-
Regelverfahren für eine Spritzgußvorrichtung
-
Die Erfindung betrifft ein RegelNrerfahren für eine Spritzgußvorrichtung
der Art, bei welcher ein Kunstharzmaterial durch die Drehbewegung eines Schneckenkolbens
plastifiziert und das Einspritzen des aufgeschmolzenen Kunstharzes in eine Spritzform
durch Vorschubbewegung des Schneckenkolbens durchgeführt wird.
-
Die Anforderungen an die Güte und Maßhaltigung der durch Spritzgießen
hergestellten Produkte werden zunehmend immer strenger. Beim Spritzformvorgang mittels
der bisher verwendeten Spritzgußvorrichtungen können jedoch die Spritzgeschwindigkeit
des Kunstharzes in die Spritzform, der Druck zum Einbringen des Kunstharzes in dE
Spritzform sowie die Drehzahl und der Gegendruck des Schneckenkolbens während der
Plastifizier- und Einspritzphasen nur auf jeweils konstante Werte eingestellt werden.
Infolgedessen ergeben sich Schwierigkeiten bezüglich der Herstellung von Formteilen
mit hoher Güte und hoher Maßgenauigkeit. Mit anderen Worten:
Wenn
die Oberflächeneigenschaften der Formteile durch Beseitigung von Fließ- und Kratzermarken
verbessert werden sollen, muß die Geschwindigkeit des durch jeden Innenteil der
Spritzform fließenden, aufgeschmolzenen Kunstharzes beim Eintritt in die Spritzform
sehr genau gesteuert bzw.
-
geregelt werden. Zu diesem Zweck muß die Spritzgeschwindigkeit des
geschmolzenen Kunstharzes in Abhängigkeit von den vom Schneckenkolben eingenommenen
Positionen entsprechend variiert werden, Zur Erzielung von Formteilen, die weder
Verwerfungen noch Restspannungen besitzen, muß zudem das in die Spritzform eingefüllte
Kunstharz in jedem Teil eine konstante Dichte besitzen. Da die Dichte eine Funktion
der Temperatur und des Drucks ist, kann eine gleichmäßige Dichte dadurch erreicht
werden, daß die gesamte Kunstharzmasse in der Spritzform gleichmäßig auf konstanter
Temperatur und konstantem Druck gehalten wird. Aus diesem Grund muß die Temperaturverteilung
über die Länge des Schneckenkolbens geregelt werden. Erfindungsgemäß durchgeführte
Versuche haben gezeigt, daß die Regelung der Temperaturverteilung dadurch bewerkstelligt
werden kann, daß Drehzahl und Gegendruck des Schneckenkolbens in Abhängigkeit von
seinen Rückzieh- oder Vorschubstellungen zweckmäßig gewählt werden. Außerdem hat
es sich gezeigt, daß der beim Einspritzen in die Spritzform auf das Kunstharz ausgeübte
Druck entsprechend der Abkühlgeschwindigkeit des Kunstharzes geändert werden sollte.
-
Andererseits besteht ein zunehmender Bedarf für die Automatisierung
des Spritzvorgangs und für die Erhöhung der Produktionsleistung. Beim bisher durchgeführten
Spritzgießverfahren sind jedoch trotz zu Beginn des Spritzvorgangs auf optimale
Werte eingestellter Betriebs- und Regel- oder Steuerbedingungen zwangsläufig Unregelmäßigkeiten
in Qualität und Maßhaltigkeit der Formteile aufgrund verschiedener äußerer Störfaktoren
gegeben. Zur Vermeidung dieser unvorteilhaften
Ergebnisse müssen
die Spritzgießbedingungen von Hand korrigiert werden, wodurch die angestrebte Automatisierung
und Verbesserung der Produktionsleistung beeinträchtigt wird. Aus diesem Grund ist
es höchst wünschenswert, die Korrektur der Spritzgießbedingungen, anstatt sie manuell
vorzunehmen, in Abhängigkeit von äußeren Störeinflüssen automatisch durchzuführen.
