DE2940152A1 - Verfahren und vorrichtung zum regeln des plastifizierens eines harzes in einer reihenschnecken-spritzgussmaschine - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum regeln des plastifizierens eines harzes in einer reihenschnecken-spritzgussmaschine

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DE2940152A1 DE19792940152 DE2940152A DE2940152A1 DE 2940152 A1 DE2940152 A1 DE 2940152A1 DE 19792940152 DE19792940152 DE 19792940152 DE 2940152 A DE2940152 A DE 2940152A DE 2940152 A1 DE2940152 A1 DE 2940152A1
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Description

Re-zr/9501
Toshiba Kikai Kabushiki Kaisha,Tokyo,Japan
Verfahren und Vorrichtung zum Regeln des Plastifizierens eines Harzes in einer Reihenschnecken-Spritzgußmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln des Plastifizierens eines Harzes in einer Reihenschnecken-Spritzgußmaschine mit einem Heizzylinder, einem Behälter für die Zufuhr des Harzes in den Heizzylinder an einem seiner Enden, einer Schnecke im Heizzylinder und mit einer Hydraulikeinrichtung für die Hin- und Herbewegung sowie die Rotation der Schnecke in dem Heizzylinder, in welchem der Rückdruck der Schnecke während des Harzplastifizierens geregelt wird sowie eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens. Im allgemeinen wird bei einer Spritzgußmaschine, die einen Reihenschnecken-Plastifizierungsmechanismus aufweist, ein Harz, das in einen Heizzylinder des Mechanismus eingefüllt wird, darin geschmolzen und plastifiziert durch die Heizenergie, die durch eine Heizvorrichtung geliefert wird und durch die Scherenergie, bewirkt durch die Rotation der Schnecke. Die Heizenergie wird dem Harz im Verhältnis zu der Zeit zugeführt, während welcher das Harz in dem Heizzylinder verbleibt. Jedoch tritt dabei selten der Fall ein, daß das gesamte zugemessene und in den Heizzylinder durch einen Harzmeßschritt eingebrachte Harz für einen einzigen Spritzguß-Schuß verwendet wird und üblicherweise wird die Mischung des zugemessenen und durch zwei oder mehr Meßschritte zugeführten Harzes durch zwei oder mehr Spritzguß-Schüsse eingespritzt, so daß die Temperaturverteilung des durch einen Spritzguß-Schuß einzuspritzenden Harzes nicht gleichförmig ist. Zusätzlich kommt hinzu, da die Tiefen zwischen den entsprechenden Schneckengewinden über die Gesamtlänge der Schnecke nicht gleich sind, die Wärmeübertragungsgeschwindigkeit in verschiedene Positionen der Schnecke sich ändert und daher die Temperaturverteilung des Harzes dadurch gleichfalls ungleichmäßig wird. Des weiteren ändert sich auch die Scher-
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energie und ist aus dem Grund nicht konstant, da die wirksame Länge der Schnecke, das ist die Länge von einem Behälter für die Zufuhr eines Harzes zu dem vorderen Ende der Schnecke, verringert wird, wenn die Schnecke sich nach Beendigung des Plastifiziervorgangs nach hinten bewegt.
