DE3803595C2 - - Google Patents
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- B29K2075/00—Use of PU, i.e. polyureas or polyurethanes or derivatives thereof, as moulding material
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Robotics (AREA)
- Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich
tung zur Werkzeugfüllung bei der Verarbeitung von Poly
urethan durch einen Reaction-Injection-Molding-Prozeß
auf Dosieranlagen nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1
und 9.
Im Reaction-Injection-Molding(RIM)-Prozeß werden Reak
tionskomponenten während der Polymersynthese in einem
einem Spritzgießwerkzeug vergleichbaren Werkzeug ausge
formt. Die Art der Verarbeitung und der Formteilherstel
lung unterscheidet sich damit grundlegend von bekannten
Spritzgießmaterialien.
Hieraus resultieren besondere Anforderungen an die Ver
fahrenstechnik.
Die wechselseitigen Beziehungen zwischen Volumenstrom,
Gasbeladung, Komponententemperatur, Werkzeugtemperatur,
Werkzeuginnendruck einerseits und Formteilqualität ande
rerseits sind bislang ungeklärt.
Dadurch ist es von besonderer Bedeutung, eine gute Re
produzierbarkeit der obengenannten Prozeßparameter si
cherzustellen, da die Wiederholbarkeit der Qualität des
Formteils von der Reproduzierbarkeit einzelner Prozeß
parameter abhängt.
Aus dem Aufsatz in "Plastverarbeiter", 1984, Nr. 9,
S. 84-94, ist ein Verfahren zur Werkzeugfüllung bekannt,
bei dem der Werkzeugfüllvorgang bei der Polyurethan-
(PUR)-Verarbeitung über eine Zeitsteuerung gesteuert
ist. An der Verarbeitungsanlage wird die Zeit, in der
die Werkzeugkavität mit dem Reaktionsgemisch zu füllen
ist, nach einem Try-and-Error-Prinzip anhand der Druck
kurve des Werkzeuginnendrucks eingestellt. Die Zeit
steuerung mit fest vorgegebenen Füllzeiten hat den Nach
teil, daß keine von Schuß zu Schuß reproduzierbaren
Werkzeuginnendruckverläufe erzielbar sind. Hieraus re
sultiert eine Über- und Unterfüllung der Kavität, die
zu Gewichtsschwankungen der Formteile führt und damit
zu einer unterschiedlichen Qualität der Formteile.
Aus der DE-OS 35 21 948 ist ferner ein Verfahren be
kannt, bei dem der Werkzeuginnendruck angußnah gemessen
wird und zur Steuerung des Dosiervolumenstromes einge
setzt wird. Ziel dieser Verfahrensweise ist es, einen konstan
ten, maximalen Druck im Anschnittbereich zu erlangen.
Hierzu muß bei fortschreitender Werkzeugfüllung der
Massenstrom der Dosiermaschine reduziert werden, um den
fließabhängigen Druckverlust konstant zu halten. Der
gemessene Druck wird also nur zur Verstellung der Do
sieraggregate und zur Nachführung der Mischkopfdüsen
zum Einstellen von Mischungsdrücken benötigt. Das Do
siervolumen bzw. die Dosiermenge und somit der Werkzeug
füllgrad wird durch dieses Verfahren nicht beeinflußt.
Dies ist technisch auch nicht realisierbar, da Mi
schungsdrücke und Werkzeuginnendrücke aus Gründen der
Mischgütekonstanz nicht miteinander verknüpft werden
können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zu schaffen, das eine Verringerung
der Streuung der Formteilgenauigkeit ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen erfindungsgemäß die
Merkmale des Hauptanspruchs.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist Gegenstand des Anspruchs 9.
