DE4141996A1 - Verfahren zur ueberwachung und/oder regelung eines formgebungsprozesses fuer vernetzende formmaterialien - Google Patents
Verfahren zur ueberwachung und/oder regelung eines formgebungsprozesses fuer vernetzende formmaterialienInfo
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- B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
- B29C45/17—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29C45/76—Measuring, controlling or regulating
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- B29C35/00—Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
- B29C35/02—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
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- B29K2101/00—Use of unspecified macromolecular compounds as moulding material
- B29K2101/10—Thermosetting resins
Description
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Überwachung und/oder
Regelung eines Formgebungsprozesses für vernetzende Formmateralien
nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche. Bei der Herstellung von
Kunststoffteilen aus vernetzenden Formmaterialien, sogenannten
Duroplasten, wird das sich aus mindestens zwei Komponenten zusammen
setzende Formmaterial unter Druck in eine vorgewärmte Spritzgußform
gepreßt. Die Temperaturerhöhung des kalten Materials, das durch die
beim Einpressen entstehende Friktionswärme noch zusätzlich erhöht
wird, setzt eine chemische Reaktion der Materialkomponenten in Gang,
wodurch das Material auszuhärten beginnt und ein Formteil in der
Gestalt des Formhohlraums entsteht. Nachdem das fertige Teil ausge
stoßen ist, erfolgt eine Sichtkontrolle bezüglich der Formhaltigkeit
und in bestimmten Zeitabständen eine Kontrolle der Maßhaltigkeit.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung und/oder Regelung
eines Formgebungsprozesses für vernetzende Formmaterialien hat den
Vorteil, daß durch die Erfassung der Reaktionsgeschwindigkeit,
hierunter ist die Konzentrationsänderung der Ausgangsmaterialien
während des Vernetzungsprozesses pro Zeiteinheit zu verstehen, eine
automatische qualitative Bewertung des momentan gefertigten Teiles
ermöglicht wird.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind
vorteilhafte Verbesserungen des angegebenen Verfahrens möglich.
Am vorteilhaftesten wird die Reaktionsgeschwindigkeit durch Messen
des Forminnendrucks bestimmt, der mit dieser aufgrund der geringen
Kompressibilität des Formmaterials in direktem Zusammenhang steht
und annähernd frei von äußeren Einflüssen ist. Sind die An
forderungen an die quantitative Erfassung der Reaktionsgeschwindig
keit geringer, kann in einfacher Weise die nach außen abgegebene
Wärme des exothermen Vernetzungsprozesses gemessen und zur Über
wachung und/oder Regelung des Vernetzungsprozesses herangezogen
werden.
Durch Erfassen des maximalen Abfalls des Forminnendrucks nach Er
reichen des maximalen Forminnendrucks wird eine detailliertere Aus
sage über den Zustand des herzustellenden Teiles ermöglicht. Ist der
Abfall zu steil, so reagieren die Komponenten des Formmaterials zu
schnell, das heißt, das Formmaterial härtet zu schnell aus und eine
vollständige Formfüllung kann nicht erzielt werden. Ein zu flacher
Abfall deutet auf einen langsamen Reaktionsverlauf und bei vorge
gebenem Taktzyklus auf ein unvollständiges Vernetzen der beiden
Komponenten hin.
Wenn sichergestellt ist, daß der gemessene Kurvenverlauf des Form
innendrucks in engen Grenzen konstant ist, stellt die Fläche unter
dem Graphen des Forminnendrucks ein Maß für die Reaktionsgeschwin
digkeit dar. Eine gegenüber einem Sollwert vergrößerte Fläche deutet
auf einen flacheren, eine kleinere Fläche auf einen steileren
Kurvenverlauf des Forminnendrucks und damit auf eine kleinere
beziehungsweise größere Reaktionsgeschwindigkeit hin. In
vorteilhafter Weise läßt sich das Integral durch Aufsummierung
zeitlich hintereinander aufgenommenen Werten des Forminnendrucks
errechnen.
Sind dem Formmaterial Additive beigemengt, kann die Reaktionsge
schwindigkeit nicht immer einwandfrei bestimmt werden, so daß es
hier vorteilhaft ist, den Zeitpunkt eines Druckminimums, das durch
die Überlagerung der durch den Vernetzungsprozeß bedingten
Schwindung und der durch die Reaktion der Additive bedingten
Expansion entsteht, zu bestimmen und zur Überwachung und/oder
Regelung des Formgebungsprozesses heranzuziehen. In bestimmten
Fällen kann es von Vorteil sein, statt des Zeitpunkts den minimalen
Wert des Druckminimums zu bestimmen.
