DE3021978C2 - - Google Patents
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- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln einer
Spritzgießmaschine mit in programmierten Einspritz- und
Nachdruckphasen hydraulisch betätigtem Spritzkolben und mit
einer Druckregeleinrichtung, die Mittel zum Messen und Regeln
des Drucks im Werkzeughohlraum und des Drucks im
Hydraulikzylinder oder im Spritzkolbenvorraum aufweist, mit
Mitteln zum Überwachen und Messen des Werkzeugdrucks während
der geschwindigkeitsgeregelten Einspritzphase und der werkzeugdruckgeregelten
Nachdruckphase sowie mit Mitteln zum
Überwachen und Messen des Drucks im Hydraulikzylinder während
der werkzeugdruckgeregelten Nachdruckphase und der
Erstarrungsphase und mit Mitteln zum druckstoßfreien
Umschalten von der Einspritzphase zur Nachdruckphase.
Es sind Spritzgießmaschinen bekannt, bei welchen der Istwert
des Drucks im Hydraulikzylinder durch einen Meßwertaufnehmer
erfaßt und mit einem einstellbaren Sollwertverlauf verglichen
wird, wobei mit Hilfe einer hydraulischen Stelleinrichtung so
auf den Hydraulikzylinder eingewirkt wird, daß die Verläufe
von Istwert und Sollwert übereinstimmen. Diese
Regeleinrichtung hat den Nachteil, daß Schwankungen der
Viskosität des Kunststoffmaterials zu schwankenden Drücken im
Werkzeug und damit zu schwankender Formteilqualität führen.
Ferner sind Spritzgießmaschinen bekannt, bei denen der Istwert
des Druckes im Werkzeug durch einen Meßwertaufnehmer erfaßt
und mit einem einstellbaren Sollwertverlauf verglichen wird,
wobei mit Hilfe einer hydraulischen Stelleinrichtung die
Verläufe von Soll- und Istwert zur Übereinstimmung gebracht
werden. Diese Regeleinrichtung hat den Nachteil, daß bei
Beginn der Nachdruckphase ein stoßfreier Übergang von der
Einspritzphase zur Nachdruckphase nicht gewährleistet ist. Bei
der bekannten Regeleinrichtung muß nämlich der Einrichter
einen Druckschwellenwert vorgeben, bei dem die Umschaltung zur
Nachdruckphase erfolgen soll. Wird dieser Schwellenwert zu
hoch oder zu tief gewählt, so treten aufgrund dynamischer
Regelvorgänge Druckspitzen oder Druckeinbrüche im Werkzeug
auf, die zur Schädigung der Formteile führen können.
Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Regeleinrichtung liegt
darin, daß die Druckübertragung zwischen Hydraulikzylinder und
Meßwertaufnehmer im Werkzeug mit zunehmender Nachdruckzeit bis
auf Null abnimmt, wodurch die einwandfreie Funktion der
Regeleinrichtung am Ende der Nachdruckzeit gestört wird. Der
Hydraulikdruck wird entweder auf seinen maximal möglichen Wert
oder auf Null gesteuert, was zum Überladen oder Entladen des
Werkzeugs und damit zu einer schwerwiegenden Schädigung des
Formteils führen kann.
In einer weiteren bekannten Spritzgießmaschine wird ebenfalls
der Druck im Werkzeug erfaßt, mit einem einstellbaren
Sollwertverlauf verglichen und durch einen entsprechenden
hydraulischen Stelleingriff mit dem Sollwertverlauf zur
Übereinstimmung gebracht. Um das Überladen oder Entladen des
Werkzeugs im letzten Teil der Nachdruckzeit zu verhindern,
wird zu einem vorgegebenen Zeitpunkt in der Nachdruckphase auf
einen konstanten oder linear abfallenden Hydraulikdruck umgeschaltet.
Diese Vorrichtung bringt zwar bezüglich des
Problems der Überladung oder Entladung eine Verbesserung, hat
aber den Nachteil, daß bei der Umschaltung Druckstöße auftreten
können, die wieder eine Schädigung des Formteils verursachen.
In "Kunststoffe-Plastics" 3/1979, Seiten 34-41 wird erläutert,
daß eine Umschaltung aus Messungen des Werkzeugdruckes aus
theoretischer Sicht eine vorteilhafte Lösung wäre.
Gleichzeitig wird jedoch darauf hingewiesen, daß es Probleme
bei der Wahl des Meßortes im Werkzeug gibt und aus diesen
Gründen eine solche Messung nicht möglich ist.
Aus "Spritzgießen", Carl Hanserverlag, 1979, Seiten 29-34, 89-91,
95 u. 96 ist ebenfalls eine werkzeuginnendruckabhängige
Umschaltung als Möglichkeit angesprochen, gleichzeitig aber
als problematisch zu erkennen, so daß konkrete Hinweise auf
eine Regelung oder auf die Übergänge der einzelnen Phasen fehlen.