Die Höhe des erreichten Werkzeuginnendrucks oder eines
davon abgeleiteten Druckparameters ist ein Maß für den
Füllgrad und infolgedessen für das Schußgewicht. Durch
die Überwachung des Abschaltdruckparameters, z. B. des
Werkzeuginnendrucks läßt sich folglich ein in hohem
Maße konstantes Schußgewicht er
zielen, wodurch eine hohe Reproduzierbarkeit der Form
teilqualität möglich ist. Der exakt einstellbare und
folglich exakt reproduzierbare Werkzeuginnendruck führt
darüber hinaus zu homogeneren Formteileigenschaften.
Bei einer solchen werkzeuginnendruckabhängigen Dosier
abschaltung sind Reduzierungen der Streuung im Form
teilgewicht auf weit unter 1% durchführbar.
Ausgehend von einem Anfangsdruck, der von Schuß zu
Schuß schrittweise erhöht wird, kann anhand einer eine
Werkzeugüberfüllung anzeigenden Druckspitze ein Maxi
maldruck festgestellt werden, wobei als optimaler Ab
schaltdruck für weitere Fertigungzyklen der um die
letzte Druckerhöhung reduzierte Maximaldruck verwendet
werden kann. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß
der fertigungstechnisch maximal sinnvolle Abschaltdruck
als Kriterium zum Beenden des Füllvorganges verwendet
wird.
Als Werkzeuginnendruckparameter kann auch das Integral
des während des Dosiervorganges variierenden Werkzeug
innendrucks verwendet werden. Für die Fertigungszyklen
wird während des Schusses laufend das zeitliche Druck
integral mit dem zum optimalen Abschaltdruck gehörenden
Druckintegral verglichen. Weicht der Wert des bei jedem
Schuß ermittelten Druckintegrals von dem zum optimalen
Abschaltdruck gehörenden Druckverlauf ab, wird das zum
optimalen Abschaltdruck gehörende Druckintegral als
Kriterium zur Beendigung des Dosiervorgangs verwendet.
Damit werden Veränderungen der Fließeigenschaften des
Reaktionsgemisches, die zu einem veränderten zeitlichen
Verlauf der Werkzeuginnendrücke führen, berücksichtigt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß der Werkzeuginnendruck
in der Kavität angußnah gemessen wird. Die angußnahe
Messung des Werkzeuginnendrucks hat den Vorteil, daß in
diesem Bereich der Werkzeuginnendruck am höchsten ist,
wodurch gleichzeitig eine eventuelle Überschreitung des
maximal zulässigen Werkzeuginnendrucks überwacht werden
kann.
Als Werkzeuginnendruckparameter kann auch der Mittel
wert von mehreren im Abstand voneinander gemessenen
Werkzeuginnendrücken verwendet werden. Auf diese Weise
können anormale örtliche Druckspitzen bei einem einzel
nen Sensor korrigiert werden.
Bei Hochdruck-Kolben-Dosieranlagen kann der Dosiervor
gang durch Ausschalten der Ansteuerung für den Dosier
kolben beendet werden. Bei der Verarbeitung von PUR-
Komponenten mit Dosierkolben, die zum Beispiel über
einen Linearverstärkerantrieb angesteuert werden, er
gibt sich somit eine weitere steuerungstechnische Mög
lichkeit zur Verbesserung der Dosiergenauigkeit. Bei
Erreichen des vorgegebenen Grenzwertes unterbricht die
Steuerung die Ansteuerung des Dosierkolbenantriebs. Auf
Grund der wesentlich kürzeren Reaktionszeiten elektri
scher Systeme gegenüber elektro-hydraulischen oder rein
hydraulischen Systemen, erfolgt hierbei eine exakte und
schnelle Unterbrechung des Volumenstroms und damit des
Dosiervorgangs. Dabei kann die Ansteuerung der Hydrau
likelemente zum Schließen des Mischkopfes gleichzeitig
oder anschließend erfolgen.
