DE3639292A1

DE3639292A1 - Verfahren zum spritzgiessen von thermoplastischen kunststoffen

Info

Publication number: DE3639292A1
Application number: DE19863639292
Authority: DE
Inventors: Guenter Dr Langecker
Original assignee: Battenfeld GmbH
Current assignee: Battenfeld GmbH
Priority date: 1986-11-17
Filing date: 1986-11-17
Publication date: 1988-05-26
Also published as: JP2680003B2; US4849143A; IT1223099B; IT8722593A0; CA1277472C; ATA281887A; AT394970B; DE3639292C2; JPS63135226A

Description

Verfahren zum Spritzgießen von thermoplastischen Kunststoffen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spritzgießen von thermoplastischen Kunststoffen aus einer eine verschiebbare Schnecke aufweisenden Spritzgießmaschine in ein Werkzeug, dessen auf einer anderen Spritzgießmaschine gewonnenes, für diese optimales Einspritz-Geschwindigkeitsprofil bekannt ist, unter Umsetzung der für eine erste Spritzgießmaschine definierten optimalen Kennwerte auf die vorliegende Spritzgießmaschine.

Der flexible Spritzgießbetrieb erfordert ein häufiges Wechseln der Werkzeuge. Für eine weitere Losgröße steht jedoch nicht immer die gleiche Spritzgießmaschine zur Verfügung, auf der bereits günstige Kennwerte, insbesondere ein optimales Einspritz-Geschwindigkeitsprofil, ermittelt wurden. Es wird vielmehr aus der Anzahl der zur Disposition stehenden Spritzgießmaschinen eine für den vorliegenden Fall zweckmäßige Maschine ausgewählt. Wird nun das vorgegebene Werkzeug auf einer weiteren Spritzgießmaschine benutzt, so muß üblicherweise der Spritzvorgang zur Erzielung der gleichen Formteileigenschaften erneut optimiert werden, denn die Formteileigenschaften werden u. a. durch den Formfüllvorgang, den Nachdruckvorgang, die Massetemperatur und dergleichen beeinflußt. Aus dem für eine erste Spritzgießmaschine optimierten Formfüllvorgang ergab sich ein definiertes Schneckenvorlauf-Geschwindigkeitsprofil. Wird die gleiche Form jetzt auf einer anderen Spritzgießmaschine benutzt, so gilt es, für diese ein äquivalentes Einspritz-Geschwindigkeitsprofil zu ermitteln, das zu dem gleichen werkzeugbezogenen, optimierten Formfüllvorgang führt.

Mit der Beendigung des Formfüllvorganges wird die Nachdruckphase eingeleitet. Das Umschalten vom Einspritzen auf den Nachdruck kann weg-, zeit- oder durckabhängig erfolgen. Unabhängig davon, von welchen Größen die Durchführung der Umschaltung abhängig gemacht wird, ist stets die werkzeugbezogene Einspritzzeit bzw. Formfüllzeit die richtige physikalische Referenzgröße.

Zum Stand der Technik gehört es, die Einspritzgeschwindigkeit entlang des Schneckenweges in die Steuerungsvorrichtung einzugeben und ggfs. graphisch darzustellen. Da diese Steuerung zeitabhängig abläuft, kann das Geschwindigkeits-Weg-Profil des Schneckenvorlaufes jederzeit auch ohne wesentlichen Aufwand als Geschwindigkeits-Zeit-Profil dargestellt und verarbeitet werden.

Nach der DE-PS 35 24 310 ist es bekannt, eine Schneckenweg-Zeit-Kurve mit der werkzeugbezogenen Einspritzzeit zu speichern und durch Normierung der zurückgelegten Wegeinheiten eine Umrechnung auf optimale Werte für eine weitere Maschine zu ermöglichen. Das hier angegebene Verfahren jedoch erweist sich als relativ umständlich und erfordert einen unangemessen hohen Steuerungsaufwand.

Die Erfindung geht daher von der Aufgabe aus, aus für ein vorgegebenes Werkzeug auf einer ersten Maschine ermittelten optimalen Kennwerten schnell, einfach und automatisiert entsprechende optimale Kennwerte zum Betriebe des Werkzeuges auf einer zweiten Maschine aufzufinden.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen bezeichneten Merkmale.