Weiterhin hat es sich als sehr vorteilhaft erwiesen, aus den Meß
werten für die Reaktionsgeschwindigkeit über mehrere Zyklen hinweg
durch Bildung eines Mittelwertes eine Kenngröße zur Überwachung des
laufenden und zur Regelung des folgenden Prozesses zu bilden. Mit
der vorgeschlagenen Mittelwertsbestimmung wird erreicht, daß die
Wirkung jedes einzelnen Meßwertes theoretisch unendlich lang in
dieser Kenngröße enthalten bleibt, jedoch mit abklingender Ge
wichtung Berücksichtigung findet. Ferner kann diese Mittelwertsbe
stimmung einfach programmiert werden und benötigt nur einen geringen
Speicherplatzbedarf.
In den Abbildungen ist die erfindungsgemaße Überwachung in Form von
Diagrammen dargestellt. Es zeigen
Fig. 1 den Verlauf des Forminnen
drucks im Werkzeug über der Zeit beim Verarbeiten von vernetzenden
Materialien und Fig. 2 den Verlauf des Forminnendrucks über der
Zeit beim Verarbeiten von vernetzenden Materialien, denen Additive
beigemischt sind.
Bei einer nicht dargestellten Spritzgießanordnung werden die vorge
mischten, kalten Komponenten des Formmaterials mittels einer
Schnecke in eine Spritzgießform gepreßt.
Die Spritzgießform weist ein Formnest mit einem Hohlraum in der
Gestalt des herzustellenden Teils auf und ist vortemperiert. Ferner
ist in der Spritzgießform ein den vom eingepreßten Formmaterial
erzeugten Forminnendruck aufnehmender Drucksensor eingebaut. Diese
Anordnung ist allgemein bekannt und soll nicht näher beschrieben
werden.
Zu einer Zeit t0(Fig. 1) wird das kalte Formmaterial einge
spritzt, das sich durch die entstehende Friktionswärme teilweise
erwärmt und zu einer Zeit t1 den Drucksensor erreicht. Mit fort
schreitender Füllung des Formnests steigt der Druck an und wächst,
wenn das Formnest bei einer Zeit t2 vollständig gefüllt ist, über
proportional stark. Nach der Zeit t2 schaltet die Steuerung der
Maschine vom Fülldruck auf Nachdruck um und hält diesen Druck auf
recht. Durch die weitere Erwärmung des sich in der Form befindlichen
Materials steigt der Forminnendruck und das Material beginnt zu ver
netzen. Bei einer Zeit t3 wird das Druckmaximum erreicht. Ab einem
Zeitpunkt t4 ist die Masse soweit verfestigt, daß ein Nachpressen
von Formmaterial mittels der Schnecke nicht mehr möglich ist. Das
Formmaterial vernetzt weiter, wodurch der Formeninnendruck sinkt.
Der Vorgang des Vernetzens kann somit direkt durch Messen des Druck
abfalls des Forminnendrucks beobachtet werden.
Der Knick zur Zeit t5 entsteht durch das Abheben der Schnecke der
Spritzgießmaschine von der Spritzgießform. Danach sinkt der Form
innendruck weiter mit steigender Vernetzung. Zu einem nicht mehr
dargestellten Zeitpunkt wird nach Öffnen der Spritzgießform das Teil
ausgestoßen.
Die maximale Reaktionsgeschwindigkeit liegt erfahrensgemäß zwischen
den Zeiten t4 und t5 und fließt in den Verlauf des Forminnen
drucks so ein, daß der Druckabfall maximal wird. Durch Bestimmen des
Druckabfalls, insbesondere des maximalen Druckabfalls je Zeitein
heit, kann auf die Reaktionsgeschwindigkeit, insbesondere auf die
maximale Reaktionsgeschwindigkeit geschlossen und ein Maß für die
Qualität des herzustellenden Teils abgeleitet werden. Ein zu flacher
Druckabfall weist auf eine geringe Reaktionsgeschwindigkeit und
damit auf eine langsame Vernetzung hin, während ein sehr steiler
Druckabfall mit einer großen Reaktionsgeschwindigkeit verbunden ist
und eine sehr schnelle Vernetzung erkennen läßt. Der maximale
Forminnendruckabfall je Zeiteinheit während der Nachdruck- und/oder
Dosierphase wird somit als Maß für die Reaktionsgeschwindigkeit oder
Reaktivität erfaßt. Durch diese Messung des Druckabfalls erhält man
neben einem Hinweis auf die Konstanz des Verarbeitungsprozesses auch
eine Aussage über die Stoffkonstanz. Änderungen der Reaktionsge
schwindigkeit geben einen Hinweis auf die Teilqualität in optischer
Hinsicht, auf die Maßhaltigkeit und weitere Merkmale. Diese Art der
Messung ist unabhängig vom Druckmaximum oder vom Zeitpunkt des
maximalen Druckabfalls.
