DE2443938A1

DE2443938A1 - Verfahren zum regeln des formfuellgrades bei spritzgiessmaschinen sowie vorrichtung zur durchfuehrung desselben

Info

Publication number: DE2443938A1
Application number: DE19742443938
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Bucher Guyer AG
Current assignee: Bucher Guyer AG
Priority date: 1973-10-10
Filing date: 1974-09-13
Publication date: 1975-04-24
Also published as: CH584105A5; DE2443938C3; GB1481087A; FR2247332B1; DE2443938B2; SE7412690L; FR2247332A1; JPS5066559A

Description

' Patentanwälte A 1206

J.-' g. Lt; η we be r

Di... ; ·. -.'.".■Gi.'sky

BiViu '.\.,->anUl7

Toi. ^w saw -

Bucher-Guyer AG Maschinenfabrik Niederweningen

1 j. Sep. i

Verfahren zum Regeln des Formfüilgrades bei Spritzgiessipaschinen sowie Vorrichtung zur Durchführung desselben

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Regeln des Formfüllgrades bei Spritzgiessmaschinen zur Verarbeitung von thermoplastischen Formmassen, mit einer vom Füllungsgrad abhängigen Umsteuerung von Spritzdruck auf Nachdruck sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Zur Steuerung des zeitlichen Druckverlaufes während des Füll- und Erstarrungsprozesses wird bei solchen Maschinen über das Einspritzorgan nebst dem Spritzdruck auch ein gegenüber demselben reduzierter, zeitlich begrenzter Nachdruck auf die Füllmasse ausgeübt. Es ist bekannt, für das Umschalten von Spritzdruck auf Nachdruck die mit dem Einspritzorgan im Zusammenhang stehenden Grossen, wie Weg, Zeit oder Druck nutzbar zu machen. Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, das Umschalten von der Einspritz- in die Nachdruckphase in Abhängigkeit von dem sich beim Einspritzvorgang im Forminnern aufbauenden Massedruckes einzuleiten.

X/VB/hh

⁹·¹⁰'⁷³ 509817/1029

Nach dem Urnschalten auf Nachdruck ist der Formgebungsprozess noch nicht abgeschlossen, wobei verschiedene Faktoren, wie beispielsweise Materialbeschaffenheit und/oder Form- bzw. Massetemperatur das Fliessverhalten der Einspritzmasse in der Nachdruckphase beeinflussen. Mit den erwähnten Nachdrucksteuerungen kann während der Nachdruckphase kein Einfluss auf den Ablauf der Nachfüllung ausgeübt werden, um auftretende Unterschiede z.B. des Massezustandes oder sonstiger Einflüsse auszugleichen. Dieser Mangel führt zu Qualitätsschwankungen, mit welchem eine Konstanz in bezug auf Masshaltigkeit und/oder Spannungsfreiheit der Fertigteile nicht gewährleistet ist.

In Kenntnis dieses Nachteils liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, mit einer vom Verlauf der Nachdruckphase abhängigen Regelung durch Beeinflussung der Nachfüllung einen konstanten Füllungsgrad der Form zu erreichen.

Diese Aufgabe ist dadurch gelöst worden, dass der Regelung als Regelgrösse ein Sollwert des Formspaltes in der Nachdruckphase und als Stellgrösse die dem Formhohlraum zugeführte Gesamtenergie zugrunde gelegt sind.

Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens v/eist erfindungsgemäss ein Messelement für den Formspalt oder den Forminnendruck, ein auf die ermittelten Messwerte ansprechendes Regelgerät und eine dem Regelgerät nachgeschaltete Steuerung für die Energiezufuhr auf.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: eine vereinfachte Darstellung einer Regelvor-

509817/1029

richtung an einer in einem Vertikal-Längsschnitt gezeichneten Schnecken-Spritzgiessmaschine,

Fig. 2: eine schematische Darstellung des RegeIvorganges, und

Fig. 3: ein Diagramm des Druck- und Formöffnungsverlaufes.

