Ausgangsgröße des Verstärkers 33 gelangt auch zu einer Schaltung 35, in. welcher sie mit einem Bezugssignal verglichen wird, welches aus einerQuelle 36 stammt. Die Ausgangsgröße der Schaltung 35 wird zu einer Zeitsteuereinrichtung 37 übertragen und steuert diese an und zwar immer dann, wenn die Ausgangsgröße positiv ist. Das Bezugssignal wird so eingestellt, daß es einem niedrigen Druck in der Form entspricht, beispielsweise 100 psi, so daß dadurch der Betrieb der Zeitsteuereinrichtung 37 verhindert wird, wenn in der Düse, oder

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dem Einguß eine Verstopfung auftritt, wodurch ein Druckaufbau in der Form verhindert wird.

Der Anlauf der Zeitsteuereinrichtung erfolgt bei t_Q in Figur 2 und es wird zu diesem Zeitpunkt ein Rückstellsignal von der Zeitsteuereinrichtung zur Integrierstufe 34 übertragen, um diese auf Null zu stellen. Nachdem eine ausreichend lange Zeit verstrichen ist, damit der Druck in der Form seinen maximalen Wert erreichen kann, sendet die Zeitäeuereinrichtung ein Signal zur Integrierstufe, um mit der Addition des Formdruckes zu beginnen. Dieser Zeitpunkt ist mit t^ in Figur 2 bezeichnet. Nach einem weiteren Zeitintervall, jedoch vor einem merklichen Abfall des Formdruckes aufgrund der Aushärtung des Teiles in der Form, sendet die Zeitsteuereinrichtung ein weiteres Signal zur Integrierstufe, um den Integrationsprozess anzuhalten. Der Zeitpunkt, zu welchem dies eintritt, ist in Figur 2 mit t₂ bezeichnet.

Beim Ende des Integrationsvorganges wird das Signal, welches das Integral des Formdruckes von t^ bis X^ wiedergibt, zu einer Schaltung AO übertragen, in welcher dieses Signal mit einem Formdruck-Bezugssignal verglichen wird, welches aus einer Quelle 41 erhalten wird, die von Hand auf den gewünschten Haltedruck in dem Formhohlraum eingestellt werden kann. Die Differenz oder das Fehlersignal wird in eine Sample-und Speicherschaltung 42 eingegeben, die vor dem Speichern des Fehlersignals für die Verwendung während des nächsten Betriebszyklus der Spritzgießmaschine zurückgestellt wird. Zu diesem Zeitpunkt, d.h. beim nächsten Arbeitszyklus, wird das Fehlersignal aus dem Speicher 42 ausgelesen und wird durch eine Verstärkungsregelungsschaltung 43 geführt, in welcher es maßstäblich eingestellt wird, derart, daß es demjenigen des Einspritzdruckes entspricht. Danach wird das eingestellte Fehlersignal in eine Addierschaltung

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44 eingegeben, in welcher es mit einem Einspritzdruck-Bezugssignal vebunden wird, das von einer Sample- und Speicherschaltung 45 abgeleitet wurde. Dieser Speicher wird von einer Einspritzdruck-Bezugsquelle 46 vor oder während des ersten Zyklusses der Haschine gespeist. Danach wird das Bezugssignal in dem Speicher 45 beibehalten und wird von Zyklus zu Zyklus mit Hilfe des Formdruck-Fehlersignals auf den neuesten Stand gebracht.

Nachdem das Einspritzdrucksignal durch die Addierschaltung 44 gelangt ist, in welcher dieses Signal algebraisch zum Fehlersignal addiert wurde, gelangt das Einspritzdrucksignal zur Druck-Steuerventiltreiberstufe 28, in welcher die.Leistung des Signals ausreichend erhöht wird, so daß es als Torsteuersignal den Drehmomentmotor des Ventils 30 betätigen kann. Wenn die Druckhaltephase durch die Steuereinheit 26 eingeleitet ist, wird hierdurch der der Schnecke 11 zugeführte Druck aus dem vorangegangenen Zyklus auf den neuesten Stand gebracht, um jeglichen Fehler im Formdruck zu kompensieren, der während des genannten vorangegangenen Zyklusses aufgetreten ist.

Die Ausgangsgröße der Addierschaltung 44 wird auch zu einem Pufferspeicher 47 übertragen, in welchem sie bis zum Ende des Zyklusses gespeichert wird, woraufhin diese Ausgangsgröße dazu verwendet wird, den Speicher 45 für den nächsten Zyklus bereit zu machen bzw. auf den neuesten Stand zu bringen, wobei diese Ausgangsgröße dann durch das Formdruckfehlersignal erneut abgeändert wird - sofern ein solches auftritt - und dem Steuerventil 30 über die Treiberstufe 28 zugeführt wird.

Durch die vorliegende Erfindung wird somit ein Gerät zur Erzeugung eines einheitlichen Haltedruckes in dem Formhohlraum einer Einspritzgießmaschine bei aufeinanderfolgenden Arbeitszyklen der Haschine geschaffen, so daß ein hoher Grad an Einheitlich-

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keit der hergestellten Gegenstände sichergestellt wird. Es wird ein den Druck in dem Formhohlraum wiedergebendes Signal über einen bestimmten zeitlichen Intervall integriert und zwar während der Haitedruckphase des Arbeitszyklusses der Maschine und dieses Signal wird mit einem Bezugssignal verglichen. Der dabei erhaltene Fehler - sofern ein solcher auftritt - wird dazu verwendet, um den Haltedruck bei dem nächsten Arbeitszyklus der Maschine einzustellen und diesen immer auf dem Wert zu halten, der von dem Bezugssignal wiedergegeben wird.

