DE4208940A1

DE4208940A1 - Verfahren und vorrichtung zum steuern des haltedrucks beim spritzgiessen

Info

Publication number: DE4208940A1
Application number: DE4208940A
Authority: DE
Inventors: Kazutoshi Yakemoto; Tsukasa Shiroganeya
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 1991-03-19
Filing date: 1992-03-19
Publication date: 1992-09-24
Anticipated expiration: 2012-03-20
Also published as: DE4208940C2; US5296174A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich tung zum Steuern des Haltedrucks beim Spritzgießen.

Das Spritzgießen erfolgt unter Bedingungen verschiede ner Temperaturänderungen, z. B. jahreszeitlich bedingte Temperaturänderung, Temperaturänderung zwischen Tag und Nacht usw.. Diese Temperaturänderungen treten haupt sächlich als Temperaturänderung einer Metall-Spritzform oder eines geschmolzenen (Kunst-)Harzes als in die Me tall-Spritzform einzuspritzendes Formmaterial auf, so daß dies die Wärmehistorie des Harzes in dem Prozeß, in welchem das Harz in die Spritzform eingebracht, darin abgekühlt wird und erstarrt und dann (als Spritzling) aus der Spritzform entnommen wird, darstellt. Die Än derung der Wärmehistorie des Harzes in der Spritzform führt zu einer Änderung von Viskosität und Dichte des Harzes; als Folge ergibt sich z. B. eine Änderung des Harzdrucks in der Spritzform. Infolgedessen ergibt sich eine Gewichts- und Größenänderung der Spritzerzeugnis se, wodurch die Reproduzierbarkeit der Güte der Spritz erzeugnisse beeinträchtigt wird.

Zur Lösung eines durch Temperaturänderung hervorgerufe nen Problems ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein Drucksensor oder -fühler in einer Spritzform vorgese hen, die Harztemperatur in der Spritzform durch den Sensor gemessen oder anhand der Dicke eines Spritzer zeugnisses (Spritzlings), der (des) effektiven Wärmedif fusionsgeschwindigkeit oder -grads und dgl. berechnet und das spezifische Volumen eines Spritzlings unabhän gig von der Temperaturänderung auf der Grundlage von PVT-Eigenschaftsdaten, d. h. grundsätzliche physikali sche Eigenschaftsdaten (basic phyiscal-property data), welche die Beziehung zwischen Druck (P), spezifischem Volumen (V) und Temperatur (T) des Spritzmaterials (Harz) ausdrücken bzw. angeben, auf eine gewünschte Grö ße eingestellt werden (vgl. ungeprüfte JP-Patentanmel dungen 63-3926 und 63-3927).

Bei den bisherigen Verfahren muß ein Drucksensor in einer Spritzform angebracht werden, was sich als un wirtschaftlich erweist; Anbringung und Einstellung (Ju stierung) des Sensors sind zudem umständlich. Da zudem die übliche Berechnungsgleichung für die Harztempera tur in der Spritzform nur annähernd genau ist, ist auch die Rechengenauigkeit nicht sehr hoch; die Güte der Spritzerzeugnisse (Spritzlinge) kann daher nicht mit hohem Genauigkeitsgrad gesteuert werden. Da hierbei ferner zusätzliche Daten, wie Dicke des Spritzerzeug nisses oder Spritzlings, effektive Wärmediffusionsge schwindigkeit und dgl. erforderlich sind, besteht dabei das Problem, daß das Sammeln dieser Daten sehr mühsam und umständlich ist.

Beim Spritzgießen ist es zudem zum Zwecke der Verfah renssteuerung, -überwachung usw. nötig, die Spritzge schwindigkeit, die Druckhaltekraft usw. entsprechend der Harztemperatur in der Spritzform zu steuern oder zu regeln. Für die Bestimmung der Harztemperatur in der Spritzform sind die beiden folgenden Verfahren bekannt:

1. Ein Verfahren, bei dem ein Temperatursensor oder -fühler im Formraumteil angeordnet ist, um die Harz temperatur in der Spritzform unmittelbar zu messen; und
2. ein Verfahren unter Anwendung einer unstetigen Wärme ableitanalysetechnik, um damit die Harztemperatur in der Spritzform nach den folgenden Berechnungen a, b oder c zu bestimmen:
- a) Berechnung mittels numerischer Analyse durch Rechnung (calculus) der endlichen Differenzen;
- b) Berechnung anhand eines (einer) analytisch er mittelten Rechenausdrucks oder -gleichung;
- c) Berechnung nach der folgenden Näherungsgleichung: T(t) = Tw + (Tr - Tw) · (8/π²) · exp (-α · π² · t²/R²)worin bedeuten:T(t) = Schnittrichtungs-Mittelwert der Harztemperatur in der Spritzform,
  Tw = Mittelwert der Metall-Spritzformtemperatur (= (Twf + Twm)/2, mit Twf = Temperatur an der Seite des festen Spritzformteils und Twm = Temperatur an der Seite des verschiebbaren Spritzformteils),
  Tr = Temperatur des eingespritzten Harzes, = K/(ρ · Cp),
  K = Wärmeleitfähigkeit des Formmaterials (Spritzmaterials),
  ρ = Dichte des Formmaterials,
  Cp = spezifische Wärme des Formmaterials,
  t = Zeitpunkt, zu dem die Berechnung durchgeführt werden soll, und
  R = Dicke eines Spritzlings.

Bei den bisherigen Verfahren benötigt das unter 1. ge nannte Verfahren einen Temperatursensor, so daß es un wirtschaftlich ist. Wenn zudem die Harztemperatur in der Spritzform im Druckhalte- und Kühlschritt beim Ein bringen des geschmolzenen Spritzharzes in die Spritz form vor dem obigen Schritt nicht bestimmt werden kann, ist es schwierig, das Verhalten des Harzes im obigen Schritt, in welchem das Harz in der Spritzform nahezu erstarrt ist, zu steuern.

Bei dem unter 2. genannten Verfahren dauert aufgrund der komplizierten Berechnung die Bestimmung eines Schätzwerts (a und b) ein Mehrfaches von 10 s oder meh rere Minuten, oder die Genauigkeit ist aufgrund eines Näherungsfehlers beeinträchtigt (c).

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Ver fahrens und einer Vorrichtung zum Steuern des Halte drucks, mit denen die Güte von Spritzteilen bzw. Spritz lingen mit hoher Genauigkeit gesteuert werden kann, ohne daß ein Drucksensor in der Spritzform vorgesehen zu sein braucht und ohne daß zusätzliche Daten, z. B. für Dicke eines Spritzlings, effektive Wärmediffusions geschwindigkeit oder -grad und dgl., erforderlich wä ren.

Die Erfindung bezweckt auch die Schaffung eines Ver fahrens und einer Vorrichtung zum Schätzen der Harz temperatur beim Spritzgießen, bei denen die Harztempe ratur in der Spritzform in einer Beschickungsstufe mit hoher Geschwindigkeit und hoher Genauigkeit abgeschätzt (estimated) werden kann.

Die obige Aufgabe wird durch die in den Patentansprü chen gekennzeichneten Maßnahmen bzw. Merkmale gelöst.

In einem Spritzgießverfahren mit einem Beschickungs schritt zum Einfüllen des in einem Zylinder einer Spritzgießmaschine befindlichen geschmolzenen Harzes in einen Formraum einer Metall-Spritzform über eine Düse und Harzdurchgänge oder -leitungen durch Vorschub einer Schnecke und einem Druckhalteschritt zur Ergänzung (Nachspeisung) des geschmolzenen Harzes bzw. der Harz schmelze durch Druckbeaufschlagung der Schnecke nach dem Einbringen der Harzschmelze in den Formraum zum Aus gleich von Schrumpfung der Harzschmelze, wenn diese im Formraum abkühlt und erstarrt, umfaßt das Druckhalte steuerverfahren folgende Vorgänge: einen Vorgang, bei dem im Beschickungsschritt die Harztemperatur in der Spritzform zu einem gegebenen Zeitpunkt im Druckhalte schritt auf der Grundlage der Spritzformtemperatur und der Harztemperatur in den Harzdurchgängen abgeschätzt, der für das angestrebte Gewicht eines Erzeugnisses er forderliche Harzdruck in der Spritzform anhand der ge schätzten Harztemperatur in der Spritzform ermittelt (obtained) und ein Druckhaltekraft-Vorgabe- oder -Soll wert anhand des ermittelten Harzdrucks in der Spritz form bestimmt (obtained) werden, sowie einen weiteren Vorgang, in welchem im Druckhalteschritt der Halte druck mittels des bestimmten Druckhaltekraft-Sollwerts gesteuert wird.