Bei Dosieranlagen mit Hochdruckpumpen kann der Dosier
vorgang mit Hilfe von Umschaltventilen, durch die die
Mischkomponenten vor dem Mischkopf über eine Rücklauf
leitung in die Rohstofftanks zurückgeführt werden, be
endet werden. Durch die Umschaltung des Volumenstroms
der Mischungskomponenten auf die Rückführleitung läßt
sich ebenfalls der Dosiervorgang ohne zeitliche Verzö
gerung abbrechen.
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnun
gen durch Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 eine Hochdruck-Kolben-Dosieranlage und
Fig. 2 eine Dosieranlage mit Hochdruckpumpen.
Die in Fig. 1 dargestellte Hochdruck-Kolben-Dosieran
lage weist zwei Dosierkolbeneinheiten 7, 8 auf, die über
Zuführleitungen 5, 6 PUR-Mischkomponenten für die Form
teilherstellung einem Mischkopf 4 zuführen, über den
die gemischten Komponenten in eine Werkzeugkavität 3
gefördert werden. In der Werkzeugkavität sind zwei
Druckmaßsensoren 1, 2 angeordnet. Der Werkzeuginnendruck
kann über einen angußnahen Druckmaßsensor 2 und/oder über
einen angußfernen Druckmaßsensor 1 erfaßt werden. Zwischen
den Druckmaßsensoren 1 und 2 können auch weitere Druckmaßsen
soren angeordnet sein, deren Drucksignale über Leitun
gen 13, 14 zunächst einem Analog-Digitalwandler 12 und
dann einer logischen Schaltung oder einem Prozeßrechner
zur Steuerung der Maschinenfunktionen zugeführt werden.
Die logische Schaltung 11 steuert sowohl den Mischkopf
4 als auch die Dosierkolbeneinheiten 7, 8 über Leitungen
9, 10 an, wodurch bei Abbruch des Dosiervorganges die
Zustellbewegung der Dosierkolben beendet werden kann
und der Mischkopf verschlossen werden kann.
Erreicht der Druck in der Werkzeugkavität 3 einen vorbe
stimmten Grenzwert, der aus einem bestimmten Abschalt
druck, einem Integralwert bis zu einem bestimmten Ab
schaltdruck, einem Mittelwert von mehreren Drucksigna
len oder einer Kombination dieser Druckparameter beste
hen kann, wird zunächst die Ansteuerung der Dosierkol
beneinheiten 7, 8 unterbrochen und anschließend der
Mischkopf verschlossen. Mehrere Druckmaßsensoren ermögli
chen die Feststellung, ob hohe Druckunterschiede zwi
schen angußnahen und angußfernen Formteilbereichen be
stehen, die zu einem nicht konstanten Dichteprofil des
Formteils führen würden.
Besonders geeignet für den Antrieb der Dosierkolben
sind hierbei Linearverstärkerantriebe, deren Pilot-
Schrittmotoren von der logischen Schaltung 11 direkt
angesteuert werden können. Diese Linearverstärkeran
triebe ermöglichen eine wesentlich kürzere Reaktions
zeit im Vergleich zu elektro-hydraulischen oder rein
hydraulischen Systemen. Die schnelle Unterbrechung des
Volumenstroms und damit des Dosiervorganges erhöht die
Genauigkeit des Dosiervorganges.
Fig. 2 zeigt eine Dosieranlage mit Hochdruckhydraulik
pumpen 17, 18, die die Mischkomponenten aus Rohstoff
tanks 15, 16 über Zuführleitungen 5, 6 dem Mischkopf 4
zuführen. Von dem Mischkopf 4 laufen Rückführleitungen
5′, 6′ wieder zurück zu den Rohstofftanks 15, 16. Die
Zuführ- und Rückführleitungen 5, 6, 5′, 6′ enthalten von
der logischen Schaltung 11 über eine Leitung 19 an
steuerbare Umschaltventile 20, 21, die zwecks Beendigung
des Dosiervorganges von der logischen Schaltung 11 um
geschaltet werden, um den Volumenstrom in den Zuführ
leitungen 5, 6 in die Rückführleitungen 5′, 6′ umzu
lenken. Damit ist ebenfalls eine unmittelbare Unter
brechung des Dosiervorganges möglich. Die Rückführlei
tungen 5′, 6′ weisen Drosselventile 22, 23 auf, um in den
Leitungen einen einstellbaren Widerstand vorzusehen.