vite erwähnt, sind die Faktoren, welche den Zustand des Kunstharzes in der Spritzform
bestimmen, im allgemeinen die jeweils herrschende Temperatur und der Druck. In diesem
Zusammenhang haben erfindungsgemäß durchgeführte Ergebnisse gezeigt, daß die wesentlichsten
Faktoren, die einen Einfluß auf die Güte und die t'Iaßgenauigkeit bzw. Maßhaltigkeit
der Formprodukte haben, die Temperaturen von Spritzform und Kunstharz sind, Folglich
muß die Temperatur des geschmolzenen Kunstharzes unabhängig von jeder Anderung der
Umgebungstemperatur auf einem konstanten Wert gehalten werden. Im Hinblick darauf,
daß sich bei ändernder Temperatur das spezifische Volumen des Kunstharzes und somit
auch die in die Spritzform eingebrachte Kunstharzmenge ändert, muß die Menge des
zu plastifizierenden Kunstharzes so geregelt werden, daß stets eine zur Gewährleistung
eines effektiven Spritzdrucks ausreichende konstante Restkunstharzmenge vorhanden
ist. Die Regelung der Temperatur des geschmolzenen Kunstharzes ist fraglos zweckmäßig,
um sich langsam ändernde äußere Störeinflüsse, wie die Umgebungstemperatur, zu korrigieren.
Im Fall von sich schnell ändernden Temperaturen, wie sie bei Einleitung und am Ende
des Spritzgießvorgangs auftreten, ist jedoch eine lange Zeitspanne entsprechend
10 bis 20 Arbeitszyklen bzw.
-
Schüssen für die vorgesehene Regelung erforderlich. Daneben ist es
auch schwierig, die Temperatur der Spritzform mit annehmbarer Genauigkeit zu regeln.
Infolgedessen müssen unvermeidbare Abweichungen der Ist-Temperatur des geschmolzenen
Kunstharzes und der Spritzform von den konstanten Sollwerten mittels eines Faktors
kompensiert werden, der sich
genau steuern oder regeln läßt. Mit
anderen Worten: Die Regelung des Drucks, der einen der den Zustand des Kunstharzes
in der Spritzform beeinflussenden Faktoren darstellt, wird als die beste Möglichkeit
zur Gewährleistung von Produkten hoher Güte angesehen.
-
Im Hinblick auf die vorstehenden Ausführungen liegt der Erfindung
die Aufgabe zugrunde, ein Regelverfahren für eine Spritzgußvorrichtung zu schaffen,
welches die Einstellung von bisher nicht erreichbaren, idealen Spritzgießbedingungen
durch Änderung der Spritzgeschwindigkeit des Kunstharzes, des Füll- oder Beschickungsdrucks
an der Spritzform sowie der Drehzahl und des Gegendrucks des Schneckenkolbens an
jedem Abschnitt des Hubs für das Einspritzen und das Plastifizieren ermöglicht,
wodurch der Variationsbereich der Spritzgießbedingungen erweitert wird.
-
Diese Aufgabe wird bei einem Regelverfahren für eine Spritzgußmaschine
mit einem hin- und herverschiebbaren Schneckenkolben erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß die Temperatur eines aufgeschmolzenen Kunstharzes sowie einer Spritzform unmittelbar
vor dem Einspritzen des Kunstharzes in die Spritzform oder zu einem Zeitpunkt während
des Spritzvorgangs gemessen wird, daß eine Korrekturgröße des Gegendrucks für den
Schneckenkolben innerhalb eines Bereichs des geregelten oder Regeldrucks, der nach
praktisch abgeschlossener Einspritzung des Kunstharzes in die Spritzform herrscht,
auf der Grundlage der Abweichungen der Meß- bzw. Ist-Temperaturwerte von bestimmten
Bezugswerten bestimmt wird, um dadurch den Sollwert des Gegendrucks zu korrigieren,
daß der so korrigierte Gegendruck an den Schneckenkolben angelegt wird, daß der
Spritzvorgang unter dem korrigierten Gegendruck bis zum Ablauf der Spritzzeitspanne
fortgesetzt wird, daß die Position des Schneckenkolbens zum Zeitpunkt des abgeschlossenen
Spritzvorgangs ermittelt wird und daß die Restkunstharzmenge
des
durchgeführten Spritzschusses auf der Grundlage der Abweichung der Meß- bzw. Ist-Position
von einer Position entsprechend einer vorgegebenen bzw. Soll-Restmenge berechnet
und dabei die beim nächsten Spritzschuß zu bemessende oder dosierende Menge bestimmt
wird, so daß für jeden Spritzschuß eine konstante Restkunstharzmenge gewährleistet
werden kann.