Dabei wird auf S. 95 zwar erklärt, daß nach dem sogenannten
Siegelpunkt keine Beeinflussung der Produkteigenschaft
mehr möglich ist, diese Aussage jedoch auf S. 131 des zitierten
Buches präzisiert mit der Feststellung, daß der Siegelpunkt
nicht schlagartig auftritt, sondern die Druckübertragung mit
fortschreitender Abkühlung immer schlechter wird. Dies wird
als Problematik der Werkzeuginnendruckregelung aufgezeigt.
Eine Lösung des Problems wird jedoch ebenfalls nicht angegeben.
Es besteht deshalb die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs erwähnten
Art und eine Spritzgießmaschine zu seiner Durchführung
zu schaffen, womit einerseits automatisch und stoßfrei von der
Einspritzphase zur Nachdruckphase umgeschaltet werden kann und
andererseits bei Abnahme der Druckübertragung zwischen
Hydraulikzylinder und Meßwertaufnehmer automatisch und stoßfrei
ein Übergang zur Regelung des Hydraulikdruckes oder des
Druckes der Spritzmasse im Zylinder zwischen Spritzkolben und
Werkzeug erfolgt. Dabei soll der Übergang von der
Einspritzphase zur Nachdruckphase und der Übergang von der
Regelung des Werkzeugdruckes auf die Regelung des
Hydraulikdruckes oder des Druckes der Kunststoffmasse mit möglichst
geringem Einstellaufwand ermöglicht werden, damit für
den Einrichter der Spritzgießmaschine die Möglichkeit geschaffen
wird, wesentlich rascher als bisher den optimalen Verlauf
von Werkzeugdruck und Hydraulikdruck zu verwirklichen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist das eingangs erwähnte Verfahren
dadurch gekennzeichnet, daß vor Erreichen des Siegelpunktes
von der Nachdruckphase auf die Erstarrungsphase umgeschaltet
wird, indem der zum Zeitpunkt der Umschaltung anstehende Ist-Wert
des Hydraulikdruckes oder des Druckes im Spritzkolbenvorraum
als Start-Sollwert für die Hydraulik-Druckregelung
oder für die Spritzkolbenvorraum-Durckregelung
der Erstarrungsphase dient.
Damit ist die druckstoßfreie und automatische Umschaltung von
der Nachdruckphase zur Erstarrungsphase möglich. Der zum
Zeitpunkt der Umschaltung anstehende Ist-Wert des
Hydraulikdruckes oder des Druckes im Spritzkolbenvorraum wird
als Start-Sollwert für die Hydraulikdruckregelung oder für die
Spritzkolbenvorraum-Druckregelung der Erstarrungsphase herangezogen.
Von einer werkzeugdruckabhängigen Regelung der
Nachdruckphase wird auf eine hydraulikdruckabhängige Regelung
während der Erstarrungsphase umgeschaltet.
Eine Spritzgießmaschine zur Durchführung dieses Verfahrens
kann dadurch gekennzeichnet sein, daß eine Kontrolleinrichtung
zum Nachführen des Integralteiles im Werkzeugdruckregler während
der Einspritzphase und zum Umschalten bei Erreichen des
Anfangs-Sollwertes der Nachdruckphase auf letztere vorgesehen
ist und daß die Kontrolleinrichtung während der Nachdruckphase
den Druck im Hydraulikzylinder oder im Spritzkolbenvorraum
mißt und beim Erstarren des Angusses vor Erreichen des
Siegelpunktes durch eine Halteverstärkerschaltung den Ist-Wert
dieses Druckes als Anfangs-Sollwert für die nach Umschaltung
auf die Erstarrungsphase mittels einer Steuerrichtung erfolgende
Regelung des Hydraulik- oder Spritzkolbenvorraumdruckes
festlegt.
Ausgestaltungen dieser Spritzgießmaschine sind Gegenstand der
Ansprüche 3 bis 10.
Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der
Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 das Übersichtsschema der Spritzgießmaschine,
Fig. 2 das Schema der Kontrolleinrichtung für den Nachdruck
aus Fig. 1,
Fig. 3 das Schema des Druckreglers aus Fig. 2,
Fig. 4-8 Ausführungsbeispiele für die Steuereinrichtung aus
Fig. 2,
Fig. 9 den beispielsweisen Geschwindigkeits- bzw. Druckverlauf
in den drei Phasen des Spritzvorganges, und
Fig. 10 ein Beispiel für den Verlauf der Steuer- und Regelsignale.
In Fig. 1 ist eine Kunststoff-Schneckenspritzgießmaschine bekannter
Bauart vereinfacht in vertikalen Längsschnitt dargestellt.
