DE2443938C3

DE2443938C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Konstanthalten des Fiillgrades einer Spritzgiessform bei einer Kunststoff-Spritzgiessmaschine

Info

Publication number: DE2443938C3
Application number: DE2443938A
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: 1980-05-22
Also published as: GB1481087A; DE2443938B2; SE7412690L; JPS5066559A; FR2247332A1; CH584105A5; DE2443938A1; FR2247332B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Konstanthalten des Füllgrades einer Spritzgießform bei einer Kunststoff-Spritzgießmaschine, bei dem beim Hinspritzvorgang von einem Spritzdruck auf Nachdruck aufgrund eines die beendete Füllung der Spritzgießform kennzeichnenden Signals umgeschaltet wird.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung dieser Art sind Im Gegensatz /u dieser statischen Belrachtungsweise, die unterstellt, daß die Unsteiigkeil im Druckverfahren de ο Übergang von einer Bewegungs- in eine Ruhepause des F.insprit/gliedes kennzeichnet, liegt der

^⁵ vorliegenden Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß zum Konstanthallen des Formfüllgrades und mithin der Wcrkstückqualilät die Nachdruckphase als ein dynamischer Vorgang betrachtet werden muß.

Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe

zugrunde, den Verlauf der Nachdruckphase zu erfassen und falls nötig, zur Beeinflussung einer der für die Formfüllung maßgebenden Einflußgrößen auszuwerten.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird diese

Aufgabe dadurch gelöst, daß eine der für die Füllung der

Spritzgießform maßgebenden Einflußgrößen aufgrund eines zeitlich auf das Umschaltsignal folgenden /weiten gleichartigen Signals geregelt wird.

Dank dieser Maßnahme werden / B. die Einflüsse auf den Formfüllgrad ausgeglichen, welche der auch nach dem Umschalten je nach den jeweiligen Betriebsverhältnissen mehr oder weniger wirkenden Bewegungsenergie des Einsprit/organs und dessen Antriebes entspringen. Um einen Ausgleich möglichst kurzfristig herbeizuführen, wird der Regelung als Stellgröße

b0

aus der DD-PS 66 020 bekanntgeworden. Dabei wird ^b5 zweckmäßigerweise das erste Signal, d. h. das Umschalt-

jedoch der Ausgang für Folgefunktionen in der Maschinenablaufsteuerung und/oder Programmiereinrichtung, und mithin auch für das Umschalten von signal zugrunde gelegt. Wird — wie dies eine bevorzugte Ausführungsform vorsieht — das zweite Signal von dem Maximalwert der signalauslösenden

Meßgröße abgeleitet, so erfaßt die Regelung bei jedem Einspritzvorgang die vollendeten Tatsachen, d. h. sämtliche Einflüsse, welche während der Nachdruckphase auf den Formfüllgrad wirksam geworden sind. Es ist ferner zweckmäßig, dem Umschalten und der Regelung durch die Größe des Formspaltes der Spritzgießform gekennzeichnete Signale zugrunde zu legen. Dies gestattet, den Formfüllgrad auch bei einer komplizierten und gießtechnisch schwierigen Ausbildung des Formhohlraumes, insbesondere aber aucn bei Mehrfachiarmen sicher unter Kontrolle zu halten.

Für die Durchführung des vorstehend erläuterten Verfahrens eigen! sich grundsätzlich eine Vorrichtung mit einem auf den Füllgrad der Spritzgießform ansprechenden Signalgeber in dem Steuerkreis für die Umsteuerung des hydraulischen Antriebes der Einspritzvorrichtung von Spritz- auf Nachdruck. Erfindungsgemäß ist eine solche Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber weiterhin in einem Regelkreis liegt, dessen Stellglied in einen für die Formfüllung maßgebenden Steuerkreis eingeschaltet ist.

Dank dieser Anordnung werden die bereits im Zusammenhang mit dem Ablauf des Verfahrens erwähnten Vorteile mit einem minimalen Aufwand und unter Ausschaltung von Fehlerquellen realisiert, insofern nämlich, als die beiden dem Verfahren zugrunde gelegten Signale von ein und demselben Signalgeber abgeleitet werden. Diese Vorteile kommen besonders dann zur Geltung, wenn das Stellglied mit dem Steuerkreis für die Umsteuerung des hydraulischen Antriebes des Einspritzorgans von Spritz- auf Nachdruck verbunden ist und somit unmittelbar das Umschalten von Spritzdruck auf Nachdruck beeinflußt. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist der Signalge- J5 ber von einem Regelkreis auf einen anderen Regelkreis umschaltbar. In allen Fällen ist es zweckmäßig, im Regelkreis ein auf den Maximalwert der signalauslösenden Meßgröße ansprechendes Regelglied zu verwenden. Schließlich können vorteilhafterweise die erwähn- *o ten Vorkehrungen mit Hilfe eines Signalgebers realisiert werden, welcher in bekannter Weise als induktives Meßelcment ausgebildet und an der Formtrennebenc der Spritzgießform angeordnet ist.

