DE2541329A1

DE2541329A1 - Spritzgiessmaschine mit viskositaetsregelung

Info

Publication number: DE2541329A1
Application number: DE19752541329
Authority: DE
Inventors: Bernhard Ing Grad Just; Ewald Dipl Ing Traenkle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1975-09-17
Filing date: 1975-09-17
Publication date: 1977-03-31
Also published as: NL7610322A; GB1496470A; CH612878A5; IT1070723B; FR2324441A1

Description

11.9.1975 Ot ^^OH ' ^ΟΔΌ

Anlage zur Patent- und
Gebrauchsinuster-Hilfsanmeldung

HOBERT BOSCH GHBH,
7000 Stuttgart 1

Spritzgießmaschine mit Viskositätsregelung

Die Erfindung betrifft eine Spritsgießmaschine für
thermo- oder duroplastische Kunststoffe, wo"bei ein in einem Zylinder mit geregelter Bewegung rotierender und axial verschiebbarer Schneckenkolben, der sich axial
an einem unter dem Druck einer Hydraulikflüssigkeit
stehenden Kolben abstützt, den Plastifizier- und Füllvorgang vornimmt.

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Für einen gleichmäßigen Füllvorgang der Spritzgießform ist die Gleichmäßigkeit der Viskosität der Kunststoffschmelze von entscheidender Bedeutung. Um die Viskosität in dem gewünschten Bereich zu halten, ist es bisher üblich, die Temperatur der Zylinderwandung des Schneckenkolbens als Maßstab für die Viskosität der Schmelze zu überwachen. Bei Abweichungen der Schmelztemperatur von ihrem Sollwert wird durch entsprechende Änderung der ZyIinderwandtemperatur die gewünschte Schmelztemperatur wieder hergestellt.

Allerdings kann mit diesen bekannten, indirekten Viskositätsregelungen nur unzureichend berücksichtigt v/erden, daß die Viskosität auch bei Verwendung desselben Ausgangsmaterials chargenweisen Schwankungen unterworfen ist, die von der Herstellung des Materials herrühren. Denn die Viskosität ist nicht nur von der Temperatur, sondern auch vom Molekulargewicht und von der Molekulargewichtsverteilung abhängig;·diese Größen sind bei der Haterialherstellung stets gewissen Schwankungen unterworfen, die sich nachteilig auf die Gleichmäßigkeit der Verarbeitung auswirken.

Hiervon ausgehend, liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, genauere Anhaltswerte für die Viskosität der Kunststoffschmelze während des Arbeitszyklus aufzufinden und dadurch die Viskosität in engeren Grenzen als bisher regeln zu können. V/eiterhin soll sich die Erfindung durch kostengünstige Realisierbarkeit auszeichnen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

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der während des Füllvorganges sich einstellende Hydraulikdruck am Hydraulikkolben als für die Viskosität der Schmelze maßgeblicher Istv/ert einem Regler suführbar ist, der beim nachfolgenden· Plastifizierungsvorgang entsprechend der Abweichung zwischen Istv/ert und Sollwert auf den Hydraulikdruck und/oder die Schneckendrehzahl und/oder die Temperatur des' Schneckenzylinders und/oder das Sehneckendrehmoment im Sinne einer Minimierung dieser Abweichung einwirkt.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß sich während der Formfüllphase ein lastabhängiger, veränderlicher Hydraulikdruck am Schneckenkolben einstellt. Der vom Hydraulikdruck zu überwindende Gesamtwiderstand setzt sich zusammen aus einem konstanten, durch die Reibung verursachten V/iderstandsanteil und" einem veränderlichen Widerstandsanteil, der von der herrschenden Viskosität abhängig ist. Da sich somit der Gesamtwiderstand aus einem konstanten und einem variablen Widerstandsanteil zusammensetzt, kann die Veränderung des Hydraulikdruckes während der Formfüllphase über mehrere Maschinenzyklen hinweg als Maß für die Veränderung der Schmelzviskosität herangezogen werden. Man erhält dadurch eine wesentlich zuverlässigere Aussage über die Viskosität, da der Hydraulikdruck während der Formfüllphase unmittelbar von der Viskosität abhängt und somit alle die Viskosität beeinflussenden Größen automatisch miterfaßt werden, wohingegen bei den bisherigen Spritzgießmaschinen lediglich die Temperatur der Zylinderwand als Ersatz für die Schmelzenviskosität geregelt wurde.

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Die Erfindung eignet sich auch für das Spritzgießen duroplastischer Formteile, deren Fließverhalten dadurch gekennzeichnet ist, daß bei Energiezuführung zitnächst eine Viskositätsabnahme eintritt, bis ein Minimum erreicht ist; nach Durchschreiten dieses Minimums ist wieder ein Viskositätsanstieg durch Vernetzung der Moleküle festzustellen. Um bei minimalem Hydraulikdruck ein Maximum an Fließfähigkeit bei der Formfüllphase zu erreichen, wird beim Aufschmelzvorgang das Minimum der U-formigen Viskositätskurve angestrebt. Dabei kann ebenfalls der während der Formfüllphase auftretende Hydraulikdruck als Maß für die jeweils herrschende Viskosität herangezogen werden.