Um zu erreichen, daß die Temperaturverteilung des Harzes nach dem Harzplastifizierungsschritt gleichmäßig ist, ist es notwendig, die Änderungen in der Heizenergie und der Scherenergie beispielsweise durch Regeln der Anzahl der Umdrehungen und/oder des Rückdrucks der Schnecke zu kompensieren. Die Regelung der Anzahl der Umdrehungen der Schnecke ändert die Schergeschwindigkeit, das ist die Scherenergie der Schnecke, und diese Regelung beeinflußt das gesamte geschmolzene Harz, das in den Räumen zwischen den Gewinden der Schnecke vorhanden ist. Die Regelung des Rückdruckes erhöht einen Druck, der an die Gewinde am vorderen Ende der Schnecke angelegt wird, wodurch der Durchmischungseffekt des Harzes, das sich in den Räumen zwischen den Gewinden der Schnecke befindet, über eine begrenzte Länge der Schnecke erhöht wird, welche der Wirkung des Rückdruckes ausgesetzt ist. Im Stand der Technik ist ein Verfahren zur Regelung der Temperaturverteilung eines Harzes nach dem Plastifxzierungsschritt bekannt, bei dem es notwendig ist, stufen- oder schrittweise die Anzahl der Umdrehungen und des Rückdruckes der Schnecke zu erhöhen oder abzusenken. Bei diesem Verfahren ist viel Zeit zum Erhöhen des Rückdruckes der Schnekke erforderlich und des weiteren ist man genötigt, die Geschwindigkeit der Rückwärtsbewegung der Schnecke während des Anstiegs des Rückdrucks abzusenken. Dadurch ist bei dem bekannten HarzplastlfizierungsprozeB viel Zeit für einen Spritzgußzyklus erforderlich, und die Produktivität bei der Herstellung der Spritzgußprodukte ist niedrig.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Regeln des Plastifiziervorgangs eines Harzes in einer Reihenschnecken-Spritzgußmaschine zu schaffen, die eine durchgehend gleichmäßige Temperaturverteilung im Harz nach dem Plastifizieren und gegenüber bekannten
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Verfahren eine Zeitersparnis bei jedem Spritzgußzyklus ergeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein" Verfahren dadurch gelöst, daß eine Prozeßvariable, betreffend eine Position der Schnecke, festgestellt wird, daß eine Position der Schnecke vorgegeben wird, in der ein erster Rückdruck der Schnecke und ein zweiter Rückdruck zur Kompensation des ersten Rückdrucks wahlweise zuschaltbar sind, daß ein die Schneckenposition wiedergebendes Signal mit einem die Rückdruck-Schaltposition anzeigenden Signal verglichen wird und daß die ersten und zweiten Rückdrücke abwechselnd nach einer vorgegebenen Folge zugeschaltet werden und eine gleichmäßige Temperaturverteilung des Harzes für einen Spritzguß-Schuß in den Raum zwischen den Gewindegängen der Schnecke nach Beendigung des Harzplastifizierungsvorgangs liefern.
Bei dem Verfahren wird eine Einrichtung, die einen normalen Rückdruck der Schnecke einstellt, mit einem vorbestimmten Zeitablauf zu einer Einrichtung zugeschaltet, die einen Rückdruck zur Kompensation des normalen Rückdruckes einstellt.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens enthält einen Detektor zum Feststellen der Prozeßvariablen, betreffend eine Position der Schnecke, eine Voreinstell-Einrichtung für die Voreinstellung einer Position, in der erste und zweite Rückdrücke abwechselnd zuschaltbar sind, einen Vergleicher zum Vergleich eines Signals von dem Detektor mit einem Signal von der Voreinstell-Einrichtung und eine Rückdruck-Schalteinrichtung zum abwechselnden Zuschalten der ersten und zweiten Rückdrücke.
Die weitere Ausgestaltung der Vorrichtung ergibt sich aus den Ansprüchen 4 und 5.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von zwei zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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Figur 1 - eine schematische Ansicht einer Ausführungsform nach der Erfindung,
Figur 2 - in einem Diagramm die Beziehung zwischen dem Rückdruck und der Position der Schnecke der Spritzgußmaschine nach Figur 1,
Figur 3 - in einem Diagramm das Ergebnis von ausgeführten Tests nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und nach einem bekannten Verfahren, und
Figur 4 - eine Blockdarstellung einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
Bei der Ausführungsform nach Figur 1 wird ein Rohmaterial, wie beispielsweise ein thermoplastisches Harz, von einem Behälter 1 in einen Heizzylinder 2 eingeleitet, wobei der Behälter 1 an dem Heizzylinder 2 einer Reihenschnecken-Spritzgußmaschine befestigt ist.
Der Heizzylinder 2 wird durch eine elektrische Heizung 3, die auf der äußeren Oberfläche des Zylinders 2 befestigt ist, aufgeheizt und die Hei ζ temper a tür wird durch nicht dargestellte Einstelleinrichtungen geregelt. Innerhalb des Heizzylinders 2 befindet sich eine Schnecke 4, die durch eine hydraulische Zylindereinrichtung 5 hin- und herbewegt und durch einen hydraulischen Motor 6 in Drehung versetzt wird. Ein elektromagnetisches Durchflußregelventil 7 ist in Reihe mit dem hydraulischen Motor 6 verbunden, um die Durchflußmenge von unter Druck stehendem öl zu regeln, die den Hydraulikmotor 6 betätigt, wodurch die Drehgeschwindigkeit der Schnecke 4 geregelt wird.