In Fig. 2 ist ein Forminnendruckverlauf dargestellt, wie er für
einen wie oben beschriebenen Herstellungsprozeß auftritt, bei dem
vernetzende Formmaterialien Verwendung finden, denen LS-(low shrink)
oder LP-(low profil) Additive beigemengt sind. Diese Additive, die
dem Formmaterial zum Beispiel zur Minderung bei der Herstellung
auftretender Rißbildung beigemengt werden, können den Druckverlauf
derart beeinflussen, daß die Reaktionsgeschwindigkeit aufgrund der
Überlagerung des Vernetzungsprozesses und des Wirkprozesses der
Additive nicht immer eindeutig bestimmt werden kann.
Durch die Überlagerung dieser Prozesse entsteht zum Zeitpunkt t6
ein Druckminimum, von dem eine Aussage über die Qualität des her
gestellten Formteils abgeleitet werden kann. Hierzu wird der Zeit
punkt des Druckminimums herangezogen oder der minimal erreichte
Druckwert.
Die Bestimmung der Reaktionsgeschwindigkeit aus dem Forminnendruck
verlauf erfolgt durch kontinuierliche oder getaktete Aufnahme des
vom Drucksensor im Formnest abgegebenen Signals. Dieses Meßsignal
kann entweder in einem Datenfeld abgelegt oder mittels analoger
Schaltkreise direkt ausgewertet werden. Dazu wird entweder die
Steigung, das Druckminimum oder der Zeitpunkt des Druckminimums be
stimmt. Es ist jedoch auch möglich, die Fläche des Druckverlaufs
über der Zeit, zum Beispiel zwischen den Zeiten t3 und t5 oder
zwischen t2 und einem späteren Zeitpunkt zu bestimmen. Aus der
Flächengröße lassen sich Rückschlüsse auf den Druckverlauf
schließen. Ein gegenüber einem vorher festgelegten Sollwert ge
ringerer Flächenbetrag weist auf ein steiles Abfallen, ein geringes
Druckminimum oder ein frühzeitiges Erreichen des Druckminimums hin,
ein größerer Flächenbetrag kann entsprechend ausgewertet werden.
Soll lediglich eine Prozeßüberwachung zur Qualitätssicherung, Aus
schußerkennung, Ausscheidung schadhafter Teile oder zur Dokumen
tation und Prozeßanalyse erfolgen, so wird jeder Meßwert dem ent
sprechenden Formteil direkt zugeordnet. Beim Aufbau einer Regel
strecke hat es sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, mehrere Meß
werte zusammenzufassen und eine Kenngröße in Form eines Mittelwertes
zu bilden.
Der Mittelwert M(i) wird aus den einzelnen Meßwerten x(i), dem bis
herigen Mittelwert M(i-1) und einem Gewichtungsfaktor f nach der
Vorschrift:
M(i)=(M(i-1)*(f-1)+x(i))*1/f,
gebildet oder mit S(i)=M(i)*f,
S(i)=S(i-1)-S(i-1)*1/f+x(i).
gebildet oder mit S(i)=M(i)*f,
S(i)=S(i-1)-S(i-1)*1/f+x(i).
Dieser Mittelwert, mit dem sich eine Prozeßabweichung schnell und
sicher von allgemeinen Meßwertstreuungen unterscheiden läßt, kann
entweder direkt als Regelgröße in die Prozeßsteuerung einfließen
oder bei Über- oder Unterschreitung eines vorbestimmten Toleranz
bereiches dazu benutzt werden, die Spritzgießmaschine abzuschalten
und ein Störsignal auszugeben.
Der Gewichtungsfaktor f, der typischerweise in einem Bereich
zwischen 2 und 10 liegt, bestimmt dabei, wie schnell oder träge der
Mittelwert jedem neuen Meßwert folgt. Soll der Mittelwert dem neuen
Meßwert schnell folgen, weil dieser beispielsweise äußerst relevant
für den Formgebungsprozeß ist oder die Meßwertfolge insgesamt nur
wenig variiert, muß f einen eher kleinen Wert annehmen, sind die
einzelnen Meßwerte dagegen weniger relevant und/oder weisen vermehrt
sogenannte Ausreißer auf, muß der Gewichtungsfaktor entsprechend
größer sein.
