DE2639938A1

DE2639938A1 - Verfahren zur herstellung von formteilen aus formbaren werkstoffen auf spritzgiessmaschinen

Info

Publication number: DE2639938A1
Application number: DE19762639938
Authority: DE
Inventors: Michael Gaertner; Leo Hofmann; Hans Liebold; Franz Panhans
Original assignee: PLAST ELASTVERARBEITUNGSMASCH
Current assignee: PLAST ELASTVERARBEITUNGSMASCH
Priority date: 1975-10-08
Filing date: 1976-09-04
Publication date: 1977-04-21
Also published as: DD124026A1; FR2327072A1; GB1566315A

Description

YBB Plast- und iilastverarbeitungs- 23· 6* 1976

maschinen-Kombinat Karl-4Iarx-Stadt

Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus formbaren Werkstoffen auf Spritzgießmaschinen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Normteilen aus formbaren Werkstoffen auf Spritzgießmaschinen, insbesondere aus Plastschmelzen, welche mit Hilfe von Druckmitteln in ein die Kontur des herzustellenden Formteil bildendes Werkzeug eingespritzt werden und anschließend unter Steuer- bzw»" regelbarer Druckeinwirkung das Teil seine endgültige Gestalt erhält»

Der Einsatz von Teilen aus formbaren Werkstoffen, insbesondere Plastwerkstoffen, als technische Teile, verlangt in zunehmendem Maße höhere Anforderungen an die Fertigungstoleranzen der Formteile, welche mit der bekannten konventionellen Spritzgießmaschine nicht,-bzw» nur mit nicht vertretbaren Ausschußquoten erreicht werden«* Dies resultiert daraus, daß Schwankungen der Verarbeitungsbedingungen, einmal der Spritzgießmaschine selbst aber auch Schwankungen der Werkstoffeigenschaften, zu unzulässigen Abweichungen der Formteil eigenschaft en führen könnend

Es ist bekannt, daß der Druck im "Werkzeug eine wesentliche Einflüßgröße auf die Formteileigenschaften darstellt, durch den in der formgebenden Phase des Spritzgießprozesses die Formteileigenschaften mitbestimmt werden· . · Weiterhin sind Verfahren bzw»⁴ Einrichtungen bekannt, die von dieser Tatsache ausgehend den Druck in der Form konstant halten, um konstante Formteileigenschaften zu erreichend Bei diesen bekannten Verfahren bzw⁵!⁵ Einrichtungen wird der Werkzeug-

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druck gemessen und der auftretende maximale Werkzeugdruck im Zyklus bzw» von Zyklus zu Zyklus konstant gehaltene

Eine weitere bekannte Einrichtung regelt nicht nur den maximalen Werkzeugdruck, sondern regelt den zeitlichen Druckverlauf in der Nachdruckphase entsprechend einer vorgegebenen Druckkurve* . ■ . Heben diesen beschriebenen Einrichtungen bzw," Verfahren zur Messung und Konstanthaltung des maximalen Werkzeugdruckes bzw· -druckverlaufes sind weitere Verfahren bzw» Einrichtungen bekannt, welche während der Einspritzphase mittels die Plastschmelze charakterisierenden Kennwerten Abweichungen im Prozeßablauf messen und daraus eine Regelung bzw." Konstanthaltung des Werkzeugdruckes ableiten*

Eine bekannte Einrichtung mißt einen sogenannten Prozeßindex zu Beginn des EinspritzVorganges, der den Zustand der Plastschmelze charakterisiert und dessen Kenntnis eine Vorausbestimmung des zu erwartenden maximalen Werkzeugdruckes ermöglicht, so daß noch im Zyklus eine Korrektur des Werkzeugdruckes eingeleitet werden kann» Tritt trotzdem eine Abweichung vom vorgegebenen maximalen Werkzeugdruck auf, so wird der Korrekturfaktor für den nächsten Zyklus veränderte

