DE3884406T2

DE3884406T2 - Regeleinheit für einspritzgiessvorrichtung.

Info

Publication number: DE3884406T2
Application number: DE88903357T
Authority: DE
Inventors: Tetsuji Funabashi; Nobuaki Inaba; Masashi Kaminishi; Kazuo Matsuda; Nobukazu Tanaka
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1987-04-07
Filing date: 1988-04-07
Publication date: 1994-02-17
Anticipated expiration: 2008-04-08
Also published as: JPS63249613A; DE3884406D1; US4932854A; JPH0423896B2; EP0409982A4; EP0409982A1; EP0409982B1; WO1988007925A1; KR890700456A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung einer Spritzgußmaschine, die zur Bildung von Plastik-Formteilen geschmolzenenes Harz in den Hohlraum einer Form injiziert.
Bei einer Spritzgußmaschine wird ein in einem langgestreckten Zylinder plastiziertes Plastikmaterial mittels Drehbewegung einer Schnecke durch eine Düse injiziert, um den Hohlraum einer Form mit dem Plastikmaterial zu füllen. Anschließend, wenn sich das Plastikmaterial in der Form abgekühlt und verfestigt hat, wird das Formteil durch Öffnen der Form herausgenommen.
Als herkömmliche Technik bei einem Spritzgußverfahren für eine Spritzgußmaschine dieses Typs ist ein programmierter Spritzprozeß bekannt, bei dem die Spritzgeschwindigkeit gesteuert wird. Bei diesem Verfahren wird die Bewegungsgeschwindigkeit der Schnecke gesteuert, um die Geschwindigkeit des Ausspritzens aus der Düse, d.h. die Strömungsgeschwindigkeit des Harzes in die Form, zu steuern, wobei die Bewegungsgeschwindigkeit der Schnecke in mehreren Stufen gesteuert wird. Diese Technik ist z.B. in JP-A-48-95458 und JP-A-59-64337 offenbart.
Da jedoch bei diesen herkömmlichen Techniken der Durchmesser der Düsenöffnung konstant ist, wird bei einer Änderung der Spritzgeschwindigkeit auch eine Veränderung des Wertes der Erwärmung verursacht, die durch die Scherkräfte des Harzes an der Düse entsteht. Somit wird auch dann, wenn nur die Spritzgeschwindigkeit geändert werden soll, mit dieser auch die Temperatur des Harzes verändert, so daß die zu steuernden Faktoren kompliziert werden und die Steuerung nur unter Schwierigkeiten durchführbar ist.
Eine weitere herkömmliche Technik (JP-A-60-242022) offenbart einen gedrosselten Wegabschnitt, der an dem Düsenende vorgesehen ist. Während des Spritzvorgangs wird die Öffnung des gedrosselten Wegabschnitts verändert, um den Wert der durch Scherkräfte an der Düse erzeugten Erwärmung zu verändern und auf diese Weise die gewünschte Harztemperatur zu erzeugen. Um eine ungleichmäßige Verteilung der Harztemperatur in Abhängigkeit von der Position des Schneckenhubes zu vermeiden, wird bei dieser Technik die Öffnung des Dusenventils entsprechend der Position der Schnecke variabel gesteuert, damit auf diese Weise die Temperatur des eingespritzten Harzes konstant gehalten wird. Um eine derartige Steuerung zu erzielen, ist es jedoch erforderlich, vor dem Beginn des Einspritzschrittes die Verteilung der Harztemperatur längs der Achse der Schnecke für die gesamte Zeit exakt zu kennen. Zu diesem Zweck muß ein aufwendiger Vorbereitungsvorgang durchgeführt werden, der u.a. das Ermitteln der Verteilung der Harztemperatur und das Feststellen der mittleren Temperaturverteilung mittels zahlreicher Experimente umfaßt, so daß diese Technik vom Aspekt der präzisen Temperatursteuerung, der Arbeitseffizienz und der Praktikabilität problematisch ist.
Zur Steuerung einer gleichförmigen Harztemperatur beim Spritzguß umfassen die die Änderung der Harz- Temperatur verursachenden Faktoren die Temperatur der verwendeten Form sowie die Erwärmung aufgrund von Scherkraft an dem Düsenabschnitt, die durch eine Änderung der Spritzgeschwindigkeit entsteht. Wenn die Temperatur der Form schwankt, verändert sich dementsprechend die Temperatur des in den Hohlraum eingefüllten flüssigen Harzes, wobei sich auch das spezifische Volumen des Harzes verändert, und somit sind die Abmessungen des resultierenden Produktes nicht konstant.
