DE2532429C3

DE2532429C3 - Verfahren und Einrichtung zum Spritzgießen einer Kunststoffmasse mit veränderbarer Einspritzgeschwindigkeit

Info

Publication number: DE2532429C3
Application number: DE19752532429
Authority: DE
Inventors: Franz 7261 Althengstett Schubert
Original assignee: G Bauknecht GmbH
Current assignee: G Bauknecht GmbH
Priority date: 1975-07-19
Filing date: 1975-07-19
Publication date: 1981-12-17
Also published as: DE2532429A1; DE2532429B2; FR2318728B1; FR2318728A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 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 64 559) 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 dir· 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 steller 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 Einspritzgeschwindigkeit 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 Ajfgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, durch welches der Übergang von der Formfüllphase in die Verdichtungsphase besser reproduzierbar ist, so daß insbesonuere der maximale Fülldruck nur innerhalb enger Toleranzen schwankt und damit der Formfüllungsgrad und die Maß- und Gewichtsgenauigkeit von Serienspritzlingen nur innerhalb enger Toleranzen schwankt und damit eine gleichmäßigere Serienfertigung der Spritzlinge gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren gemäß 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. Spritzdrucker, während der Verdichtungsphase erreicht, so daß auch das Auftreten stark schwankender Massebzw. Spritzdruckspitzen am Ende der Verdichtungspha-

se vermieden wird und die gegen Ende der Verdichtungsphase erfolgende Urnschaltung 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 Verfahren auch möglich, das Umschalten auf die stark reduzierte Einspritr.geschwindigkeit zeit- oder wegabhängig vorzusehen, wobei infolge der anschließenden Führung der Einspritzgeschwindigkeit in Abhängigkeit von dem Spritz- oder Massedn.-ck 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 dej 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 Geschwindigkeitsstellvorrichtung.

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. 4"j

Der Anstieg des Spritz- bzw. fv'assedrucks während der Verdichtungsphase läßt sich innerhalb besonders enger Toleranzen halten, wenn man gemäß Patentanspruch 5 vorsieht, daß die zweite Geschwindigkeitsstellvorrichtung als Regelvorrichtung ausgebildet ist, deren >o Sollwert in vorbestimmter Abhängigkeit vom Spritzoder Massedruck geführt ist. Jedoch ist es in vielen Fällen auch ausreichend, wenn gemäß Patentanspruch 6 die zweite Geschwindigkeitsstellvorrichtung als Steuervorrichtung zur Steuerung der Einspritzgeschwindig- 5> keit 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 GO Umschaltvorrichtung ein auf einen vorbestimmten Spritz- oder Massedruck ansprechender Schwellwert-Schalter sei'i. Ein solcher Schwellwert-Schalter ist baulich einfach und betriebssicher. Auch ist das durch ihn bewirkt« drnckabhängige Umschalten besonders Γ5 vorteilhaft, wie bereits oben dargelegt wurde.

In der Zeichnung nind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt

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35 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 wichtiger: Einzelheiten weggelassen sind, auch die Prozeßregelung des Schneckenrücklaufes und des Dosierhubes, da letztere Prozesse in beliebiger bekannter Weise durchgeführt werden können.

Im Diagramm der Fig. 1 ist die Abszisse die Zeitachse und die Ordinate ist der Einspritzgeschwindigkeit ν (Kurve 10) bzw. dem Spritz- oder Massedruck p(Kurve 11) zugeordnet

