EP1341661A1 - Verfahren zur steuerung/regelung der verteilung der spritzmasse sowie mehrkavitäten - spritzgiesswerkzeug - Google Patents

Verfahren zur steuerung/regelung der verteilung der spritzmasse sowie mehrkavitäten - spritzgiesswerkzeug

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Publication number
EP1341661A1
EP1341661A1 EP01980103A EP01980103A EP1341661A1 EP 1341661 A1 EP1341661 A1 EP 1341661A1 EP 01980103 A EP01980103 A EP 01980103A EP 01980103 A EP01980103 A EP 01980103A EP 1341661 A1 EP1341661 A1 EP 1341661A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nozzle
nozzles
temperature
guided
regulated
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01980103A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Friedrich Werfeli
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Netstal Maschinen AG
Original Assignee
Netstal Maschinen AG
Maschinenfabrik und Giesserei Netstal AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Netstal Maschinen AG, Maschinenfabrik und Giesserei Netstal AG filed Critical Netstal Maschinen AG
Publication of EP1341661A1 publication Critical patent/EP1341661A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • 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
    • B29C45/78—Measuring, controlling or regulating of temperature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • 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
    • B29C45/26—Moulds
    • B29C2045/2683—Plurality of independent mould cavities in a single mould
    • B29C2045/2687—Plurality of independent mould cavities in a single mould controlling the filling thereof

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling / regulating the distribution of the injection compound via nozzles into the cavities of multi-cavity injection molding tools, furthermore a multi-cavity injection molding tool with adjustable heating outputs for the individual nozzles and a temperature measurement control and display device.
  • the first parameter group relates to the physical values such as temperature and pressure of the processed melt as well as the mass speed when the mass is injected in the area of the injection screw or the injection cylinder. These parameters can be varied and optimized within relatively large limits.
  • the second group of parameters concerns the specific structural design of the injection mold, especially the individual cavities and their disposition to one another. This also includes the placement of local heating elements and the local changeability of the heating output.
  • the structural part can only be changed by the customer to the extent that the corresponding adjusting devices are provided on the tool.
  • the third parameter group relates to the latter setting devices in order to be able to influence locally with respect to each individual cavity or at least each group of cavities.
  • the production of pet molds is, as it were, a school example for multi-cavity injection molds with a very large number of cavities.
  • a corresponding tool has, for example, 48, 96 or 128 cavities. This means that 48, 96 or 128 pet molds are produced simultaneously in each injection molding cycle.
  • the output parameters of the first parameter group mentioned in the introduction must be specified and with an or several test runs.
  • the result of the finished product is checked.
  • a very important test method is the purely sensory test on the end product, especially through the eye of the installer. Ideally considered, all the individual parts from a spray cycle must be identical and free of defects, provided that each cavity has optimal and identical conditions, especially with regard to the jetting nozzle and the locally effective heating output in the area of each nozzle.
  • each cavity In tool technology, cold runner or hot runner technology is used to distribute the injected material to the cavities.
  • hot runner technology When using hot runner technology to distribute the material, each cavity generally has a nozzle, i.e. a constriction, through which the material enters the cavity.
  • the design ensures that the conditions for all cavities are as equal as possible. This primarily concerns the flow path, the flow resistance and the temperature distribution. It is known that the flow resistance of a constriction can be changed by the temperature of the nozzle. This gives the installer a means of influencing the material distribution in the individual cavities.
  • the expression "as equal as possible" already means that it is a goal that can only be achieved in practice.
  • each nozzle can be equipped with a heater.
  • Each heater is operated by an actuator.
  • the nozzle temperature can be changed by changing the manipulated variable.
  • Control variables do not give the operator a feeling for what is actually going on at the nozzle or how an intervention works. The success of an intervention therefore depends heavily on the experience of the installer, above all on whether the installer has learned to recognize the complex relationships and interpret them correctly.
  • the installer or the operator must decide on the type and size of a corrective intervention for the cavity in question and carry it out using individual defective pet forms.
  • each nozzle receives a temperature sensor and that the manipulated variable for heating is determined by means of a temperature controller. This compensates for disturbances caused by changing environmental conditions. The operator can enter the individual nozzle temperatures in ° C.
  • EP 0 909 628 shows a further solution.
  • the simultaneous filling of the cavities is ensured by a complete pressure monitoring in each individual cavity according to this proposal.
  • the filling process from the start of the filling is detected by the pressure monitor and compared with a reference pressure curve.
  • the heating power of the individual nozzle heaters is intervened so that all individual cavities can be brought into a uniform line.
  • the aim of the proposed pressure control is that the pressure increase over time completely agrees for all cavities or the differences tend towards zero.
  • the individual temperature measurement and control at each nozzle is already a considerable cost factor.