Beim Druckhalte-Steuerverfahren gemäß der Erfindung kann die Harztemperatur in der Spritzform im Druckhalte schritt anhand der folgenden Gleichung abgeschätzt wer den:

T(t) = Ts(t)
+ {Trs - Ts(t)}(Tw - Tws)/(Trs - Tws)
+ {Ts(t) - Tws}(Tr -Trs)/(Trs - Tws)

Darin bedeuten:

Tw = Temperatur der Metall-Spritzform,
Tws = Temperatur der Spritzform in einem "Schuß", in welchem ein gutes (einwandfreies) Erzeugnis gespritzt wurde,
Tr = Harztemperatur in den Harzdurchgängen (2a, 3c, 3d, 3e, 3f),
Trs = Harztemperatur in den Harzdurchgängen (2a, 3c, 3d, 3e, 3f) in einem "Schuß", in welchem ein gutes Erzeugnis gespritzt wurde, und
t = einen Zeitpunkt.

Die obige Gleichung ist eine Berechnungsgleichung, die keine Näherungsfehler enthält.

Beim erfindungsgemäßen Druckhalte-Steuerverfahren hat es sich aufgrund von Erfahrung als vorteilhaft erwie sen, die Harztemperatur zum gleichen Zeitpunkt (tg), zu dem die Temperatur ohne Fließen in einem Schuß bestimmt wurde, in welchem ein gutes (einwandfreies) Erzeugnis erhalten wurde, in jedem Schuß (d. h. Spritzvorgang) mittels der obigen Näherungsgleichung zu schätzen.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird bevorzugt, daß jeweils der Harzdruck in der Spritzform und die Harz temperatur in der Spritzform mittels einer Funktion eines spezifischen Volumens des in der Spritzform be findlichen Harzes (in-mold resin) ausgedrückt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung des Haltedrucks in einer Spritzgießmaschine umfaßt:
einen (Metall-)Spritzform-Temperatursensor zum Messen der Temperatur einer (Metall-)Spritzform, einen Harz temperatursensor zum Messen der Temperatur der Harz schmelze in Harzdurchgängen, einen Operationsverarbei tungsteil zum Schätzen der Harztemperatur in der Spritz form in einem Druckhalteschritt auf der Grundlage der jeweiligen Meßwerte der Spritzform- und Harztemperatur sensoren, zum Ermitteln oder Bestimmen (obtaining) des erforderlichen Harzdrucks in der Spritzform, um ein an gestrebtes Gewicht eines Erzeugnisses zu erreichen, an hand der geschätzten Harztemperatur in der Spritzform und zum Bestimmen (obtaining) eines Druckhaltekraft- Vorgabe- oder -Sollwerts anhand des Harzdrucks in der Spritzform, sowie einen Druckhalte-Steuerteil zum Steu ern des Haltedrucks auf der Grundlage des durch den Operationsverarbeitungsteil ermittelten (obtained) Druckhaltekraft-Sollwerts.

Die Harztemperatur in der Spritzform kann abgeschätzt werden, wenn die Spritzformtemperatur und die Harz durchgangstemperatur bekannt sind. Zudem ist bekannt, daß die Beziehung zwischen dem Harzdruck in der Spritz form, der Harztemperatur in der Spritzform und dem spe zifischen Harzvolumen in der Spritzform in verschiede ner Weise ausgedrückt werden kann, während das spezi fische Harzvolumen in der Spritzform anhand des Ge wichts eines Spritzerzeugnisses bzw. Spritzlings be stimmt werden kann. Der für die Erzielung eines Ziel werts des Gewichts eines Spritzlings erforderliche Harz druck in der Spritzform kann anhand der obigen Bezie hung zwischen dem Harzdruck in der Spritzform, der Harz temperatur in der Spritzform und dem spezifischen Harz volumen in der Spritzform sowie des genannten Schätz werts der Harztemperatur in der Spritzform bestimmt wer den. Außerdem kann der Harzdruck in der Spritzform an hand der (Metall-)Spritzformtemperatur, der Harzdurch gangstemperatur und des Druckhaltekraft-Sollwerts ange nähert bestimmt werden. Der Druckhaltekraft-Vorgabe- oder -Sollwert kann mithin auf der Grundlage der Spritz formtemperatur und der Harzdurchgangstemperatur bestimmt werden, ohne daß dafür ein Drucksensor oder zu sätzliche Daten erforderlich wären.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Steuern einer Druckhalteeinrichtung beim Spritzgießen, mit einem Beschickungsschritt zum Einbringen von Harz schmelze aus einem Zylinder einer Spritzgießmaschine in einen Formraum einer Metall-Spritzform und einen Druck halte- und Kühlschritt zum Ergänzen (oder Nachspeisen) von Harzschmelze nach deren Einbringung in den Formraum für das Kompensieren von Schrumpfung der Harzschmelze, die beim Abkühlen und Erstarren der Harzschmelze im Formraum auftritt, das gekennzeichnet ist durch die folgenden Schritte:

- Bestimmen oder Ermitteln einer Spritzform-Harzbezugs temperatur (d. h. Bezugstemperatur des in der Spritz form befindlichen Harzes) durch Auflösen einer unste tigen Wärmeableitanalyse vor Durchführung des Spritz gießens,
- Messen der Spritzformtemperatur und der Temperatur des eingespritzten Harzes,
- entsprechendes Korrigieren der Spritzform-Harzbe zugstemperatur für auf die Spritzform-Harztempera tur wirkende Einflüsse von Abweichungen der gemes senen (Metall-)Spritzformtemperatur und der Tempe ratur des eingespritzten Harzes von jeweiligen Be zugstemperaturwerten derselben und
- Berechnen und Abschätzen der Spritzform-Harztempe ratur im Beschickungsschritt oder im Druckhalte- und Kühlschritt.

In vorteilhafter Ausgestaltung betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Abschätzen der Harztemperatur beim Spritzgießen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Spritzform-Harzbezugstemperatur (d. h. Bezugs temperatur des Harzes in einer Spritzform) ausge drückt wird zu:

worin bedeuten:
Twfs = Bezugstemperatur eines feststehenden Metall- Formteils,
Twms = Bezugstemperatur eines verschiebbaren Metall- Formteils,
Trs = Bezugstemperatur des eingespritzten Harzes,
R = Dicke des Spritzerzeugnisses,
K = Wärmeleitfähigkeit des Formmaterials oder gespritzten Materials,
h = Wärmeübergangskoeffizient zwischen dem Formmaterial und der Spritzformwandfläche,
ρ = Dichte des Formmaterials,
Cp = spezifische Wärme(menge) des Formmaterials,
x = Position, von welcher bei einer Berechnung auszugehen ist (to be a subject of calculation),
α = K/(ρ · Cp);
A = (1 - S/h) · (Twms - Twfs);
B = -(S/K) · (Twms - Twfs);
S = 1/(2/h + R/K);
tan (nj · R/2) = (h/K)/nj;
Dj = 4 · (h/K)² · {Trs - (Twfs + Twms)/2} /[nj · {nj² + (h/K)² · R + 2 (h/K)}];
N = Wiederholungszahl der Reihe und
t = Zeitpunkt, von dem bei einer Berechung auszugehen ist,

und daß die zu berechnende und abzuschätzende Spritzform- Harztemperatur T (t,x) ausgedrückt wird durch:

T (t,x) = Ts (t,x) + (∂T/∂Twf) · ΔTwf + (∂T/∂∂) · ΔD + (∂T/∂Tr) · ΔTr

worin bedeuten:

