DE2532429B2

DE2532429B2 - Verfahren und Einrichtung zum Spritzgießen einer Kunststoffmasse mit veränderbarer Einspritzgeschwindigkeit

Info

Publication number: DE2532429B2
Application number: DE19752532429
Authority: DE
Inventors: Franz 7261 Althengstett Schubert
Original assignee: G Bauknecht Elektrotechnische Fabriken 7000 Stuttgart GmbH
Current assignee: G Bauknecht Elektrotechnische Fabriken 7000 Stuttgart GmbH
Priority date: 1975-07-19
Filing date: 1975-07-19
Publication date: 1979-01-11
Also published as: FR2318728B1; FR2318728A1; DE2532429A1; DE2532429C3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs I und eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (Zschr. »Kunststoffe«, 1973, H. 8, S. 497-500; DE-OS 23 61559) ist das Geschwindigkeitsprofil der Einspritzgeschwindigkeit so gewählt, daß die Einspritzgeschwindigkeit kurze Zeit vor Umschalten auf die Regelung des Spritz- oder Massedruckes auf einen stark reduzierten, konstanten Wert abgesenkt wird, so daß der gegen Ende der Formfüllphase erfolgende Anstieg des Spritz- und Massedrucks langsamer erfolgt und so die bei dem vorgewählten Spritz- oder Massedruck erfolgende Umschaltung auf die Regelung des Spritz- oder Massedruckes während der an die Formfüllphase anschließenden Verdichtungsphase besser beherrscht wird Jedoch hängt der sich während der reduzierten Einspritzgeschwindigkeit ergebende Verlauf des Massedruckes von zahlreichen Störgrößen mit ab, wodurch sich beim Serienspritzgießen sehr unterschiedliche Anstiege des Massedrucks ergeben und hierdurch die Spritzlinge entsprechend unterschiedlich ausfallen und auch relativ hoher Ausschuß entstehen kann. Auch lassen sich erheblich unterschiedliche Massedruckspitzen am Ende der Verdichtungsphase nicht vermeiden, weil die Umschaltung auf die Regelung des Spritz- oder Massedrucks eine kurze Totzeit mit sich bringt und je steiler der Anstieg des Massedrucks während der Verdichtungsphase ist, um so höher wird die Massedruckspitze am Ende der Verdichtungsphase. Um diese Schwankungen der Massedruckspitze bei der Serienfertigung einigermaßen in Grenzen zu halten, muß sehr reaktionsschnell auf die Regelung des Massedruckes umgeschaltet werden, was entsprechend baulich aufwendige, extrem reaktionsschnelle Bauelemente erforderlich macht. Ferner wirkt sich bei diesem vorbekannten Verfahren die bei ihm vorgesehene weg- oder zeitabhängige Umschaltung auf die reduzierte Einspriugeschwindigkeit auch dahingehend nachteilig aus, daß infolge der unvermeidlichen Störgrößen der Formfüllungsgrad, bei welchem auf die reduzierte Einspritzgeschwindigkeit umgeschaltet wird, erheblich schwanken kann. Da infolge der stark reduzierten Einspritzgeschwindigkeit das weitere Füllen der Form entsprechend langsam vor sich geht, können sich hierdurch erheblich unterschiedliche Zeitlängen des Einspritzens mit der stark reduzierten Einspritzgeschwindigkeit ergeben, was sich ebenfalls nachteilig auf die Gleichmäßigkeit der in Serie hergestellten Spritzlinge und damit auch in erhöhtem Ausschuß auswirken kann.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, durch welches der Übergang von der Formfüllphase in die Verdichtungiiphase besser reproduzierbar ist, so daß insbesondere der maximale Fülldruck nur innerhalb enger Toleranzen schwankt und damit der Formfüllungsgrad und die Maß- und Gewichtsgenauigkeit von Seriensprit;;lingen nur innerhalb enger Toleranzen schwankt und damit eine gleichmäßigere Serienfertigung der Spritziinge gewährleistet ist.

Disse Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren gemsiß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, daß die stark reduzierte Einspritzgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Spritz- oder Massedruck geführt wird.