Als vorteilhaft erweist es sich, daß das optimierte Einspritz-Geschwindigkeitsprofil V _B (t) sowohl schnell ermittelbar ist als auch praktisch automatisiert erhaltbar ist. Verändert sich aus irgendwelchen Gründen die Einspritzzeit, so läßt sich das gesamte Einspritz-Geschwindigkeitsprofil multiplikativ über nur einen Korrekturfaktor leicht abändern, bis die optimierte Einspritzzeit wieder erreicht ist. Damit wird nicht nur eine kurze Rüstzeit der mit dem Werkzeug versehenen Spritzgießmaschine erreicht, die gefundenen optimalen Werte lassen auch leicht und mit geringem Aufwand aufrechterhalten, auch wenn Störgrößen auftreten und/oder Änderungen von Betriebsgrößen sich bemerkbar machen.

Zweckmäßige und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Im einzelnen ist die Erfindung anhand der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit dieses veranschaulichenden Zeichnungen erläutert. Es zeigt hierbei:

Fig. 1 auf die Zeit bezogene Einspritz-Geschwindigkeitsprofile,

Fig. 2 den Formfüllvorgang in Abhängigkeit vom Schneckenweg, und

Fig. 3 diagrammatisch die beim Füllen der Form auftretenden Druckverhältnisse.

Bei der Beschreibung wird davon ausgegangen, daß ein bestimmtes Werkzeug bereits auf einer Spritzgießmaschine A gefahren wurde, und daß hierbei die für diese Spritzgießmaschine charakteristischen optimalen Kennwerte, insbesondere das Einspritz-Geschwindigkeitsprofil sowie die Einspritzzeit, ermittelt wurden. Es wird weiterhin davon ausgegangen, daß dieses Werkzeug nunmehr auf eine andere, abweichende Eigenschaften aufweisende Spritzgießmaschine B aufgespannt werden soll. Da das gesonderte Ermitteln optimaler Kennwerte sich als relativ umständlich und zeitraubend erweist, soll von den auf der Spritzgießmaschine A ermittelten Werten ausgegangen werden. Hierfür hat sich als vorteilhaft das folgend beschriebene Vorgehen erwiesen:

Zunächst wird das optimierte Einspritz-Geschwindigkeitsprofil V _A (t), das im Zusammenwirken mit der Spritzgießmaschine A ermittelt wurde, in die Steuervorrichtung der Spritzgießmaschine B eingegeben. Das Eingeben dieses Geschwindigkeitsprofiles kann manuell erfolgen; vereinfacht wird es jedoch, wenn es vermittels von Datenträgern vorgegeben wird.

Gleichzeitig wird aber auch das Werkzeug mit einem beliebigen Einspritz-Geschwindigkeitsprofil der Maschine B gefüllt, und es wird hierbei die für dieses Profil geltende Einspritzzeit t _Eb ermittelt. Bei diesem beliebigen Einspritz-Geschwindigkeitsprofil ist nur darauf zu achten, daß es maschinen- und werkzeugverträglich ist, so daß keine Gefährdungen auftreten. Besonders einfache Verhältnisse ergeben sich jedoch, wenn ein konstantes Geschwindigkeitsprofil benutzt wird. Durch multiplikative Veränderung des benutzten Profiles wird dieses dann so lange abgeändert, bis die gleiche Einspritzzeit t _EB erreicht wird, die beim Betriebe der Spritzgießmaschine A als Einspritzzeit t _EA vorlag. Wird mit einem konstanten Einspritz-Geschwindigkeitsprofil gearbeitet, so ergibt sich die multiplikative Änderung als Verhältnis der erzielten Einspritzzeiten t _Eb/t _EA, so daß besondere weitere Ännäherungsschritte nicht erforderlich sind.

Nunmehr wird aus den beiden vorliegenden Einspritzprofilen dem optimalen Einspritzprofil der Spritzgießmaschine A und dem nunmehr benutzten der Spritzgießmaschine B, jeweils eine mittlere integrale Einspritzgeschwindigkeit _A bzw. _B ermittelt. Bei dem vorgegebenen Einspritz-Geschwindigkeitsprofil kann dieses bereits in der Spritzgießmaschine A mittels deren Steuervorrichtung bewirkt sein. Bei dem einleitenden Füllen des Werkzeuges auf der Spritzgießmaschine B wird das Ermitteln erleichtert, wenn bereits mit einem konstanten Geschwindigkeitsprofil gearbeitet wurde.