In einem Schneckenzylinder 1 ist eine Schnecke 2 drehbar und
axial verschiebbar gelagert. Ein Antriebsmotor 3 dreht die Schnecke
2 während der sogenannten Dosierphase und fördert das Kunststoffmaterial
aus dem Trichter 4 in den sogenannten Schneckenvorraum
5. Gleichzeitig erfolgt eine axiale Verschiebung der
Schnecke 2 entgegen der Pfeilrichtung a, wodurch sich der Schneckenvorraum
5 entsprechend der geförderten Kunststoffmenge vergrößert.
Durch Beheizung des Zylinders 1 und durch Reibung im
Kunststoffmaterial wird dieses aufgeschmolzen, so daß der
Schneckenvorraum 5 am Ende des Dosiervorganges eine spritzgießfähige
Kunststoffschmelze enthält. In der nun folgenden Spritzphase
wird ein hydraulischer Kolben 6, der im Hydraulikzylinder
7 gelagert ist, durch eine elektrohydraulische Stelleinrichtung
8 mit Drucköl beaufschlagt. Der Anschluß 9 der Stelleinrichtung
8 ist mit einer nicht dargestellten Druckölversorgung verbunden.
Der Kolben 6 ist mit der Schnecke 2 verbunden und drückt diese
nach rechts in Pfeilrichtung a. Während dieser Einspritzphase
strömt die Kunststoffschmelze aus den Schneckenvorraum 5 in den
Hohlraum 10 des Werkzeugs 11. Eine Rückströmsperre 12 verhindert
das Zurückströmen der Kunststoffschmelze. Es ist aber auch möglich,
ohne Rückströmsperre zu spritzen, beispielsweise mit drehender
Schnecke 2. Ist der Werkzeughohlraum 10 gefüllt, so beginnt
die sogenannte Nachdruckphase, während der das Formteil
im Werkzeug 11 abgekühlt wird. Zum Ausgleich der dabei auftretenden
Formteilschwindung wird der Druck im Hydraulikzylinder 7
bzw. im Schneckenvorraum 5 weiter aufrechterhalten, wodurch
weitere Kunststoffschmelze durch den Anguß 13 in den Werkzeughohlraum
10 strömt. Dieser Vorgang dauert solange, bis der Anguß
13 erstarrt ist. Für die Formteilqualität ist es wesentlich,
einen vorgeschriebenen Druckverlauf im Werkzeughohlraum 10
genau einzuhalten. Insbesondere das Gewicht und die Abmessungen
des Formteils werden durch den Druck im Werkzeug bestimmt. Um
den Druckverlauf im Werkzeughohlraum 10, im Hydraulikzylinder 7
und/oder im Schneckenvorraum 5 in geeigneter Weise zu steuern
oder zu regeln, ist eine Kontrolleinrichtung 14 vorgesehen.
Der Kontrolleinrichtung 14 werden Meßsignale 16, 18 und 20 als
Eingangssignale zugeführt. Das Signal 16 ist proportional zum
Druck im Werkzeughohlraum 10, der durch einen Druckaufnehmer 15
erfaßt wird. Signal 18 ist proportional zum Druck im Hydraulikzylinder
7, der vom Druckaufnehmer 17 erfaßt wird. Der Druckaufnehmer
19 erfaßt den Druck im Schneckenvorraum 5 und bildet
ein dazu proportionales Signal 20. Auf die Kontrolleinrichtung
14 wirken außerdem Bezugssignale 21, 22, 23, die durch einen
einstellbaren Programmgeber 25 in Abhängigkeit von der Nachdruckzeit
erzeugt werden. Von den genannten Eingangs- und Bezugsignalen
können je nach Ausführungsart wahlweise eines oder
mehrere der Signale 18, 22, 20, 23 entfallen. In einer vorteilhaften
Ausgestaltung werden beispielsweise nur die Druckaufnehmer
15 und 17 benötigt, deren Signale 16 und 18 mti den Bezugssignalen
21 und 22 verglichen werden. Vom Programmgeber 25 wird
außerdem ein einstellbares Zeitsignal 24 an die Kontrolleinrichtung
übertragen. Das Meßsignal 83 dient zur Regelung der Einspritzphase
und wird anhand von Fig. 2 näher erläutert. Das Steuersignal
24a dient zur Freigabe der Umschaltung von der Einspritzphase
zur Nachdruckphase und wird wie das Steuersignal 55 weiter
unten anhand von Fig. 3 näher erläutert. Die Kontrolleinrichtung
14 erzeugt ein Ausgangssignal 26, das auf die elektrohydraulische
Stelleinrichtung 8 wirkt und so den Druckverlauf im
Hydraulikzylinder 7, im Schneckenvorraum 5 und im Werkzeughohlraum
10 in vorteilhafter Weise steuert und regelt.
Fig. 2 zeigt das Signalflußbild eines Beispiels der Kontrolleinrichtung
14.
Während der Einspritzphase befinden sich die Schalter 81 und 82
in der Stellung L. Es wird auf bekannte, nicht näher dargestellte
Art die Schneckenvorlaufgeschwindigkeit geregelt. Das Signal
83 ist die dazugehörige Regelabweichung.