Es wurde eine andere Einrichtung bereits vorgeschlagen, bei der ein Zeitindex, gemessen vom Erreichen des maximalen Werkzeugdruckes bis zum Erreichen einer vorgegebenen Schneckenposition, als Regelgröße benutzt wird» Bei Abweichung dieser Kenngröße vom vorgegebenen Sollwert wird analog die Einwirkungsdauer des maximalen Werkzeugdruckes verändert»

Weiterhin wurde bereits eine Einrichtung vorgeschlagen, welche in Abhängigkeit eines vorgegebenen Zeitbereiches, gemessen vom Zeitpunkt des Umschaltens auf Nachdruck bis zum Erreichen der vorderen Endsteilung der Schnecke, eine die Verdichtung der Plastmasse im 3?ormhohlraum beeinflussende Größe (z. B," Nachdruck) gestellt wird« Hierbei wird bei Abweichung des genannten

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Zeitbereicb.es von einem vorgegebenen Sollwert beispielsweise der Nachdruck in Bichtung einer Verkleinerung dieser Abweichung verändert·

Des weiteren ist ein Verfahren bzw· eine Einrichtung bekannt, das unter Berücksichtigung des thermodynamischen Zusammenhanges p-v-I auf die Formteileigenschaften, eine Regelung der Nachdruckphase mit Hilfe eines Prozeßrechners realisiert· Nach Vorgabe des p-v-GJ-Diagrainmes für den zu verarbeitenden Plastwerkstoff wird die Nachdruckphase so gesteuert, daß eine konstante Zielgröße (Schwindung bzw©* spezifisches Volumen des Formteiles) erreicht wird· Nach einer gemessenen Abweichung des Prozeßablaufes bestimmt der Rechner einen neuen ρ-Φ-Verlauf in der Nachdruckphase, um die vorgegebene Zielgröße wieder zu erreichen und damit Teile mit konstanten Formteileigenschaften herzustellen·

Diese bekannten Verfahren bzw.' Einrichtungen haben den Nachteil, daß zwar durch die Konstanthaltung des Werkzeugdruckes eine Verbesserung der loleranz der Formteileigenschaften erreicht werden kann, jedoch gemäß des thermodynamischen Zusammenhanges (ρ-ν-Φ) eine anzustrebende Konstanz der Formteileigenschaf ten nicht erreicht wird·* Die Konstanz der Formteileigenschaften kann zwar durch den Einsatz eines Prozeßrechners erreicht werden, dies bedeutet allerdings eine erhebliche Investition für den Maschinenbetreiber und ist für die Steuerung nur einer Spritzgießmaschine ökonomisch nicht vertretbar·

Der Zweck der Erfindung besteht darin, bei Beseitigung der genannten Mangel von bekannten Einrichtungen bzw· Verfahren, Formteile aus Plastwerkstoffen auf Spritzgießmaschinen mit konstanten bzw·- nahezu konstanten Formteileigenschaften herzustellen und somit zu einer wesentlichen Qualitätssteigerung der herzustellenden Formteile mit ökonomisch vertretbaren Aufwand zu gelangen«

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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches ausgehend von einer Messung der Formteil eigenschaften, vorzugsweise des spezifischen Volumens der Plastschmelze, während.des Spritzgießprozesses den Spritzgießvorgang so steuert bzw·⁷ regelt, daß Formteile mit konstanten bzwo nahezu konstanten Formteileigenschaften, vorzugsweise Seile konstanter Dichte, hergestellt werden·

Es wurde gefunden, daß zwischen dem spezifischen Volumen der in das Werkzeug einzuspritzenden Plastschmelze und der sich während der Kompressionsphase einstellenden Kompressionsgeschwindigkeit ein funktioneller Zusammenhang besteht, welcher zur Messung und damit zur Kennzeichnung des spezifischen Volumens der Plastschmelze während des Einspritzvorganges genutzt werden kann₀