-
Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Regelverfahrens für die Fertigung
von Gegenständen, d.h, Formteilen, mittels einer Spritzgußvorrichtung lassen sich
Verbesserungen der Oberflächeneigenschaften, die Beseitigung von Verwerfungen und
Restspannungen o.dgl. ohne weiteres realisieren.
-
Im Gegensatz zum bisher angewandten Verfahren, bei dem die auftretenden
Ungleichmäßigkeiten der Güte und der Maßhaltigkeit der Fertigungsgegenstände, welche
die Produktionsleistung und die Fertigungszahlen verringern, nicht ausgeschaltet
werden können, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung von Formteilen
hoher Güte und Genauigkeit bzw. Maßhaltigkeit, so daß das erfindungsgemäße Verfahren
zur Verbesserung der Produktionsleistung und des Ausstoßes aufgrund des einzigartigen
Merkmals beiträgt, daß der Zustand des Kunstharzes in der Spritzform automatisch
in der Weise geregelt wird, daß das Kunstharz stets in einem gleichbleibenden Zustand
vorliegt.
-
Im folgenden ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
-
Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung der
Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und Fig. 2 bis 4 graphische
Darstellungen zum Vergleich der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbaren
vorteilhaften Ergebnisse.
-
Die in Fig. 1 dargestellte Spritzgußvorrichtung weist einen Schneckenkolben
1 auf, der in einem Zylinder 2 angeordnet und durch einen in einem Spritzzylinder
4 geführten Spritzkolben 3 betätigbar ist. Mit dem Zylinder 2 ist über eine Spritzdüse
5 eine Spritzform 6 verbunden, in welcher ein Temperaturfühler 7 und ein Druckfühler
8 vorgesehen sind.
-
Ein weiterer Temperaturfühler 9 ist zudem in die Spritzdüse 5 eingesetzt.
Diese Detektoren bzw, Fühler dienen zur Messung der Temperatur der Spritzform 6,
des Drucks des Kunstharzes in der Spritzform bzw. der Temperatur des Kunstharzes.
Die Position des Schneckenkolbens 1 ist durch einen Stellungsfühler 10 meßbar, der
aus einem zweckmäßigen Potentiometer oder einer ähnlichen Vorrichtung bestehen kann,
Die die jeweiligen Meßwerte darstellenden Analogausgangssignale dieser Fühler werden
durch eine Eingangsvorrichtung 20 in Form eines Analog/Digital-Wandlers in entsprechende
Digitalsignale umgewandelt, die dann durch einen elektronischen Rechner 22 zusammen
mit zugeordneten Sollwerten, die dem Rechner von einer Dateneingabevorrichtung 21
eingegeben werden, zur Durchführung vo rbe s timmter Steuer- oder Regelvorgänge
verarbeitet werden. Die vom Rechner 22 gelieferten, verarbeiteten Ergebnisse werden
dann einer Ausgangsvorrichtung 23 in Form eines Digital/Analog-Wandlers eingegeben,
um durch diesen in entsprechende Digitalgrößen umgewandelt zu werden, welche Regelsignale
bilden, die an Servoventile 11 und 12 zur Druckregelung und an ein Servoventil 13
zur Regelung der Durchsatzmenge angelegt werden. Weiterhin wird ein berichtigtes
bzw. korrigiertes Temperatursignal einem Temperaturregler 24 für den Spritzzylinder
zugeführt. Gemäß Fig. 1 sind weiterhin ein Hydraulikmotor 14 zum Antreiben des Schneckenkolbens
1, ein elektromagnetisches Ventil 15, eine Pumpe 16,ein Heizband oder -element 17,
eine Eingangsvorrichtung 25 für ein von der Spritzgußvorrichtung erzeugtes Folgesignal,
eine Vorrichtung 26 zur Steuerung der Arbeitsreihenfolge der Spritzgußvorrichtung,
eine Temperatureinstell- oder -gebervorrichtung
27 für den Zylinder
und ein thermoelektrisches Element 28 vorgesehen.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren kann unter Verwendung der vorstehend
beschriebenen Vorrichtung durchgeführt werden.