Aus den beiden mittleren integralen Einspritzgeschwindigkeiten _A und _B läßt sich sodann ein Geschwindigkeits-Anpassungsfaktor K _V ermitteln:

Nunmehr läßt sich das optimierte Einspritz-Geschwindigkeitsprofil für die Spritzgießmaschine B leicht über die folgende Beziehung V _B (t) = K _V · V _A (t) errechnen. Zur Übertragung in die Maschinensteuerung wird zweckmäßig nochmals eine Umrechnung von V _B (t) in V _B (s) ermittelt. Damit ist mit relativ wenig Arbeitsgängen, welche durch die Steuervorrichtung der Maschine mit nur geringer Hilfe durchgeführt werden können, ein Geschwindigkeits-Anpassungsfaktor ermittelt, mit dessen Hilfe das ursprüngliche optimierte Einspritz-Geschwindigkeitsprofil für die nunmehr benutzte Spritzgießmaschine umgerechnet wurde, und ebenso ist es leicht möglich, im Falle des Auftretens von Störeinflüssen die Einspritzzeit durch leichtes Variieren dieses Geschwindigkeits-Anpassungsfaktors konstant zu halten. In der Fig. 1 sind sowohl das auf die Spritzgießmaschine A ermittelte Einspritz-Geschwindigkeitsprofil 1 als das zu suchende 2 der Spritzgießmaschine B dargestellt. In beiden Fällen sind mit Kurven 3 und 4 die mittleren integralen Einspritzgeschwindigkeiten _A und _B dargestellt, deren Quotient den Geschwindigkeits-Anpassungsfaktor K _V ergibt.

Wird nunmehr das Einspritz-Geschwindigkeits-Profil V _B (t) der Kurve 2 mit diesem Anpassungsfaktor K _V multipliziert, so geht die Kurve 2 in die Kurve 1 über, und das gewünschte Einspritzgeschwindigkeits-Profil für die Maschine B ist gefunden.

In der Praxis können jedoch in einer Fertigungsreihe Abweichungen der innerhalb eines Spritzzyklus ermittelten Einspritzzeit t _Eb von der vorgegebenen Einspritzzeit t _EB auftreten. Gründe hierfür können abgewandelte Materialeigenschaften, etwas variierte Temperaturen, Drücke oder andere Parameter sein. Zweckmäßig wird hier eine Regelvorrichtung vorgesehen, welche, bspw. durch geringfügiges Variieren des Einspritz-Geschwindigkeits-Profiles durch einen im Bereiche des Wertes 1 liegenden Faktor, auf vorgegebene bestimmte Werte einregelt. Hierzu ist ebenso wie für die Bestimmung der Nachdruckphase wesentlich, die Einspritzzeit bzw. den Beginn sowie das Ende des Formfüllvorganges eindeutig zu bestimmen. Grundsätzlich ergeben sich hierzu mehrere Möglichkeiten.

Die erste dieser Möglichkeiten geht davon aus, daß praktisch jede geregelte Spritzgießmaschine über einen Weg-Zeit-Signalgeber verfügt, mittels dessen sich die Weg-Zeit-Kurve des Formfüllvorganges darstellen läßt. Eine solche Kurve ist beispielhaft im Diagramm der Fig. 2 dargestellt. Der Abschnitt 5 der Kurve zeigt die konstante Stellung der Schnecke bis zum Beginn des Formfüllvorganges an. Zum Füllen des Werkzeuges wird die Schnecke axial verschoben, so daß sich zwischen dem Beginn t _s und dem Ende t _f der Formfüllzeit ein fallender Kurvenabschnitt 6 ergibt. Nach Füllen der Form wird die Schnecke nicht weiter oder, durch Leckverluste bestimmt, nur so geringfügig weiter vorgeschoben, daß während der Nachdruckzeit ein Kurvenabschnitt 7 praktisch konstanter Amplitude folgt. Die Abszissen t _s sowie t _f zeichnen sich hierbei dadurch aus, daß die Steigung der Kurve sich relativ spontan ändert: Im z. Zt. t _s gehörenden Punkte wirkt sie negativ, z. Zt. t _f geht gegen Null. Damit läßt sich aus den vom Weg-Zeit-Signalgeber abgegebenen Signalen die Ableitung des Weges nach der Zeit ermitteln, und durch Überwachung dieser Ableitung ergibt sich beim Unterschreiten eines vorgegebenen negativen Schwellwertes die Anfangszeit t _s des Formfüllvorganges, beim Überschreiten eines weiteren, negativen Schwellwertes ergibt sich das Ende t _f der Formfüllzeit. Das Unterschreiten eines nicht zu geringen negativen Schwellwertes sowie das anschließende Überschreiten eines Schwellwertes empfehlen sich, da, bspw. durch Leckvorgänge oder Kompreßsibilität bedingt, geringe Neigungen schon auftreten können, ehe der eigentliche Vorgang des Füllens des Werkzeuges beginnt. In der Fig. 2 sind diese Grenzwerte der Steigung aus Veranschaulichungsgründen übergroß gewählt und als zu den Zeiten t _s und t _f an die dargestellte Kurve gelegte Tangenten 8 und 9 veranschaulicht.

