DE4110968A1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von gegenstaenden durch spritzgiessen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Gegenständen durch Spritzgießen mittels mindestens zweier verschiedener Komponen­ ten, von denen die eine ein in ein Spritzgußwerkzeug eingeführter plastischer Stoff und die andere ein dem Spritzgußwerkzeug unter Druck zugeführtes Gas ist.

Bei der Herstellung von Spritzgußteilen wird in Verbindung mit den plastischen Stoffen häufig ein unter Druck stehendes Gas eingesetzt, um Gewichts- und Materialeinsparun­ gen zu erreichen. Dieses Gas ist z. B. Stickstoff. Durch das Gas werden beispielsweise Hohlräume im plastischen Stoff gebildet. Darüberhinaus preßt das unter Druck stehende Gas den plastischen Stoff gegen die Wand der hohlen Form im Spritzgußwerkzeug, während sich der Stoff verfestigt.

Der Erfindung liegt das Problem zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art so weiterzuentwickeln, daß bereits während der Herstellung eines Gegenstands festgestellt werden kann, ob eine bestimmte Qualität am fertigen Produkt erreicht wird oder nicht.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, das sich dadurch auszeichnet, daß die Befüllung des Spritzgußwerkzeugs mit dem Gas zur Erzielung einer bestimmten Qualität der Gegenstände jeweils bei vorher festlegbarer bestimmter Temperatur des Spritzgußwerkzeugs sowie bei vorher festlegbarer Fließfähigkeit der ersten Komponente erfolgt und daß zur Erzeugung des Drucks für die zweite Kom­ ponente ein bewegliches Teil eines Verdichters in einem vorher festlegbaren Verfah­ rensabschnitt mit gleichbleibender oder nahezu gleichbleibender Leistung angetrieben wird und daß eine vom beweglichen Teil innerhalb einer vorgegebenen Zeit zurückge­ legte Wegstrecke mit einer vorgegebenen Wegstrecke verglichen wird oder die Zeit einer bestimmten vorher festlegbaren zurückgelegten Wegstrecke mit einer vorgegebe­ nen Zeit verglichen wird, wobei eine etwaige Abweichung ein Maß einer veränderten Qualität des jeweils hergestellten Gegenstands ist.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auf einfache Weise schon während der Herstellung von Spritzgußteilen eine Qualitätsüberwachung durchgeführt werden. Durch den Wegstrecken- bzw. Zeitvergleich erfolgt auf einfache Weise ein Produktbewertung und damit die Möglichkeit einer Selektierung. Bei häufigen Abweichungen kann unver­ züglich nach der Ursache gesucht und diese beseitigt werden. Auf diese Weise läßt sich der Anfall von Spritzgußteilen, die einen bestimmten Qualitätsstandard nicht einhalten, erheblich reduzieren. Es ist nicht notwendig, den Druckverlauf beim Befüllen der zweiten Komponente oder das in das Spritzgußwerkzeug eingefüllte Volumen der zweiten Komponente zu kontrollieren.

In Abhängigkeit von der zulässigen Toleranz kann bei einer oder mehreren Unter- oder Überschreitungen der Wegstrecke innerhalb der vorgegebenen Zeit oder der vorgegebe­ nen Zeit für eine bestimmte Wegstrecke eine Fehlmeldung erfolgen. Auf diese Weise kann eine Unterbrechung des Betriebs bei nur kurzzeitigen Störungen vermieden werden.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach vorzugsweise einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche mit einer Spritzgießmaschine, die jeweils zumindest eine Plastifiziereinrichtung, eine Temperatureinstelleinrichtung und eine Düse zur Zufuhr zumindest einer ersten Komponente zu einem Spritzgußwerkzeug und zumindest eine Quelle für eine zweite gasförmige Komponente aufweist, zeichnet sich dadurch aus, daß ein Verdichter einen in einem Zylinder mit gleichbleibender Leistung verschiebbaren Kolben enthält, durch den die zweite Komponente aus einer Zylin­ derkammer ausstoßbar ist, und durch den in voneinander getrennten Stellungen in der Zylinderkammer jeweils Lage- und/oder Zeitgeber betätigbar sind, daß bei Betätigung eines ersten Gebers ein Zeit- und/oder Wegerfassungsglied aktivierbar ist und daß die Zeit bzw. der Weg zwischen dem ersten und einem zweiten Geber erfaßbar und mit einem vorgegebenen Zeit- und/oder Wegwert vergleichbar ist.