Twf = gemessene Temperatur des feststehenden (Metall-)Formteils,
Twm = gemessene Temperatur des verschiebbaren Formteils,
Tr = gemessene Temperatur des eingespritzten Harzes,
ΔTwf = Twf - Twfs;
D = Twms - Twfs;
ΔD = (Twm - Twf) - (Twms - Twfs);
ΔTr = Tr - Trs;
∂T/∂Twf = {Trs - Ts (t,x) - (R/2 - x) · ξ₂ · D}/(Trs - Tws);
∂T/∂D = [(ξ₁ + x · ξ₂) · (Trs - Tws) - (1/2) · {Ts (t,x) - Twfs - (ξ₁ + x · ξ₂) · D}]/(Trs - Tws);
∂T/∂Tr = {Ts (t,x) - Twfs - (ξ₁ + x · ξ₂) · D}/(Trs - Tws);
ξ₁ = (1 + h · R/K)/(2 + h · R/K);
ξ₂ = -(h/K)/(2 + h · R/K); und
Tws = (Twms + Twfs)/2

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zum Abschätzen der Harztemperatur beim Spritzgießen, wobei die Vorrichtung ausgelegt ist zum Steuern eines Beschickungsschritts des Einspritzens von geschmolzenem Harz oder Harzschmelze aus einem Zylinder einer Spritz gießmaschine in einen Formraum(teil) einer Metall- Spritzform und zum Steuern eines Druckhalte- und Kühl schritts zum Ergänzen (Nachspeisen) der Harzschmelze nach dem Einbringen derselben in den Formraum für das Kompensieren von Schrumpfung der Harzschmelze, die beim Abkühlen und Erstarren der Harzschmelze im Formraum her vorgerufen wird, umfassend:

- einen Metall-Spritzform-Temperatursensor zum Messen der Temperatur der Metall-Spritzform,
- einen Harztemperatursensor zum Messen der Tempera tur des eingespritzten Harzes in Harzdurchgängen und
- eine Operationsverarbeitungseinheit zum Bestimmen oder Ermitteln einer Spritzform-Harzbezugstempera tur (d. h. einer Bezugstemperatur des Harzes in der Spritzform) durch Auflösen einer unstetigen Wärmeab leitanalyse vor Durchführung des Spritzgießens, zum Abnehmen der Spritzformtemperatur und der Temperatur des eingespritzten Harzes, die durch den Spritzform- Temperatursensor bzw. den Harztemperatursensor gemes sen sind, im Spritzgießvorgang und zum entsprechenden Korrigieren der Spritzform-Harzbezugstemperatur für auf die Spritzform-Harztemperatur wirkende Einflüsse von Abweichungen der abgenommenen Spritzformtempera tur und der Temperatur des eingespritzten Harzes von ihren jeweiligen Bezugstemperaturwerten, um damit die Spritzform-Harztemperatur im Beschickungsschritt oder im Druckhalte- und Kühlschritt zu berechnen und abzu schätzen.

Zur Ermittlung oder Bestimmung der Harzbezugstempera tur in der Spritzform anhand einer Auflösung einer un stetigen Wärmeableitanalyse sind eine komplizierte Be rechnung und eine lange Zeitspanne für die Erzielung des Rechenergebnisses erforderlich. Dieser Berechnungs schritt wird daher vor Durchführung des Spritzgießens durchgeführt, weil dabei genügend Zeit zur Verfügung steht.

Während der Durchführung des Spritzgießens wird die ge nannte Bezugs-Harztemperatur in der Spritzform entspre chend den Einflüssen von Abweichungen der gemessenen Spritzformtemperatur und der Einspritzharztemperatur von ihren Bezugstemperaturwerten korrigiert, um damit die Harztemperatur in der Spritzform im Beschickungs schritt oder im Druckhalte- und Kühlschritt zu berech nen. Da dieser Schritt ohne wesentlichen Zeitaufwand durchgeführt werden kann, kann er im Beschickungs schritt durchgeführt werden.

Von den für das Abschätzen der Harztemperatur in der Spritzform erforderlichen Schritten werden nämlich die viel Zeit erfordernden Schritte vor Durchführung (running) des Spritzgießens abgeschlossen, so daß wäh rend dieser Durchführung nur die nicht viel Zeit in Anspruch nehmenden Schritte ausgeführt werden. Die Harztemperatur in der Spritzform kann somit mit hoher Geschwindigkeit abgeschätzt werden, ohne eine Nähe rungsgleichung zu benutzen, und Näherungsfehler können dabei ausgeschaltet werden.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zei gen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausfüh rungsform der (Vorrichtung gemäß der) Erfin dung,

Fig. 2 graphische Darstellungen zeitlicher Ände rungen verschiedener Zustände in der Spritz form, wobei Fig. 2(A) eine zeitliche Tempe raturänderung und Fig. 2(B) eine zeitliche Druckänderung veranschaulichen,

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm der Verfahrensschritte bei der Ausführungsform nach Fig. 1,

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform der (Vorrichtung gemäß der) Erfindung und

Fig. 5 eine graphische Darstellung eines Zustands der Harztemperatur in der Spritzform bei der Ausführungsform nach Fig. 4.

Fig. 1 veranschaulicht eine Ausführungsform der Erfin dung, bei der eine Schnecke 1 in einem Zylinder 12 durch die Antriebskraft eines Hydraulik- oder Öldruckzylinders 9 vorwärts und rückwärts (gemäß Fig. 1 nach rechts und links) verschiebbar ist. Ein Düsen-Harzdurch gang 2a, der mit dem Zylinder 12 und einer Metall- Spritzform 3 kommuniziert, ist in einer am Vorderende des Zylinders 12 vorgesehenen Spritzdüse 2 ausgebildet. Die Spritzform 3 besteht aus einem feststehenden Me tall-Formteil 3a und einem verschiebbaren Metall-Form teil 3b. Innerhalb der Spritzform 3 sind in der angege benen Reihenfolge von der Spritzdüse 2 aus ein Anguß teil 3c, ein Hauptkanalteil 3d, ein Stegteil 3e und ein Formraumteil 3f ausgebildet.

Im Düsen-Harzdurchgang 2a ist ein Harz-Temperatursensor 5 angeordnet. Ein Temperatursensor 4a für den festste henden Formteil 3a ist an diesem angebracht, während ein Temperatursensor 4b für den verschiebbaren Formteil 3b an diesem angebracht ist. Der Harz-Temperatursensor 5 kann an einem beliebigen Abschnitt angebracht oder vorgesehen sein, sofern es sich bei diesem Abschnitt um einen Harzdurchgang handelt, z. B. den Angußteil 3c, den Hauptkanalteil 3d oder den Formraumteil 3f, d. h. er braucht nicht unbedingt im Harzdurchgang 2a angeordnet zu sein. Die entsprechenden Signalausgangsklemmen des Harz-Temperatursensors 5 und der Formteil-Temperatur sensoren 4a und 4b sind über zugeordnete Verstärker 6a, 6b bzw. 6c mit entsprechenden A/D-Wandlern 6d, 6e bzw. 6f in einer Steuereinheit 6 verbunden. Die jeweiligen Ausgangsklemmen der A/D-Wandler 6d, 6e und 6f sind mit zugeordneten Eingangsklemmen eines Operationsverarbei tungsteils 6g verbunden.

Der Operationsverarbeitungsteil 6g besteht aus einem Mikrorechner, welcher den Druckhaltekraft-Soll- oder -Vorgabewert PL auf der Grundlage folgender Einzelhei ten berechnet: Ausgangssignale der jeweiligen A/D-Wand ler 6d bis 6f, verschiedene Soll- oder Vorgabewerte, wie Konstanten a, b, c, d, e, f, πi, ω, R′, W, V usw., die in einem noch näher zu beschreibenden Einsteller (setter) 6h gesetzt oder vorgegeben sind, sowie ein Spritzstartsignal S1 und ein Druckhalte-Schaltsi gnal S2, die von einem Folgesteuerteil 8 zur Durchfüh rung verschiedener Zeittaktsteuerungen geliefert wer den. Der berechnete Druckhaltekraft-Vorgabewert PL wird als Digitalsignal einem Druckhalte-Steuerteil 6i zuge speist. Letzterer wandelt das vom Operationsverarbei tungsteil 6g zugespeiste Digitalsignal, welches den Druckhaltekraft-Vorgabewert PL ausdrückt, in ein Span nungssignal um und liefert das umgewandelte Spannungs signal einem Servoventilverstärker 7 zu. Der Servoven tilverstärker 7 benutzt den Wert bzw. die Größe des vom genannten Steuerteil 6i zugespeisten Spannungssignals als Druckhaltekraft-Vorgabewert und liefert ein Steuer signal zu einem Servoventil 10 auf der Grundlage eines Meßwerts von einem Hydraulik- oder Öldrucksensor 11 zum Messen des Drucks im Öldruckzylinder 9, um damit den Druck des Öldruckzylinders 9 auf den Druckhaltekraft- Vorgabewert einzustellen.