Die erfindungsgemäße Regelung der Viskosität erlaubt somit bei thermo- wie auch bei duroplastischen Kunststoffen eine bessere Maßkonstanz der Spritzgußteile, eine gleichmäßig geringe Orientierung des Materials und damit geringere Verzugsneigung der Spritzgußteile, eine gleichmäßige Beschaffenheit der Oberfläche und schließlich eine bessere und gleichmäßigere Qualität hinsichtlich mechanischer Eigenschaften sowie geringere Eigenspannungen. Bei duroplastischen Kunststoffen ergibt sich außerdem der Vorteil-, eine üblicherweise erwünschte Minimierung der Viskosität der Schmelze und des Hydraulikdruckes herbeizuführen.

Grundsätzlich ist es möglich, daß der Regler auf die Schneckendrehzahl und/oder die Temperatur des Schnek-. kenzylinders und/oder das Sehneckendrehmoment einwirkt. Die günstigste Wirkung ergibt sich aber, wenn der Regler auf den· Hydraulikdruck, und zwar auf ein in der

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Druckleitung sitzendes Servoventil einwirkt.

Um eine möglichst vollständige Information über den .Hydraulikdruck am Schneckenkolben während der Formfüllphase zu erhalten, ist es weiterhin zweckmäßig, den Hydraulikdruckverlauf über eine bestimmte Zeit, z. B. bis zur ersten Druckerniedrigung als Soll- bzw. Istwert zu verwenden. Aus meßtechnischen Gründen ist es dabei besonders günstig, wenn das Integral des Druckverlaufes über der Zeit als Soll- bzw. Istwert dient.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand von Zeichnungen; darin zeigt:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße· Spritzgießmaschine, schematisch im Längsschnitt dargestellt;

Fig. 2 den Verlauf des Hydraulikdruckes am Schnekkenkolben in Abhängigkeit von der Zeit und

Fig. 3 den Viskositätsverlauf über der Zeit bei duroplastischen Kunststoffen.

δη einem Schneckenzylinder 1 ist verdrehbar und axial verschiebbar ein Schneckenkolben 2 gelagert, der zum Einspritzende hin spitz ausläuft, während er an seinem anderen Ende ein Längsnutenprofil 3 aufweist, über das er axial verschiebbar mit einem bezüglich seiner Axialebene ortsfesten Antriebsrad 4 in Eingriff steht. Die Verdrehung des Antriebsrades 4 und damit des Schneckenkolbens 2 erfolgt durch die am. Antriebsrad eingreifende

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Schnecke 5.

In Verlängerung des Längsnutenprofiles ist an dem Schneckenkolben 2 ein Hydraulikkolben 6 angebracht, der in bekannter Weise ein- oder doppelseitig beaufschlagt ar und für die Axialverschiebung des Schneckenkolbens 2 verantwortlich ist.

Das zu verarbeitende Gut wird dem Schneckenkolben 2 über den Einfülltrichter 7 zugeführt und durch die Drehbewegung des Schneckenkolbens und die Beheizung 8 des Schneckenzylinders allmählich plastifiziert. Dabei kann die Viskosität durch die Verarbeitungsgrößen: Staudruck, Schneckendrehzahl, Schneckendrehmoment und Zylinderwandtemperatur beeinflußt werden.

Ist zu Beginn eines Arbeitszyklus die Spritzgießform geschlossen und das eingegebene Kunststoffmaterial genügend aufbereitet, so wird die Spritzform 9 gefüllt, indem der Zylinderraum 10 über ein Servoventil 11 unter Druck gesetzt wird, so daß sich der Schneckenkolben 2 axial in Richtung auf die Einspritzdüse hin verschiebt und die vorgelagerte Kunststoffschmelze in die Spritzform 9 hineindrückt. Dabei stellt sich im Zjrlinderraum 10 ein von der Viskosität der Kunststoffschmelze maßgeblich abhängiger Hydraulilcdruck Ρττ ein. Dessen Größe wird als Istwert über eine Leitung 12 einem Regler 13 zugeführt. Dieser wirkt beim nachfolgenden PIastifizierungsvorgang entsprechend Größe und Richtung . der Abweichung zwischen Istv/ert und Sollwert auf das Servoventil 11 ein, so daß der Hydraulikdruck im Zyiin-

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derraum 10 während der Flastifizierphase (Staudruck) im Sinne einer Minimierung dieser Abweichung beeinflußt wird.

Selbstverständlich kann der Regler 13 auch auf die Zylinderwandtemperatur oder auf die Schneckendrehzahl oder das Schneckendrehmoment oder auf mehrere dieser Einflußgrößen zusammen einwirken, doch läßt sich die Viskosität der Schmelze im allgemeinen am schnellsten durch Änderung des Staudruckes herbeiführen.