Durch dieses Verfahren wird ein innerhalb enger Toleranzen verlaufender Anstieg des Masse- bzw. .Spritzdruckes während der Verdichtungsphase erreicht, so daß auch das Auftreten stark schwankender Masse- bzw. Spritzclruckspitzcn am Ende der Verdichtungspha-

se vermieden wird und die gegen Ende der Verdichtungsphase erfolgende Umschaltung auf die Regelung des Masse- oder Spritzdruckes ist so auch mittels nicht extrem reaktionsschneller Bauelemente ohne Gefahr störender Druckspitzen durchführbar.

Bevorzugt kann gemäß Patentanspruch 2 vorgesehen sein, daß die reduzierte Einspritzgeschwindigkeit gegensinnig zur Größe des Spritz- oder Massedruckes geführt wird, wodurch sich besonders enge Toleranzen des Druckanstiegs während der Verdichtungsphase erzielen lassen.

Indem man gemäß Patentanspruch 3 vorsieht, daß bei einem vorwählbaren Wert für den Spritz- oder Massedruck auf die reduzierte Einspritzgeschwindigkeit umgeschaltet wird, wird das Umschalten auf die stark reduzierte Einspritzgeschwindigkeit nicht von Störgrößen beeinflußt. Jedoch ist es bei dem erfindungsgemäßen Ysrfahren auch möglich, das Umschalten auf die stark reduzierte Einspritzgeschwindigkeit zeit- oder wegabhängig vorzusehen, wobei infolge der anschließenden Führung der Einspritzges?hwindigkeit in Abhängigkeit von dem Spritz- oder Massedruck sich das Füllen der Form mit höheren Einspritzgeschwindigkeiten vollenden läßt als bei dem eingangs beschriebenen vorbekannten Verfahren.

Die stark reduzierte Einspritzgeschwindigkeit kann vorzugsweise so gewählt werden, daß sie maximal 30%, vorzugsweise etwa 5—20% der unmittelbar vor dem Umschalten auf sie vorliegenden Einspritzgeschwindigkeit beträgt.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff de., Patentanspruches 4 vorgesehen, die gekennzeichnet ist durch eine zweite, zum Führen der stark reduzierten Einspritzgeschwindigkeit vorgesehenen Geschwindigkeitsstellvorrichtung, der der Spritz- oder Massedruck als Führungsgröße zuführbar ist, und durch eine Umschaltvorrichtung zum Umschalten von der ersten Geschwindigkeitsstellvorrichtung auf die zweite Geschwindig''eitsstellvorrichtung.

Diese Einrichtung ist baulich einfach, betriebssicher und ergibt bei der Herstellung von Serienspritzlingen einen innerhalb enger Toleranzen verlaufenden Anstieg des Spritz- und Massedruckes während der Verdichtungsphase.

Der Anstieg dos Spritz- bzw. Massedrucks während der Verdichtungsphase läßt sich innerhalb besondeis enger Toleranzen halten, wenn man gemäß Patentanspruch 5 vorsieht, daß die zweite Geschwindigkeitsstellvorrichtung als Regelvorrichtung ausgebildet ist, deren Sollwert in vorbestimmter Abhängigkeit vorn Spritzoder Mrssedruck geführt ist. Jedoch ist es in vielen Fällen auch ausreichend, wenn gemäß Patentanspruch 6 die zweite Geschwindigkeitsstellvorrichtung als Steuervorrichtung zur Steuerung der Einspritzgeschwindigkeit in vorbestimmter Abhängigkeit vom Spritz- oder Massedruck ausgebildet ist. Die Steuervorrichtung hat gegenüber einer Regelvorrichtung den Vorteil einfacherer und billigerer Bauart.