Bei der Schnecken-Spritzgiessmaschine nach Figur 1 ist eine in einem Zylinderraum 1 eines Plastifizierzylinders 2 befindliche Plastifizierschnecke 3 zum Zwecke des Plastifizierens durch einen Antriebsmotor 4 über ein mechanisches Getriebe 5 rotierend und zum Zweck des Einspritzens der plastifizieren Masse mittels eines ö!hydraulischen, doppelwirkenden Hubaggregates 6 in einer axialen Hubbewegung antreibbar. Zwei in Hubräume 7 und 8 des Hubaggregates 6 mündende Oelleitungen 9 und 10 sind an eine nicht dargestellte Hydraulikquelle angeschlossen und durch bekannte Steuereinrichtungen wechselweise auf Druck oder Rücklauf schaltbar.

Eine in der axialen Verlängerung des Plastifizierzylinders 2 liegende Formschliesseinheit 12 hat einen an Holmen fest verankerten, stationären Formträger 13 und-einen durch nicht gezeichnete, mechanische oder hydraulische Antriebsmittel in Horizontalrichtung bewegbaren, an Holmen geführten Formträger Beide Formträger 13 und 14 tragen je eine Formhälfte 15 und 16, die bei Formschluss in einer Formtrennebene 17 plane Auflage haben und miteinander ein den Formling bildendes Formnest 18 begrenzen. Der Plastifizierzylinder 2 durchsetzt eine Aussparung 19 des stationären Formträgers 13 und hat mit einer Einspritzdüse 20 Verbindung mit einem Eingusstrichter 21 der Formhälte

In eine Bohrung 22 der Formhälfte 16 ist ein berührungsloses, induktives Messelement 23 eingesetzt, bei welchem schon bei der minimalsten Spaltbildung in der Formtrennebene 17 eine Veränderung der Induktionsspannung bewirkt wird. In der Formschliessstellung

509817/1029

24439

werden unter einer auf den beweglichen Formträger 14 wirkenden Zuhaltekraft die beiden Formhälften 15 und 16 aufeinandergepresst. Beim Einspritzvorgang wird im Formnest 18 ein Massedruck wirksam, welcher der Zuhaltekraft entgegenwirkt und folglich zur Tendenz hat, die beiden Formhälften 15 und 16 in der Formtrennebene 17 voneinander zu trennen. Aus einem in der Folge sich einstellenden Formtrennspalt resultiert eine Spannungsveränderung im Messelement 23. Der dabei sich ergebende Messwert wird über eine Messleitung 24 in ein Regelgerät 25 eingegeben, dessen einzelne Funktionen, weil sie für die Erfindung nicht masageblich sind, hier nicht beschrieben werden.

Im Diagramm nach Figur 3 ist auf der Abszisse mit T die Zeit bezeichnet, während welcher der Einspritzdruck und der Nachdruck auf die Masse wirksam sind, wobei in dieser Zeit während des Einspritzvorganges und des nachfolgenden Erstarrungsprozesses der eingespritzten Masse die einen Formspalt erzeugende Formtrennbewegung in der Formtrennebene 17 der beiden Formhälften 15 und 16 nach der Kurve X sich vollzieht. Auf der Ordinate bedeutet D die Druckhöhe des Einspritzdruckes und des Nachdruckes Auf der Ordinate ist mit S gleichzeitig auch der Weg der Formtrennbewegung aufgezeichnet. Der Druckverlauf während der Spritzdruck- und Nachdruckphase ist mit der Kurve P dargestellt.

Der Steuerungsablauf des Umschaltens von Spritzdruck auf Nachdruck während des Füllvorganges ist aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich. Als ümschaltpunkt zur Einleitung der Nachdruckphase wird in das Regelgerät 25 ein Sollwert eingegeben, der als Formspaltteilweg Sl oder Formspaltteilzeit Tl vorwählbar ist. (Figur 3). Wie in Figur 2 ersichtlich ist, vollzieht sich das Umschalten von Spritzdruck auf Nachdruck in einem Steuerkreis SK, in welchem der Sprxtzgiessprozeös mit SGP bezeichnet ist. An einer Vergleichsstelle VSl wird ein gemessener Istwert IWl mit dem Sollwert SWl verglichen, d.h., wenn der gemessene Formspaltteilweg Sl oder Formspaltteilzeit Tl den Sollwert SWi erreicht,

509817/1029

wird durch eine Umsteuerung US von Spritzdruck auf Nachdruck umgeschaltet. Dies bedeutet, dass ein Druckregelventil 11 (Figur 1) den im Hubraum 8 herrschenden Spritzdruck auf Nachdruck reduziert.