Claims (9)
1. Verfahren zur Überwachung und/oder Regelung eines Formgebungs
prozesses für vernetzenden Formmaterialien, wobei die Form
materialien unter Druck und vorzugsweise unter Wärmezufuhr umgeformt
werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Parameter für die Über
wachung und/oder Regelung die Reaktionsgeschwindigkeit des Ver
netzungsprozesses herangezogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Reaktionsgeschwindigkeit durch Messung des Forminnendrucks bestimmt
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
maximale Abfall des Forminnendrucks pro Zeiteinheit nach Erreichen
des maximalen Forminnendrucks als Maß für die Reaktionsgeschwindig
keit erfaßt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das
Integral des Forminnendrucks über der Zeit gebildet wird und die
Größe der Fläche innerhalb bestimmter Zeitgrenzen als Maß für die
Reaktionsgeschwindigkeit erfaßt wird.
5. Verfahren zur Überwachung und/oder Regelung eines Formgebungs
prozesses für vernetzenden Formmaterialien, insbesondere unge
sättigte Polyester- (UP-)Kunststoffe, denen Additive beigemengt
sind, wobei die Formmaterialien unter Druck und vorzugsweise unter
Wärmezufuhr umgeformt werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Para
meter für die Überwachung und/oder Regelung der Zeitpunkt (t6)
eines Druckminimums herangezogen wird, das durch die Überlagerung
der durch den Vernetzungsprozeß bedingten Schwindung und der durch
die Reaktion der Additive bedingten Expansion entsteht.
6. Verfahren zur Überwachung und/oder Regelung eines Formgebungs
prozesses für vernetzenden Formmaterialien, insbesondere UP-Kunst
stoffe, denen Additive beigemengt sind, wobei die Formmaterialien
unter Druck und vorzugsweise unter Wärmezufuhr umgeformt werden,
dadurch gekennzeichnet, daß als Parameter für die Überwachung
und/oder Regelung der Wert eines Druckminimums herangezogen wird,
das durch die Überlagerung der durch den Vernetzungsprozeß be
dingten Schwindung und der durch die Reaktion der Additive bedingten
Expansion entsteht.
7. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß aus den für die Überwachung und/oder Regelung heran
gezogenen Meßwerten, wie die Reaktionsgeschwindigkeit, der Form
innendruck oder der Wert oder der Zeitpunkt des Druckminimums eine
Kenngröße in Form eines Mittelwertes mit gewichteten Einzelwerten
gebildet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der
Mittelwert mit jedem neuen Meßwert neu gebildet wird und sich dabei
der neue Mittelwert aus dem gewichteten bisherigen Mittelwert und
dem gewichteten neuen Meßwert zusammensetzt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der neue
Mittelwert nach der Vorschrift:
M(i) = (M(i-1)*(f-1)+x(i))*1/f,gebildet wird, wobei M(i) der neue Mittelwert, M(i-1) der alte
Mittelwert, x(i) der Meßwert und f ein bestimmbarer Gewichtungs
faktor ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914141996 DE4141996A1 (de) | 1991-12-19 | 1991-12-19 | Verfahren zur ueberwachung und/oder regelung eines formgebungsprozesses fuer vernetzende formmaterialien |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914141996 DE4141996A1 (de) | 1991-12-19 | 1991-12-19 | Verfahren zur ueberwachung und/oder regelung eines formgebungsprozesses fuer vernetzende formmaterialien |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4141996A1 true DE4141996A1 (de) | 1993-06-24 |
Family
ID=6447510
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19914141996 Withdrawn DE4141996A1 (de) | 1991-12-19 | 1991-12-19 | Verfahren zur ueberwachung und/oder regelung eines formgebungsprozesses fuer vernetzende formmaterialien |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4141996A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2615518A1 (de) | 2012-01-16 | 2013-07-17 | Mitras Composites Systems GmbH | Verfahren zur Aufheizung und Regelung der Temperatur eines mit einem flüssigen und/oder dampfförmigen Wärmeträger beheizten Fertigungswerkzeuges |
-
1991
- 1991-12-19 DE DE19914141996 patent/DE4141996A1/de not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2615518A1 (de) | 2012-01-16 | 2013-07-17 | Mitras Composites Systems GmbH | Verfahren zur Aufheizung und Regelung der Temperatur eines mit einem flüssigen und/oder dampfförmigen Wärmeträger beheizten Fertigungswerkzeuges |
DE102012100327A1 (de) | 2012-01-16 | 2013-07-18 | Mitras Composites Systems GmbH | Verfahren zur Aufheizung und Regelung der Temperatur eines mit einem flüssigen oder dampfförmigen Wärmeträger beheizten Werkzeuges |
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Legal Events
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