Als Meldung kann ein akustischer und/oder optischer Alarm erzeugt werden. Die Meldung kann auch in einer Überwachungseinrichtung ausgewertet werden. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann auf einfache Weise die Veränderung von Her­ stellungsbedingungen erfaßt werden, die eine Verminderung der Qualität des fertigen Produkts erwirken. Es ist möglich, solche Veränderungen in einer Registriereinrichtung zu dokumentieren und/oder das Bedienungspersonal zu alarmieren. Der Alarm kann davon abhängig gemacht werden, ob die Differenz bei den miteinander verglichenen Weg- Zeitstrecken bei zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Herstellungsvorgängen auftritt und gegebenenfalls zunimmt oder ob sie nach der Herstellung eines Teils wieder verschwindet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kolben mit einer Kolbenstange ver­ bunden, die ein mit einem Zahnrad in Eingriff stehendes Gewinde aufweist, wobei das Zahnrad mit einem Elektromotor antreibbar ist. Mit einem derartigen Antrieb kann auf einfache Weise eine gleichbleibende Energiezufuhr für den Kolben erreicht werden. Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist der Kolben mit dem einen Ende einer Kolben­ stange verbunden, die an ihrem anderen Ende eine Stange eines pneumatischen An­ triebs und an ein Ende einer weiteren Stange angelenkt ist, deren anderes Ende an einem ortsfesten Träger angelenkt ist. Auch mit dieser Vorrichtung kann über die für die Zeitmessung relevante Wegstrecke eine nahezu gleichbleibende Leistung auf den Kolben mit Hilfe des pneumatischen Antriebs ausgeübt werden. Bevorzugterweise erfolgt ein hydraulischer Antrieb der Kolben.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen - für sich oder in Kombination -, sondern auch aus der nachfolgende Beschreibung von in einer Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Erzeugung von Gegenständen durch Spritzgießen mittels zweier verschiedener Komponenten im Schema,

Fig. 2 eine Vorrichtung zur Druckerzeugung für eine zweite, einem Spritzguß­ werkzeug zugeführte Komponente,

Fig. 3 eine andere Vorrichtung zur Druckerzeugung für die zweite, dem Spritz­ gußwerkzeug zugeführte Komponente,

Fig. 4 ein Diagramm des von einem beweglichen Teil eines Verdichters für die zweite Komponente zurückgelegten Weges, des Fülldrucks und der An­ triebsleistung des Verdichters als Funktion der Zeit und

Fig. 5 eine Prinzipdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer Vor­ richtung zur Druckerzeugung für ein Spritzgußwerkzeug.

Eine Vorrichtung zur Erzeugung von Gegenständen durch Spritzgießen mittels zweier Komponenten weist eine Spritzgießmaschine (10) auf, die eine Plastifiziereinrichtung (12), eine Temperatureinstelleinrichtung und eine Düse (14) enthält. Die Temperatur­ einstelleinrichtung ist nicht näher dargestellt.

Die Düse (14) ist an ihrem Ausgang mit einem Spritzgußwerkzeug (16) verbunden, das eine nichtdargestellte Hohlform zur Erzeugung von Gegenständen aufweist. Das Spritz­ gußwerkzeug (16) besteht aus einem ortsfesten Teil (18) und einem beweglich angeord­ neten Teil (20), das nach Beendigung eines Spritzgießvorgangs vom Teil (18) getrennt wird. Nach der Trennung kann der hergestellte Gegenstand aus dem im Teil (18) verbleibenden Abschnitt der Hohlform herausgenommen werden.