Wenn der vorgegebene Grenzwert erreicht wird, werden
außerdem die Hochdruckpumpen 17, 18 abgeschaltet sowie
der Mischkopf 4 in die Schließstellung überführt.
Die werkzeuginnendruckabhängige Steuerung des Dosier
vorgangs ermöglicht, die Schußgewichte in engen Grenzen
von Schuß zu Schuß konstant zu halten. Das Verfahren
kann bei RIM-Systemen mit und ohne Verstärkungsstoffe
eingesetzt werden und sowohl bei Ein- als auch bei Mehr
stellen-Dosieranlagen oder Zwei- und Mehrkomponenten-
Dosieranlagen Anwendung finden. Die verwendeten Werk
zeuge können mit und ohne Entlüftung ausgeführt sein.
Der optimale Abschaltdruck wird in einem Anfahrvorgang,
beispielsweise von einem Prozeßrechner, iterativ über
einen Suchalgorithmus ermittelt. Der Druck in der Werk
zeugkavität wird dabei ausgehend von einem Anfangswert
zwischen 5 und 10 bar von Schuß zu Schuß schrittweise
erhöht, bis eine Druckspitze festgestellt wird, die
eine vollständige Füllung der Werkzeugkavität anzeigt.
Für die weiteren Schüsse wird der so ermittelte Maxi
maldruck um den Wert des zuletzt durchgeführten Such
schritts erniedrigt. Der auf diese Weise bestimmte op
timale Abschaltdruck wird für die weiteren Fertigungs
zyklen als Kriterium zur Beendigung des Dosiervorgangs
benutzt.
Claims (13)
1. Verfahren zur Werkzeugfüllung bei der Verarbeitung
von Polyurethan durch einen Reaction-Injection-
Molding-Prozeß auf Dosieranlagen, bei dem nach
einer abhängig vom Verlauf des Innendrucks in der
Werkzeugkavität gesteuerten Dosierzeit der Dosier
vorgang beendet wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Werkzeuginnendruck bei jedem Dosiervorgang fortwährend gemessen und die Dosierzeit für jeden Dosiervorgang abhängig vom Erreichen eines vorgege benen, als optimal bestimmten Abschaltdruckparame ters variabel gesteuert wird.
dadurch gekennzeichnet,
daß der Werkzeuginnendruck bei jedem Dosiervorgang fortwährend gemessen und die Dosierzeit für jeden Dosiervorgang abhängig vom Erreichen eines vorgege benen, als optimal bestimmten Abschaltdruckparame ters variabel gesteuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Werkzeuginnendruck, ausgehend von einem
Anfangsdruck, von Schuß zu Schuß schrittweise er
höht wird, bis eine eine Werkzeugüberfüllung an
zeigende Druckspitze festgestellt wird und daß als
optimaler Abschaltdruckparameter für weitere Ferti
gungszyklen der um die letzte Druckerhöhung redu
zierte maximale Werkzeuginnendruck verwendet wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da
durch gekennzeichnet, daß als Abschaltdruckparame
ter das Integral des während des Dosiervorganges
ansteigenden Werkzeuginnendrucks verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß der Werkzeuginnendruck
in der Kavität angußnah gemessen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da
durch gekennzeichnet, daß als Abschaltdruckparame
ter der Mittelwert von mehreren im Abstand vonein
ander gemessenen Werzeuginnendrücken verwendet
wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da
durch gekennzeichnet, daß der Dosiervorgang durch
Schließen des Mischkopfes beendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da
durch gekennzeichnet, daß bei Hochdruck-Kolben-
Dosieranlagen der Dosiervorgang durch Ausschalten
der Ansteuerung für den Dosierkolben beendet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da
durch gekennzeichnet, daß bei Dosieranlagen mit
Hochdruckpumpen der Dosiervorgang durch Rückführen
der Mischkomponenten vor dem Mischkopf in die Roh