Elektromagnetische Druckregelventile 8 und 9 sind mit der Hydraulikzylindereinrichtung 5 verbunden, um einen Rückdruck während des Normalbetriebs und einen Rückdruck zur Kompensation des normalen Rückdruckes einzustellen, um eine gleichförmige Temperaturverteilung des Harzes nach dem Harzplastifizierungsvorgang zu erhalten. Ein Umschaltventil 10, zwischen den Regelventilen 8 und 9 und der Hydraulikzylindereinrichtung
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5 geschaltet, wird betätigt, um den Schaltkreis der Druckregel-•ventile 8 und 9 zu schalten.
Eine Einrichtung 11 dient zum Einstellen der Positionen, an denen der Rückdruck der Schnecke geändert werden soll und zwei oder mehrere Positionen können je nach Bedarf in dieser Voreinstell-Einrichtung 11 für die einzelnen Positionen eingestellt werden. Die Stellung der Schnecke 4 während ihrer Bewegung wird kontinuierlich durch einen Detektor 13 festgestellt. Der Detektor 13 wird durch die Schnecke angetrieben und umfaßt ein nicht gezeigtes Potentiometer, das ein Signal entsprechend der jeweiligen Schneckenposition erzeugt. Dieses Signal wird einem Vergleicher 12 zugeführt, der das Signal des Potentiometers des Detektors 13 mit einem Signal von der Voreinstell-Einrichtung 11 vergleicht und zu dem Zeitpunkt ein Signal erzeugt, in welchem die beiden Signale übereinstimmen, wodurch das Umschaltventil 10 geschaltet wird, um den Rückdruck der Schnecke 4 zu regeln.
Die Arbeitsweise der in Figur 1 gezeigten Vorrichtung wird unter Bezugnahme auf Figur 2 nunmehr beschrieben.
Wenn der Plastifizierungsvorgang für das Harz beginnt, wird der Rückdruck der Schnecke 4 auf einen Druck P1 (Figur 2) eingestellt, mit dem das Harz während eines üblichen Plastifizierungsvorgangs beaufschlagt wird, wobei sich die Schnecke dreht und hin- und herbewegt. Wenn die Schnecke 4 eine Position x^ erreicht, die durch die Voreinstell-Einrichtung 11 voreingestellt ist, wird ein Signal von dem Vergleicher 12 dem Umschaltventil 10 zugeführt, um das Druckregelventil 8 zu dem weiteren Druckregelventil 9 zuzuschalten, wodurch der Rückdruck P1 der Schnecke in einen Rückdruck P2 zur Kompensation des normalen Rückdruckes geändert wird. Dann wird der Harzplastiflzierungsprozeß fortgesetzt, bis die Schnecke eine Position x, erreicht, die gleichfalls durch die Voreinstell-Einrichtung 11 unter dem Rückdruck P2 vorgegeben ist. Nach dem Erreichen der Position x~ wird von dem Vergleicher 12 ein Signal erzeugt, um das Umschalt-
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ventil 10 neuerlich zu schalten, so daß sich der Rückdruck P-in den Rückdruck P1 ändert. Sobald die Schnecke eine Position X3 erreicht und ein Signal des Potentiometers des Detektors mit demjenigen Signal von der Voreinstell-Einrichtung 11 übereinstimmt, wird von dem Vergleicher 12 ein Signal erzeugt, um das Umschaltventil 10 zu schalten, wodurch sich der Rückdruck der Schnecke von P1 nach P2 ändert. Der Harzplastifizierungsvorgang wird noch unter dem Druck P2 fortgeführt, bis die Schnecke die Position x, erreicht. Nach Erreichen der Position x. wird der Druck P2 wieder in den Druck P1 geändert, und wenn die Schnecke die Endposition X5 erreicht, ist der Harzplastifizierungsvorgang vollendet.
Wie aus Figur 2 klar ersichtlich ist, wird der gegenüber dem Druck P1 höhere Druck P2 an das Harz für eine Zeit angelegt, die erheblich kürzer ist, als diejenige, während der der Druck P1 herrscht. Dadurch können die Nachteile, wie voranstehend beschrieben, bewirkt durch den Anstieg des Rückdrucks bei einem bekannten Verfahren in einer bekannten Vorrichtung eliminiert werden.