Vorteilhaft kann gemäß Patentanspruch 7 die Umschaltvorrichtung ein auf einen vorbestimmten Spritz- oder Massedruck ansprechender Schwellwert-Schalter sein. Ein solcher Schwellwert-Schalter ist baulich einfach und betriebssicher. Auch ist das durch ihn bewirkte druckabhängige Umschalten besonders vorteilhaft, wie bereits oben dargelegt wurde.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 Diagramme zur Erläuterung von zwei Ausführungsformen des Verfahrens,

Fig.2 ein Blockschaltbild einer Prozeßregelung zur Durchführung eines Spritzgießvorganges nach Diagramm 1, wobei der Spritzzylinder und die Form einer Spritzgießmaschine nur schematisch dargestellt und alle für das Verständnis der Erfindung nicht wichtigen. Einzelheiten weggelassen sind, auch die Prozeßregelung des Schneckenrücklaufes und des Dosierhubes, da letztere Prozesse in beliebiger bekannter Weise durchgeführt werden können.

Im Diagramm der F i g. 1 ist die Abszisse die Zeitachse und die Ordinate ist der Einspritzgeschwindigkeit p(Kurve 10) bzw. dem Spritz- oder Massedruck p(Kurve U) zugeordnet

Das Spritzgießen wird im Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 so durchgeführt, daß das Füllen der Spritzgießform von Beginn an zunächst gemäß einem vorgegebenen Geschwindigkeitsprofil, bspw. mit konstanter oder sonst irgend einer geeigneten variablen Einspritzgeschwindigkeit so lange durchgt-aihrt wird, bis der gefühlte Spritz- oder Massedruck ρ auf einen vorbestimmten Wert ρ 1 angestiegen ist, der kurz vor Ende der Formfüllphase, zweckmäßig einige Hundertstel Sekunden oder Zehntel Sekunden vor Ende der Fornnüllphase auftritt und empirisch ermittelt wird. Wenn der den Spritz- oder Massedruck fühlende Druckfühler diesen Druckwert ρ 1 fühlt, löst er sofort einen Vorgang aus, durch den die Einspritzgeschwindigkeit nicht mehr gemäß dem vorbestimmten Geschwindigkeitsprofil, sondern in Abhängigkeit des von diesem Druckfühler gefühlten Spritz- oder Massedruckes ρ geregelt wird. Der Sollwert der Einspritzgeschwindigkeit wird demzufolge ab dem Punkt 12 in Abhängigkeit vom Druck ρ in vorbestimmter Weise geführt, und zwar in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel so, daß die Einspritzgeschwindigkeit ν mit steigendem Druck ρ kleiner wird, wobei der Zusammenhang zwischen ρ und ν so getroffen ist, daß ab dem Punkt 12 zunächst eine sehr steile Reduzierung der Einspritzgeschwindigkeit e'ntritt. indem der neue Sollwert erheblich niedriger beginnt, als dem unmittelbar vor dem Punkt 12 vorliegenden Einspritzgeschwindigkeitssollwert entspricht. Die durch das Umschalten am Punkt 12 auftretende starke Regelabweichung /erursacht einen steilen Abstieg der Einspritzgeschwindigkeit ν und die Regelabweichung ist bei Punkt 13 ausgeregelt, so daß ab Punkt 13 Sollwert und Istwert der Einspritzgeschwindigkeit ν wieder ungefähr übereinstimmen. Am Punkt 14 ist die Spritzgießform gefüllt und es beginnt die Verdichtungsphase, so da3 der Druck ρ nunmehr rasch ansteigt. Bei einem vorbestimmten Wert ρ 2 des Druckes ρ wird auf Regelung des Druckes ρ umgeschaltet, so daß nunmehr die Einspritzgeschwindigkeitsregelung beendet ist. Dieser Druck ρ 2 entspricht zumindest nahezu dem vorgesehenen maximalen Fülldruck p_max. Der Unterschied zwischen p_ma, und ρ 2 ist nur sehr gering, da zum Zeitpunkt des Umschaltern auf Druckregelung die Einspritzgeschwhdigkeit niedrig ist und sich nicht stark von der durch die Regelung sich unmittelbar nach ihrem Einschalten ergebenden Einspritzgeschwirtdlgkeil unterscheidet, die während der Nachdruckpiiase auf Null abnimmt. Die Verdichtungsphase ist also bei p„,_a% beendet und es beginnt die Nachdruckphase, in der der geregelte Sprit/- ...der Massedruck ρ niedriger als p_ma,

Wie durch clic gestrichelt dargestellte Variante 15 der F.inspritzgcschwiiidigkeitskurve ν dargestellt ist, kann

man auch erreichen, daß durch das Umschalten auf die Druckregelung kein oder kein nennenswerter Geschwindigkeitssprung der Einspritzgeschwindigkeit eintritt, was auch bedeutet, daß ρ 2 und p„_m praktisch zusammenfallen.