Zu Beginn der Nachdruckzeit, welcher Beginn durch das Steuersignal
34a an die Steuereinrichtung 27 übermittelt wird, sendet
die Steuereinrichtung 27 ein Schaltsignal 28 aus, das die
Schalter 29 und 30 in die in Fig. 2 gezeichnete Stellung L bringt.
Die Schalter 81 und 82 werden gleichzeitig in die Stellung H gebracht.
Dadurch wird die Regelung des Druckes im Werkzeughohlraum
10 auf folgende Weise ermöglicht: Ein Vergleichselement 31
bildet die Differenz zwischen dem Istwertsignal 16 und dem Sollwertsignal
21 des Werkzeugdruckes. Das Differenzsignal 32 wirkt
auf einen Regler 33. Der Regler 33 wird vorteilhaft als PI-Regler
ausgeführt, es sind aber auch andere, in der Regelungstechnik
bekannte Regler verwendbar. Der Reglerausgang 34 wird durch den
Schalter 29 mit dem Eingang 35 eines weiteren Vergleichselementes
36 verbunden. Das Vergleichselement 36 bildet die Differenz
zwischen dem Istwertsignal 18 und dem am Eingang 35 entstehenden
Sollwertsignal des Hydraulikdruckes. Das Differenzsignal 37 wirkt
über den Schalter 62 auf einen Regler 36, der vorteilhaft PID-Verhalten
aufweist. Es sind aber auch andere, in der Regelungstechnik
bekannte Regler brauchbar. Das Ausgangssignal 26 des
Reglers 38 wirkt so auf die elektro-hydraulische Stelleinrichtung
8, daß Sollwertverlauf 21 und Istwertverlauf 16 des Druckes
im Werkzeughohlraum laufend zur Übereinstimmung gebracht werden.
Dieser Vorgang ist solange möglich, als eine Wirkungsverbindung
zwischen dem Ausgangssignal 26 und dem Eingangssignal 16 der Kontrolleinrichtung
14 besteht. Während dieser Zeit ist das Istwertsignal
18 des Hydraulikdruckes durch den Schalter 30 mit
dem Eingang 40 eines Halteverstärkers 39 verbunden. Die Steuereinrichtung
27 erzeugt man zu einem geeigneten Zeitpunkt der
Nachdruckphase ein Steuersignal 28, das die Schalter 29 und 30
in die Stellung H bringt. Der Halteverstärker 39 hält damit den
letzten vor dem Öffnen des Schalters 30 anstehenden Wert des
Hydraulikdrucksignals 18. Der Schalter 29 verbindet nun den Ausgang
41 des Halteverstärkers 39 mit dem Eingang 35 des Vergleichselementes
36, so daß eine Regelung des Druckes im Hydraulikzylinder
7 auf den im Halteverstärker 39 gespeicherten Signalwert
stattfindet. Die stoßfreie Umschaltung von der Regelung
des Druckes im Werkzeughohlraum 10 zur Regelung des Druckes im
Hydraulikzylinder 7 ist dadurch sichergestellt, daß der letzte
Istwert des Hydraulikdruckes vor der Umschaltung als Sollwert
41 nach der Umschaltung dient. Dadurch ergibt sich der Vorteil,
daß keine Einstellung des Sollwertes für den Hydraulikdruck
durch den Einrichter der Spritzgießmaschine erforderlich ist.
In Fig. 2 erzeugt die Steuereinrichtung 27 das Steuersignal 28
aus dem einstellbaren Zeitsignal 24 und dem Steuersignal 34a.
Der Umschaltzeitpunkt kann ab Nachdruckbeginn beliebig gewählt
werden, solange die Druckübertragung zwischen Schneckenraum 5
und Druckaufnehmer 15 besteht. Vorzugsweise wird jedoch unmittelbar
vor dem Aufhören dieser Druckübertragung umgeschaltet, also
unmittelbar vor dem Erstarren des Angusses 13. Die Steuersignale
24a und 55 werden anhand von Fig. 3 näher erläutert.
Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus Fig. 2 und stellt ein Ausführungsbeispiel
für die Gestaltung des Reglers 33 dar. Das Differenzsignal
32 wird auf den Eingang 56 eines schaltenden Komparators
58 geführt. Das Referenzsignal 57 des Komparators liegt auf
Null. Der Komparatorausgang 59 ist mit einem UND-Element 60 verbunden,
dessen zweiter Eingang 61 durch ein Steuersignal 24a
freigegeben wird. Der Ausgang 62 des UND-Elementes 60 führt auf
ein Flip-Flop 63, dessen Ausgangssignal 34a die Schalter 64 und
65 steuert. In der Stellung H verbindet der Schalter 64 das Eingangssignal
32 mit dem Eingang 66 des Operationsverstärkers 67
und dem Eingang 72 des Operationsverstärkers 73. Die Ausgangssignale
74 und 75 werden mit Hilfe des Summationsverstärkers 76
addiert. In der Stellung H der Schalter 64, 65 wirkt die dargestellte
Schaltung der Verstärker 67, 73, 76 als PI-Regler. Der
Ausgang 34 wird auf den Eingang 77 des Differenzverstärkers 79
geführt. Dieser vergleicht den Reglerausgang 34 mit dem Istwert
des Hydraulikdruckes 18, der mit dem Verstärkereingang 78 verbunden
ist. Das Ausgangssignal 80 wird auf den Eingang 70 des
Verstärkers 67 geführt, solange sich der Schalter 65 in Stellung
L befindet.
Der Regler 33 hat folgende Funktion: Während der Einspritzphase
befinden sich die Schalter 29, 30, 64, 65, 81 und 82 in Stellung
L (Fig. 2, 3). Der Regler 38 regelt in diesem Zustand die Schneckenvorlaufgeschwindigkeit.
Das Signal 83 wird aus der Differenz
von Soll- und Istwert der Schneckenvorlaufgeschwindigkeit gebildet
(nicht dargestellt). Aufgrund des Fließwiderstandes der
Kunststoffschmelze im Werkzeughohlraum 10 ergibt sich ein bestimmter
Hydraulikdruck im Zylinder 7, der zum Einhalten der geregelten
Schneckenvorlaufgeschwindigkeit erforderlich ist. Dieser
Druck wird vom Druckaufnehmer 17 erfaßt. Das Hydraulikdrucksignal
18 dient während der Einspritzphase als Sollwert für den
Reglerausgang 34. Wesentlich ist dabei, daß der Kondensator 69
genügend schnell aufgeladen wird, damit der Ausgang 34 auch raschen
Änderungen des Hydraulikdruckes zu folgen vermag. Dies
wird durch geeignete Wahl der Widerstände 68 und 71 und des Kondensators
69 erreicht. Günstige Werte sind beispielsweise:
Kondensator: 2,2 µF
Widerstand: 1,22 MΩ
Widerstand: 1 kΩ
Widerstand: 1,22 MΩ
Widerstand: 1 kΩ
Mit zunehmender Werkzeugfüllung steigt der Druck im Werkzeughohlraum
10 an und erreicht zu einem bestimmten Zeitpunkt den ersten,
programmierten Sollwert des Werkzeugdruckes. Das bedeutet Gleichheit
der Signale 16 und 21 und Null für das Differenzsignal 32.
Damit schaltet der Komparator 58 und sendet über das UND-Element
60 und das Flip-Flop 63 das Steuersignal 34a aus. Die Freigabe
kann mit Hilfe des Signals 24a erfolgen, das beispielsweise
durch eine bestimmte Schneckenposition oder beim Start der Einspritzphase
ausgelöst wird. Das Signal 24a und das UND-Element
60 können auch entfallen.
Das Steuersignal 34a bringt die Schalter 64, 65, 81 und 82 in
die Stellung H. Dadurch wird der Werkzeugdruckregelkreis stoßfrei
geschlossen und es beginnt die Nachdruckphase. Die Stoßfreiheit
wird aufgrund folgender Tatsachen erreicht:
- 1. Die Eingänge 66, 72 des PI-Reglers sind vor dem Schließen des Schalters 64 Null. Der Schalter 64 wird zu dem Zeitpunkt geschlossen, bei dem das Signal 32 ebenfalls Null ist, so daß keine Änderung des Reglerausgangs 34 durch das Schalten erfolgt.
- 2. Durch den Verstärker 79 wird der Kondensator 69 so aufgeladen, daß der Reglerausgang 34 im Augenblick des Umschaltens gleich dem Istwertsignal 18 des Hydraulikdruckes ist. Das Ausgangssignal 37 des Vergleichselementes 36 ist daher im Augenblick des Umschaltens ebenfalls Null. Dadurch bleibt der Reglerausgang 26 beim Umschalten gleich und es treten keine sprung- oder impulsartige Veränderungen im Stellorgan 8 auf. Dies ist Voraussetzung zur Vermeidung von Druckspitzen in der Hydraulik und im Werkzeug und damit für optimale Qualität der Formteile.
Das Signal 55 dient zum Zurücksetzen des Flip-Flops 63 am Ende
der Nachdruckphase.
Fig. 4 zeigt ein einfaches Ausführungsbeispiel der Steuereinrichtung
27. Das einstellbare Zeitsignal 24 wird mit dem Steuersignal
34a durch das UND-Element 85 verknüpft. Während der Nachdruckphase
ist das Steuersignal 34a = H und das Zeitsignal
24 = L. Somit wird das Ausgangssignal 28 = L. Die Schalter 29
und 30 von Fig. 2 befinden sich in der Stellung L. Damit ist der
Regelkreis für den Werkzeugdruck geschlossen. Zum eingestellten
Zeitpunkt wird das Zeitsignal 24 = H und daher der Ausgang 28 = H,
So erfolgt die Umschaltung zur Regelung des Hydraulikdruckes.