Mit der erfindungsgemäßen Rcgelsteuerung können als Qualitätsmcrkmale der Füllzustand, die Maßgenauigkeit, die Wärmebeständigkeit, der Verzug und die Beständigkeit in bezug auf .Spannungskorrosion positiv beeinflußt werden. Schwankungen bei dicse.i Qualitätsmerkmalcn können in einem engen Toleranzfeld gehalten werden, wobei durch gezielte Veränderung der Emstellgrößen den spezifischen Eigenheiten der zu verarbeitenden Masse Rechnung getragen werden kann.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung einer Regelvorrichtung an einer in einem Vertikal Längsschnitt gezeichneten Schnecken-Spritzgießmaschine,

F i g. 2 eine schematische Darstellung des Regelvorganges, und

Fig. 3 ein Diagramm des Druckverlaufs und der Veränderungen des Formspaltes der Spritzgießform.

Bei der Schnecken-Spritzgießmaschine nach Fig. 1 ^b5 ist eine in einem Zylinderraum 1 eines Plastifizierzylinders 2 befindliche Plaslifizicrschnecke 3 zum Zwecke des Plastifizierens durch einen Antriebsmotor 4 über ein mechanisches Getriebe 5 rotierend und zum Zweck des Einspritzen der plastifizierten Masse mittels eines ölhydraulischen, doppelwirkenden Hubaggregates 6 in einer axialen Hubbewegung antreibbar. Zwei in Hubräume 7 und 8 des Hubaggregates 6 mündende Ölleitungen 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 14. Beide Fomiträger 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 Formhälfte 16.

In eine Bohrung 22 der Formhälfte 16 ist ein berührungsloser, induktiver Signalgeber 23 eingesetzt, bei welchem schon bei der minimalsten Spaltbildung in der Formtrennebene 17 eine Veränderung der Induktionsspannung bewirkt wird. In der Formschließstellung werden unter einer auf den beweglichen Formträger 14 wirkenden Zuhaltekrafl die beiden Formhälften 15 und

16 aufeinandergepreßt. Beim Einspritzvorgang wird im Formnest 18 ein Massedruck wirksam, welche 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 Signalgeber 23. Das dabei sich ergebende Signal wird über eine Leitung 24 in ein Regelgerät 25 eingegeben, dessen einzelne Funktionen, weil sie für die Erfindung nicht maßgeblich sind, hier nicht beschrieben werden.

Im Diagramm nach F i g. 3 ist auf der Abszisse mit T die Zeit bezeichnet, während welcher der Einspritzdruck und der Nachdruck auf die Masse wirksam sind. In dieser Zeit, d. h. während des Einspritzvorganges und des nachfolgenden Erslarrungsprozesses der eingespritzten Masse vollzieht sich eine Trennung der beiden Formhälften 15 bzw. 16 und dementsprechend die Entstehung eines Formspaltes in der Formtrennebene

17 der Spritzgießform. Die Veränderung des Formspaltes ergibt sich aus der Kurve X. Auf der Ordinate ist mit S die Größe des Formspaltes aufgezeichnet. Der Druckverlauf während der Spritzdruck- und Nachdruckphase ist mit der Kurve P dargestellt. Auf der Ordinate bedeutet D die Druckhöhe des Einspritzdrukkes und des Nachdruckes.

Der Steuerungsablauf des Umschaltens von Spritzdruck auf Nachdruck während des Füllvorganges ist aub den Fig. 2 und 3 ersichtlich. Als Umschaltpunkt zur Einleitung der Nachdruckphase wird in das Regelgerät 25 ein Sollwert eingegeben, der als Formspallteilweite 51 oder Formspaltteilzeit 7Ί vorwählbar ist{Fig.3). Wie in Fig. 2 ersichtlich ist, vollzieht sich das Umschalten von Spritzdruck auf Nachdruck in einem Steuerkreis SK, in welchem der Spritzgießprozeß mit SGPbezeichnet ist. An einer Vergleichsstelle KSl wird ein gemessener Istwert IWi mit dem Sollwert SWi verglichen, d. h., wenn der gemessene Formspaltteilwei-

te 51 oder die Formspaltteilzeit Ti den Sollwert SWl erreicht, wird durch eine Umsteuerung US von Spritzdruck auf Nachdruck umgeschaltet. Dies bedeutet, daß ein Druckregelventil 11 (Fig. I) den im Hubraum 8 herrschenden Spritzdruck auf Nachdruck reduziert.