Im folgenden ist die Berechnung des Druckhaltekraft- Vorgabewerts PL durch den Operationsverarbeitungsteil 6g beschrieben.

In der im folgenden beschriebenen Berechnung wird der Zeitpunkt, zu dem das geschmolzene Harz bzw. die Harz schmelze in den feststehenden und den verschiebbaren Formteil 3a bzw. 3b eingespeist worden ist, d. h. der Speise- oder Beschickungsendzeitpunkt (Druckhalte-Start zeitpunkt), zu einem Zeitpunkt 0 bestimmt, wobei der Verlauf vom Zeitpunkt 0 zu einem nächsten Zeitpunkt mit t bezeichnet ist. Zur Anzeige, daß die Harztemperatur und der Harzdruck in der Spritzform (noch näher zu be schreiben) jeweils Funktionen der Zeit sind, wird (t) an die betreffenden Vorzeichen wie folgt angehängt:
T(t), Ts(t), P(t) und Ps(t). In jedem Spritzvorgang oder Schuß wird vorausgesetzt, daß die Spritzformtempe ratur Tw sich während eines Schusses nicht verändert und daß eine der Spritzformtemperatur Tw1 des festen Formteils 3a, der Spritzformtemperatur Tw2 des ver schiebbaren Formteils 3b und der Mittelwert beider Tem peraturen Tw1 und Tw2 als Spritzformtemperatur Tw be nutzt wird. Von den verschiedenen Werten der Spritzform temperatur Tw wird ein Wert in einem Schuß, in welchem ein vorbestimmtes gutes bzw. einwandfreies Erzeugnis gespritzt worden ist (im folgenden als "vorbestimmter Schuß" bezeichnet), als Spritzformtemperatur Tws be zeichnet. Von den verschiedenen, vom Harztemperatursen sor 5 in einem Beschickungsschritt gelieferten Werten der Harztemperatur wird entweder der Höchstwert oder der Mittelwert vom Spritzbeginn bis zum Druckhalteschal ten, ein Abtastwert zum Zeitpunkt des Druckhalteschal tens und ein Abtastwert zum Zeitpunkt des Spritzbeginns als anfängliche oder Anfangs-Harztemperatur Tr benutzt; insbesondere wird ein Wert im erwähnten vorbestimmten Schuß als Anfangs-Harztemperatur Trs (im vorbestimmten Schuß) benutzt.

Es sei angenommen, daß die mittlere Temperatur in Rich tung der Dicke eines Formerzeugnisses bzw. Spritzlings in einer Spritzform zur Zeit t im genannten vorbestimm ten Schuß die Harztemperatur Ts(t) in der Spritzform im vorbestimmten Schuß ist, und daß die Harztemperatur in der Spritzform, wenn sich die Spritzformtemperatur und die Anfangs-Harztemperatur in einem vom genannten vor bestimmten Schuß verschiedenen Schuß von Tws und Trs auf Tw bzw. Tr ändern, gleich T(t) ist; anhand des Er gebnisses einer unstetigen Wärmeableitanalyse einer ein dimensionalen unendlichen Platte kann geschlossen wer den, daß zwischen der Harztemperatur T(t) in der Spritz form nach der Änderung (in einem vom vorbestimmten Schuß verschiedenen Schuß) und der Harztemperatur Ts(t) in der Spritzform vor der Änderung (im vorbestimmten Schuß) die Beziehung gemäß folgender Gleichung (1) vor liegt:

T(t) = Ts(t)
+ {Trs - Ts(t)}(Tw - Tws)/(Trs - Tws)
+ {Ts(t) - Tws}(Tr -Trs)/(Trs - Tws) (1)

Gleichung (1) ist nicht nur auf eine eindimensionale unendliche Platte anwendbar, sondern auch auf eine zwei- oder dreidimensionale Säule, ein Rechteckprisma, eine halb-unendliche Platte, eine Kugel oder dergl. mit einer Wand gleicher Temperatur. Außerdem ist Gleichung (1) auch auf den Fall der Berücksichtigung eines Wärme übergangskoeffizienten anwendbar.

Es sei vorliegend berücksichtigt oder vorausgesetzt, daß die mittlere Harzdichte in der Spritzform von ver schiedenen Bedingungen nahe dem Zeitpunkt abhängt, zu dem die Harztemperatur T(t) in der Spritzform die Tempe ratur ohne Fließen Tg erreicht, d. h. dem Harzdruck P(t) in der Spritzform und der Harztemperatur T(t) in der Spritzform nahe dieses Zeitpunkts. Dies ist deshalb der Fall, weil die Masse des in eine Spritzform eingeführ ten Formmaterials bei der Temperatur ohne Fließen Tg nahezu festgelegt ist, so daß eine hohe Berechnungsge nauigkeit erwartet werden kann. Außerdem sei im genann ten vorbestimmten Schuß die Zeit zum Erreichen der obi gen Temperatur Tg als Fließ-Endzeit tg vorausgesetzt. Weiterhin sei angenommen, daß die Beziehung zwischen dem Harzdruck P(t) in der Spritzform, der Harztempera tur T(t) in der Spritzform sowie dem spezifischen Harz volumen v in der Spritzform als deren Funktionsform durch folgende Gleichung (2) einer Spencer- und Gilmore-Zustandsgleichung ausgedrückt sind:

{P(t) + πi}(v - ω) = R′ {T(t) + 273} (2)

In obiger Gleichung bedeuten:

πi = Innendruck (kg/cm² bzw. bar),
ω = spezifisches Volumen bei der Absoluttemperatur 0 (cm³/g),
R′ = modifizierte Gaskonstante [(kg/cm² · cm³/g)/°K];
v = V/W
W = Gewicht eines Spritzlings (in g), und
V = Volumen eines Formraums (cm³).

Der Innendruck πi, das spezifische Volumen ω und die modifizierte Gaskonstante R′, wie oben angegeben, sind vom Material bzw. Werkstoff abhängige Konstanten.

Zur gleichen Zeit wie die genannte Fließ-Endzeit tg in jedem Schuß wird der Harzdruck in der Spritzform bzw. der Spritzform-Harzdruck P(tg), welcher in diesem Schuß zur Erzielung eines Zielwerts W1 des Gewichts eines Spritzlings erforderlich ist, dadurch erhalten oder ermittelt, daß die Zeit t in obiger Gleichung (1) zur genannten Fließ-Endzeit tg auf der Grundlage der oben angegebenen betreffenden Voraussetzung gemacht wird und der Spritzform-Harzdruck P(t) = P(tg), die Spritzform- Harztemperatur T(t) = T(tg) und das spezifische Spritz form-Harzvolumen v = v1(=V/W1) gesetzt werden, so daß sich der Spritzform-Harzdruck P(tg) durch folgende Glei chung (3) ausdrücken läßt:

P(tg) = R′ {T(tg) + 273}/(v1 - ω) - πi (3)

Der Spritzform-Harzdruck P(t) in jedem Schuß kann unter Heranziehung der Spritzformtemperatur Tw, der Anfangs- Harztemperatur Tr und des Druckhaltekraft-Vorgabewerts PL im Schuß nach folgender Gleichung (4) angenähert be stimmt werden:

P(t) = a₁Tw + a₂Tw² + b₁Tr + b₂Tr² + cPL + d (4)

In obiger Gleichung bedeuten: a₁, a₂, b₁, b₃, c und d = Konstanten, die im voraus für die jeweiligen Schüsse gesetzt oder vorgegeben worden sind.