Als Stand der Technik, der sich mit der Temperatur einer Form befaßt, ist ein Gußsteuerverfahren bekannt, bei dem die Korrelation zwischen der Temperatur (oder der Temperatur des Harzes) und dem Druck des Harzes errechnet wird und beim Spritzguß die Ist-Temperatur der Form (oder die Ist-Temperatur des Harzes) ermittelt und der Harz-Druck gesteuert wird. Beispielsweise wird der Druck verringert, um den Harz-Druck um einen Betrag zu verringern, der einem Abnehmen der Temperatur der Form (oder der Temperatur des Harzes) entspricht.
Ein derartiges Gußsteuerverfahren ist sehr aufwendig, bietet nur geringe Genauigkeit und kann nicht als optimales Gußsteuerverfahren bezeichnet werden. Falls sich nämlich der Harz-Druck ändert, ändert sich die Verteilung der Innenspannung in der Form, wodurch sich unerwünschterweise minderwertige Produkte ergeben.
Wenn die Temperatur der Form (oder die Temperatur des Harzes) schwankt, bietet es sich an, die Temperatur des Gehäuses entsprechend dieser Schwankung zu steuern, um die Temperatur des Harzes direkt zu korrigieren, aber die Temperaturreaktionsrate des Gehäuses ist im Vergleich mit der Gußzyklusrate sehr niedrig, so daß eine derartige Steuerung in der Praxis nicht effektiv ist.
Wenn die Temperatur der Form präzise derart gesteuert wird, daß sie keinen Schwankungen unterworfen ist, kann ein stabilisierter Gußvorgang durchgeführt werden. Die Temperatur der Form schwankt jedoch in Abhängigkeit von der atmosphärischen Temperatur, so daß zur exakten Steuerung der Temperatur der Form die Temperatur innerhalb einer Fabrik, in der die Spritzgußmaschine installiert ist, auf einen konstanten Wert geregelt werden muß, und deshalb wäre die Steuerung aufwendig und unpraktisch.
EP 0 262 229, die gemäß Artikel 54(3) EPÜ als zum Stand der Technik gehörig zu betrachten ist, beschreibt eine Steuervorrichtung für eine Spritzgußmaschine, die in einem Gehäuse befindliches geschmolzenes Harz mittels Bewegung einer Schnecke durch eine an einem Gehäuseende angeordnete Düse in einen Hohlraum einer Form injiziert, mit
einer Düsenöffnungsveränderungseinrichtung zum variablen Steuern des Drosselwegquerschnitts der Düse,
einer Schneckengeschwindigkeitsveränderungseinrichtung zum Steuern der Bewegungsgeschwindigkeit der Schnecke, und
einer Steuereinrichtung zum Steuern der Düsenöffnungsveränderungseinrichtung.
Die Steuereinrichtung steuert die Düsenöffnungsveränderungseinrichtung durch Vergleichen der von einem Spritzschraubenpositionsdetektor und einem Spritzschraubenbewegungsgeschwindigkeitsdetektor erhaltenen Detektionssignale mit einem voreingestellten Spritzschraubenpositionssignal und einem voreingestellten Spritzschraubenbewegungsgeschwindigkeits-Signal.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Steuervorrichtung für eine Spritzgußmaschine zu schaffen, die in der Lage ist, zur Erleichterung der Gußoperation die Spritzgeschwindigkeit und die Harztemperatur separat zu steuern, und präzise und gleichförmige Formteile herzustellen.
Die Erfindung ist in Anspruch 1 bzw. Anspruch 10 definiert.
Die Steuervorrichtung nach der Erfindung kann beim Spritzvorgang die spezifischen Volumen des Harzes unabhängig von Schwankungen der Formtemperatur zu jeder Zeit gleichförmig beibehalten und schafft aufeinanderfolgend präzise stabilisierte Formteile.
Bei der Erfindung wird die Düsenöffnung entsprechend einer Änderung in der Formtemperatur variabel gesteuert, um die Reibwärme (den durch Scherkraft erzeugten Erwärmungswert) des die Düse passierenden Harzes zu ändern und dadurch die spezifischen Volumen des Harzes unabhängig von Veränderungen der Formtemperatur dauerhaft auf einem konstanten Wert zu halten, die Qualität aufeinanderfolgender Formteile präzise zu stabilisieren und die Kosten zu reduzieren. Wenn die Formtemperatur im Vergleich mit einer voreingestellten Referenztemperatur niedrig ist, wird die Querschnittsfläche der Düsenöffnung verringert, während, wenn die Formtemperatur hoch ist, die Querschnittsfläche der Öffnung vergrößert wird, um auf diese Weise die Reibwärme des die Düse passierenden geschmolzenen Harzes zu steuern.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild der Steuerung bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 zeigt ein Diagramm der Beziehung zwischen einem Anstieg der Harztemperatur und der Strömungsgeschwindigkeit des die Düse passierenden Harzes;