Pig. 2 zeigt den Verlauf des Kydraulikdruckes ρ_Η arn Hydraulikkolben 6 in Abhängigkeit von der Formfüllzeit t. Um aus dem Druckverlauf eine gut reproduzierbare Steuergröße zu erhalten, wird im ersten Bereich, in dem die Kurve stetig steigt, das Integral der Kurvenfunktion gebildet und dieses als Signal verwendet, mit welchem eine Regelung der Viskosität über eine entsprechende Veränderung des Staudruckes, der Schnekkendrehzahl, des Schneckendrehmomentes oder der Zylinderwandtemperatur erzielt v/erden kann. Selbstverständlich muß der als Steuergröße dienende Druck nicht unbedingt im Zylinderraum 10 abgefühlt werden, sondern es kann jeder Druck, der in einer bekannten Zuordnung zum Hydraulikdruck am Schneckenkolben steht, verwendet werden.

Pig. 3 zeigt den U-förmigen Verlauf der Viskositätskurve über der Zeit t, wie er sich beim Aufschmelzen vernetzbarer Duroplaste einstellt. Dabei ist allerdings die Zeit, bei der die Viskosität ihr Minimum einnimmt,

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nicht "bekannt. Man benützt daher wiederum .den Hydraulikdruck am Schneckenkolben als Maß für die augenblickliche Viskosität und beeinflußt sie durch die bereits genannten Verarbeitungsgrößen, bis das gewünschte l'iinimum erreicht ist. Dies kann durch an sich bekannte automatische Folgesteuerungen durchgeführt werden. Ist das Erreichen des Viskositätsminimums nicht erwünscht, so kann auch ein fester Sollwert vorgegeben v/erden.

Sind beim Anfahren einer Produktion mehrere Teile produziert worden, so wird der Regler 13 auf "Automatik" geschaltet. Stellt sich dann beim ersten Zyklus ein Hydraulikdrucksignal ein, das dem in Fig. 3 mit a bezeichneten Viskositätsniveau entspricht, so wird automatisch im folgenden Zyklus durch beispielsweise eine Staudruckerhöhung die Viskosität verringert. In den folgenden Zyklen wird der Staudruck weiter gesteigert, bis das Viskositätsminimum c erreicht ist.

Stellt sich dagegen beim ersten mit "Automatik" gefahrenen Zyklus ein Hydrauliksignal ein, das dem in Fig. mit b bezeichneten Funkt entspricht, so wird im folgenden Zyklus ebenfalls automatisch ein höherer Staudruck eingestellt. Dabei wird sich im darauffolgenden Zyklus ein Signal ergeben, das dem in Fig. 3 mit χ bezeichneten Punkt entspricht und das darauf hinweist, daß bereits Viskositätssteigerung infolge Vernetzung eingetreten ist. Für diesen Fall muß die elektronische Regelschaltung den Staudruck von Zyklus zu Zyklus solange verringern, bis das Viskositätsminirnum erreicht ist.

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Zusammenfassend bietet die Erfindung den Vorteil, daß sie ein wesentlich genaueres Maß für die Viskosität zur Verfugung stellt und dadurch eine bessere Qualitätskonstanz der Teile erlaubt.

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Leerseite

Claims

Ansprü ehe

1. jSpritzgießmaschine für thermo- oder duroplastische

ststoffe, wobei ein in einem Zylinder mit geregelter Bewegung rotierender und axial verschiebbarer Schneckenkolben, der sich axial an einem unter dem Druck einer Hydraulikflüssigkeit stehenden Hydraulikkolben abstützt, den Plastifizier- und Füllvorgang vornimmt,

dadurch gekennzeichnet,

daß der während des Füllvorganges sich einstellende Hydrauiikdruck am Kydraulikkolben (6) als für die Viskosität der Schmelze maßgeblicher Istwert einem Kegler (13) zuführbar ist, der beim nachfolgenden Plastifizierungsvorgang entsprechend der Abweichung zwischen Istwert und Sollwert auf den Hydraulikdruck und/oder die Schneckendrehzahl und/oder die Temperatur des Schneckenzylinders und/oder das Schneckendrehmoment im Sinne einer Minimierung dieser Abweichung einwirkt.

2. Spritzgießmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (13) auf ein in der Druckleitung (12) des Hydraulikkreislaufes sitzendes Servoventil (11) einwirkt.

3. Spritzgießmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Iiydraulikdruckverlauf immer eine bestimmte Zeit bis maximal zur volumetrischen Füllung der Form mit Stoff als'Soll- bzw. Istwert dient.

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4. Spritzgießmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Integral des Druckverlaufes über der Zeit als Soll- bzw. Istwert dient.

5. Spritzgießmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert des Integrals ein Minimum ist.

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