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausgestaltung der
Steuereinrichtung 27.
Ein schaltender Komparator 41 vergleicht das Istwert-Signal 18
des Hydraulikdruckes mit einem am Programmgeber 25 einstellbaren
Bezugssignal 22, welches einen beliebigen, vom Einrichter
der Maschine wählbaren zeitlichen Verlauf aufweist. Als einfach
und vorteilhaft ist ein zeitlichkonstantes Signal anzusehen. Sobald
das Signal 18 größer oder gleich dem Bezugssignal 22 ist,
schaltet der Komparator 41 und überträgt das Schaltsignal 42
an das UND-Element 43. Das Zeitsignal 24 dient zur Freigabe
der Umschaltung 28 ab einem vom Einrichter der Maschine wählbaren
Zeitpunkt.
Fig. 6 zeigt eine weitere Möglichkeit zur Ausführung der Steuereinrichtung
27. Die Differenzierglieder 44 und 45 bilden die
zeitlichen Ableitungen 46, 47 der Signale 16 für den Werkzeugdruck
PW und 18 für den Hydraulikdruck PH.
Es gelten somit folgende Beziehungen:
Die schaltenden Komparatoren 50 und 51 vergleichen die Signale
46 und 47 mit festen oder einstellbaren Bezugssignalen 48 und 49.
Der Komparator 50 gibt das Schaltsignal 52 ab, wenn 46 größer
oder gleich 48 ist, der Komparator 51 gibt das Schaltsignal 53
ab, wenn 47 kleiner oder gleich 49 ist. Das Zeitsignal 24 dient
wie in Fig. 5 zur Freigabe der Umschaltung ab einem vom Einrichter
der Maschine wählbaren Zeitpunkt. Das UND-Element 54 verknüpft
die Signale 52, 53, 24 und 34a zum Umschaltsignal 28. Die
Schaltung hat folgende Wirkungszeit: Das Einfrieren des Angusses
läßt sich beobachten, indem die zeitlichen Änderungen von Hydraulikdruck
und Werkzeugdruck erfaßt werden. Sinkt der Werkzeugdruck
trotz steigendem Hydraulikdruck, so ist die Wirkverbindung
zwischen Hydraulikdruck und Werkzeugdruck unterbrochen und die
Schaltung in Fig. 6 erzeugt ein Umschaltsignal 28.
Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführung der Steuereinrichtung 27.
Diese Schaltung benützt das Verhältnis von Werkzeugdruck PW zu
Hydraulikdruck PH zur Erzeugung eines Umschaltsignals. Die Divisionsschaltung
85 bildet den Quotienten der Signale 18 und 16,
so daß gilt:
Der schaltende Komparator 81 vergleicht den Quotienten 86 mit
einem Referenzsignal 82 und gibt ein Ausgangssignal 83 ab, wenn
86 kleiner als 82 ist. Das Zeitsignal 24 dient wie in Fig. 5 zur
Freigabe der Umschaltung.
Fig. 8 zeigt als Ausschnitt von Fig. 2 eine erweiterte Ausführung
der Halteverstärkerschaltung 39. Neben dem eigentlichen Halteverstärker
87 enthält die Schaltung einen Integrator, bestehend aus
den invertierenden Verstärker 91, den Widerständen 90 und 94
und dem Kondensator 93. Die Schalter 95 und 96 ermöglichen den
Start und das Nullsetzen des Integrators. Der Summationsverstärker
97 addiert die Ausgangssignale 88 des Halteverstärkers
und 92 des Integrators.
Die Schaltung hat folgende Funktion: Während der Nachdruckphase
wird zunächst der Werkzeugdruck geregelt. Die Schalter 95 und
96 befinden sich in der Stellung L. Das Ausgangssignal 92 des
Integrators ist Null. Somit hat der Integrator während dieser
Phase keine Wirkung und das Ausgangssignal 41 der Schaltung entspricht
dem Istwert des Hydraulikdruckes. Nun erfolgt die Umschaltung
auf Hydraulikdruckregelung wie anhand der Fig. 2 bereits
beschrieben. Während der Regelung des Hydraulikdruckes kann zu
einem beliebigen, fest vorgegebenen oder vom Einrichter der Maschine
wählbaren Zeitpunkt der Integrator gestartet werden. Dies
erfolgt dadurch, daß die Schalter 95 und 96 in Stellung H gebracht
werden. Das negative Ausgangssignal 92 des Integrators
wird zum konstanten Ausgangssignal 8 des Halteverstärkers addiert
und bewirkt einen linearen Abfall des Ausgangssignals 41.