Fig. 3 zeigt eine detaillierte geschnittene Teilansicht des Aufbaus einer Form;
Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild der Steuerung bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild der Steuerung bei einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild der Steuerung bei einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild der Steuerung bei einer fünften Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 8 zeigt ein Blockschaltbild der Steuerung bei einer sechsten Ausführungsform der Erfindung.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsform, die in den Figuren gezeigt ist, detailliert beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung. Die Spritzvorrichtung weist ein zylindrisches Gehäuse 1 auf, in das eine Schnecke 2 gleitbar und drehbar derart eingeführt ist, daß ein in einem Behälter 3 befindliches Harz 20 geschmolzen wird und daß der Hohlraum 6 der Form 5 mit dem durch die Düse 4 eingespritzten geschmolzenen Harz gefüllt wird. Die Schnecke 2 ist mit einer Kolbenstange 8 in einem Spritzzylinder 7 verbunden. Eine von einem hydraulischen Motor 9 gedrehte Antriebswelle 10 ist mit der Kolbenstange 8 verkeilt, um so die Schnecke 2 zu drehen und sie in Einspritzrichtung zu bewegen.
Die Düse 4 ist mit einem Strömungsgeschwindigkaftssteuermechanismus versehen, der die Öffnungsfläche der Düse steuert, wobei es sich z.B. um ein Düsenventil 11 handeln kann, das über einen Verbindungsmechanismus, der einen Hebel 12 und eine Stange 13 aufweist, mit einem Düsenventilsteuerer, z.B. einem Proportionalmagneten 14, verbunden ist. Durch Steuern eines dem Magneten 14 zugeführten elektrischen Stroms wird die Öffnung des Düsenventils 11 verändert, um auf diese Weise die Öffnungsfläche der Düse 4 zu steuern.
Mit dem Bezugszeichen 15 ist ein Rückschlagventil bezeichnet.
Dem Hydraulikzylinder 7 wird über ein Strömungssteuerungsventil 22 und ein Richtungssteuerventil 23 Drucköl zugeführt. Das Strömungssteuerungsventil 22 ist ein elektromagnetisches Strömungsgeschwindigkeitssteuerungsventil, das die Strömungsgeschwindigkeit des dem Zylinder 7 zugeführten Öls entsprechend einem elektrischen Befehl, der von einer Spritzgeschwindigkeitseinstelleinheit 30 ausgegeben wird, variierbar steuert, um eine dem Eingabebefehl entsprechende Schneckengeschwindigkeit zu erzeugen.
An der Spritzgeschwindigkeitseinstelleinheit 30 sind im vorliegenden Fall drei Schneckengeschwindigkeiten V1, V2 und V3 eingestellt, so daß die Schneckengeschwindigkeit innerhalb eines einzigen Spritzprozesses in den drei Stufen V1, V2 und V3 variabel ist. Das Ausgangssignal von der Spritzgeschwindigkeitseinstelleinheit 30 wird dem Strömungssteuerungsventil 22 und ferner einer Ventilöffnungsberechnungsund -steuereinheit 35 zugeführt.
Die Ventilöffnungsberechnungs- und -steuereinheit 35 errechnet die Öffnung des Düsenventils entsprechend der Schneckengeschwindigkeit, zu der die Steuereinheit 35 Daten empfangen hat, und gibt das Ergebnis der Rechnung an die Düsenventilsteuereinheit 14 aus, so daß die Öffnung des Düsenventils 11 variabel gesteuert wird. Vor einer detaillierten Beschreibung des Aufbaus der Steuereinheit 35 wird das Prinzip der Erfindung erläutert.
Wie erwähnt, erhöht sich beim Passieren des einzuspritzenden geschmolzenen Harzes 20 durch die Düse 4 die Temperatur des Harzes aufgrund von Reibungswärme. Die Reibungswärme ΔT ergibt sich aus der folgenden Gleichung (1):
ΔT = A W ΔP/Cp ... (1)
Dabei bezeichnen -
A das thermische Äquivalent der Arbeit,
W das spezifische Volumen des Harzes bei einer absoluten Temperatur von 0ºK;
Cp die spezifische Wärme bei konstantem Druck; und
ΔP die Druckdifferenz durch den gedrosselten Wegabschnitt.
Die Strömungsgeschwindigkeit (Spritzgeschwindigkeit) VR des den gedrosselten Wegabschnitt 4 durchlaufenden Harzes ist bestimmt durch
VR = a p1/n ... (2),
wobei a und 1/n durch das Harz bestimmte Konstanten sind.
Aus den Gleichungen (1) und (2) ergibt sich
ΔT= A W (VR/a)n/Cp
= K VRn ... (3),