Die Gegenstände werden mittels zweier verschiedener Komponenten hergestellt. Die erste Komponente, ein plastifizierbarer Stoff, insbesondere ein Kunststoff, wird in der Spritzgußmaschine (10) vom festen in den plastischen Zustand überführt und danach über die Düse (14) in das Spritzgußwerkzeug (16) eingefüllt. Die zweite Komponente, ein Gas, insbesondere Stickstoff, wird einer Quelle (22) entnommen. Die Quelle (22) führt das Gas stets über ein Ventil (24) mit einer Leitung (26) in Verbindung, die an einen Verdichter (28) angeschlossen ist. Weiterhin steht die Leitung (26) über ein Ventil (30) mit der Düse (14) in Verbindung, in die die gasförmige zweite Komponente eingespeist wird. Über die Düse (14) gelangt die gasförmige zweite Komponente in das Spritzgußwerkzeug (16).

Der Verdichter (28) enthält einen Zylinder (32), in dem ein Kolben (34) verschiebbar angeordnet ist, mit dem das Gas aus der Quelle (22) über das Ventil (24) bei geschlos­ senem Ventil (30) angesaugt wird. Bei geschlossenem Ventil (24) wird das Gas aus dem Zylinder (32) ausgestoßen und über das offene Ventil der Düse (14) zugeführt.

Für die Abgabe des Gases aus dem Zylinder (32) sind zwei Verfahrensschritte vorgese­ hen, die in Fig. 4 mit A und B bezeichnet sind. Eine strichpunktierte senkrechte Linie markiert in Fig. 4 die Grenze zwischen den beiden Verfahrensschritten A und B. Zu Beginn des Verfahrensschritts A befindet sich der Kolben 34 in einer ersten Endstellung S₀ in der das Gasvolumen im Zylinder (32) eine Maximum hat. Der Kolben (34) ist mit einer Stange (36) verbunden, über die eine in Fig. 1 mit P bezeichnete Kraft mit einem Kolben (34) übertragen wird. Die Stellung S₀ ist in Fig. 1 und 4 dargestellt. Am Ende des Verfahrensschritts A nimmt der Kolben (34) eine Langstellung S₁ ein, die ebenfalls in Fig. 1 und 4 bezeichnet ist. In Fig. 4 ist die Stellung des Kolbens (34) in Ordinaten­ richtung in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt, die in Abszissenrichtung aufgetragen ist.

Beim Befüllen des Spritzgußwerkzeugs (16) mit dem Gas während des Verfahrens­ schritts A wird die Temperatur des Spritzgußwerkzeugs (16) konstant gehalten. Hierfür kann eine nicht dargestellte Heizeinrichtung vorgesehen sein, während der Befüllung wird darauf geachtet, daß die Fließfähigkeit, der Elastizitäts-Modul und die Temperatur der ersten Komponente, des plastischen Stoffs, konstant oder nahezu konstant sind. Zur Erfüllung dieser Bedingungen sind die Spritzgußmaschinen (10) und das Spritzgußwerk­ zeug (16) entsprechend eingerichtet. Dies kann z. B. eine Temperaturregeleinrichtung bzw. eine Wärmeisolierung sein.

Die Einhaltung einer gleichbleibenden Temperatur der ersten Komponente, einer gleichbleibenden Temperatur des Spritzgußwerkzeugs (16) und gleichbleibender Materi­ aleigenschaften der ersten Komponente während der Zufuhr der zweiten Komponente wirkt sich in einer guten Qualität des mit dem Spritzgußwerkzeug (16) erzeugten Produkts aus. Ebenso steigert die Qualität des Produkts ein gleichbleibender Fülldruck des Verdichters (28) und eine gleichbleibende Antriebsleistung während der Beschickung des Spritzgußwerkzeugs (16) mit der zweiten Komponente.