  • a temperature sensor per nozzle is often not possible for tools with limited space.
  • an additional pressure control as proposed according to EP 0 909 628, is only economically sensible and portable if the number of cavities is small.
  • the object of the invention was now to find an economical solution for the control / regulation of the distribution of the molding compound in a multi-cavity injection molding tool, without loss of quality for the control / regulation for each individual cavity, even with a very large number of cavities.
  • the method according to the invention is characterized in that the spray material is distributed over the individual nozzles by influencing the nozzle heating output, the heating output being controlled by at least one master nozzle and the heating output of at least one further nozzle being determined and set on the basis of the master nozzle.
  • the multi-cavity injection molding tool according to the invention is characterized in that the heating power of at least one nozzle can be determined via a temperature sensor and regulated by means of a set / actual comparison in the sense of a master nozzle, and the heating power can be adjusted on the basis of the regulated nozzle via computer means ,
  • the inventors have recognized that when designing the tools, for functional reasons, care is taken to ensure that the cavities and the distributors are designed symmetrically. It can generally be assumed that all nozzles, at least in a similar position, have similar environmental conditions. The new solution takes advantage of this fact, since at least within a recognizable similar environment, only one nozzle needs to be equipped with a complete control system with a target / actual comparison. Any further or all other nozzles in the similar environment can be controlled in the sense of slave nozzles via corresponding model calculations.
  • one or more cavities can be equipped with a nozzle temperature sensor.
  • This nozzle or nozzles is / are regulated.
  • the regulation compensates for changing environmental influences, e.g. even when starting, and keeps the temperature at the nozzle constant. If you place the manipulated variable of the regulated nozzle on a slave nozzle without a temperature sensor, the same temperature will be set, whereby the environmental influences are compensated by the specification of the master nozzle.
  • the manipulated variable of each nozzle In order to ensure that each nozzle temperature can be individually adjusted, the manipulated variable of each nozzle must be able to be influenced. By small temperature differences of e.g. To reach 1 ° C, manipulated variable changes of 0.1 to 0.5% are necessary, which creates very confusing conditions for the operator.
  • the new solution via computer / storage means allows optimum values once found for a particular tool to be recorded for each cavity and to be used again for the next time, or to be continuously improved in the sense of an adaptable intelligence.
  • the deviations found once in a tool can be recorded and used as a basis for later production from the start with the corresponding start programs.
  • the master nozzle primarily optimizes the environmental and changing operating conditions. Thanks to this correction intervention, the slave nozzles can react to the very special conditions of each individual nozzle or they can be programmed for their respective deviations.
  • the correction for slave nozzles is reduced to simple control without the need for temperature sensors, neither in the area of the nozzle nor in the cavity.
  • the invention allows a number of particularly advantageous configurations. Reference is made to claims 2 to 7 and 9 to 12.
  • the nozzles are divided into groups, the heating output of a representative nozzle being regulated in the sense of a master nozzle in each nozzle group and the corrections for other nozzles in the group being determined and set by calculation.
  • the new control concept is based on the basic idea that with the real or classically regulated nozzles with setpoint / actual value comparison of the temperature, above all, changing environmental influences are mastered.
  • the aim of the new solution remains that the manipulated variable for each nozzle is designed for temperature differences of approximately 1 ° C to 5 ° C or 1 ° C to 10 ° C and a manipulated variable change of 0.1 to 0, 5% is targeted.
  • a very important fact according to the new solution is that regardless of whether the heating power of a nozzle is controlled or regulated, temperature values are displayed on the user interface. The installer or operator of injection molding machines knows neither from experience nor from the information provided by the manufacturer of the raw product the optimal temperature for processing.
  • the temperature has the greatest possible plausibility for the management of the process.
  • the temperature is also a basic physical quantity for which humans can develop a "feeling" as it were. It therefore makes the most sense as a display and correction and is quickly adopted by the installer as experience. He can memorize this information himself with reference to individual cavities. This simplifies its task particularly when the target and actual temperature is displayed for each guided or controlled nozzle.
  • the individual nozzles are divided into groups, one group each having a regulated master nozzle and the other slave nozzles in the group being adjustable on the basis of the regulated nozzle via the computer means and a corresponding model calculation.
  • a virtual actual value resulting from the invoice can be displayed.
  • at least one or more temperature sensors are assigned to at least one guided nozzle within a guided zone, in order to check the model calculation on which it is based. This allows the entire control system to be self-checked.
  • the control temperature sensor is not directly part of a control system and therefore only marginally reduces the advantage of the new solution to the question of construction costs.
  • FIG. 2 shows an example of the connections of a multi-cavity injection molding tool
  • FIGS. 3a and 3b show a reduced or enlarged section of the
  • Figure 1 shows the core of the basic structure for the new solution.