wobei K = A W (1/a)n/Cp.
Somit ist die in dem gedrosselten Wegabschnitt entstehende Reibungswärme AT des geschmolzenen Harzes repräsentiert durch das Produkt einer Proportionalkonstante K und der n-ten Potenz der Strömungsgeschwindigkeit VR des durch die Düse tretenden Harzes.
Bei der Spritzgußmaschine ergibt sich die Strömungsgeschwindigkeit (Spritzgeschwindigkeit) VR des Harzes an dem Düsenabschnitt 4, die durch die Bewegung der Schnecke 2 in dem Gehäuse 1 erzeugt wird, aus
VR = VS/AN VS ... (4).
Dabei bezeichnen -
AS die Querschnittsfläche des Gehäuses,
VS die Bewegungsgeschwindigkeit der Schnecke, und
AN den Drosselwegquerschnitt der Düse.
Somit ergibt, sich aus den Gleichungen (3) und (4)
T = K VRn
= K (AS/AN VS)n
= α (AS/AN VS)n ... (5),
wobei α = K ASn.
Aus der Gleichung (5) ist ersichtlich, daß, falls der Schneckendurchmesser (der Querschnittsbereich AS des Gehäuses) und die Harzcharakteristiken (W,Cp,a, 1/n) vorgesehen sind, der Erwärmungswert ΔT, der in dem die Düse 4 passierenden geschmolzenen Harz erzeugt wird, durch die Bewegungsgeschwindigkeit VS der Schnecke und den Drosselwegquerschnitt AN der Düse bestimmt ist.
Fig. 2 zeigt aus Experimenten erhaltene Daten über das Verhältnis zwischen ΔT und VR bei fünf Arten von als Parameter verwendeten Harzen, beispielsweise GPGS, ABS etc., wobei PM mittels Gleichung (4) errechnet wird und TS die jeweilige Ist-Temperatur der Harze angibt.
In der Spritzgußtechnik ist es weithin bekannt, daß die Spritzgeschwindigkeit VR des Harzes an der Düse (die Strömungsgeschwindigkeit des das Düsenventil passierenden Harzes pro Stunden-Einheit) und die Temperatur T des geschmolzenen Harzes das Aussehen etc. von Formteilen beträchtlich beeinflussen. Gemäß dem zweiten Schaubild wird, wenn die Spritzgeschwindigkeit VR geändert wird, auch die Harztemperatur T geändert, so daß sich VTR und T durch reguläre Steuerung nicht separat voneinander steuern lassen.
In Gleichung (5) ergibt sich die Reibwärme AT an der Düsenfläche als Verhältnis zwischen der Schneckenbewegungsgeschwindigkeit VS zu der Drosselwegfläche AN der Düse. Die Schneckenbewegungsgeschwindigkeit VS ist proportional zu der Spritzgeschwindigkeit VR. Somit sollte, damit die Harztemperatur T unabhängig von Änderungen der Spritzgeschwindigkeit VR konstant gehalten wird, die Drosselwegfläche AN der Düse derart geändert werden, daß in Gleichung (5) VS/AN entsprechend den Änderungen der Schneckenbewegungsgeschwindigkeit VS konstant ist. Wenn VS ansteigt, sollte AN derart erhöht werden, daß VS/AN konstant wird.
Somit ist es möglich, die Spritzgeschwindigkeit VR und die Harztemperatur T als jeweilige unabhängige Parameter separat zu steuern.
Das oben erläuterte Prinzip betrifft die Steuerung, die nur unter Berücksichtigung der Reibungswärme an dem Düsenabschnitt 4 durchgeführt wird. Gemäß Fig. 3 gelangt bei der regulären Spritzvorrichtung das durch die Düse 4 in die Form 5 eintretende Harz weiter in einen Einguß 16, einen Angußkanal 17 und einen sogenannten Anguß 18 mit reduzierter Querschnittsfläche in den Hohlraum 6.
Somit ergibt sich der Gesamt-Reibwärmewert ΔT' des Reibwärmewertes ΔT an dem Düsenabschnitt 4 und dem an dem Einguß, dem Angußkanal und dem Anguß erzeugten Reibwärmewert ΔTa aus der folgenden Gleichung (6):
ΔT' = ΔT + ΔTa
= α( (VS/Ai)n+(VS/AN)n) + (VS/AN)n) ... (6),
wobei ß = Ai-n,
i die Anzahl der Drosselwegbereiche an dem Einguß-, dem Angußkanal- und dem Angußabschnitt, und
Ai die jeweilige Querschnittsfläche der Drosselwegbereiche des Einguß-, des Angußkanal- und des Angußabschnitts ist.
Da in Gleichung (6) ß konstant wird, wenn die Form festgelegt ist, wird auch ΔT' eine Funktion von AN und VS. Wenn der Drosselwegquerschnitt AN der Düse derart gesteuert wird, daß (ß+AN-n) VSn konstant gehalten wird, wenn sich die Spritzgeschwindigkeit VR ändert, kann die Temperatur des Harzes, das durch den Angußabschnitt 18 in den Hohlraum 6 gelangt, dauerhaft konstant gehalten werden.