Figur 3 zeigt das Ergebnis von Untersuchungen, bei welchen vier Arten von Rückdrücken angelegt wurden, um den normalen Rückdruck der Schnecke zu kompensieren. Diese Tests wurden beim Plastifizieren von Polypropylen mit einer Schnecke ausgetragen, die einen Durchmesser von 50 mm und einen Hub von 250 mm besaß, wobei die Schnecke mit 150 U/min bei einer Heiztemperatur von 220° C rotierte. Die Temperaturverteilungen des Polypropylens in diesen Tests wurden durch Messung der Temperatur des Harzes erhalten, das an einem Düsenteil am vorderen Ende des Heizzylinders durch Drehung der Schnecke mit einer extrem niedrigen Geschwindigkeit nach Vollendung des Harzplastifiziervorgangs abgelassen wurde.
Die gemessenen Temperaturverteilungen sind in Figur 3 dargestellt, wobei
(1) eine Kurve 21 eine Temperaturverteilung des Harzes wiedergibt, wenn der Rückdruck der Schnecke für 23 Sekunden 2 bar
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(etwa 2 kp/cm2) während des gesamten Harzplastifizierungsprozesses betrug, wie dies durch eine Linie 31 gezeigt ist. Wie aus Kurve 21 zu ersehen ist, weist die Temperaturverteilung eine Temperaturdifferenz von 18° C auf, die zu groß ist, um einen Spritzguß auszuführen.
(2) Eine Kurve 22 zeigt eine Temperaturverteilung des Harzes in einem Fall, in welchem der Rückdruck der Schnecke durch eine schrittweise ansteigende Linie 32 geregelt wurde. Obwohl in diesem Falle die Temperaturdifferenz so geregelt wurde, daß sie ungefähr 4° C betrug, war eine sehr lange Zeit erforderlich, um den Rückdruck zu erhöhen, und es vergingen 41 Sekunden für das Plastifizieren des Harzes, eine Zeitspanne, die zu lange ist, um in produktiver Weise das Harz zu plastifizieren. Die Kurve 22 ist ein typisches Beispiel, welches einen Nachteil des herkömmlichen Verfahrens zeigt.
(3) Die Kurven 23 und 24 zeigten Temperaturverteilungen des Harzes in den Fällen, in welchen die Rückdrücke der Schnecke durch das erfindungsgemäße Verfahren geregelt wurden, wie dies durch die Diagramme 33 bzw. 34 gezeigt ist. Dem Diagramm 33 ist zu entnehmen, daß der Rückdruck der Schnecke zweimal angehoben wurde, von 2 bar (etwa 2 kp/cm2) auf 15 bar (etwa 15 kp/ cm2) für eine Zeitspanne, in welcher die Schnecke um 30 mm bewegt wurde. In diesem Fall wurde die Temperaturdifferenz von 6° C gemessen, und die Harzplastifizierung dauerte 33 Sekunden. Das Diagramm 34 zeigt, daß der Rückdruck viermal angehoben wurde, von 2 bar (etwa 2 kp/cm2) auf 15 bar (etwa 15 kp/cm2) für eine Zeitspanne, in der die Schnecke um 10 mm bewegt wurde. In diesem Fall wurde eine Temperaturdifferenz von 8° C gemessen und die Harzplastifizierung dauerte 28 Sekunden.
Diese Plastifizierungszeiten von 33 und 28 Sekunden in beiden Fällen sind wesentlich kürzer als die 41 Sekunden im Fall (2). Die Temperaturverteilungskurve 23 ist im wesentlichen identisch mit der Kurve 22, die eine geringe Temperaturdifferenz besitzt, und der Rückdruck der Schnecke wird gemäß dem Diagramm 34 geregelt, wenn es erforderlich ist, das Harz in
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einer kurzen Zeit zu plastifizieren, und in einem solchen Fall beträgt die Temperaturdifferenz 8° C.
Figur 4 zeigt eine Abwandlung der Rückdruck-Regeleinheit, in Figur 1 durch einen gestrichelten Block Z dargestellt, einer Reihenschnecken-Spritzgußmaschine, in welcher ein elektromagnetisches Proportionaldruckregelventil 14 durch eine Einrichtung 15 zum Einstellen des Wertes des normalen Rückdruckes der Schnecke und durch eine Einrichtung 16 zur Kompensation des normalen Rückdruckes geregelt wird. Des weiteren ist eine Einrichtung 17 zur Positionseinstellung vorgesehen, die den Rückdruck der Schnecke schaltet und nach Bedarf so eingestellt wird, daß zwei oder mehrere Positionen geschaltet werden können. Ein Vergleicher 18 vergleicht ein Positionssignal, erzeugt von dem Potentiometer des Detektors 13 mit einem Signal von der Schaltposition-Einstelleinrichtung 17 und wenn diese Signale übereinstimmen, wird ein Ausgangssignal des Vergleichers 18 einer Signalschalt-Einrichtung 20 zugeführt. Dann schaltet die Signalschalt-Einrichtung 20 die Positionseinstelleinrichtung 15 zu der Einrichtung 16 hinzu oder umgekehrt und erzeugt ein Signal, um das elektromagnetische Ventil 14 zu regeln, wodurch der Rückdruck der Schnecke geregelt wird.