  • a master nozzle 1 directly underneath a slave nozzle 2, and indicated below further slave nozzles 2 ', 2 ", etc.
  • Each nozzle is assigned a heater 3, 3', etc., which is connected via a control line 4 "4" receives the corresponding actuating signals from a controller 5 or a control unit 6.
  • the target / actual data is transferred from the controller to a higher-level computer 7, which is at the same time memory and computer and storage location for the required computing models Setpoints as well as the manipulated variables and the slope Sa of the manipulated variable are sent to the slave nozzles.
  • the manipulated variable of the controlled zone (s) is used as the basis for the guided zone (s) used.
  • the guided zones receive a target temperature on the user interface like the controlled zones.
  • Ea the temperature difference between the setpoint of the controlled nozzles (T sr ) and that of the guided nozzle (T sfn ) is determined.
  • Slope (S a ) delta manipulated variable / delta temperature.
  • the temperature of the guided nozzle can be kept very precise, so that hardly any differences in behavior can be determined compared to a fully regulated nozzle.
  • each nozzle is now additionally assigned a temperature setpoint / actual value display. The corresponding temperature is displayed in ° C, regardless of whether it is a regulated or a guided nozzle.
  • FIG. 2 shows schematically the arrangement of forty-eight cavities with the corresponding number of nozzles. All cavities are divided into groups Gr- j to Gr 6 of eight cavities or nozzles each.
  • the master nozzle 1 is marked in black.
  • the nozzle 9, 9 'and all other nozzles (without the black marked) are slave nozzles which are guided by respective master nozzles of the same group.
  • six nozzles have a temperature sensor and are equipped with full control. All others have the same heating, but can only be set for the heating output by means of an adjustment process.
  • FIGS. 3a and 3b show design details for a single nozzle.
  • An injection mold 20 is placed directly on a distribution block 21.
  • a water-cooled mandrel 22 of a second mold half, not shown, which "delimits a preform 23 on the inside" is shown.
  • the outer shape is given by the mold cavity 24, which has a water cooling 25 in the circumference.
  • the nozzle 26 is provided with a heating jacket 27. Inside the nozzle 26 is a needle valve 28. The nozzle 26 is fed by a distribution channel 29.
  • the actual temperature at the nozzle is determined with a temperature sensor 30.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Die neue Erfindung schlägt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung/Regelung der Verteilung der Spritzmasse in Mehrkavitäten-Spritzgiesswerkzeugen, vor allem mit einer sehr grossen Zahl von Kavitäten von z.B. achtundvierzig bis hundertachtundzwanzig, vor. Es wird eine Einteilung in Gruppe von z.B. vier bis zwölf Düsen vorgeschlagen. Bei je einer Gruppe wird eine klassische, über die örtliche Heizleistung und Temperatursensoren geregelte Düse, im Sinne einer Masterdüse, vorgesehen. Alle übrigen Düsen bzw. Kavitäten der selben Gruppe werden als Slave-Düsen ohne Temperatursensoren ausgebildet. Über gespeicherte Modellrechnungen werden die sich virtuell ergebenden Ist-Temperaturen errechnet und am Bedienertableau angezeigt. Der Bediener erhält auf diese Weise für jede Düse die Soll-/Ist-Temperaturanzeige und kann auf jede einzelne Düse, je nach Ergebnis, in der Form von Temperaturwerten Einfluss nehmen. Der Regelungsaufwand wird bei Aufrechterhaltung der Qualität der Spritzmasseverteilung entsprechend einer vollen Regelung aller Düsen drastisch reduziert, mit entsprechend kostengünstiger Herstellung und kostengünstigem Betrieb der ganzen Steuer- und Regeltechnik.

Description

Verfahren zur Steuerung/Regelung der Verteilung der Spritzmasse sowie Mehrkavitäten - Spritzgiesswerkzeug
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung/Regelung der Verteilung der Spritzmasse über Düsen in die Kavitaten von Mehrkavitäten-Spritzgiesswerkzeugen, ferner ein Mehrkavitäten-Spritzgiesswerkzeug mit einstellbaren Heizleistungen für die einzelnen Düsen sowie einer Temperaturmess-Regel- und -Anzeigeeinrichtung.
Stand der Technik
Beim Spritzgiessen werden drei Parametergruppen unterschieden. Die erste Parametergruppe betrifft die physikalischen Werte wie Temperatur und Druck der aufbereiteten Schmelze sowie die Masse-Geschwindigkeit beim Einspritzen der Masse im Bereich der Einspritzschnecke bzw. dem Einspritzzylinder. Diese Parameter können innerhalb relativ grosser Grenzen variiert und optimiert werden.