Aus der Kurve X ist lesbar, daß bis zum Umschaltpunkt 5Wl unter Wirkung des Spritzdruckes kurzzeitig ein verhältnismäßig großer Formspalt erreicht wird, der nach dem Umschaltpunkt 5Wl in der Nachdruckphase noch allmählich um das Maß A größer wird und schließlich einen Maximalwert 5W2 erreicht. Das Maß A zeigt die nach der Umschaltung auf Nachdruck noch eintretende Nachfüllung. Wie nun festgestellt wurde, ändert sich die Nachfüllung vor allem durch Schwankungen bei den Temperaturen der Schmelze und der Spritzgießform. Ebenfalls ist eine Beeinflussung der Nachfüllung über den thermischen Zustand des Hydrauliksystems der Maschine feststellbar. Um eine gleichbleibende Spritzteilqualität zu erzielen, sollen nun durch eine Konstanthaltung der Nachfüllung in der Nachdruckphase die erwähnten Störfaktoren ausgeglichen werden. Diese Forderung kann durch eine der folgenden Regslarten erfolgen:

Der als richtig erkannte Wert der Formspaltgröße wird als Sollwert 5W2 vorgewählt. Wie in Fig.2 dargestellt ist, wird der während des Einspritzvorganges vom Signalgeber 23 in der Formtrennebene 17 gemessene Formtrennspalt als Istwert /W2 an einer Vergleichsstelle K52 mit dem Sollwert 5W2 verglichen. Mit einem Wahlschalter WS ist ein über eine Korrektursteuerung KSi führender Regelkreis RK 1 schließbar.

Ein zwischen Sollwert SW2 und Istwert /W2 ermittelter Differenzwert dient als Regelgröße, um den Sollwert 5W1, der maßgeblich für das Umschalten von Spritzdruck auf Nachdruck ist, zu verändern. Ist der Istwert IW2 größer als der Sollwert 5W2, wird der Sollwert 5Wl vorverlagert, indem die Formspahteilzeit Tl oder der Formspaltteilwert 51 verkürzt wird. In der Folgeregelung wird dadurch im nächsten Zyklus der durch den Sollwert 5Wl bestimmte Umschaltpunkt von Sprilzdruck auf Nachdruck vorverschoben. Eine unterschreitende Differenz zwischen Sollwert 5W2 und Istwert /W2 wird eine Korrektur im Sinne einer Nachverlagerung des durch den Sollwert 5Wl gegebenen Umschaltpunktcs auslösen.

Eine weitere Möglichkeit, die Nachfüllung der Spritzgießform in der Nachdruckphasc konstant zu halten, besteht darin, durch Regelung einer die Energiezufuhr der Masse bestimmende Einflußgrößc zu regeln. Für eine solche Regelart wird über den Wahlschalter WS ein Regelkreis RK 2 geschlossen. Über die Korrektursleuerung KS2 wird dabei auf den Spritzgießprozeß SGP derart Einfluß genommen, indem, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ein Heizreglcr 26 einer Heizung 27 des Plastifizicrzylinders 2 in den Regelkreis RK 2 einbezogen ist. Die aus dem Istwert /W2 und dem Sollwert 5W2 resultierende Differenz wird als Regelgröße zur Regelung der Heizung 27 nutzbar gemacht. Bei Unterschrcitung des Sollwertes 5W2, d. h. bei zu kleinem Formspalt, muß die Schmelze auf einen tieferen Viscositätsgrad korrigiert werden, bzw. eine größere Heizleistung ist erforderlich. Dementsprechend muß beim Überschreiten des Sollwertes 5W2die Leistung der Heizung 27 reduziert werden.

Eine Regelung der Energiezufuhr kann auch über eine Veränderung des beim Plastifiziervorgang im Hubraum 8 auf die Plastifizierschneckc 3 wirkenden Staudruckes erfolgen. In diesem Fall ist das Druckregclventil 11 in den Regelkreis RK 2 geschlossen, wobei mil negativer Differenz zwischen Istwert IW2 und Sollwert 5W2 eine Staudruckerhöhung, bzw. eine Energiesteigerung und bei positiver Differenz eine Staudruckreduzicrung eine Energieminderung zur Wirkung hat.