Obwohl das obige Beispiel von der Annahme ausgeht, daß die Steuerung frei von dem Einfluß der Formtemperatur ist, wird das geschmolzene Harz, während es in die Form strömt, von der Form gekühlt. Deshalb wird bei niedriger Spritzgeschwindigkeit das geschmolzene Harz weiter gekühlt, und somit ist es schwierig, die Temperatur des in den Form-Hohlraum 6 strömenden Harzes trotz Änderungen der Spritzgeschwindigkeit zu steuern, indem man sich lediglich auf die oben erläuterte Steuerung verläßt. Deshalb sollte bei einem Abnehmen der Spritzgeschwindigkeit die Düsenfläche um einen Betrag gedrosselt sein, der der durch die Abkühlung der Form verursachten Abnahme der Harztemperatur entspricht.
Die Steuerung soll anhand der Gleichung (6) detaillierter beschrieben werden. Es sollte eine Steuerung vorgesehen sein, bei der die Öffnung geringfügig mehr gedrosselt wird als die Öffnung von AN und dabei (ß+AN-n)VSn konstant gehalten wird, d.h. eine derartige Steuerung des Wertes AN, daß (ß-γ+AN-n)VSn konstant gehalten wird, wobei γ ein Wert ist, der an der Düsenfläche einen übermäßigen Erwärmungswert erzeugt.
Während auf die oben aufgeführten Weise der Erwärmungswert konstant gehalten werden soll, ist es andererseits auch möglich, den Erwärmungswert des Harzes frei auf einen gewünschten Wert für die Schneckengeschwindigkeit VS zu steuern, wenn (ß-γ+AN-n)VSn so gesteuert wird, daß der Wert konstant gehalten wird, und wenn der Wert γ gleichzeitig variabel eingestellt wird.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform der Vorrichtung wird die Harztemperatur auf einem vorbestimmten Wert gehalten, indem die Öffnung des Düsenventils 11 entsprechend Änderungen (V1, V2 oder V3) der Bewegungsgeschwindigkeit VS der Schnecke 2 auf der Basis des oben erläuterten Prinzips variabel gesteuert wird. Bei dem Spritzvorgang werden die Geschwindigkeitssignale V1 - V3 von der Spritzgeschwindigkeitseinstelleinheit 30 nacheinander einer Düsenventilöffnungssteuereinheit 35 zugeführt, in der die Drosselwegquerschnitte des Düsenventils 4, AN = f(Vn) (Vn: V1,V2,V3) entsprechend den Geschwindigkeiten V1 - V3 der Schnecke 2 nacheinander berechnet werden und ein Befehl an den Düsenventilsteuereinheit 14 ausgegeben wird, um einen dem Wert von AN entsprechenden Restriktionswert zu erhalten. Das Verfahren des Setzens der Funktion AN = f(Vn) enthält einen Vorgang zum Bestimmen von AN derart, daß VS/AN auf der Basis der Gleichung (5) konstant gehalten wird, einen Vorgang zum Bestimmen von AN derart, daß (ß-γ+AN-n)VSn auf der Basis der Gleichung (6) konstant gehalten wird, oder einen Vorgang zum Bestimmen von AN derart, daß (ß-γ+AN-n)VSn konstant gehalten wird. Die für die Rechnung benötigten Konstanten α, ß, γ und 1/n sollten vor dem Einstellen der Funktionen experimentell bestimmt werden.
Da bei dieser speziellen Ausführungsform die Öffnung des Düsenventils 11 variabel derart gesteuert wird, daß die Harztemperatur entsprechend einer Änderung der Einstell-Punkte V1 - V3 für die Bewegungsgeschwindigkeiten der Schnecke 2 auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird, erfolgt die Steuerung der Temperatur des durch das Düsenventil tretenden geschmolzenen Harzes automatisch, und somit wird die Temperatur des in den Hohlraum der Form strömenden geschmolzenen Harzes mit hoher Operabilität gesteuert. Da beim neueren Superempler-Spritzguß die Schmelztemperatur des Harzes hoch ist, nämlich 350 - 500ºC, sind für das Gehäuse 1 der Spritzgußmaschine spezielle Materialien erforderlich. Bei der vorliegenden Ausführungsform dagegen kann die Temperatur des durch das Düsenventil tretenden geschmolzenen Harzes frei gesteuert werden. Beispielsweise kann die Temperatur des geschmolzenen Harzes in dem Gehäuse 1 auf einen niedrigen Wert eingestellt werden, d.h. auf 300 - 350ºC, um dadurch unter Verwendung der von dem Harz erzeugten Reibwärme eine gewünschte Schmelztemperatur zu erzielen. Somit kann die Gehäusetemperatur niedrig eingestellt werden, und es ist unnötig, spezielle Materialien für das Gehäuse zu verwenden, um einen kostengünstigen Superempler- Spritzvorgang durchzuführen. Da die durch den Karz erfolgende Wärmeerzeugung an dem Düsenventil unmittelbar auftritt, existiert kein Problem aufgrund von Wärmestau in dem Gehäuse 1, und Schmoren, Belagbildung, schwarze Streifen, Entfärbung, Materialverschlechterung etc. können verhindert werden, so daß eine Massenproduktion durchgeführt werden kann, die in stabiler Weise gute Spritzprodukte schafft.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Schneckengeschwindigkeit VS anstelle der Spritzgeschwindigkeit VR benutzt. Die Spritzgeschwindigkeit VR ist die Geschwindigkeit, mit der das Harz aus der Düse 4 in den Form-Hohlraum 6 strömt, und das Verhältnis zwischen der Spitzgeschwindigkeit VR und der Schneckengeschwindigkeit VS ergibt sich wie erwähnt aus der Gleichung (4):