Die Steilheit des Abfalls hängt vom Widerstand 90, vom Kondensator
93 und vom Eingangssignal 89 ab. Das Eingangssignal 89
kann einstellbar sein, so daß der Einrichter die Möglichkeit
hat, den für das entsprechende Formteil optimalen Druckabfall
zu wählen. Eine bekannte, nicht näher dargestellte Komparatorschaltung
sorgt dafür, daß keine negativen Drucksollwerte 41
auftreten. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, daß der
Schalter 95 in Stellung L gebracht wird, sobald das Ausgangssignal
41 der Schaltung Null ist.
Fig. 9 gibt eine Übersicht über die drei Phasen des Spritzgießvorganges:
Während der Spritzphase I wird die Schneckenvorlaufgeschwindigkeit
v geregelt. Gleichzeitig wird der Werkzeugdruck PW gemessen
und überwacht. Sobald der Istwert des Werkzeugdruckes den Programm-Anfangssollwert
A erreicht, erfolgt die Umschaltung zur
Nachdruckphase II. In dieser Phase wird der Werkzeugdruck PW
geregelt und der Hydraulikdruck PH und/oder der Druck der
Schmelze PS im Plastifizierzylinder bzw. Schneckenvorraum gemessen
und überwacht.
Aus den Drücken PW, PH und/oder PS wird ein geeignetes Umschaltkriterium
gebildet, das den Übergang zur Erstarrungsphase III
einleitet. In dieser Phase wird der Hydraulikdruck PH oder der
Druck der Schmelze PS im Plastifizierzylinder bzw. Schneckenraum
geregelt. Der Istwert von PH oder PS im Punkt B dient als
Anfangs-Sollwert für das Druckprogramm der Erstarrungsphase III.
Fig. 10 zeigt ein Beispiel für den zeitlichen Verlauf der Steuer-
und Regelsignale. Während der Zeit t₁ erfolgt die Regelung
der Schneckenvorlaufgeschwindigkeit. Im Punkt A erreicht der
Werkzeugdruck den ersten programmierten Sollwert, das Steuersignal
34a geht von L auf H und bewirkt die stoßfreie Umschaltung
zur Werkzeugdruckregelung. Diese bleibt bis zum Ende der
Zeit t₂ im Eingriff. Die Steuereinrichtung 27, beispielsweise
gemäß Fig. 4, erzeugt aus dem Signal 34a und dem programmierten
Zeitsignal 24 das Steuersignal 28, das im Punkt B zur stoßfreien
Umschaltung auf Regelung des Hydraulikdruckes führt. Diese
bleibt bis zum Ende der Zeit t₃ im Eingriff. Der im Punkt B
anstehende Istwert des Hydraulikdruckes dient zur Bildung des
Sollwertverlaufs während der Zeit t₃ beispielsweise mit Hilfe
der Halteverstärkerschaltung 39 von Fig. 8. Das Steuersignal
55 setzt am Ende der Zeit t₃ das Signal 34a auf L, wodurch auch
das Steuersignal 28 auf L geht und die Nachdruckphase beendet.
Die in Fig. 5 bis 7 gezeigten Schaltmöglichkeiten für die Steuereinrichtung
27 setzen voraus, daß der Sollwert des Werkzeugdruckes
so programmiert ist, daß beim Einfrieren des Angusses
der Hydraulikdruck ansteigt. Dies ist z. B. bei zeitlich konstantem
Sollwertverlauf des Werkzeugdruckes der Fall. Bei zeitlich
sinkendem Sollwert des Werkzeugdruckes kann aber auch ein
stark sinkender Hydraulikdruck die Folge des Einfrierens sein.
Auch dieser Fall läßt sich wahlweise durch die Schaltungen
der Fig. 5 bis 7 beherrschen, wenn die Vorzeichen der Meßsignale
und Vergleichssignale sinngemäß angepaßt werden. Auch
eine Kombination der beiden Fälle ist denkbar.
Anstelle des Hydraulikdrucksignals 18 könnte sinngemäß auch das
Massedrucksignal 20 zur Realisierung einer Kontrolleinrichtung
14 herangezogen werden. Es besteht ja stets eine Wirkungsverbindung
zwischen dem Druck im Hydraulikzylinder 7 und dem Druck
im Schneckenvorraum 5.