Ausgehend von dieser Satsache wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, abgeleitet von der Messung des spezifischen Volumens der Plastschmelze, eine die Formteileigenschaften beeinflussende Stellgröße, vorzugsweise den Druck auf die Masse im Werkzeug, in der Kompressions- und Ufachdruckphase, unter Einbeziehung von bekannten Mitteln zur Aufrechterhaltung des Druckbedarfes, zu steuern bzw_o ^: zu regeln, so daß Formteile mit gleichen öder nahezu gleichen spezifischen Volumen hergestellt werden und daß bei einer gemessenen Abweichung des spezifischen Volumens von einem vorgegebenen Sollwert eine die Dichte des Formteiles beeinflussende Stellgröße, vorzugsweise den Druck, in Sichtung einer Verkleinerung der auftretenden Abweichung selbsttätig verändert wird·

Als Meßgröße für das spezifische Volumen wird die Kompressionsgeschwindigkeit verwendet, wobei die Druckanstiegszeit zwischen zwei programmierbaren Druckwerten, vorzugsweise zwischen einen beleibig wählbaren Startdruck und dem maximalen Werkzeugdruck, im linearen Bereich der Druckkurve während der Kompressionsphase gemessen wird«

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Zur stabilen Regelung des spezifischen Volumens sowie zur Aufrechterhaltung des Druckbedarfes, sind die Sollwerte mit einem Toleranzbereich vorgegeben und erst bei Überschreiten des loleranzbereiches wird eine selbsttätige Veränderung der Stellgröße, vorzugsweise des Druckes, in Richtung einer Verkleinerung dieser Abweichung eingeleitet;

Die Korrektur der Stellgröße, vorzugsweise des Druckes und des Piastizierweges, zur Verkleinerung der Abweichung von den Regelgrößen wird für den nachfolgenden Zyklus vorgenommen und ist bezüglich ihrer Größe in Stufen programmierbar·' Heben der Regelung des spezifischen Volumens besteht erfindungsgemäß weiterhin die Möglichkeit, den Meßwert für das spezifische Volumen bzw« die Druckanstiegszeit zur Anzeige zu bringen oder als Meßgröße für eine übergeordnete Regelei η richtung, beispielsweise einem Prozeßrechner, zu nutzen·

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Ziel erreicht, Formteile aus Plastwerkstoffen auf Spritzgießmaschinen mit konstanten bzw·* nahezu konstanten Formteileigenschaften, im wesentlichen Formteile mit konstanter Dichte, herzustellen und somit wird eine wesentliche Qualitätssteigerung der herzustellenden Formteile mit ökonomisch vertretbaren Aufwand erreicht·

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden· In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Figur 1: Prinzipieller Zusammenhang zwischen Kompressions-" geschwindigkeit E, dem spezifischen Volumen ν und dem Druck ρ

Figur 2; Prinzipielle Darstellung der Meßgröße für das

~ spezifische Volumen aus dem funktioneilen Zusammenhang zwischen Druck ρ und Druckanstiegszeit t

Figur 3t Darstellung des Soleranz- und Korrekturbereiches ~ für die Regelgröße Druckanstiegszeit und Massepolster

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Figur 4: Blockschaltbild für die Anordnung zur Durchführung des Verfahrens

Während der Verdichtung des in den Werkzeughohlraum eingespritzten plastischen Materials ergibt sich gemäß Figur 1 ein fraktioneller Zusammenhang zwischen der Kompressionsgeschwinäigkeitf dem spezifischen Volumen und dem im Werkzeughohlraum herrschenden Druck« Bei einer Veränderung des ursprünglichen spezifischen Volumens 1 zu einem größeren spezifischen Volumen 2, beispielsweise durch eine !Temperaturerhöhung des plastizierten Materials, verändert sich gleichfalls bei vorgegebenen Druck 3 die ursprüngliche Kompressionsgeschwindigkeit 4 zu einer größeren Kompressionsgeschwindigkeit 5>« Soll das ursprüngliche spezifische Volumen 1 und damit eine gleiche Dichte der Formteile wieder erreicht werden, so ist daraus abgeleitet eine Veränderung des Druckes 3 zu einem höheren Druck 6 erforderlich· Bei einer Verkleinerung des spezifischen-Volumen sind die Aussagen hierzu dementsprechend reziprok·