Während der Beschickung des Spritzgußwerkzeugs (16) mit der zweiten Komponente im Verfahrensschritt A legt der Kolben (34) die Wegstrecke zwischen den Stellungen S₀ und S₁ zurück. Es hat sich gezeigt, daß eine gleichbleibende Güte der mit dem Spritzwerk­ zeug (16) hergestellten Produkte dann auftritt, wenn der Kolben (34) bei gleichbleiben­ der Krafteinleitung während einer vorab festgelegten Zeit t die Strecke zwischen den Stellungen S₁ und S₀ zurücklegt. Die Zeit t hängt von den jeweiligen Bedingungen des Herstellungsverfahren, das heißt der Spritzgußmaschine (10) im Verdichter (28) des Spritzgußwerkzeugs (16) und dem Stoff, für das Endprodukt ab. Wenn der Kolben (34) nach der Zeit t nicht die Stellung S₁ erreicht hat, ist dies ein Anzeichen dafür, daß das mit dem Spritzgußwerkzeug (16) hergestellte Produkt nicht den gewünschten Anforde­ rungen an die Qualität entspricht.

Durch die Prüfung im Verfahrensschritt A, ob der Kolben (34) bei der Beschickung des Spritzgußwerkzeugs (16) mit Gas in der Zeit t die Wegstrecke zwischen den Stellungen S₀ und S₁ zurückgelegt hat, ist daher bereits während der Herstellung des Spritzguß­ produkts eine Aussage darüber möglich, ob das fertige Produkt gewünschte Qualitäts­ eigenschaften hat. An den Verfahrensschritt A schließt sich dann der Verfahrensschritt B, in dem weitere Einflüsse auf den Herstellungsvorgang z. B. Druckänderungen über entsprechende Kolbenbewegungen, möglich sind. In Fig. 4 ist der zurückgelegte Weg s, des Kolbens (34) in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt. Zwischen dem zurückgeleg­ ten Weg und der Zeit t besteht ein linearer Zusammenhang. Die Wegstrecke S₁ minus S₀ muß in der Zeit t₁ zurückgelegt werden, wenn gewisse Qualitätseigenschaften der Produkte gewährleistet sein sollten. Für die Feststellung, ob der Kolben (34) den vorgegebenen Weg in der vorab festgelegten Zeit zurückgelegt hat, ist eine Anordnung mit zwei Nocken (38), (40) auf der Kolbenstange (36) vorgesehen. Die Nocken (38), (40) sind im Abstand der festgelegten Wegstrecke angeordnet. Die Fahne (42) eines Endschalters (44) ragt in den Verschiebeweg der Nocken (38), (40).

Die Fahne (42) ist so eingestellt, daß der Nocken (40) bei der Verschiebung des Kol­ bens (34) aus seiner ersten Endlage, siehe Fig. 1 links dargestellt ist, über die Fahne (42) den Endschalter (44) betätigt. Über den nichtdargestellten Endschalterkontakt wird mittels eines Signals ein Zeitglied (46) angestoßen, daß zurücksetzbar ausgebildet ist. Wird das Zeitglied (46) nicht vor Ablauf einer eingestellten Zeitverzögerung zurückge­ setzt, dann bewirkt ein nach Ablauf der Zeitverzögerung erzeugtes Signal eine Meldung, z. B. an einer Lampe (48). Wenn die Nocke (38) an der Fahne (42) vorbeiläuft und diese betätigt, wird das Zeitglied (46) zurückgesetzt. Geschieht dies vor Ablauf der Zeitverzögerung, dann gibt das Zeitglied keine Meldung aus.

Im Falle einer Meldung wird das Bedienungspersonal bereits während der Herstellung der Produkte auf Qualitätsmängel aufmerksam gemacht. Es kann dann unverzüglich nach den Ursachen gesucht werden, um diese abzustellen. Umständliche Untersuchun­ gen am fertigen Produkt können deshalb entfallen. Darüberhinaus läßt sich auch die Anzahl der Produkte, die den Qualitätsstandard nicht erfüllen, reduzieren.