Sämtliche in der Beschreibung erkennbaren und in den Zeichnungen dargestellten technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1 J Steuergerät zur Steuerung des Druckes in der Gießform einer Spritzgießmaschine, mit einer hydraulisch betätigten Schnecke oder Einspritzkolben, um eine vorher bestimmte Menge eines plastifizierten Kunststoffmaterials in der Höhlung einer Gießform einzuspritzen und um diese Materialmenge während einerbestimmten Zeitperiode des Spritzgießzyklusses unter Druck zu halten, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät einen in der Höhle der Gießform (21) angeordneten Druckmeßwertwandler (32) umfaßt, um ein den in der Höhlung herrschenden Druck wiedergebendes Signal zu erzeugen, weiter eine Integrierschaltung (34) enthält, die das Formdrucksignal empfängt und es über einen vorher bestimmten Zeitintervall (t^ - t«) während des Haitedruckabschnittes des Spritzgießzyklusses integriert, daß weiter eine Bezugswertquelle (36) zum Liefern eines einen gewünschten Formdruck wiedergebenden Signals vorgesehen ist, ebenso eine Vergleichseinrichtung (35) zum Vergleichen des Signale aus der Integrierschaltung (34) mit dem Signal aus der Bezugswertquelle (36), um ein Formdruck-Fehlersignal zu erzeugen, daß weiter Speichermittel (42) zum Speichern des Fehlersignals vorgesehen sind, um diese während des nächsten Maschinenzyklusses verwenden zu können, eine hydraulische Druckquelle (16) für den Betrieb der Schnecke (11) bzw. Einspritzkolbens (11) vorgesehen ist und schließlich eine Einrichtung (28, 29, 30, 31) zur Modulation des Druckes des Mediums der genannten Druckquelle (16) beim nächsten Maschinenzyklus in Abhängigkeit von dem gespeicherten Fehlersignal vorgesehen ist, um dadurch die Abweichung des Formdruckes von dem gewünschten Druck zu vermindern.
2. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationseinrichtung (28, 30, 29, 31) eine Speicherein-

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heit (45) enthält, um ein Haltedruck-Bezugssignal von einem Zyklus zum nächsten Zyklus zu speichern, und Mittel (44) enthält, um das Haltedruck-Bezugssignal mit Hilfe des in dem vorangegangenen Arbeitszyklus erzeugten Fehlersignals auf den neuesten Stand zu bringen, um dadurch einen richtigen Haltedruck im laufenden Arbeitszyklus zu erzielen.
3. Steuergerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationseinrichtung ebenso ein elektrisch moduliertes Drucksteuerventil (30) enthält und ebenso Mittel (28) zum Treiben des Ventils (30) mit dem auf den neuesten Stand gebrachten Haltedruck-Bezugssignal.
4. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zeitsteuereinrichtung (37) ^zur Einleitung und zur Beendigung der Integration des Formdruck-Signals durch die Integrierschaltung (34) vorgesehen ist, ebenso eine Schaltungseinrichtung (35) zum Aktivieren des Zeitgebers bzw. der Zeitsteuereinrichtung (37), wenn der Formdruck einen vorher bestimmten Wert überschreitet, daß die genannte Einrichtung (35) zur Aktivierung des Zeitgebers (37) eine Bezugssignalquelle (36) enthält und ebenso eine Vergleichsstufe (40) enthält, um das Formdruck-Signal mit einem Formdruckbezugssignal einer Quelle (41) zu vergleichen.
5. Steuergerät zur Steuerung des Aushärtedruckes in der Gießformeiner Spritzgießmaschine, mit einer in einer Zylinderbüchse hydraulisch hin- und herbewegbaren Plastifizierschnecke zur Piastifizierung einer bestimmten Kunststoffmaterialmenge und zum Einspritzen der plastifizieren Kunststoffmaterialmenge in den Hohlraum einer Gießform, wobei die Kunststoffmasse im Hohlraum der Gießform hydraulisch mit Hilfe der Plastifizierschnekke unter Druck gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Hohlraum der Gießform (21, 22) ein Druckmeßwertwandler (32)

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angeordnet ist, der ein dem Jeweils herrschenden Druck proportionales elektrisches Signal erzeugt, daß weiter eine Schaltungsanordnung (Figur 1) vorgesehen ist, die das elektrische Signal des Druckmeßwertwandlers (32) mit einem Bezugssignal vergleicht und ein dem Vergleichsergebnis entsprechendes Fehlersignal erzeugt, welches zur Nachregiung des Haltedruckes in der Gießform beim nächsten Arbeitszyklus der Maschine dient.
6. Steuergerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckmodulationseinrichtung (28, 30, 29» 31) zur Modulation des in der Gießform herrschenden Haltedruckes vorgesehen ist, und daß diese Druckmodulationseinrichtung durch das Fehler signal beeinflußbar ist.
7. Steuergerät nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß Speichermittel (42, 45, 47) vorgesehen sind, vat sowohl das Fehlersignal als auch Bezugsgrößen für nachfolgende Arbeitszyklen der Masdlne zu speichern, daß weiter Verstärker- und Additionsschaltungen (43; 44) vorgesehen sind, um ein Haltedruck-Bezugssignal mit Hilfe des im vorangegangenen Arbeitszyklusses erzeugten Fehlersignals für den nächstfolgenden Arbeitszyklus auf den neuesten Stand zu bringen.
8. Steuergerät nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein elektrisch moduliertes Drucksteuerventil (30) und eine Treiberstufe (28) zur Ansteuerung des Drucksteuerventils (30) mit dem abgewandelten Fehlersignal.

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