In einem vom genannten vorbestimmten Schuß verschiede nen Schuß wird der Druckhaltekraft-Vorgabewert PL, der erforderlich ist zur Erzielung oder Bestimmung des Spritzform-Harzdrucks P(tg) in Gleichung (3), d. h. zur Erzielung oder Ableitung des Zielwerts W1 des Gewichts eines Spritzlings, durch Ersatz oder Einsetzen der Spritzformtemperatur Tw und der Anfangs-Harztemperatur Tr, die in diesem Schuß gemessen wurden, in Gleichung (4) erhalten, so daß der Spritzform-Harzdruck (d. h. Harzdruck in der Spritzform) P(tg) nach folgender Glei chung (5) erhaltbar ist:

PL = {P (tg) - a₁Tw - a₂Tw² - b₁Tr - b₂Tr² - d}/c (5)

Durch Einsetzen (substituting) von Gleichung (3) in den Spritzform-Harzdruck P(tg) in Gleichung (5) kann der Druckhaltekraft-Vorgabewert PL für die Erzielung eines Zielwerts W1 des Gewichts eines Spritzlings in jedem Schuß durch Berechnung im Operationsverarbeitungsteil 6g mit hoher Genauigkeit ermittelt oder bestimmt wer den.

Fig. 2 veranschaulicht zeitliche Änderungen verschie dener Zustände in einer Spritzform gemäß dieser Aus führungsform; Fig. 2(A) zeigt dabei in graphischer Dar stellung eine zeitliche Änderung der Spritzform-Harz temperatur T(t), während Fig. 2(B) eine zeitliche Än derung des Spritzform-Harzdrucks P(t) veranschaulicht.

Gemäß Fig. 2(A) verringert sich die Spritzform-Harz temperatur Ts(t) im vorbestimmten Schuß nach dem Druck haltebeginn monoton, so daß die Spritzform-Harztempe ratur nach Ablauf der Zeitspanne t zu Ts(t) = Tg wird. Andererseits ändert sich die Spritzform-Harztemperatur T(t) in einem vom vorbestimmten Schuß verschiedenen Schuß zu T(t) = Ta(t) oder T(t) = Tb(t) in jedem Schuß mit der Spritzformtemperatur Tw und der Anfangs-Harztem peratur Tr.

Andererseits ändert sich gemäß Fig. 2(B) der Spritz form-Harzdruck Ps(t) im vorbestimmten Schuß in Form einer (aufwärts) gekrümmten Kurve; in einem vom vor bestimmten Schuß verschiedenen Schuß ändert sich der Spritzform-Harzdruck P(t) in jedem Schuß mit der Ände rung der erwähnten Spritzform-Harztemperatur T(t) zu P(t) = Pa(t) oder P(t) = Pb(t).

Bei jeder Änderung kann jedoch der Druckhaltekraft- Vorgabewert PL zur Erzielung eines Zielwerts W1 des Gewichts eines Spritzlings in jedem Schuß mittels der oben beschriebenen Berechnung bestimmt werden.

Fig. 3 veranschaulicht in einem Ablaufdiagramm die Verfahrensschritte beim vorliegenden Ausführungsbei spiel. Wenn in einem Vorgang oder Schritt zur Durch führung eines vom vorbestimmten Schuß verschiedenen Schusses ein Spritzstartsignal S1 vom Folgesteuerteil 8 ausgegeben wird (Schritt 21), nimmt der Druckhalte steuerteil 6i das Spritzstartsignal S1 ab, so daß sich die Schnecke 1 gemäß Fig. 1 nach links vorzuschieben beginnt. Gleichzeitig wird das Spritzstartsignal S1 auch dem Operationsverarbeitungsteil 6b zugespeist. Bei Empfang des Spritzstartsignals S1 nimmt der Operations verarbeitungsteil 6g weiterhin die Harztemperatur vom Düsen-Harzdurchgang 2a sowie die Spritzformtemperaturen Tw1 und Tw2 von den Spritzform-Temperatursensoren 4a bzw. 4b ab (Schritte 22 und 23), bis vom Folgesteuer teil 8 ein Druckhalte-Schaltsignal S2 ausgegeben wird (Schritt 24).

Bei Empfang des Druckhalte-Schaltsignals S2 (oder auch -Umschaltsignals) mißt der Operationsverarbeitungsteil 6g die Anfangs-Harztemperatur Tr auf der Grundlage der Harztemperatur im Düsen-Harzdurchgang 2a, die vom Harz temperatursensor 5 bis zu diesem Zeitpunkt geliefert wird (Schritt 25), und er ermittelt oder bestimmt (obtains) gleichzeitig die Spritzformtemperatur Tw = (Tw1 + Tw2)/2 auf der Grundlage der betreffenden Spritz formtemperaturen Tw1 und Tw2 der feststehenden und ver schiebbaren Formteile 3a bzw. 3b (Schritt 26).

Als nächstes schätzt der Operationsverarbeitungsteil 6b die Spritzform-Harztemperatur T(tg) zum Fließendzeit punkt (Zeitpunkt, zu dem kein Fließen stattfindet) tg in Übereinstimmung mit obiger Gleichung (1) (Schritt 27), und er ermittelt oder bestimmt den für die Erzie lung des angestrebten Spritzlinggewichts W1 erforderli chen Spritzform-Harzdruck P(tg) gemäß obiger Gleichung (3) (Schritt 28) sowie den Druckhaltekraft-Vorgabewert PL gemäß obiger Gleichung (5) (Schritt 29).

Nach Beendigung obiger Operationen liefert der Opera tionsverarbeitungsteil 6g ein Spannungssignal entspre chend dem Druckhaltekraft-Vorgabewert PL zum Servoven tilverstärker 7 über den Druckhalte-Steuerteil 6i (Schritt 30), wobei nach Empfang des Spannungssignals der Servoventilverstärker 7 eine Betätigungs- oder Ar beitsspannung zum Servoventil 10 zuspeist, so daß die Hydraulik- oder Öldruckkraft des Öldruckzylinders 9 dem Druckhaltekraft-Vorgabewert PL entspricht (Schritt 31). Wenn das Druckhalte-Schaltsignal vom Folgesteuerteil 8 abgeschaltet ist oder wird, beenden der Operationsverar beitungsteil 6g und der Druckhalte-Steuerteil 6i die Ausgabe ihrer Signale, um die Druckhaltesteuerung zu beenden (Schritt 32).

Obgleich bei dieser Ausführungsform vorausgesetzt ist, daß die Beziehung zwischen dem Spritzform-Harzdruck P, der Spritzform-Harztemperatur T und dem spezifischen Spritzform-Harzvolumen v durch die obige Spencer- und Gilmore-Zustandsgleichung ausgedrückt ist, ist die Er findung nicht hierauf beschränkt.

Beispielsweise kann auch die folgende Tait-Modifika tionsgleichung benutzt werden:

1 - v (P,T)/v (P0,T) = 0,0894 ln [1 + P/B(t)] (6)

In obiger Gleichung bedeuten:

v (T,P) = entsprechend dem spezifischen Spritzform-Harzvolumen v gemäß obiger Gleichung (2), eine Funktion der Spritzform-Harztemperatur T und des Spritzform-Harzdrucks P darstellend (im folgenden mit "v1" bezeichnet),
v (T,PO) = spezifisches Spritzform-Harzvolumen in Standardatmosphäre (1 bar) (im folgenden als "v0" bezeichnet),
B(T) = -B₀exp (-B₁T) und
B₀, B₁ = Materialkonstanten.

Die folgende Gleichung (7) zur Ermittlung oder Bestimmung des Spritzform-Harzdrucks P kann von obiger Gleichung (6) abgeleitet werden:

P = B(T){1 - exp [1/0,0894)(1 - v1/v0)]} (7)

Da das spezifische Spritzform-Harzvolumen v0 (d. h. das spezifische Harzvolumen in der Spritzform) in der Stan dardatmosphäre im voraus bestimmt werden kann, kann der Druckhaltekraft-Vorgabewert PL zur Erzielung eines Ziel- oder Sollwerts W1 des Gewichts eines Spritzlings in jedem Schuß durch Ersetzen von Gleichung (3) durch Gleichung (7) und Benutzung von Gleichungen (4) und (5) ohne jede Modifizierung wie sie sind, ermittelt oder bestimmt werden.