Gemäß Figo 2 wird die Kompressionsgeschwindigkeit 4 gekennzeichnet durch die Druckanstiegszeit 7» gemessen von einem Startdruck 8 bis zum maximalen ^,erkzeugdruck 3, während der Kompressionsphase· Xritt durch ein verändertes spezifisches Volumen der Plastschmelze beispielsweise eine höhere Kompressionsgeschwindigkeit 5 auf, so ergibt sich sinngemäß eine geringere Druckanstiegszeit 9» wobei diese Änderung der Druckanstiegszeit dem veränderten spezifischen Volumen proportional ist« Zur Korrektur dieses veränderten spezifischen Volumens2 wird deshalb der maximale Werkzeugdruck 3 i& Richtung eines höheren Werkzeugdruckes 6 verändert (gemäß Fig«i 1 und 2), um das ursprüngliche spezifische Volumen 1 und dementsprechend die ursprüngliche Druckanstiegszeit 7 wieder zu erreichen· Damit ist mit der Messung der Druckanstiegszeit die Möglichkeit gegeben, einmal eine Veränderung des spezifischen Volumens der Plastschmleze sowie die Auswirkungen von daraus abgeleiteten Korrekturen von Stellgrößen meßtechnisch zu erfassen und zum anderen wird diese Meßgröße als Eingansgröße

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für eine Regeleinrichtung zur Konstanthaltung des.spezifischen Volumens bzw© der Dichte des Formteiles verwendet· Zur Gewährleistung "der erforderlichen Veränderung des maximalen Druckes im Werkzeug, sind Mittel zur Aufrechterhaltung des Druckbedarfes in der Regeleinrichtung mit einzubeziehen, was beispielsweise durch eine bekannte Einrichtung zur Konstanthaltung des Massepolsters vor der Schneckenspitze in der EFachdruckphase realisiert wird. Έϋχ eine stabile Regelung wird gem· Pig· 3 der Sollwert der Regelgrößen 10, beispielsweise der Druckanstiegszeit und des Massepolsters, innerhalb eines einstellbaren {Doleranzbereiches 11 vorgegeben und erst nach Überschreiten dieses IEoI er anzbereicfa.es 11 wird eine davon abhängige vorzeichenrichtige Korrektur der Stellgrößen 12, beispielsweise des Werkzeugdruckes und des Piastiaerweges, zur Einhaltung der Regelgrößen 10 in dem vorgegebenen Xoleranzbereich 11 vorgenommen* !ritt beispielsweise eine Unterschreitung des Toleranzbereiches 11 für die Druckanstiegszeit auf, so erfolgt die Korrektur für den nächstfolgenden Zyklus durch eine Erhöhung des maximalen Werkzeugdruckes, wobei die.Größe des Korrekturwertes 12 in Stufen 13 programmierbar 1st·¹-Bei einer Überschreitung des !Doleranzbereiches 11 ist die Verhaltensweise entsprechend umgekehrt·' Gleiches gilt auch für die Regelung des Massepolsters zur Aufrechterhaltung des Druckbedarfes im Werkzeug;

Gemäß Fig« 4 soll die Anordnung zur Durchführung des Verfahrens erläutert werden« Hierbei erfolgt das Anfahren der Spritzgießmaschine 14 bis zum Erreichen des geforderten Betriebspunktes über die Programmeingabe der Maschinensteuerung 15» Des weiteren sind an der Spritzgießmaschine 14 Meßsysteme für Druck im Werkzeug 16 und Schneckenkolbenweg 17 erforderlich· Der Istwert des Meßsignals 16 wird einem schaltpunktabhängigen Zeitzähler 18 für die Druckanstiegszeit zugeführt, wobei die Sollwerte für den Stärtdruck 19 der Eingabe des Regelgerätes und für den maximalen ^erkzeugdruck 21 der Maschinensteuerung 15 entnommen werden·