VR = AS/AN VS
Der Düsendurchmesser kann entsprechend der verwendeten Form geändert werden, wobei in diesem Fall die Schneckengeschwindigkeit VS anstelle der Spritzgeschwindigkeit VR benutzt wird.
Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Während bei der ersten Ausführungsform als Schneckengeschwindigkeit VS ein Einstell-Punkt (ein gewünschter Wert) für das Schneckengeschwindigkeits- Steuerungssystem verwendet wird, wird bei der in Fig. 4 gezeigten zweiten Ausführungsform als Schneckengeschwindigkeit VS der ermittelte Ist-Wert verwendet.
Die Ventilöffnungsberechnungs- und -steuereinheit 35 empfängt einen Detektionswert, der die durch einen Schneckengeschwindigkeitssensor 37 detektierte Bewegungsgeschwindigkeit VS der Schnecke 3 angibt, über einen Verstärker 36. Die Ventilöffnungsberechnungsund -steuereinheit 35 führt entsprechend dem Ist- Wert Rechenvorgänge durch, die den bereits erläuterten ähnlich sind, um die Schneckenöffnung AN entsprechend dem Ist-Wert zu berechnen, und steuert die Öffnung des Düsenventils 11 variabel entsprechend dem Ist-Wert, um auf diese Weise die Harztemperatur auf einem gewünschten Wert zu halten.
Da bei der Spritzgußmaschine die Temperatur des das Düsenventil 4 passierenden Harzes aufgrund von Reibwärme ansteigt, kann die Spritzgeschwindigkeit VR indirekt ermittelt werden, indem die Temperatur T des Harzes, das das Düsenventil 4 passiert hat, detektiert wird. Somit kann die Anordnung derart vorgesehen sein, daß durch Detektion der Temperatur des Harzes, der das Düsenventil passiert hat, der Restriktionsbetrag des Düsenventils 4 entsprechend dem detektierten Wert der Harztemperatur gesteuert wird.
Zur Detektion der Harztemperatur kann (1) wie in der dritten Ausführungsform gemäß Fig. 5 gezeigt, ein Harztemperatursensor 40 in dem Düsenventil 4 oder in dem Hohlraum 6 der Form vorgesehen sein; (2) wie in der vierten Ausführungsform gemäß Fig. 6 gezeigt, ein Drucksensor 45 die Differenz zwischen den Drükken vor und hinter dem Drosselwegabschnitt des Düsenventils 4 oder die Differenz zwischen dem Druck vor dem Drosselwegabschnitt des Düsenventils 4 und dem Druck des Harzes in der Form (Druckverlust) ermitteln, um den sich aufgrund der Reibung des Harzes ergebenden Erwärmungswert zu berechnen; oder (3) der aufgrund der Reibung des Harzes entstehende Erwärmungswert kann aus der Spritzgeschwindigkeit VR errechnet werden.
Fig. 7 zeigt eine fünfte Ausführungsform der Erfindung, die eine Düsenöffnungseinstelleinheit 50 aufweist, in der (in diesem Fall drei) Einstell-Punkte AN&sub1;, AN&sub2; und AN&sub3; für die Düsenöffnung AN in einem einzigen Spritzablauf eingestellt werden, um den Düsenventiltreiber 14 zu steuern. Die Einstell-Punkte AN&sub1; - AN&sub3; werden jeweils in eine Spritzgeschwindigkeitssteuereinheit 55 eingegeben, die mittels der Ventilöffnungsberechnungs- und -steuereinheit 35 der ersten Ausführungsform eine zu der Rechnung AN = f(Vn) inverse Rechnung VN = f&supmin;¹ (AN) durchführt. Die Eingabeventilöffnungs-Einstellpunkte AN&sub1;, AN&sub2; und AN&sub3; werden jeweils in die entsprechenden Schneckengeschwindigkeiten VS umgesetzt, wobei die Harztemperatur auf der Basis der Gleichungen (5) oder (6) konstant gehalten wird, und die Umsetzwerte VS werden jeweils dem Strömungssteuerungsventil 22 zugeführt. Bei der fünften Ausführungsform wird lediglich das Verhältnis zwischen der Spritzgeschwindigkeitseinstelleinheit 30 und der Ventilöffnungsberechnungs- und -steuereinheit 35 gemäß der ersten Ausführungsform durch ein anderes ersetzt, um Wirkungen zu erzielen, die den durch die erste Ausführungsform erzielten ähnlich sind.