stofftanks beendet wird.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einem Mischkopf,
der eingangsseitig mit einer Dosieranlage für die
zu mischenden Komponenten und ausgangsseitig mit
einer Werkzeugkavität verbunden ist, in der min
destens ein Druckmeßsensor zur Messung des Werk
zeuginnendrucks angeordnet ist, und mit einer Zeit
steuerung für die Dosierzeit,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zeitsteuerung (11, 12) von dem Druckmeß sensor (1, 2) bei Erreichen eines vorgegebenen, als optimal bestimmten Abschaltdruckparamters zum Beenden des Dosiervorgangs betätigbar ist.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zeitsteuerung (11, 12) von dem Druckmeß sensor (1, 2) bei Erreichen eines vorgegebenen, als optimal bestimmten Abschaltdruckparamters zum Beenden des Dosiervorgangs betätigbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich
net, daß mindestens ein Druckmeßsensor angußnah
angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch ge
kennzeichnet, daß mehrere im Abstand voneinander
angeordnete Druckmeßsensoren (1, 2) angeordnet sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die variable Zeitsteu
erung (11, 12) bei Hochdruck-Kolben-Dosieranlagen
den Antrieb für den Dosierkolben (7, 8) zum Beenden
des Dosiervorganges ausschaltet.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß bei Dosieranlagen mit
Hochdruckpumpen (17, 18) in den Zuführleitungen
(5, 6) zum Mischkopf (4) von der Steuerung (11, 12)
ansteuerbare Umschaltventile (20, 21) angeordnet
sind, die zum Beenden des Dosiervorganges die zuge
führten Mischkomponenten über Rücklaufleitungen
(5′, 6′) in Rohstofftanks (15, 16) zurückleiten.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19883803595 DE3803595A1 (de) | 1988-02-06 | 1988-02-06 | Verfahren und vorrichtung zur werkzeugfuellung bei der verarbeitung von polyurethanen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19883803595 DE3803595A1 (de) | 1988-02-06 | 1988-02-06 | Verfahren und vorrichtung zur werkzeugfuellung bei der verarbeitung von polyurethanen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3803595A1 DE3803595A1 (de) | 1989-08-17 |
DE3803595C2 true DE3803595C2 (de) | 1990-09-20 |
Family
ID=6346781
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19883803595 Granted DE3803595A1 (de) | 1988-02-06 | 1988-02-06 | Verfahren und vorrichtung zur werkzeugfuellung bei der verarbeitung von polyurethanen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3803595A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10329249A1 (de) * | 2003-06-24 | 2005-01-13 | Volkswagen Ag | Prozessintegrierter Messwertaufnehmer für Schäumverfahren |
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DE10309814B3 (de) * | 2003-03-05 | 2004-09-16 | Krauss-Maffei Kunststofftechnik Gmbh | Verfahren zur Herstellung von Bauteilen mit einer kompakten Polyurethan (PUR)-Versiegelungsschicht |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3521948A1 (de) * | 1984-06-20 | 1986-01-09 | Elastogran Maschinenbau GmbH, 2844 Lemförde | Verfahren und vorrichtung zum verarbeiten von mehrkomponentenkunststoffen, insbesondere polyurethan |
-
1988
- 1988-02-06 DE DE19883803595 patent/DE3803595A1/de active Granted
Cited By (1)
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DE10329249A1 (de) * | 2003-06-24 | 2005-01-13 | Volkswagen Ag | Prozessintegrierter Messwertaufnehmer für Schäumverfahren |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE3803595A1 (de) | 1989-08-17 |
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