Es gibt jedoch noch weitere Möglichkeiten, Anfang und Ende der Einspritzzeit exakt zu bestimmen. So kann bspw. der beim Spritzen auftretende Druck mittels eines Drucksignalgebers überwacht werden, der an den Hydraulikzylinder der Spritzeinheit angeschlossen sein kann und den treibenden Druck mißt, der an den Düsenkopf angeschlossen oder in ihm untergebracht ist und den dort auftretenden Druck registriert, oder der angußnah am bzw. im Werkzeug selbst vorgesehen ist und angußnah den im Formnest oder Angußkanal auftretenden Druck erfaßt. Diagrammatisch ist das Meßergebnis eines an den Hydraulikzylinder der Spritzeinheit angeschlossenen Durcksignalgebers in Fig. 3 inklusive des Nachdrucks durch die Kurve 10 veranschaulicht, während im Düsenkopf angeordnete Drucksignalgeber Druckverhältnisse entsprechend der Kurve 11 ergeben können und im Werkzeug angußnah die Kurve 12 ermittelbar ist.

Die tatsächlich auftretenden Verhältnisse werden in Verbindung mit der Kurve 10 erläutert. Vor Beginn des Füllens der Form ergibt sich ein Kurvenabschnitt 13, der praktisch drucklos ist. Bei Beginn des Einspritzens steigt zunächst der Absolutwert des Druckes im Abschnitt 14 erheblich und mit starker Steigung an, bis sich eine stationäre Phase des Formfüllens im Abschnitt 15 anzeigt, der einen nur schwach weiter steigenden Druck verzeichnet. Bei Vollendung des Füllens der Form ergibt sich nochmals ein steiler, starker Druckanstieg im Kurvenabschnitt 16 bis auf den zunächst konstanten, durch den Kurvenabschnitt 17 veranschaulichten höheren Nachdruck, an den sich später nach vorgegebener Abkühlung ein asymptotischer Druckabfall 18 gegen Null ergibt. Hier bieten sich zunächst die Möglichkeiten, den Beginn t _s sowie das Ende t _f der Einspritzzeit t _EB durch das Überschreiten vorgegebener Druckpotentiale festzustellen. Beim Überschreiten einer ersten, relativ niedrigen Druckschwelle sind der Beginn und mit Erreichen einer wesentlich höheren Druckschwelle das Ende der Einspritzzeit bezeichnet. Es besteht aber auch die Möglichkeit, auch hier im Mikrocomputer der Steuervorrichtung Ableitungen des Druckes nach der Zeit zu bilden und das erste Überschreiten einer ersten Steilheitsschwelle als Kriterium des Beginns t _s zu werten. Als Kriterium des Endes t _f ergibt sich entweder die Kombination des Überschreitens einer zweiten Steilheitsschwelle in Verbindung mit dem Überschreiten eines höheren Druckpotentiales, oder aber das Überschreiten einer zweiten Steilheitsschwelle nach Durchlaufen eines Steilheitsminimums.

Die nach einem dieser Verfahren vorgenommenen Zeitmessungen ergeben als Differenz die Zeitdauer t _Eb des Einspritzvorganges und damit die Formfüllzeit. Die Zeit t _f e gibt zusätzlich den Beginn des Nachdruckes an.

Die Einspritzzeit wird zunächst einmal von der Spritzgießmaschine A als vorgegebener Wert übernommen, und, wie beschrieben, wird das optimale Einspritz-Geschwindigkeitsprofil der Maschine A mittels des Anpassungsfaktors K _V an die Maschine B so angepaßt, daß sich gleiche Einspritzzeiten ergeben. Sowohl in der Einlaufzeit als auch während des Betriebes werden jedoch laufend der Beginn und das Ende der Einspritzzeit und damit die Dauer der Einspritzzeit überwacht. Durch entsprechende Regelung wird diese Einspritzzeit konstant gehalten. Wird also in einem Spritzzyklus eine zu lange Einspritzzeit gemessen, so wird für den folgenden Zyklus das Einspritz-Geschwindigkeits-Profil multiplikativ geringfügig erhöht, so daß die aufgetretene Zeitdifferenz im nächsten Zyklus behoben ist. Gleichartig wird beim zu schnellen Füllen des Werzeuges das Einspritz-Geschwindigkeits-Profil für den nächsten Zyklus geringfügig multiplikativ erniedrigt, so daß auch hier die aufgetretene Differenz ausgeglichen wird und im folgenden Zyklus die vorgegebene Einspritzzeit gesichert ist. Damit werden die einmal übertragenen und ermittelten Verhältnisse über lange Betriebszeiten gesichert und jeweils optimale Spritzlinge erreicht.