Aus der Charakteristik der Kurve X ist lesbar, dass bis zum Umschaltpunkt SWl unter Wirkung des Spritzdruckes kurzzeitig ein verhältnismässig grosser Formöffnungsweg erreicht wird/ der nach dem Umschaltpunkt SWl in der Nachdruckphase noch allmählich um das Mass A grosser wird und schliesslich einen Maximalwert SW2 erreicht. Das Mass A zeigt die nach der Umschaltung auf Nachdruck noch eintretende Nachfüllung. V7ie nun festgestellt wurde, ändert sich die Nachfüllung vor allem durch Schwankungen bei den Temperaturen der Schmelze und der Form. Ebenfalls ist eine Beeinflussung der Nachfüllung über den thermischen Zustand des Hydräuliksystems der Maschine feststellbar. Um eine gleichbleibende Spritzteilqualität zu erzielen, sollen nun durch eine Konstanthaltung der Nachftillung in der Nachdruckphase die erwähnten Störfaktoren ausgeglichen werden. Diese Forderung kann durch eine der folgenden Regelarten erfolgen:

Der als richtig erkannte Wert der Formspaltgrösse wird als Sollwert SW2 vorgewählt. Wie in Figur 2 dargestellt ist, wird der während des Einspritzvorganges vom Messelement 23 in der Formtrennebene 17 gemessene Formtrennspalt als Istwert IW2 an einer. Vergleichsstelle VS2 mit dem Sollwert SW2 verglichen. Mit einem Wahlschalter WS ist ein über eine Korrektursteuerung KSl führender Regelkreis RKl schliessbar. Ein zwischen Sollwert SW2 und Istwert IW2 ermittelter Differenzwert dient als Regelgrösse, um den Sollwert SWl, der massgeblich für das Umschalten von Spritzdruck auf Nachdruck ist, zu verändern. Ist der Istwert IW2 grosser als der Sollwert SW2, wird der Sollwert SWl vorve.rlagert, indem die Formspaltteilzeit Tl oder der Formspaltteilweg Sl ver-

509817/1029

kürzt wird. In Folgeregelung wird dadurch im nächsten Zyklus der durch den Sollwert SWl bestimmte Umschaltpunkt von Spritzdruck auf Nachdruck vorverschoben. Eine unterschreitende Differenz zwischen Sollwert SW2 und Istwert IW2 wird eine Korrektur im Sinne einer Nachverlagerung des durch den Sollwert SWl gegebenen Umschaltpunktes auslösen.

Eine weitere Möglichkeit, die Nachfüllung der Form in der Nachdruckphase konstant zu halten, besteht darin, durch Regelung einer die Energiezufuhr der Masse bestimmende Einflussgrösse zu regeln. Für eine solche Regclart wird über den Wahlschalter WS ein Regelkreis RK2 geschlossen. Ueber die Korrektursteuerung KS2 wird dabei auf den Spritzgiossprczess SGP derart Einfluss genommen, indem wie aus Figur 1 ersichtlich ist, ein Heizregler 26 einer Heizung 27 des Plastifizierzylinders 1 in den Regelkreis RK2 einbezogen ist. Die aus dem Istwert IW2 und dem Sollwert SW2 resultierende Differenz wird als Regelgrcsse zur Regelung der Heizung 27 nutzbar gemacht. Bei Unterschreitung des Sollwertes SW2, d.h. bei zu kleinem Forraspalt, muss die Schmelze auf einen tieferen Viscositätsgrad korrigiert werden, bzw. eine grössere Heizleistung ist erforderlich. Dementsprechend muss beim Ueberschreiten des Sollwertes SW2 die Leistung der Heizung 28 reduziert werden.

Eine Regelung der Energiezufuhr kann auch über eine Veränderung des beim Plastifiziervorgang im Hubraum 8 auf d.ie Plastifizierschnecke 3 wirkenden Staudruckes erfolgen. In diesem Fall ist das Druckregelventil 11 in den Regelkreis RK2 geschlossen, wobei mit negativer Differenz zwischen Istwert IW2 und Sollwert SW2 eine Staudruckerhöhung, bzw. eine Energiesteigerung und bei positiver Differenz eine Staudruckreduzierung eine Energieminderung zur Wirkung hat.