-
Im folgenden ist nunmehr die Arbeitsweise erläutert.
-
Bei Einleitung des Spritzgießvorgangs durch Druckölzufuhr in den Spritzzylinder
zur Ruckseite bzw. zu der gemäß Fig. 1 rechten Seite des Kolbens 3 wird die Stellung
des Schneckenkolbens 1 durch den zugeordneten Stellungsfühler 10 abgegriffen, und
das die festgestellte Position wiedergebende Signal wird über die Eingangsvorrichtung
20 dem Rechner 22 eingespeist. Wenn der Schneckenkolben 1 eine durch die Dateneingabevorrichtung
21 vorbestimmte Stellung erreicht hat, wird ein neues, d.h. auf den neuesten Stand
gebrachtes Geschwindigkeitssignal vom Rechner 22 über die Ausgangsvorrichtung 23
zum Ström1mgs- oder Durchsatzregel-Servoventil 13 übertragen, wodurch die Vorschubgeschwindigkeit
des ochneckenkolbens 1 auf den neuen Wert geändert wird.
-
Auf diese Weise wird die Spritzgeschwindigkeit in Abhängigkeit von
der Position des Schneckenkolbens 1 geregelt, Inzwischen wird der Druck des in der
Spritzform 6 befindlichen Kunstharzes durch den Druckfühler 8 gemessen. Wenn dieser
Druck den durch die Dateneingabevorrichtung 21 vorgegebenen Wert erreicht hat, wird
durch den Rechner ein Druckregeländerungssignal erzeugt, wodurch ein Druckregelvorgang
eingeleitet wird. Zu einem Zwischenzeitpunkt innerhalb der Zeitspanne von der Einleitung
des Spritzvorgangs bis zur Erzeugung des Druckregeländerungssignals werden die Temperaturen
des Kunstharzes und der Spritzform 6 durch die Temperaturfühler 9 bzw. 7 gemessen
und im Speicher des Rechners 22 gespeichert. Bei der Einleitung des Druckregelvorgangs
wird ein neues bzw. auf den neuesten Stand gebrachtes Druckregelsignal durch den
Rechner 22 in durch die Dateneingabevorrichtung
21 vorgegebenen
Zeitabständen dem Druckregel-Servoventil 12 zugeführt. Andererseits werden die im
Rechner 22 gespeicherten Meß- oder Ist-Temperaturwerte der Spritzform 6 und des
Kunstharzes sowie die ebenfalls durch die Dateneingabevorrichtung 21 vorgegebenen
Bezugswerte hierfür durch den Rechner arithmetisch verarbeitet, um den Unterschied
zwischen diesen Werten zu bestimmen, welcher ein zum vorgenannten Druckregelventil
hinzugefügtes Druckkorrektursignal darstellt, wodurch der Regeldruck gesteuert wird.
Am Ende der Dauer des endgültigen Druckregelsignals und nach Abschluß des Einspritzens
von Kunstharz in die Spritzform 6 wird die Stellung des Schneckenkolbens 1 zum Zeitpunkt
der beendeten Einspritzung, d.h. die Restmenge des Kunstharzes gemessen. Auf der
Grundlage des Unterschieds zwischen der gemessenen Kunstharzrestmenge und dem Sollwert
für diese Menge sowie der im Rechner gespeicherten gemessenen oder Istmenge des
während des nunmehr abgeschlossenen Schusses ausgetragenen Kunstharzes wird die
beim nachfolgenden Schuß zu bemessende oder zu dosierende Kunstharzmenge bestimmt.