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Nach dem Erreichen des geforderten Betriebspunktes können die Istwerte der BegelgröBen Druckanstiegszeit 22 und Massepolster 23 über die Verknüpfung 24 als Sollwerte 25 und 26 in der Eingabe des Regelgerätes 20 gespeichert werden* Die Sollwerte einschließlich des üoleranzbereiches für die Druckanstiegszeit 27 und das Massepolster 28 werden fortan von der Eingabe ausgegeben und zugleich mit dem momentanen Istwert beider Größen 22, 23 dem Vergleicher 29 zugeführt, der für beide Größen in Abhängigkeit von der bestehenden Abweichung die Bichtung der nachfolgenden Korrektur festlegt· Im Stellglied 30 werden aus den Bichtungssignalen 31, 32 und den an der Eingabe 20 in Stufen programmierbaren Korrekturfaktoren der Stellgrößen maximaler Werkzeugdruck 33 und Plastizierweg 34 die Korrektursignale 35, 36 für beide Stellgrößen gebildet, die zur Korrektur der Sollwerte maximaler Werkzeugdruck und Plastizierweg für den nachfolgenden Zyklus der Maschinensteuerung 15 zugeleitet werden·-

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Leerseite

Claims

Patentansprüche;

t Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus formbaren Werkstoffen auf Spritzgießmaschinen, insbesondere aus Plastschmelzen, welche mit Hilfe von Druckmitteln in ein die Kontur des herzustellenden Formteil bildendes Spritzgießwerkzeug eingespritzt werden und daraufhin unter Steuer- bzw· regelbarer Druckeinwirkung das Formteil seine endgültige Gestalt erhält, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer während der Kompressionsphase des eingespritzten Materials gewonnenen Meßgröße für das spezifische Volumen eine die Formteileigenschaften beeinflussende Stellgröße, vorzugsweise der auf die Plastschmelze im Werkzeug einwirkende Druck, unter Einbeziehung von bekannten Mitteln zur Aufrechterhaltung des Druckbedarfes regelbar ist, so daß Formteile mit gleichem oder nahezu gleichem spezifischen Volumen hergestellt werden und daß bei einer gemessenen Abweichung des spezifischen Volumens von einem vorgegebenen Sollwert eine die Dichte des Formteiles beeinflussende Stellgröße, vorzugsweise der Druck, in Richtung einer.Verkleinerung dieser Abweichung selbsttätig veränderbar ist·

2« Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßgröße für das spezifische Volumen die Kompressionsgeschwindigkeit verwendet wird, wobei die Druckanstiegszeit zwischen zwei programm! erbaren Druckwerten, vorzugsweise zwischen einen beliebig wählbaren Startdruck und dem maximalen Werkzeugdruck, gemessen wird·

3· Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckanstiegszeit im linearen Bereich der Druckkurve während der Kompressionsphase gemessen wird·

4» Verfahren nach Anspruch 1 bis 3t dadurch gekennzeichnet, daß bei der Regelung des spezifischen Volumens sowie der Aufrechterhai tung des Druckbedarfesj die Sollwerte mit einem einstellbaren loleränzbereich vorgegeben sind und erst bei

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Überschreiten des Soleranzbereiches eine selbsttätige Veränderung der Stellgrößen) vorzugsweise des Druckes und des Piastizierweges, in Richtung einer Verkleinerung dieser Abweichung erfolgt·

5· Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine notwendige Korrektur der Stellgrößen, vorzugsweise des Druckes und des Piastizierweges. in Abhängigkeit zur Abweichung von den Regelgrößen erfolgtv

T_erfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur der Stellgrößen im Sinne einer Reduzierung der Abweichung von den Regelgrößen erfolgt«

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur der Stellgrößen für den den vorangehend folgenden Zyklus erfolgtv

8'· Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Korrekturwertes für die Stellgrößen, vorzugsweise des Druckes und des Piastizierweges, in Stufen programmierbar istv

9»Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwert für das spezifische Volumen bzw_o die Druckanstiegszeit zur Anzeige gebracht wird©

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwert für das spezifische Volumen als Meßgröße für eine übergeordnete Regeleinrichtung, beispielsweise einen Prozeßrechner, dient'·

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