Wahlweise kann die folgende Breuer- und Rehage-Gleichung benutzt werden:

v (P,T) = v₀ + Φ₀ (T + 273) - (K₀/a)[1 + b (T + 273)]ln (1 + aP) (8)

In obiger Gleichung bedeuten:

a, b = Materialkonstanten,
v₀ = spezifisches Spritzform-Harzvolumen bei der Spritzform-Harztemperatur T=0°C und in der Standardatmosphäre,
Φ₀ = (∂v/∂T)_P, d. h. Wert bei der Spritzform-Harztemperatur T=0°C und in der Standardatmosphäre und
K₀ = (∂v/∂T)_T, d. h. Wert bei der Spritzform-Harztemperatur T=0°C und in der Standardatmosphäre.

Von obiger Gleichung (8) kann die folgende Gleichung (9) zur Ermittlung oder Bestimmung des Spritzform-Harzdrucks P abgeleitet werden:

P = (1/a)[exp {[v1 - v₀ - Φ₀ (T + 273)](a/K₀) [1 + b (T + 273)]} - 1] (9)

Auf die gleiche Weise wie im Fall der obigen Gleichung (7) kann der Druckhaltekraft-Vorgabewert PL zur Erzie lung eines Zielwerts W1 für das Gewicht eines Spritz lings in jedem Schuß durch Ersatz von Gleichung (3) durch Gleichung (9) bestimmt oder ermittelt werden.

Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der vorher beschriebenen Ausführungsform entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern wie vorher bezeichnet sind.

Bei dieser Ausführungsform besteht ein Operationsver arbeitungsteil 6g aus einem Mikrorechner zum Berechnen und Abschätzen (estimating) der noch näher zu beschrei benden Spritzform-Harztemperatur T (t, x) auf der Grund lage jeweiliger Ausgangssignale von A/D-Wandlern 6d, 6e und 6f, eines Soll- oder Vorgabewerts S3 und eines Rechenbefehls S4, die in einem Einsteller 6h gesetzt sind, sowie eines Spritzstartsignals S1 oder eines Druckhalte-Schaltsignals S2, das bzw. die von einem Folgesteuerteil 8 zur Durchführung verschiedener Zeit taktsteuerungen geliefert wird bzw. werden. Der Mikro rechner liefert einen Druckhaltekraft-Vorgabewert ent sprechend der berechneten oder abgeschätzten Spritz form-Harztemperatur T (t, x) als Digitalsignal zu einem Druckhaltesteuerteil 6i und läßt eine nicht dargestell te Anzeigeeinheit die berechnete und abgeschätzte Spritzform-Harztemperatur T (t, x) anzeigen. Der Druck halte-Steuerteil 6i wandelt das vom Operationsverar beitungsteil 6e zugespeiste, den Druckhaltekraft-Vor gabewert ausdrückende Digitalsignal in ein Spannungs signal um. Sodann liefert der Druckhalte-Steuerteil 6i das Spannungssignal zu einem Servoventilverstärker 7, welcher den Wert oder die Größe des vom Steuerteil 6i zugespeisten Spannungssignals als Druckhalte-Vorgabe wert benutzt und einem Servoventil 10 eine Steuerspan nung auf der Grundlage eines Meßwerts eines Hydraulik- oder Öldrucksensors 11 zum Messen des Drucks eines Hydraulik- oder Öl druckzylinders 9 zuspeist, um den Druck des Öldruckzylinders 9 auf den Druckhalte-Vorgabewert einzustellen.

Im folgenden ist die Berechnung und Abschätzung der Spritzform-Harztemperatur (d. h. der Harztemperatur in der Spritzform) T (t, x) durch den Operationsverarbei tungsteil 6g beschrieben.

Zunächst werden vor Durchführung eines Spritzgießens im voraus die Bezugstemperatur Twfs des feststehenden Formteils, die Bezugstemperatur Twms des verschiebbaren Formteils, die Anfangs-Harzbezugstemperatur Trs, die Dicke R eines Formerzeugnisses bzw. Spritzlings in Schnittrichtung, d. h. in Richtung eines Pfeils X, die Wärmeleitfähigkeit K des Formmaterials, den Wärmeüber gangskoeffizienten h zwischen dem Formmaterial und der Spritzform-Wandfläche, die Dichte P des Formmaterials, die spezifische Wärme(menge) Cp des Formmaterials, die Zeit t, zu der eine Berechnung durchgeführt werden soll, der Abstand x von der Wandfläche des verschieb baren Formteils 3b in Schnittrichtung, d. h. in Rich tung des Pfeils X, der als Position für die Durchfüh rung der Berechnung benutzt wird, die Wiederholungszahl N der Reihenberechnung und die Fließfähigkeits-Endtem peratur Tg gesetzt oder vorgegeben.

Die Glasübergangs- bzw. Einfriertemperatur des Form materials, die Kristallisationstemperatur, die Temperatur ohne Fließen, usw. können als der genannte Soll- oder Vorgabewert Tg benutzt werden. Weiterhin kann als obige Zeit oder Zeitspanne t der Zeitpunkt tf auf der Grundlage der Einleitung der Beschickung als Anfangs- oder Startzeitpunkt benutzt werden, so daß es möglich ist, eine Reihenberechnung durch Unterteilen der Zeitspanne vom Beginn der Beschickung bis zum Zeit punkt tf in Zeitintervalle Δt durchzuführen. Außerdem kann als Position x der Abstand von der Wandfläche des verschiebbaren Formteils 3b (in Axialrichtung der Schnecke 1, d. h. in Richtung des Pfeils X bzw. in Schnittrichtung) innerhalb eines Bereichs von 0×R benutzt werden. In diesem Fall beschreibt gemäß Fig. 5 die Spritzform-Harztemperatur T (t, x) eine Kurve, die in der Nähe der betreffenden Wände von feststehendem und verschiebbarem Formteil 3a bzw. 3b, die einen Formraum 3f festlegen, niedrig und in der Nähe des Zentrums des Formraums hoch ist. Es ist daher nötig, die Position x einwandfrei zweckbestimmt festzulegen. In einem Spritz zyklus, in welchem gute Erzeugnisse hergestellt wurden, gewonnene Werte können als diese Soll- oder Vorgabe werte benutzt werden.

Als nächstes wird die nachfolgend angegebene Gleichung (10), d. h. eine nichtlineare Gleichung, unter Verwen dung der genannten Vorgabewerte im voraus aufgelöst, um Auflösungen nj aus j = 0 bis j = N (mit N = die oben genannte Wiederholungszahl, die allgemein im Bereich von etwa 10 bis 100 liegt) zu erhalten. Sodann wird die Spritzform-Harzbezugstemperatur Ts(t, x) für jedes Zeit intervall Δt bis zum Zeitpunkt t=tf nach nachstehen der Gleichung (11) als Lösung oder Auflösung der unste tigen Wärmeableitanalyse ermittelt:

Darin bedeuten:

α = k/(ρ · Cp);
A = (1 - S/h) · (Twms - Twfs);
B = -(S/K) · (Twms - Twfs);
S = 1/(2/h + R/K);
tan (nj · R/2) = (h/K)/nj und
Dj = 4 · (h/K)² · {Trs - (Twfs + Twms)/2} /[nj · {nj² + (h/K)² · R + 2 (h/K)}]

Gleichzeitig werden die betreffenden Änderungsgrößen ∂r/∂D nd ∂T/∂Tr der Spritzform-Harztemperatur T (t, x) auf der Grundlage der Temperatur Twfs des fe sten Formteils, der Temperatur Twms des verschiebbaren Formteils und der Anfangsharztemperatur Trs sowie die Koeffizienten ξ₁, ξ₂ usw. (im folgenden als "Ände rungsgrößen usw." bezeichnet), die anhand der angege benen Spritzform-Harzbezugstemperatur bestimmt werden können, gleichzeitig im voraus nach folgenden Glei chungen (12) bis (16) ermittelt oder bestimmt:

∂T/∂Twf = {Trs - Ts (t,x) - (R/2 - x) · ξ₂ · D} /(Trs - Tws) (12)