Es ist möglich, einen Alarm erst nach zwei - oder mehrmaligem Ablauf der vorgegebe­ nen Zeit vor Erreichen der Position S₁ in zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Arbeits­ gängen zu erzeugen, um nicht durch vorübergehende Störungen den Arbeitsablauf zu beeinträchtigen. Dies kann durch einen Zähler, z. B. im Rahmen einer Mikroprozessor- Steuerung, ausgeführt werden.

Eine gleichbleibende Antriebsleistung auf den Kolben (34) läßt sich mit der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung erreichen, bei der der Kolben (34) des Verdichters (28) mit einer Kolbenstange (50) verbunden ist, die ein Gewinde aufweist, das mit einem Zahn­ rad (52) angetrieben wird, das mit einem Elektromotor (54) verbunden ist. Die Kolben­ stange (50) trägt ebenso wie die Kolbenstange (36) die Nocken (38), (40).

In gleicher Weise wie bei der Vorrichtung gemäß Fig. 1 weist die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung den Endschalter (44) mit der Fahne (42), das Zeitglied (46) und die Lampe (48) auf. Die Einstellung der Nocken (38), (40) und des Endschalters (44) sowie die Verzögerungszeit stimmen bei den in Fig. 1 und 2 gezeigten Anordnungen überein. Die Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung, mit einem Verdichter (28), dessen Kolben (34) an ein Ende einer Kolbenstange (56) angelenkt ist, deren anderes Ende einerseits an das Ende einer zweiten Stange (58) und andererseits an das Ende einer Stange (60) angelenkt ist, die mit einem nichtdargestellten Kolben in einem Zylinder eines pneumatischen An­ triebs (62) verbunden ist. Die Stange (58) ist mit ihrem anderen Ende an einem orts­ festen Träger (64) angelenkt. Durch Betätigung des Antriebs (62) über einen nicht­ dargestellten Steuermechanismus wird die Stange (56) geschwenkt und zugleich in den Zylinder (32) verschoben. Der Antrieb (62) ist an einem Ende schwenkbar gelagert.

Hierdurch läßt sich eine nahezu gleichbleibende Krafteinwirkung auf den Kolben (34) erreichen.

Die Stange (56) trägt zwei Nocken (66), (68), in deren Verschiebeweg die nicht näher bezeichneten Fahnen von zwei Endschaltern (70), (72) angeordnet sind, die jeweils in den Stellungen S₀ und S₁ des Kolbens (34) betätigt werden. Mit der Betätigung des Endschalters (70) wird ein Zeitglied (74) angestoßen, daß mit der Betätigung des Endschalters (72) zurückgesetzt wird. Die Verzögerungszeit des Zeitglieds (74) ist etwas größer als die Zeit t₁ eingestellt. Dem Zeitglied (74) ist eine Lampe (76) nachgeschaltet.

Anstelle der Endschalter (44), (70), (72) können auch kontaktlose Geber, z. B. Licht­ schranken, verwendet werden. An das jeweilige Zeitglied (46) bzw. (74) kann auch eine Auswerteschaltung angeschlossen sein. Zweckmäßigerweise wird eine Auswerteschaltung verwendet, die einen Mikrorechner oder Mikroprozessor enthält. Die Zeitglieder (46) und (74) können auch Bestandteile eines Mikrorechners oder Mikrocomputers sein.

Falls die Zeitglieder (46) oder (74) nicht vor Ablauf der eingestellten Verzögerungszeit zurückgestellt werden, entsteht eine Meldung, die durch die nachfolgende Betätigung des Endschalters (44) bzw. (72) nicht gelöscht wird.

Wird in zuvor beschriebener Weise eine Qualitätssicherung durch Vergleich der Zeiten erreicht, die zum Durchfahren eines vorgegebenen Weges benötigt wird, so kann selbstverständlich auch ein Wegvergleich für ein fest vorgegebenes Zeitintervall vor­ genommen werden, um reproduzierbare Aussagen über die Güte der durch Spritzgießen hergestellten Gegenstände zu gewinnen.