Das in F i g. 2 dargestellte Prozeßführungssystem für die Durchführung des Spritzvorganges mittels des Fmspritzzylinders 20 dient der Durchführung des Verfahrens nach Fig. I. Im Einspritzzylinder 20 ist ein Schneckenkolben (Schnecke) 21 angeordnet und mittels ir eines Kolbens 22 einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit 23 axial verschiebbar zum Einspritzen der im Zylindervorraum 24 vorangehend durch Drehen des Schncckenkolbens2l eingeführten Kunststoffmasse, die dann mittels des Schneckenkolbens 21 in den Innenraum ι ·-, 25 einer Spritzgießform 26 eingespritzt wird. Die Hydraulikflüssigkeit wird durch die Pumpe 27 aus einem Vorratsbehälter in die Kolben-Zylinder-Einheit 23 gefördert, wobei in die Hydraulikleitungen 29, 30 in bekannter Weise ein Wegeventil 31 zum Umschalten x> der Bewegungsrichtung des Kolbens 22 zwischengeschaltel ist. Die Hydraulik-Stellglieder für die Geschwindigkeitsregelung der Spritzgeschwindigkeit und die Druckregelung des Spritzdruckes sind nicht dargestellt.

Der den Kolben 22 beaufschlagende Differenzdruck wird mittels der Fühler 33,34 gefühlt und ständig in zwei auf die Drücke ρ 1 bzw. ρ 2 ansprechende Schwellwert-Schalter 36, 43 und 37, 44 und ferner in einen Druckregler 39 zur Regelung des Nachdruckes eingege- w ben.

Die Einsprit/geschwindigkeit, d. h.. die axiale Geschwindigkeit des Schneckenkolbens 21 wird durch Differenzieren im Glied 38 der an einem Lagemeßgerät 40 (Potentiometer) abgegriffenen Spannung ermittelt π und als Istwert einer ersten Geschwindigkeitsstellvorrichtung 41 eingegeben, die die Spritzgeschwindigkeit ab Beginn des Füllens bis zum Zeitpunkt 12 gemäß einem vorbestimmten Sollwert-Geschwindigkeitsprofil regelt. Der mittels der Fühler 33, 34 gefühlte -τ, Spritzdruck wird ferner noch einer zweiten Geschwindigkeitsstellvorrichtung 42 als Führungsgröße für den in ihr gebildeten Geschwindigkeitssollwert eingegeben, der dem Sollwert der reduzierten Einspritzgeschwindigkeit entspricht, d. h., die Einspritzgeschwindigkeit ab 12 bis ρ 2(F ig. I) regelt.

Durch den Block 43' ist die Steuerung und Logik der betreffenden Spritzgießmaschine angedeutet. Der Spritzgießvorgang läuft wie folgt ab: Um das Füllen der Spritzgießform 26 zu beginnen, werden die Schaltkontakte 43 bis 48 in die voll ausgezogen dargestellten Schaltstellungen eingestellt und die Spritzgeschwindigkeit wird dann gemäß dem durch die Geschwindigkeitsstellvorrichtung 41 vorgegebenen Sollwert-Geschwindigkeitsprofil geregelt. Sobald der auf den Druck (Schwellwcrt) ρ 1 eingestellte Schwellwert-Schalter 36, 43 den Druck ρ 1 aufgedrückt erhält, bewirkt er, daß die Schaltkontakte 43 und 47 ausgeschaltet werden und der Schaltkontakt 46 eingeschaltet wird.