Claims (10)
1. Verfahren zum Regeln einer Spritzgießmaschine mit in programmierten
Einspritz- und Nachdruckphasen hydraulisch betätigtem
Spritzkolben und mit einer Druckregeleinrichtung,
die Mittel zum Messen und Regeln des Drucks im Werkzeughohlraum
und des Drucks im Hydraulikzylinder oder im Spritzkolbenvorraum
aufweist, mit Mitteln zum Überwachen und Messen
des Werkzeugdrucks während der geschwindigkeitsgeregelten
Einspritzphase und der werkzeugdruckgeregelten Nachdruckphase
sowie mit Mitteln zum Überwachen und Messen des Drucks
im Hydraulikzylinder während der werkzeugdruckgeregelten
Nachdruckphase und der Erstarrungsphase und mit Mitteln zum
druckstoßfreien Umschalten von der Einspritzphase zur Nachdruckphase,
dadurch gekennzeichnet,
daß vor Erreichen des Siegelpunktes von der Nachdruckphase
auf die Erstarrungsphase umgeschaltet wird, indem der zum
Zeitpunkt der Umschaltung anstehende Ist-Wert des Hydraulikdruckes
oder des Druckes im Spritzkolbenvorraum als Start-Sollwert
für die Hydraulik-Druckregelung oder für die
Spritzkolbenvorraum-Druckregelung der Erstarrungsphase dient.
2. Spritzgießmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kontrolleinrichtung
(14) zum Nachführen des Integralteiles im Werkzeugdruckregler
(33) während der Einspritzphase und zum Umschalten
bei Erreichen des Anfangs-Sollwerts der Nachdruckphase
auf letztere vorgesehen ist und daß die Kontrolleinrichtung
(14) während der Nachdruckphase den Druck im Hydraulikzylinder
oder im Spritzkolbenvorraum mißt und beim Erstarren des
Angusses vor Erreichen des Siegelpunktes durch eine Halteverstärkerschaltung
(39) den Ist-Wert (40) dieses Druckes
als Anfangs-Sollwert (41) für die nach Umschaltung auf die
Erstarrungsphase mittels einer Steuereinrichtung (27) erfolgende
Regelung des Hydraulik- oder Spritzkolbenvorraumdruckes
festlegt.
3. Spritzgießmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die durch Verknüpfung der dem Ist-Wert des Werkzeugdruckes
und des Hydraulik- oder Spritzkolbenvorraumdruckes entsprechenden
Signale (16, 18, 20) in der Steuereinrichtung (27)
mit einem Zeitsignal (24) und zugehörigen Referenzsignalen
zu einem die Umschaltung auf die Erstarrungsphase bewirkenden
Schaltsignal (28) verknüpft sind.
4. Spritzgießmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß zum Umschalten von der Einspritzphase zur
Nachdruckphase ein Komparator (58) zum Erzeugen eines Signales
(59) vorgesehen ist, aus welchem das Umschaltsignal
(34a) gebildet wird.
5. Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das Integralteil des Werkzeugdruckreglers
(33) während der Einspritzphase durch das Zurückführen
des Regler-Ausgangssignals (34) und den Vergleich mit dem
Hydraulikdrucksignal (18) in einem Vergleichselement (79)
nachführbar ist, dessen Ausgangssignal (80) über einen
Schalter (65) auf den Eingang (70) eines Verstärkers (67)
geführt ist.
6. Spritzgießmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Bildung des Ausgangssignales (28) aus dem Schaltsignal
(34a) und dem einstellbaren Zeitsignal (34) durch ein
UND-Element (85) gebildet ist.
7. Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß das Hydraulikdrucksignal (18) und ein
Referenzsignal (22) mittels eines Komparators (41) vergleichbar
und als Schaltsignal (42) ausgebildet ist, welches in
einem UND-Element (43) mit dem Zeitsignal (24) und dem
Schaltsignal (34a) verknüpfbar ist.
8. Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß Differenzierglieder (44, 45) zur zeitlichen
Ableitung der Drucksignale (16, 18) vorgesehen sind, daß
die zeitlichen Ableitungen (46, 47) in Komparatoren (50, 51)
mit Referenzsignalen (48, 49) vergleichbar sind und daß ein
UND-Element (54) zum Verknüpfen der so entstehenden Schaltsignale
(52, 53) mit den Zeit- bzw. Schaltsignalen (24, 34a)
zum Ausgangssignal (26) vorgesehen ist.
9. Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Divisionselement (85) zum Dividieren
der Drucksignale (16, 18) und ein Komparator (81) zum Vergleichen
des so entstehenden Signales (86) mit einem Referenzsignal
(82) vorgesehen sind, woraus ein Schaltsignal (83)
entsteht, und daß zum Verknüpfen des Schaltsignales (83) mit
den Zeit- bzw. Schaltsignalen (24, 34a) zum Ausgangssignal
(28) ein UND-Element (84) vorgesehen ist.
10. Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Halteverstärkerschaltung (39) aus
einem Halteverstärker (87) und einem Integrator (90, 91, 93, 94)
besteht, der durch zwei Schalter (95, 96) steuerbar ist, und
daß zum Addieren der Ausgangssignale (88, 92) des Halteverstärkers
und des Integrators ein Summationsverstärker (97)
vorgesehen ist, wodurch ein zeitlich veränderliches Ausgangssignal
(41) entsteht, dessen Änderungsgeschwindigkeit mit
Hilfe eines Eingangssignals (89) steuerbar ist.
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