In Fig. 5 ist rein schematisch eine Vorrichtung zur Erzeugung des erforderlichen Drucks für die zweite Komponente, dem Gas, dargestellt. Dabei werden für gleiche Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet. Der Kolben (34) wird hydraulisch betätigt. Hierzu wird die Kammer (78) des Verdichters (28) mit einem Hydraulikfluid beaufschlagt. Von der vom dem Kolben (34) im erforderlichen Umfang durchsetzten Kammer (32) strömt das Gas über die Leitung (26) wahlweise zu der Düse (24) oder unmittelbar in das Spritzgußwerkzeug (16).

Claims (6)

1. Verfahren zur Erzeugung von Gegenständen durch Spritzgießen mittels minde­ stens zweiter verschiedener Komponenten, von denen die eine ein in ein Spritz­ gußwerkzeug eingeführter plastischer Stoff und die andere ein dem Spritzguß­ werkzeug unter Druck zugeführtes Gas ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Befüllung des Spritzgußwerkzeugs mit dem Gas zur Erzielung einer bestimmten Qualität der Gegenstände jeweils bei vorher festlegbarer bestimmter Temperatur des Spritzgußwerkzeugs sowie bei vorher festlegbarer Fließfähigkeit der ersten Komponente erfolgt und daß zur Erzeugung des Drucks für die zweite Komponente ein bewegliches Teil eines Verdichters in einem vorher festlegbaren Verfahrensabschnitt mit gleichbleibender oder nahezu gleichbleibender Leistung angetrieben wird und daß eine vom beweglichen Teil innerhalb einer vorgegebe­ nen Zeit zurückgelegte Wegstrecke mit einer vorgegebenen Wegstrecke ver­ glichen wird oder die Zeit einer bestimmten vorher festlegbaren zurückgelegten Wegstrecke mit einer vorgegebenen Zeit verglichen wird, wobei eine etwaige Abweichung ein Maß einer veränderten Qualität des jeweils hergestellten Gegen­ stands ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Abweichung der gemessenen Wegstrecke von der vorgegebenen Weg­ strecke oder der gemessenen Zeit von der vorgegebenen Zeit eine Meldung hervorgerufen wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach vorzugsweise einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche mit einer Spritzgießmaschine, die jeweils zumindest eine Plastifiziereinrichtung, eine Temperatureinstelleinrichtung und eine Düse zur Zufuhr zumindest einer ersten Komponente zu einem Spritz­ gußwerkzeug und zumindest eine Quelle für eine zweite gasförmige Komponente aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verdichter (28) einen in einem Zylinder (32) mit gleichbleibender Leistung verschiebbaren Kolben (34) enthält, durch den die zweite Komponente aus einer Zylinderkammer ausstoßbar ist, und durch den in voneinander getrenn­ ten Stellungen in der Zylinderkammer jeweils Lage- und/oder Zeitgeber betätig­ bar sind, daß bei Betätigung eines ersten Gebers ein Zeit- und/oder Wegerfas­ sungsglied aktivierbar ist und daß die Zeit bzw. der Weg zwischen dem ersten und einem zweiten Geber erfaßbar und mit einem vorgegebenen Zeit- und/oder Wegwert vergleichbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (34) mit einer Kolbenstange (50) verbunden ist, die eine mit einem Zahnrad (52) in Eingriff stehendes Gewinde aufweist, und daß das Zahn­ rad mit einem Elektromotor (54) antreibbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (34) mit dem einen Ende einer Kolbenstange (56) verbunden ist, die an ihrem anderen Ende an eine Stange (60) eines pneumatischen Antriebs (62) und an eine Ende einer weiteren Stange (58) angelenkt ist, deren anderes Ende an einem ortsfesten Träger (64) angelenkt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (34) hydraulisch angetrieben ist.