Das Spritzgießen wird im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 so durchgeführt, daß das Füllen der Spritzgießform von Beginn an zunächst gemäß einem vorgegebenen Geschwindigkeitsprofil, bspw. mit konstanter oder sonst ii;gend einer geeigneten variablen Einspritzgeschwindigkeit so lange durchg-aührt 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 Forn.;ullphase 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, vobei der Zusammenhang zwischen ρ und ν so getroffen ist, daß ab dem Punkt 12 zunächst eine sehr steile Reduzierung der Einspritzgeschwindigkeit eintritt, indem der neue Sollwert erheblich niedriger beginnt, als dem unmittelbar vor dem Punkt 12 vorliegenden Einspritzgeschwindigkeitssoliwert entspricht. Die durch das Umschalten an, Punkt 12 auftretende starke Regelabweichung verursacht 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 ρ2 des Druckes ρ wird auf Regelung des Druckes ρ umgeschaltet, so daß nunmehr die Einspritzgeschwindigkeitsregelung beendet ist. Dieser Druck ρ 2 entspricht zumindest ;iahezu dem vorgesehenen maximalen Fülldruck p_max. Der Unterschied zwischen p_max und ρ 2 ist nur sehr gering, da zum Zeitpunkt des Umschaltens auf Druckregelung d'e Einspritzgeschw'ndigkeit niedrig ist und sich nicht stark von der durch die Regelung sich unmittelbar nach ihrem Einschalten ergebenden Einspritzgeschwindigkeit unterscheidet, die während der Nachdrückphase auf Null abnimmt. Die Verdichtungsphase ist also bei p_m3, beendet und es beginnt die Nachdruckphase, in der der geregelte Spritz- Acv Missedruck ρ niedriger als p_ma, ist.

Wie durch die gestrichelt dargestellte Variante 15 der Einspritzgeschwindigkeitskurve 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 p2 und p_mit praktisch zusammenfallen.

Das in F i g. 2 dargestellte Prozeßführungssystem für die Durchführung des Spritzvorganges mittels des Einspritzzylinders 20 dient der Durchführung des Verfahrens nach Fig. I. Im Einspritzzylinder 20 ist ein Schneckenkolben (Schnecke) 21 angeordnet und mittels eines Kolbens 22 einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit 23 axial verschiebbar zum Einspritzen der im Zylindervorraum 24 vorangehend durch Drehen des Schneckenkolbens 21 eingeführten Kunststoffmasse, die dann mittels des Schneckenkolbens 21 in den Innenraum 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 der Bewegungsrichtung des Kolbens 22 zwischengeschaltet 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 eingegeben.

Die Einspritzgeschwindigkeit, d. h., die axiale Geschwindigkeit des Schneckenkolbens 21 wird durch Differenzieren im Glied 38 der an einem Lagemeßgerät 40 (Potentiometer) abgegriffenen Spannung ermittelt 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 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

in ausgezogen dargestellten Schaltstellungen eingestellt und die Spritzgeschwindigkeit wird dann gemäß dem durch die Geschwindigkeitsstellvorrichtung 41 vorgegebenen Sollwert-Geschwindigkeitsprofil geregelt. Sobald der auf den Druck (Schwellwert) ρ 1 eingestellte

υ 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 Einspritzgeschwindig-

-ΊΙ keil mittels der Geschwindigkeitsstellvorrichtung 42 druckabhängig geregelt und es ist ferner der Schwellwert-Schalter 37, 44 aktiv. Sobald dieser Schwellwert-Schalter 37 den Druck ρ 2 aufgedrückt erhält, bewirkt er, daß die Schaltkontakte 44 und 46 ausgeschaltet und

: j der Schaltkontakt 45 eingeschaltet werden, wodurch auf den Druckregler 39 zur Regelung des Spritzdruckes zur Durchführung der Nachdruckphase umgeschaltet wird. Durch ''en Schalter 37 wurde dabei auch das Einschalten eines Zeitschaltwerkes 49 bewirkt, das nach einer

Vi 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 Prozeßschritte eines Spritzzyklus in bekannter Weise ab und der Spritzvorgang wiederholt sich bei der

i'i 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.

■»■ι Massedruckes während der Verdichtungsphase zu erreichen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Spritzgießen einer Kunststoffmasse, bei dem die Kunststoffmasse mit veränderbarer Einspritzgeschwindiglceit 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 Verdichtungsphase 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. is

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 v0rwahlbari.1i Geschwindigkeitsprofil während der Formfüllphase, mit einer Dr.^kmeßvorrichtung für den Spritz- oder Missedruck und mit einer Regelvorrichtung zur Regelurg des Spritz- oder Massedruckes während der Nachdruckphase, gekennzeichnet durch eine zweite, zum Führen der stark reduzieren Einspritzgeschwindigkeit vorgesehene 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 Geschwindig·- keitsstellvorrichtung (42).

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

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

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