∂T/∂δ = [(ξ₁ = x · ξ₂) · (Trs - Tws) - (1/2) · {Ts (t,x) - Twfs - (ξ₁ + x · ξ₂) · D}]/(Trs - Tws) (13)

∂T/∂Tr = {Ts (t,x) - Tws - (ξ₁ + x · ξ₂) · D} /(Trs - Tws) (14)

ξ₁ = (1 + h · R/K)/(2 + h · R/K) (15)

ξ₂ = -(h/K)/(2 + h · R/K) (16)

mit

Tws = (Twms + Twfs)/2,
D = TwMs - TwPs

Während der Durchführung des Spritzgießens werden die Temperatur Twf des feststehenden Formteils, die Tempe ratur Twm des verschiebbaren Formteils und die Anfangs- Harztemperatur Tr in jedem Spritzzyklus gemessen. Unter Heranziehung der nach Gleichung (11) erhaltenen Spritz form-Harzbezugstemperatur Ts(t, x) und der nach den Gleichungen (12) bis (16) erhaltenen Änderungsgrößen usw. wird die Spritzform-Harztemperatur T (t, x) im Spritzzyklus (im Beschickungsschritt oder im Druckhal te- und Kühlschritt) berechnet und abgeschätzt. Diese Berechnung und Abschätzung erfolgt nach der nachste hend angegebenen Gleichung (17), welche eine Korrektur der Spritzform-Harzbezugstemperatur Ts(t, x) entspre chend den auf die Spritzform-Harztemperatur wirkenden Einflüssen der Abweichungen der gemessenen Temperatur Twf des feststehenden Formteils, der gemessenen Tempe ratur Twm des verschiebbaren Formteils und der gemesse nen Einspritzharztemperatur Tr von ihren jeweiligen Be zugstemperaturwerten enthält. Als Einspritzharztempe ratur Tr kann der Höchstwert oder der zeitliche Mittel wert der Meßwerte vom Einspritzbeginn bis zum Beginn der Druckerhaltung, ein Abtastwert zum Zeitpunkt des Einspritzbeginns, ein Abtastwert zum Zeitpunkt des Be ginns der Druckerhaltung oder dergl. benutzt werden.

T (t,x) = Ts (t,x) + (∂T/∂Twf) · ΔTwf + (∂T/∂D) · ΔD + (∂T/∂Tr) · ΔTr (17)

mit:
ΔTwf = Tws - Twfs;
D = Twms - Twfs;
ΔD = (Twm - Twf) - (Twms - Twfs) und
ΔTr = Tr - Trs

Auf die vorstehend beschriebene Weise wird die Spritz form-Harzbezugstemperatur Ts(t, x) im voraus vor der Durchführung des Spritzgießens berechnet, und die Spritzform-Harztemperatur T (t, x) in einem Spritzzyklus wird in jedem Spritzzyklus während des Betriebs ge schätzt.

Obgleich bei der beschriebenen Ausführungsform die Spritzform-Harztemperaturen in vorbestimmten Positionen ermittelt oder bestimmt werden, kann (auch) der Mittel wert der Spritzform-Harztemperatur in Schnittrichtung, durch den Pfeil X angegeben, ermittelt oder bestimmt werden.

In diesem Fall wird die mittlere Spritzform-Harztempe ratur Tsave(t) anhand der folgenden Gleichung (18) an stelle (oder zusammen mit) der Gleichung (11) ermittelt bzw. bestimmt:

Während des Spritzgießvorgangs werden die Temperatur Twf des feststehenden Formteils, die Temperatur Twm des verschiebbaren Formteils und die Anfangs-Harztemperatur Tr für jeden bzw. in jedem Spritzzyklus gemessen, wobei anhand der nach Gleichung (18) erhaltenen mittleren Spritzform-Harzbezugstemperatur Tsave(t) die Spritz form-Harztemperatur Tave(t) im Spritzzyklus nach nach stehender Gleichung (19) berechnet und abgeschätzt wird:

Tave(t) = Tsave(t) + {(Trs - Tsave(t)) · ΔTws + (Tsave(t) - Tws) · ΔTr}/(Trs - Tws) (19)

mit:

ΔTws = (Twf + Twm)/2 - (Twfs + Twms)/2

Bei Ableitung oder Bestimmung der in Schnittrichtung gemittelten Spritzform-Harztemperatur kann die Berech nung mit höherer Geschwindigkeit als bei Bestimmung der Spritzform-Harztemperatur in Vorgabepositionen berech net werden. Aus diesem Grund werden bevorzugt nicht nur die Spritzform-Harzbezugstemperatur Ts (t, x), sondern auch die mittlere Spritzform-Harzbezugstemperatur Tsave(t) nach Gleichungen (11) bzw. (18) jeweils im voraus bestimmt, wobei die Spritzform-Harztemperatur während der Durchführung des Spritzgießens zweckmäßig und zweckbestimmt abgeschätzt wird.

Die vorstehend beschriebene Erfindung bietet die fol genden Wirkungen und Vorteile:
Es braucht kein Drucksensor oder -fühler in einer Spritzform vorgesehen zu werden, und es ist nicht nö tig, zusätzliche Daten, wie Dicke von Spritzlingen, effektive Wärmediffusionsgeschwindigkeit usw., vorzu sehen, so daß die Kosten für die Steuerung des Halte drucks gesenkt und daher auch der Preis für ein Spritz gießerzeugnis herabgesetzt werden kann.

Da im Spritzgießbetrieb nur die keinen großen Zeitauf wand erfordernden Schritte durchgeführt werden, kann die Spritzform-Harztemperatur (d. h. die Harztemperatur in der Spritzform) mit hoher Geschwindigkeit abge schätzt werden. Da außerdem Näherungsfehler ausgeschal tet sein können, kann die Spritzform-Harztemperatur mit hoher Genauigkeit geschätzt werden. Da darüber hinaus die Spritzform-Harztemperatur im Beschickungsschritt, d. h. vor dem Druckhalte- und Kühlschritt, geschätzt werden kann, können Verfahrenssteuerung, Verfahrens überwachung usw. einfach und sicher durchgeführt wer den.

Claims

1. Verfahren zum Steuern des Haltedrucks beim Spritzgießen, umfassend die folgenden Schritte:

- Beschicken eines Formraums einer Metall-Spritzform mit geschmolzenem Harz oder Harzschmelze aus einem Zylinder einer Spritzgießmaschine über eine (Spritz-)Düse und Harzdurchgänge durch Vorschub einer Schnecke, wobei der (die) Beschickungsschritt oder -stufe ferner folgende Schritte umfaßt:
- Abschätzen (estimating) einer Spritzform-Harztem peratur (d. h. Harztemperatur in der Spritzform) zu einer gegebenen Zeit in einem (einer) Druckfhalte schritt oder -stufe auf der Grundlage der Spritzformtempe ratur und der Harztemperatur im Harzdurchgang,
- Ermitteln oder Bestimmen (obtaining) eines Spritzform-Harzdrucks (d. h. Harzdrucks in der Spritzform), der zur Erzielung eines Soll- oder Zielgewichts eines Erzeugnisses erforderlich ist, anhand der abgeschätzten Spritzform-Harztem peratur und
- Ermitteln oder Bestimmen eines Druckhaltekraft- Soll- oder -Vorgabewerts anhand des bestimmten Spritzform-Harzdrucks, sowie
-Halten eines Drucks in der Weise, daß die Harz schmelze durch Druckbeaufschlagung der Schnecke nach dem Beschicken des Formraums mit der Harz schmelze ergänzt (oder nachgespeist) wird, um da durch ein durch Abkühlen und Erstarren der Harz schmelze im Formraum hervorgerufenes Schrumpfen der Harzschmelze zu kompensieren, wobei der Druck halteschritt weiterhin folgenden Schritt umfaßt:
- Steuern des Haltedrucks mittels des bestimm ten Druckhaltekraft-Vorgabewerts.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzform-Harztemperatur im Druckhalte schritt nach folgender Gleichung (ab) geschätzt wird: T(t) = Ts(t)
+ {Trs - Ts(t)}(Tw - Tws)/(Trs - Tws)
+ {Ts(t) - Tws}(Tr -Trs)/(Trs - Tws)in welcher bedeuten:Tw = (Metall-)Spritzformtemperatur,
Tws = Spritzformtemperatur in einem Spritzvorgang oder Schuß, in welchem ein gutes Erzeugnis gespritzt wurde,
Tr = Harztemperatur in den Harzdurchgängen,
Trs = Harztemperatur in den Harzdurchgängen in einem Schuß, in welchem ein gutes Erzeugnis gespritzt wurde, und
t = einen Zeitpunkt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Harztemperatur zum gleichen Zeitpunkt wie dem, zu dem eine Temperatur ohne Fließen in einem Schuß, in welchem ein gutes Erzeugnis ge spritzt wurde, festgestellt (established) wurde, in jedem Schuß (ab)geschätzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spritzform-Harzdruck und die Spritzform- Harztemperatur jeweils durch eine Funktion eines spezifischen Volumens des in der Spritzform befind lichen Harzes ausgedrückt sind.

