DE3021978C2 - - Google Patents

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    • B29C2045/776Measuring, controlling or regulating of velocity or pressure of moulding material determining the switchover point to the holding pressure

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
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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