Als.weitere Möglichkeiten zur Regelung der Masse zuzuführenden Energie, können auch der Spritzdruck, die Schneckendrehzahl,

§08817/1029

die Schneckentemperatur, die Formtemperatur, die Verweilzeit der Masse im Plastifizierzylinder oder die Einspritzgiessgeschwindigkeit als Einflussgrössen herangezogen werden. Statt des Formöffnungsweges kann auch der Forminnendruck als Messgrösse dienen.

Mit der erfindungsgemässen Regelsteuerung können als Qualitätsmerkmale, der Füllzustand, die Massgenauigkeit, die Wärmebeständigkeit, der Verzug und die Beständigkeit in bezug auf Spannungskorrosion positiv beeinflusst werden. Schwankungen bei diesen Qualitätsmerkmalen können in einem engen Toleranzfeld gehalten werden, wobei durch gezielte Veränderung der Einstellgrössen den spezifischen Eigenheiten der zu verarbeitenden Masse Rechnung getragen werden kann.

Zusammenfassend kann also gesagt werden, dass durch die Veränderung jeder der erwähnten oder sonst möglichen, als Stellgrösse gewählten Einflussfaktoren im Grunde genommen die dem Formhohlraum zugeführte Gesamtenergie variiert wird. Dies leuchtet ohne weiteres ein, wenn z.B. die Heizleistung als Stellgrösse dient, gilt aber auch dann, wenn der hydraulische Druckverlauf beeinflusst wird, z.B. durch Veränderung des Zeitpunktes der Umsteuerung oder des dafür massgebenden Sollwertes des Formspaltes.

509817/1029

Claims

Patentansprüche

.) Verfahren zum Regeln des Formfüllgrades bei Spritzgiess- ■' maschinen zur Verarbeitung von thermoplastischen Formmassen, mit einer vom Füllungsgrad abhängigen Umsteuerung von Spritzdruck, auf Nachdruck, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelung als Regelgrösse ein Sollwert (SW2) des Formspaltes in der Nachdruckphase und als Stellgrösse die dem Formhohlraum zugeführte Gesamtenergie zugrunde gelegt wird.
2.) Vorrichtung zur Durchführung des-Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Messelement für den Formspalt oder den Forminnendruck, ein.auf die ermittelten Messwerte ansprechendes Regelgerät (25) und eine dem Regelgerät nachgeschaltete Steuerung (11 oder 26) für die Energiezufuhr.
3.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelung als Stellgrösse ein für das Umschalten von Spritzdruck auf Nachdruck massgebender Sollwert (SWl) des Formspaltes oder des Umschaltzeitpunktes zugrunde gelegt wird.
4.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelung als Stellgrösse eine die Energiezufuhr zur Veränderung der Masse bestimmende Einflussgrösse zugrunde gelegt wird.
5.) Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein induktives Messelement (23) unmittelbar an der Formtrennebene (17) der Formhälften (15,16) angeordnet ist.

X/VB/RK
3.9.74

509817/1029
6.) Vorrichtung nach. Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement (23)· in einem Steuerkreis (SK) liegt, der eine Vergleichsstelle (VSl) zum Vergleich des in einem Stellglied gespeicherten, für die Umsteuerung massgebenden Sollwertes (SWl) mit einem vom Messelement (23) gemessenen Istwert (IWl) des Formspaltes aufweist und mit einem Druckregelventil (11) in Wirkμngsverbindung steht, wobei das Messelement (23) zugleich in einem Regelkreis (RKl) liegt, der eine Vergleichsstelle (VS2) zum Vergleich des als Regelgrösse dienenden Sollwertes (SW2) mit dem vom Messelement (23) gemessenen Istwert (IW2) des Formspaltes aufweist und mit dem Stellglied des Steuerkreises (SK) gekoppelt ist, um nach Massgabe des ermittelten Differenzwertes der Sollwert (SWl) des Steuerkreises (SK) zu verändern.
7.) Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement (23), das in einem Regelkreis (RK2) liegt, der eine Vergleichsstelle (VS2) zum Vergleich des als Regelgrösse dienenden Sollwertes (SW2) mit dem vom Messelement (23) gemessenen Istwert (IW2) des Formspaltes aufweist, welcher Vergleichsstelle als Stellglied wenigstens eines der Regelorgane (11 oder 26) der Spritzgiessmaschine für den hydraulischen Druck oder Temperatur zugeordnet ist.

X/VB/RK
3.9.74

509817/1029