Die Erfindung ermöglicht es, die Temperaturverteilung des Harzes nach dem Harzplastifizierungsvorgang durch Regelung des Rückdruckes der Schnecke im wesentlichen gleichförmig zu gestalten. Hierzu ist zusammenfassend festzustellen, daß eine Position der Schnecke kontinuierlich in Übereinstimmung mit deren Bewegung festgestellt wird und eine Regelfunktion durch einen Rückdruck der Schnecke bestimmt wird, der kompensiert wird, indem die Harzaufheiz- und die Scherenergie berücksichtigt werden, welche die Temperaturverteilung des einzuspritzenden Harzes bestimmen. Die Arbeitsweise, insbesondere die Anzahl der Umdrehungen und der Rückdruck der Schnecke, werden auf der Basis der Schneckenposition geregelt, um die Temperaturverteilung des Harzes möglichst gleichförmig zu gestalten.
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Claims (6)

  1. 6 Frankfurt a. M. 1 1' 10'
    Reichel u. Reichel
    rankfurt a. Parksiiaoe 13
    Toshiba Kikai K.K.
    Patentansprüche
    (1.)Verfahren zum Regeln des Plastifizierens eines Harzes in einer Reihenschnecken-Spritzgußmaschine mit einem Heizzylinder, einem Behälter für die Zufuhr des Harzes in den Heizzylinder an einem seiner Enden, einer Schnecke im Heizzylinder und mit einer Hydraulikeinrichtung für die Hin- und Herbewegung sowie die Rotation der Schnecke in dem Heizzylinder, in welchem der Rückdruck der Schnecke während des Harzplastifizierens geregelt wird,
    dadurch gekennzeichnet, daß eine Prozeßvariable, betreffend eine Position der Schnecke, festgestellt wird, daß eine Position der Schnecke vorgegeben wird, in der ein erster Rückdruck der Schnecke und ein zweiter Rückdruck zur Kompensation des ersten Rückdrucks wahlweise zuschaltbar sind, daß ein die Schneckenposition wiedergebendes Signal mit einem die Rückdruck-Schaltposition anzeigenden Signal verglichen wird und daß die ersten und zweiten Rückdrücke abwechselnd nach einer vorgegebenen Folge zugeschaltet werden und eine gleichmäßige Temperaturverteilung des Harzes für eineraSpritzguß-Schuß in den Raum zwischen den Gewindegängen der Schnecke nach Beendigung des Harzplastifiziervorgangs liefern.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Zeit zum Aufbringen des zweiten Rückdrucks kürzer als diejenige zum Anlegen des ersten Rückdrucks ist.
  3. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Detektor (13) zum Feststellen der Prozeßvariab-
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    len, betreffend eine Position der Schnecke (4), eine Voreinstell-Einrichtung (11; 17) für die Voreinstellung einer Position, in der erste und zweite Rückdrücke abwechselnd zuschaltbar sind, einen Vergleicher (12? 18) zum Vergleich eines Signals von dem Detektor (13) mit einem Signal von der Voreinstell-Einrichtung (11; 17) und eine Rückdruck-Schalteinrichtung zum abwechselnden Zuschalten der ersten und zweiten Rückdrücke enthält.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Rückdruck-Schalteinrichtung ein erstes und ein zweites Ventil (8, 9) zum Regeln der ersten und zweiten Rückdrücke und ein Umschaltventil (10) aufweist, welches das erste und das zweite Ventil in Übereinstimmung mit einem Ausgangssignal des Vergleichers (12) schaltet.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Rückdruck-Schalteinrichtung Einrichtungen (15, 16) zum Einstellen des ersten und zweiten Rückdrucks, eine Einrichtung (20) zum Schalten der Rückdruck-Einstelleinrichtungen (15, 16) durch das Ausgangssignal des Vergleichers (18) und ein Ventil (14) zum Regeln des Rückdrucks der Schnecke (4) gemäß einem Signal der Schalteinrichtung (20) enthält.
  6. 030016/0820
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