Fig. 8 zeigt eine sechste Ausführungsform der Erfindung, die einen in der Form 5 vorgesehenen Formtemperatursensor 60 aufweist. Die Ist-Temperatur T von dem Sensor 60 wird einem Komparator 71 einer Steuereinheit 70 zugeführt, wo sie mit einer in einer Referenz-Formtemperatur-Einstelleinheit eingestellten Referenztemperatur T&sub0; verglichen wird. Die Abweichung &epsi; wird einer Korrekturberechnungseinheit 73 zugeführt, um auf der Basis eines in einer Korrekturkoeffizienteneinstelleinheit 74 eingestellten Korrekturkoeffizienten k und der in einer Düsenventilöffnungseinstelleinheit 75 eingestellten Öffnung AN einen Korrekturwert zu errechnen, und der resultierende Korrekturwert wird einer Steuereinheit 76 zugeführt, der daraufhin dem Proportionalmagneten 14 einen Steuerstrom liefert, um die Öffnung des Düsenventils zu ändern.
Im folgenden wird die Arbeitsweise der sechsten Ausführungsform beschrieben. Zunächst wird die Form 5 auf eine Temperatur erwärmt, die durch eine in der Form 5 eingebaute Heizeinheit oder dgl. eingestellt ist, und das Düsenventil 11 wird derart gesteuert, daß es die in der Düsenventilöffnungseinstelleinheit 75 eingestellte Öffnung AN aufweist.
Die Temperatur der Form 5 während des Gießens wird von einem Formtemperatursensor 60 ermittelt, dessen Ausgangssignal dann der Steuereinheit 70 zugeführt wird. Wenn die ermittelte Temperatur T der Referenztemperatur T&sub0; gleich ist, ist die Abweichung &epsi; Null, so daß die Düsenventilöffnung der eingestellten Öffnung AN gleich ist.
Wenn die ermittelte Temperatur T niedriger ist als die Referenztemperatur T&sub0;, wird eine Abweichung &epsi; erzeugt, so daß die Korrekturberechnungseinheit 73 einen Korrekturwert errechnet, der die eingestellte Öffnung AN mittels eines Korrekturkoeffizienten k verkleinert; somit wird die Steuereinheit 76 veranlaßt, dem Proportionalmagneten 14 einen elektrischen Steuerstrom zur Verkleinerung der Öffnung des Düsenventils zuzuführen. In dieser Weise wird die Öffnungsfläche der Düse 4 reduziert, und der Widerstand gegen die Strömung des geschmolzenen Harzes und somit die Reibwärme steigen an, um die Temperatur des geschmolzenen Harzes anzuheben und auf diese Weise das spezifische Volumen des Harzes in dem Hohlraum 6 zu erhöhen.
Wenn die ermittelte Temperatur T höher ist als die Referenztemperatur T&sub0;, wird die Öffnung des Düsenventils 11 und somit die Öffnungsfläche der Düse 4 vergrößert, um den Widerstand gegen die Strömung des geschmolzenen Harzes und somit die erzeugte Reibwärme zu verringern und im Gegensatz zu dem oben erwähnten Fall das spezifische Volumen des Harzes zu verringern.
Wie erwähnt, wird bei der sechsten Ausführungsform eine Änderung der Formtemperatur ermittelt, und entsprechend der ermittelten Temperaturänderung wird der durch Reibung erzeugte Erwärmungswert des Harzes, der ein Faktor der gleichen Temperatur ist, gesteuert, d.h. der Reibungswärmewert des geschmolzenen Harzes wird geändert, indem zur Regelung der Temperatur des geschinolzenen Harzes die Öffnungsfläche der Düse 4 so eingestellt wird, daß das spezifische Volumen des Harzes konstant gehalten wird; somit wird der Gießvorgang präzise in stabiler Weise durchgeführt, um nacheinander Formteile mit gleichbleibender Qualität zu erzeugen. Da der Druck des geschmolzenen Harzes nicht gesteuert wird, verändert sich die Verteilung der Spannung in dem Harz nicht, so daß die Erzeugung minderwertiger Formteile verhindert wird. Bei diesem Steuervorgang ist lediglich eine Veränderung der Öffnungsfläche der Düse 4 erforderlich, so daß die Steuerung einfach ist. Zudem ist es nicht nötig, die Raumtemperatur in der Fabrik konstant auf einem bestimmten Wert zu halten, so daß die Vorrichtung kostengünstig ist.
Die Erfindung ist verwendbar für Spritzgußmaschinen, bei denen zur Bildung von Kunststoff-Formteilen ein plastiziertes Kunststoffmaterial durch einen an einem Gehäuseende vorgesehenen Düsenabschnitt und mittels Bewegung einer Schnecke in den Hohlraum einer Form gespritzt wird.