Es wird deshalb nunmehr die Einsprit/geschwindigkeit mittels der Cieschwindigkeitssteüvorrichtung 42 druckabhängig geregelt und es ist ferner der Schwellwert-Schalter 37, 44 aktiv. Sobald dieser Schwellwert-Schalter 37 den Druck p2 aufgedrückt erhält, bewirkt er, daß die Schaltkontakte 44 und 46 ausgeschaltet und der Schaltkontakt 45 eingeschaltet werden, wodurch auf den Druckregler 39 zur Regelung des Spritzdruckes zur Durchführung der Nachdruckphase umgeschaltet wird. Durch den Schalter 37 wurde dabei auch das Einschalten eines Zfiischaltwerkes 49 bewirkt, das nach einer voreingestellten Zeitdauer die Nachdruckphase abschaltet, d. h., daß der Kolben 22 druckentlastet wird und folglich der Spritzdruck auf 0 absinkt. Es laufen nun die weiteren ProzeBschritte eines Spnizzyklus in bekannter Weise ab und der Spritzvorgang wiederholt sich bei der Herstellung einer Serie von Spritzlingen zyklisch entweder vollautomatisch oder durch eine Bedienungsperson veranlaßt.

Das beschriebene Verfahren ermöglicht es auch, einen ungefähr linearen Anstieg des Spritz- bzw. Massedruckes während der Verdichtungsphase zu erreichen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Verfahren zum Spritzgießen einer Kunststoffmasse, bei dem die Kunststoffmasse mit veränderbarer Einspritzgeschwindigkeit entsprechend einem vorwählbaren Geschwindigkeitsprofil in eine Spritzgießform eingespritzt wird, bei dem die Einspritzgeschwindigkeit kurz vor Beendigung der Formfüllphase stark reduziert und bei dem während der sich an die Formfüllphase anschließenden Verdichtungs- ι ο phase bei einem vorwählbaren Spritz- oder Massedruck auf dessen Regelung umgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die stark reduzierte Einspritzgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Spritz- oder Massedruck geführt wird.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reduzierte Einspritzgeschwindigkeit gegensinnig zur Größe des Spritzoder Massedrucks geführt wird.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem vorwählbaren Wert für den Spritz- oder Massedruck auf die reduzierte Einspritzgeschwindigkeit umgeschaltet wird.

4. Einrichtung zum Spritzgießen einer Kunststoffmasse in eine Spritzgießform, mit einem Einspritzzylinder, in dem ein mittels einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit verschiebbarer Schneckenkolben angeordnet ist, mit einer ersten Geschwindigkeitsstellvorrichtung zum Einstellen und Regeln der Einspritzgeschwindigkeit entsprechend einem vorwählbareii Geschwindigkeitsprofil während der Formfüllphase, mit einer Dr. ,kmeßvorrichtung für den Spritz- oder Missedruck und mit einer Regelvorrichtung zur Regeluf. des Spritz- oder Massedruckes während der Nachdruckphase, gekennzeichnet durch eine zweite, zum Führen der stark reduzierten Einspritzgeschwindigkeit vorgesehenen Geschwindigkeitsstellvorrichtung (42), der der Spritz- oder Massedruck als Führungsgröße zuführbar ist, und durch eine Umschaltvorrichtung zum Umschalten von der ersten Geschwindigkeitsstellvorrichtung (41) auf die zweite Geschwindigkeitsstellvorrichtung (42).

5. Einrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Geschwindigkeitsstellvorrichtung (42) als Regelvorrichtung ausgebildet ist, deren Sollwert in vorbestimmter Abhängigkeit vom Spritz- oder Massedruck geführt ist.

6. Einrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch ϊο gekennzeichnet, daß die zweite Geschwindigkeitsstellvorrichtung (42) als Steuervorrichtung zur Steuerung der Einspritzgeschwindigkeit in vorbestimmter Abhängigkeit vom Spritz- oder Massedruck ausgebildet ist. y,

7. Einrichtung nach einem der Patentansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltvorrichtung ein auf einen vorbestimmten Spritz- oder Massedruck ansprechender Schwellwertschalter (36,43) ist. mi