Auf diese Weise ist es möglich, bei allen Spritzschüssen eine konstante Menge des
Restkunstharzes zu erzielen. Die Plastifizierung des Kunstharzes beginnt, wenn der
Schneckenkolben durch Zufuhr von Drucköl zum Hydraulikmotor 14 in Drehung versetzt
wird. Während des Plastifizierungsvorgangs wird der Dosierhub durch eine vorgegebene
Zahl dividiert, und das Ergebnis wird durch den Rechner 22 arithmetisch verarbeitet,
um die Umschaltstellen (changing-over locations) zu bestimmen, Sobald der Schneckenkolben
eine Umschaltposition erreicht hat, werden die durch die Dateneingabevorrichtung
21 vorgegebenen Signale, welche die neue Drehzahl des Schneckenkolbens und den neuen
Gegendruck darstellen, vom Rechner 22 über die Ausgangsvorrichtung 23 zum Durchsatzrege#Servoventil
13 bzw. zum Druckregel-Servoventil 12 übertragen, wodurch die Drehzahl des Schneckenkolbens
1 und der Gegendruck im Verlauf des Plastifizierungsvorgangs fortlaufend geändert
werden, Wenn die vorher berechnete, bemessene
Menge erreicht ist,
wird die Plastifizierung beendet.
-
Zwischenzeitlich wird die beim Einspritzen gemessene und im Rechner
gespeicherte Temperatur des Kunstharzes mit einer vorgegebenen bzw. Soll-Kunstharztemperatur
verglichen, und die Regelabweichung wird ermittelt. Anhand der so ermittelten Regelabweichungwird
durch den Rechner 22 die Temperaturkorrektur für den Zylinder 2 berechnet und durch
die Ausgangsvorrichtung 23 dem durch die Zylindertemperatur-Ein stellvorrichtung
bestimmten Wert der Zylindertemperatur hinzugefügt bzw. hinzuaddiert, so daß dieser
Wert zur Regelung der Zylindertemperatur durch den Zylindertemperaturregler 24 herangezogen
werden kann. Auf diese Weise kann die Temperatur des Kunstharzes auf einem konstanten
Vert gehalten werden.
-
Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, kann erfindungsgemäß
der Einstellbereich der Spritzgießbedingungen erweitert werden, so daß folglich
sowohl die GUte als auch die Maßhaltigkeit der Formteile verbessert wird. Durch
die automatische Berichtigung und Regelung der Spritzg#ßbedingungen in Abhängigkeit
von verschiedenen äußeren Störeinflüssen ist es außerdem möglich, eine Änderung
der Güte und Naßhaltigkeit der Formteile unter dem Einfluß dieser äußeren Störfaktoren
zu verhindern. Da insbesondere die Temperaturschwankungen der Spritzform und des
Kunstharzes, welche den größten Einfluß auf die Abmessungen und das Gewicht des
hergestellten Formteils haben können, durch Regelung des Beschickungs- oder Einspritzdrucks
korrigiert werden, können Unregelmäßigkeiten der Produkte in bezug auf Abmessungen
und Gewicht auf ein Mindestmaß verringert werden. Die Fig. 2 bis 4 veranschaulichen
vergleichsweise diese Vorteile der Erfindung, Wenn die Temperatur T der Spritzform
gemäß Fig. 2 als Funktion der Zahl der Schüsse N variiert wird, sind die Abmessungen
oder das Gewicht D der Formteile bei den bisher bekannten Spritzgießverfahren Abweichungen
in Abhängigkeit
von der Zahl der Schüsse N unterworfen. Im Gegensatz
dazu können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Unregelmäßigkeiten der Abmessungen
und des Gewichts der Formteile erheblich verringert werden, wie dies aus Fig. 4
hervorgeht, welche die Beziehung zwischen dem Gewicht D der nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellten Produkte bzw.
-
Formteile und der Schußzahl N veranschaulicht. Das erfindungsgemäße
Verfahren trägt mithin zu einer Erhöhung des Ausstoßes und zu einer verbesserten
Produktionsleistung bei, ohne daß für die Regelvorgänge menschliche Arbeitskraft
erforderlich wäre.
-
L e e r s e i t e