Als weitere Möglichkeiten zur Regelung der der Masse zuzuführenden Energie können auch der Spritzdruck, die Schneckendrehzahl, die Schneckentemperatur, die Formtemperalur, die Verweilzeit der Masse im Plastifizierzylinder oder die Einspritzgießgeschwindigkeit als Einflußgrößen herangezogen werden. Statt des Formspaltes kann auch der Forminnendruck als Meßgröße dienen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zürn Konstanthalten des Füllgrades einer Spritzgießform bei einer Kunststoff-Spritzgießmaschine, bei dem beim Einspritzvorgang von einem Spritzdruck auf Nachdruck aufgrund eines die beendete Füllung der Spritzgießform kennzeichnenden Signals umgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine der für die Füllung der Spritzgießform maßgebenden Einflußgrößen aufgrund eines zeitlich auf das Umschaltsignal folgenden zweiten gleichartigen Signals geregelt wird.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelung als Stellgröße das erste Signal zugrunde gelegt wird.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Signal von dem Maximalwert der signalauslösenden Meßgröße abgeleitet wird.

4. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Umschalten die Größe des Formspaltes der Spritzgießform kennzeichnende Signale zugrunde gelegt werden.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1 mit einem auf den Füllgrad der Spritzgießform ansprechenden Signalgeber in dem Steuerkreis für die Umsteuerung des hydraulischen Antriebes der Einspritzvorrichtung von Spritz- auf Nachdruck, dadurch gekennzeichnet, daß Spritzdruck auf Nachdruck, durch die nach beendeter Füllung des Werkzeughohlraumes durch Kompression des eingespritzten Materials auftretende Druckänderung, technisch differenziert, gebildet, dits im Unterschied zu dem für die DD-PS 66 020 maßgebenden Stand der Technik, gemäß welchem für das Umschalten eine bestimmte Stellung des Einspritzgliedes oder der Ablauf einer vorgegebenen Grundzeit für den tinspritzvorgang und/oder der sich im Werkzeug einstellende Absolutdruck genutzt wird. Die Abkehr von diesen Maßnahmen und die Nutzbarmachung der Unstetigkeit im Druckverlauf beruht offenbar auf der Einsicht, daß die Druckänderung ein vollständiges Füllen des Formhohlraumes voraussetzt und damit einen Zustand signalisiert, nach dessen Erreichen der Spritzdruck nur noch Schaden, nämlich das Überfüllen der Form, verursachen kann und daher abgeschaltet bzw. auf Nachdruck umgeschaltet werden muß.

Auf dem im v,esenllichen gleichen Prinzip beruht

auch die aus dem DE-GM 19 53 795 bekanntgewordene Spritzgießform mit mindestens einem Druckfühler. Dort wird die Umschaltung von Einspritzdruck auf Regeldruck nicht etwa in Abhängigkeit vom Kolbenweg oder von eir«;m Zeitglied, sondern vom Werkstoff selbst vorgenommen, wobei für das Umschalten nicht irgendwelche vorbesiimmtc Einflußgrößen maßgebend sind, sondern der Druck im Formhohlreum, d. h. eine solche F.influßgröße, die die erfolgte vollständige Füllung der Form anzeigt. Der Unterschied /wischen

der Signalgeber (23) weiterhin in einem Regelkreis 30 den Hinrichtungen gemäß dem DE-GM 19 53 795 bzw. (RK I oder RK 2) liegt, dessen Stellglied (z. B. SWi) der DD-PS bb 020 besieht lediglich darin, daß erstere in einen für die Formfüllung maßgebenden Stcucrkreis(z. B. 5/Cjeingeschaltei ist.

6. Vorrichtung nach Pa:entanspruch 5, dadurch ein aus dem Innendruck des Formhohlraumes abgeleitetes durch die beendete Werk/cugfüllung gekennzeichnetes Signal lediglich /um Umschalten von Spritzdruck

gekennzeichnet, daß das Stellglied (SWi) mit dem ^J5 auf Nachdruck verwertet, wahrend letztere die auftre

Steuerkreis für die Umsteuerung (US)Uc hydraulischen Antriebes der Einspritzorgane (1—8) von Spritz- auf Nachdruck verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Patentanspruch 5 oder 6.

tende Druckänderung technisch differenziert als Ausgang für Folgefunktionen in der Maschinenablaufstcuerung und/oder Programmiereinrichtung erfaßt. Von einer Regelung im eigentlichen Sinn des Wortes ist in

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dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber (23) ■"> keinem der beiden Fälle die Rede,
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von einem Regelkreis (RK 1) auf einen anderen Regelkreis (RK 2) umschaltbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkreis ein auf den Maximalwert der signalauslösenden Meßgröße ansprechendes Regelglicd (SW2) aufweist.

9. Vorrichtung nach einem dem Patentansprüche 5 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber (23) ein in an sich bekannter Weise an der Formtrennebene der Spritzgießform (15—16) angeordnetes induktives Meßelement ist.