5. Vorrichtung zum Steuern der Druckerhaltung in einer Spritzgießmaschine, umfassend:

- eine Metall-Spritzform,
- einen (Metall-)Spritzform-Temperatursensor zum Messen einer Temperatur der Spritzform,
- einen Harztemperatursensor zum Messen der Tempera tur von geschmolzenem Harz bzw. Harzschmelze in Harzdurchgängen,
- einen Operationsverarbeitungsteil zum Abschätzen einer Spritzform-Harztemperatur (d. h. Harztempe ratur in der Spritzform) in einem (einer) Druckhalte schritt oder -stufe auf der Grundlage der je weiligen Meßwerte des Spritzform-Temperatursensors und des Harztemperatursensors zum Bestimmen oder Ermitteln des zum Erzielen eines angestrebten Ge wichts eines Erzeugnisses erforderlichen Spritz formharzdrucks anhand der geschätzten Spritzform- Harztemperatur sowie eines Druckhaltekraft-Soll- oder -Vorgabewerts anhand des Spritzform-Harz drucks und
- eine Druckhaltesteuereinheit zum Steuern des Haltedrucks auf der Grundlage des vom Opera tionsverarbeitungsteil erhaltenen Druckhaltekraft- Vorgabewerts.

6. Verfahren zum Steuern eines Haltedrucks beim Spritzgießen, mit einem Beschickungsschritt zum Einbringen von Harzschmelze aus einem Zylinder einer Spritzgießmaschine in einen Formraum einer Metall spritzform und einen Druckhalte- und Kühlschritt zum Ergänzen (oder Nachspeisen) von Harzschmelze nach deren Einbringung in den Formraum für das Kompensie ren von Schrumpfung der Harzschmelze, die beim Abküh len und Erstarren der Harzschmelze im Formraum auf tritt, umfassend die folgenden Schritte:

- Bestimmen oder Ermitteln einer Spritzform-Harzbe zugstemperatur (d. h. Bezugstemperatur des in der Spritzform befindlichen Harzes) durch Auflösen einer unstetigen Wärmeableitanalyse vor Durchfüh rung des Spritzgießens,
- Messen der Spritzformtemperatur und der Temperatur des eingespritzten Harzes,
- entsprechendes Korrigieren der Spritzform-Harzbe zugstemperatur für auf die Spritzform-Harztempera tur wirkende Einflüsse von Abweichungen der gemes senen (Metall-)Spritzformtemperatur und der Tempe ratur des eingespritzten Harzes von jeweiligen Be zugstemperaturwerten derselben und
- Berechnen und Abschätzen der Spritzform-Harztempe ratur im Beschickungsschritt oder im Druckhalte- und Kühlschritt.

7. Verfahren zum Abschätzen der Harztemperatur beim Spritzgießen, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzform-Harzbezugstemperatur (d. h. Bezugs temperatur des Harzes in einer Spritzform) ausge drückt wird zu: worin bedeuten:
Twfs = Bezugstemperatur eines feststehenden Metall- Formteils,
Twms = Bezugstemperatur eines verschiebbaren Metall- Formteils,
Trs = Bezugstemperatur des eingespritzten Harzes,
R = Dicke des Spritzerzeugnisses,
K = Wärmeleitfähigkeit des Formmaterials oder gespritzten Materials,
h = Wärmeübergangskoeffizient zwischen dem Formmaterial und der Spritzformwandfläche,
ρ = Dichte des Formmaterials,
Cp = spezifische Wärme(menge) des Formmaterials,
x = Position, von welcher bei einer Berechnung auszugehen ist (to be a subject of calculation),
α = K/(ρ · Cp);
A = (1 - S/h) · (Twms - Twfs);
B = -(S/K) · (Twms - Twfs);
S = 1/(2/h + R/K);
tan (nj · R/2) = (h/K)/nj;
Dj = 4 · (h/K)² · {Trs - (Twfs + Twms)/2} /[nj · {nj² + (h/K)² · R + 2 (h/K)}];
N = Wiederholungszahl der Reihe und
t = Zeitpunkt, von dem bei einer Berechung auszugehen ist,
und daß
die zu berechnende und abzuschätzende Spritzform- Harztemperatur T (t,x) ausgedrückt wird durch:T (t,x) = Ts (t,x) + (∂T/∂Twf) · ΔTwf + (∂T/∂D) · ΔD + (∂T/∂Tr) · ΔTrworin bedeuten:Twf = gemessene Temperatur des feststehenden (Metall-)Formteils,
Twm = gemessene Temperatur des verschiebbaren Formteils,
Tr = gemessene Temperatur des eingespritzten Harzes,
ΔTwf = Twf - Twfs;
D = Twms - Twfs;
ΔD = (Twm - Twf) - (Twms - Twfs);
ΔTr = Tr - Trs;
∂T/∂Twf = {Trs - Ts (t,x) - (R/2 - x) · ξ₂ · D}/(Trs - Tws);
∂T/∂D = [(ξ₁ + x · ξ₂) · (Trs - Tws) - (1/2) · {Ts (t,x) - Twfs - (ξ₁ + x · ξ₂) · D}]/(Trs - Tws);
∂T/∂Tr = {Ts (t,x) - Twfs - (ξ₁ + x · ξ₂) · D}/(Trs - Tws);
ξ₁ = (1 + h · R/K)/(2 + h · R/K);
ξ₂ = -(h/K)/(2 + h · R/K); und
Tws = (Twms + Twfs)/2

8. Vorrichtung zum Abschätzen der Harztemperatur beim Spritzgießen, wobei die Vorrichtung ausgelegt ist zum Steuern eines Beschickungsschritts des Einsprit zens von geschmolzenem Harz oder Harzschmelze aus einem Zylinder einer Spritzgießmaschine in einen Formraum(teil) einer Metall-Spritzform und zum Steu ern eines Druckhalte- und Kühlschritts zum Ergänzen (Nachspeisen) der Harzschmelze nach dem Einbringen derselben in den Formraum für das Kompensieren von Schrumpfung der Harzschmelze, die beim Abkühlen und Erstarren der Harzschmelze im Formraum hervorgerufen wird, umfassend:

- einen Metall-Spritzform-Temperatursensor zum Messen der Temperatur der Metall-Spritzform,
- einen Harztemperatursensor zum Messen der Temperatur des eingespritzten Harzes in Harzdurchgängen und
- eine Operationsverarbeitungseinheit zum Bestimmen oder Ermitteln einer Spritzform-Harzbezugstemperatur (d. h. einer Bezugstemperatur des Harzes in der Spritzform) durch Auflösen einer unstetigen Wärmeableitanalyse vor Durchführung des Spritzgießens, zum Abnehmen der Spritzformtemperatur und der Temperatur des eingespritzten Harzes, die durch den Spritzform-Temperatursensor bzw. den Harztemperatursensor gemessen sind, im Spritzgießvorgang und zum entsprechenden Korrigieren der Spritzform-Harzbezugstemperatur für auf die Spritzform-Harztemperatur wirkende Einflüsse von Abweichungen der abgenommenen Spritzformtemperatur und der Temperatur des eingespritzten Harzes von ihren jeweiligen Bezugstemperaturwerten, um damit die Spritzform-Harztemperatur im Beschickungsschritt oder im Druckhalte- und Kühlschritt zu berechnen und abzuschätzen.