Claims

1. Steuervorrichtung für eine Spritzgußmaschine, die ein in einem Gehäuse (1) befindliches geschmolzenes Harz mittels Bewegung einer Schraube (2) durch eine an einem Gehäuseende angeordnete Düse (4), in einen Hohlraum (6) einer Form (5) spritzt,

mit

einer Düsenöffnungsveränderungseinrichtung (11, 12,13,14) zum variablen Steuern der Drosselwegfläche AN der Düse (4),

einer Schraubengeschwindigkeitsveränderungseinrichtung (22) zum Steuern der Bewegungsgeschwindigkeit Vs der Schraube (2), und

einer die Bewegungsgeschwindigkeit Vs der Schraube (2) empfangenden Steuereinrichtung (35) zum Errechnen der Drosselwegfläche AN der Düse (4), derart, daß Vs/AN entsprechend der Geschwindigkeit Vs konstant wird, und zum Ausgeben des so errechneten Wertes AN an die Düsenöffnungsveränderungseinrichtung (11,12,13,14).

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Form (5) einen Einguß (16), einen Angußkanal (17) und einen Anguß (18) aufweist, und bei der die Steuereinrichtung (35) die Drosselwegfläche AN der Düse (4) derart errechnet, daß

(ß + AN-n)Vsn konstant wird, wobei ß die Gesamtsumme der Querschnittsbereiche in dem Einguß (16), dem Angußkanal (17) und dem Anguß (18) ist und n eine durch das Harz bestimmte Konstante ist, und den so errechneten Wert AN an die Düsenöffnungsveränderungseinrichtung (11,12,13, 14) ausgibt.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Form (5) einen Einguß (16), einen Angußkanal (17) und einen Anguß (18) aufweist, und bei der die Steuereinrichtung (35) die Drosselwegfläche AN der Düse (4) derart errechnet, daß (ß - γ + AN-n) Vsn konstant wird, wobei ß die Gesamtsumme der Querschnittsbereiche in dem Einguß (16), dem Angußkanal (17) und dem Anguß (18) ist, γ der durch das Abkühlen der Formtemperatur verursachte Abfall der Harztemperatur ist, und n eine durch das Harz bestimmte Konstante ist, und den so errechneten Wert AN an die Düsenöffnungsveränderungseinrichtung (11,12,13,14) ausgibt.

4. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Steuereinrichtung (35) die Drosselwegfläche AN der Düse (4) derart errechnet, daß (-γ + AN-n) Vsn konstant wird, wobei γ der durch das Abkühlen der Formtemperatur verursachte Abfall der Harztemperatur ist, und n eine durch das Harz bestimmte Konstante ist, und den so errechneten Wert AN an die Düsenöffnungsveränderungseinrichtung (11,12,13,14) ausgibt.

5. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die in die Steuereinrichtung (35) eingegebene Bewegungsgeschwindigkeit Vs der Schraube < 2) ein in die Schraubengeschwindigkeitsveränderungseinrichtung (22) eingegebener Zielwert ist.

6. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die in die Steuereinrichtung (35) eingegebene Bewegungsgeschwindigkeit Vs der Schraube (2) der ermittelte Wert der Bewegungsgeschwindigkeit der Schraube (2) ist.

7. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, bei der während eines Einspritzvorgangs die Schraubengeschwindigkeitsveränderungseinrichtung (22) die Bewegungsgeschwindigkeit der Schraube (2) in mehrere unterschiedliche Geschwindigkeiten ändert.

8. Steuervorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Steuereinrichtung (35) die Drosselwegfläche AN der Düse (4) derart steuert, daß (ß - γ + AN-n) Vsn konstant wird, während sie den Wert von γ veränderlich steuert.

9. Steuervorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Steuereinrichtung (35) die Drosselwegfläche AN der Düse (4) derart steuert, daß (-γ + AN-n) Vsn konstant wird, während sie den Wert von γ veränderlich steuert.

10. Steuervorrichtung für eine Spritzgußmaschine, die ein in einem Gehäuse (1) befindliches geschmolzenes Harz mittels Bewegung einer Schraube (2) durch eine an einem Gehäuseende angeordnete Düse (4) in einen Hohlraum (6) einer Form (5) spritzt,

mit

einer Schraubengeschwindigkeitsveränderungseinrichtung (22) zum Steuern der Bewegungsgeschwindigkeit Vs der Schraube (2),

einer Düsenöffnungseinstelleinrichtung (22) zum Einstellen eines Zielwertes AN der Düsenöffnung, der in die Düsenöffnungsveränderungseinrichtung (11,12,13,14) eingegeben wird, und

einer den Zielwert AN der Düsenöffnung empfangenden Steuereinrichtung (55) zum Errechnen der Bewegungsgeschwindigkeit Vs der Schraube (2) derart, daß Vs/AN entsprechend dem Zielwert AN konstant wird, und zum Ausgeben des so errechneten Wertes Vs an die Schraubengeschwindigkeitsveränderungseinrichtung (22).