Claims

1. Verfahren zum Spritzgießen von thermoplastischen Kunststoffen aus einer eine verschiebbare Schnecke aufweisenden Spritzgießmaschine in ein Werkzeug, dessen auf einer anderen Spritzgießmaschine gewonnenes, für diese optimales Einspritz-Geschwindigkeitsprofil bekannt ist, unter Umsetzung der bereits gewonnenen optimalen Kennwerte auf die vorliegende Spritzgießmaschine, dadurch gekennzeichnet,

a) daß das für die vorbenutzte Spritzgießmaschine (A) bekannte optimale Einspritz-Geschwindigkeitsprofil (V _A = f(t)) manuell und/oder vermittels von Datenträgern in die Steuerungsvorrichtung der zu benutzenden Spritzgießmaschine (B) eingegeben wird,
b) daß die Spritzgießmaschine (B) mit einem beliebigen, verträglichen Einspritz-Geschwindigkeitsprofil (V _b) betrieben wird, wobei die sich ergebende Einspritzzeit (t _Eb) durch multiplikative Änderung des Einspritz-Geschwindigkeitsprofiles, der der ersten Spritzgießmaschine (A) angepaßt wird (t _EA = t _Eb),
c) daß als Quotient der mittleren integralen Einspritz-Geschwindigkeitsprofile ein Anpassungsfaktor gebildet wird,
d) daß in der Steuervorrichtung der Spritzgießmaschine (B) das optimale Einspritz-Geschwindigkeitsprofil (V _B (t)) dieser Spritzgießmaschine für die zu füllende Form aus der Umrechnung (V _B (t) = K _V · V _A (t) gebildet wird und durch eine weitere Umrechnung aus (V _B (t) das zugehörige Einspritz-Wegprofil (V _B (s)) entwickelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Betriebes die Einspritzzeit (t _Eb) gemessen und auf den vorgegebenen festen Wert (t _EB = t _EA) eingeregelt wird, indem das ermittelte Einspritz-Geschwindigkeitsprofil (V _B (t)) vorzugsweise multiplikativ korrigiert wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Beginn (t _s) und das Ende (t _f) der Einspritzzeit (t _EB) mittels des Weg-Zeit-Signalgebers der Spritzgießmaschine ermittelt werden, indem die Ableitungen des Schneckenweges nach der Zeit (ds/dt) gebildet wird und das erste Unterschreiten eines ersten Grenzwertes (-a₁) als Beginn (t _s) und das erste Überschreiten eines zweiten Grenzwertes (-a₂) als Ende (t _f) der Einspritzzeit (t _Eb) gewertet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Beginn (t _s) und das Ende (t _f) der Einspritzzeit (t _EB) vermittels eines durch den thermoplastischen Kunststoff beaufschlagten Drucksignalgebers ermittelt werden, indem das erste Überschreiten einer ersten vorgegebenen Druckschwelle (p₁) als Beginn (t _s) und das erste Überschreiten einer zweiten, höheren Druckschwelle (p₂) als Ende (t _f) der Einspritzzeit (t _Eb) gewertet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Beginn (t _s) und das Ende (t _f) der Einspritzzeit (t _Eb) vermittels eines Drucksignalgebers ermittelt werden, mit Hilfe dessen die Ableitung des Druckes nach der Zeit (dp/dt) ermittelt wird, wobei der Beginn (t _s) des Einspritzvorganges durch das Erreichen eines ersten Schwellwertes und das Ende (t _f) durch das Überschreiten eines zweiten, höheren Schwellwertes gegeben sind.

6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch die Benutzung eines dem den Schneckenweg bestimmenden Hydraulikzylinder zugeordneten Druckgebers.

7. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch die Benutzung eines im Düsenkopf der Spritzgießmaschine vorgesehenen Druckgebers.

8. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch die Benutzung eines im Werkzeug vorgesehenen Druckgebers.