Die zweite Parametergruppe betrifft die konkrete bauliche Gestaltung des Spritzgiesswerkzeuges, vor allem der einzelnen Kavitaten und deren Disposition zueinander. Dazu gehört auch die Platzierung von örtlichen Heizelementen und die örtliche Veränderbarkeit der Heizleistung. Der bauliche Teil kann vom Kunden nur noch soweit verändert werden, wie entsprechende Einsteilvorrichtungen am Werkzeug vorgesehen sind.
D,ie dritte Parametergruppe betrifft die letztgenannten Einstellvorrichtungen, um örtlich in Bezug auf jede einzelne Kavität oder zumindest jede Gruppe von Kavitaten Einfluss nehmen zu können. Die Herstellung von Petformen ist gleichsam ein Schulbeispiel für Mehrkavitäten-Spritzgiesswerkzeuge mit einer sehr grosser Zahl von Kavitaten. Ein entsprechendes Werkzeug hat z.B. 48, 96 oder 128 Kavitaten. Dies bedeutet, dass bei jedem Spritzgiesszyklus gleichzeitig 48, 96 oder 128 Petformen hergestellt werden. Beim Einrichten für eine Produktion müssen zuerst die Ausgangsparameter der einleitend erwähnten ersten Parametergruppe festgelegt und mit einem oder mehreren Testläufen geprüft werden. Neben den in dem Maschinenprozess bereits vorgesehenen Kontrollmitteln wird das Ergebnis des fertigen Produktes geprüft. Eine sehr wichtige Prüfmethode ist dabei die rein sensorische Prüfung am Endprodukt, vor allem durch das Auge des Einrichters. Idealisiert betrachtet müssen alle einzelnen Teile aus einem Spritzzyklus identisch und fehlerfrei sein, vorausgesetzt, jede Kavität hat optimale und identische Bedingungen, besonders im Hinblick auf die einmündende Düse sowie die örtlich wirksame Heizleistung im Bereich jeder Düse.
In der Werkzeugtechnik wird zur Verteilung des eingespritzten Materials auf die Kavitaten die Kaltkanal- oder die Heisskanaltechnik angewendet. Bei der Verwendung der Heisskanaltechnik bei der Verteilung des Materials hat jede Kavität in der Regel eine Düse, also eine Verengung, durch die das Material in den Hohlraum eintritt. Bei Werkzeugen, mit denen mehrere gleiche Teile gleichzeitig produziert werden, wird konstruktiv dafür gesorgt, dass die Bedingungen für alle Kavitaten möglichst gleich sind. Dies betrifft vor allem den Fliessweg, den Fliesswiderstand sowie die Temperaturverteilung. Es ist bekannt, dass durch die Temperatur der Düse der Fliesswiderstand einer Engstelle verändert werden kann. Damit hat der Einrichter ein Mittel, um die Materialverteilung in die einzelnen Kavitaten zu beeinflussen. Der Ausdruck "möglichst gleich" besagt bereits, dass es sich um eine Zielvorstellung handelt, welche in der Praxis nur angenähert erreicht werden kann.
Um die Düsentemperatur zu beeinflussen, kann jede Düse mit einer Heizung versehen werden. Jede Heizung wird durch ein Stellglied bedient. Indem die Stellgrösse verändert wird, lässt sich die Düsentemperatur verändern. Dies funktioniert in der Praxis, hat aber den Nachteil, dass die Düsentemperatur auch durch Störeinflüsse wie Anfahren und Schwankungen der Umgebungsbedingungen usw. beeinflusst wird. Stellgrössen vermitteln dem Bediener kein Gefühl für das, was an der Düse tatsächlich abläuft bzw. wie sich ein Eingriff auswirkt. Der Erfolg eines Eingriffes hängt deshalb stark von der Erfahrung des Einrichters ab, vor allem davon, ob der Einrichter gelernt hat, die komplexen Zusammenhänge zu erkennen und richtig zu interpretieren. Vorausgesetzt, das Werkzeug sowie alle Parameter der ersten Parametergruppe sind optimal eingestellt, so muss der Einrichter oder die Bedienungsperson an Hand einzelner mangelhafter Petformen über Art und Grosse eines Korrektureingriffes für die betreffende Kavität entscheiden und diesen durchführen. Dies stellt sehr hohe Anforderungen und kann bei ungenügender Qualifikation des Bedienungspersonals sehr nachteilige Folgen haben. Für eine präzise, langzeitstabile, zuverlässige Temperaturführung der Düsen hat sich deshalb durchgesetzt, dass jede Düse einen Temperatursensor erhält und dass die Stellgrösse für die Heizung mittels eines Temperaturreglers ermittelt wird. Dadurch werden Störungen durch ändernde Umgebungsbedingungen kompensiert. Der Bediener kann dabei die individuellen Düsentemperaturen in °C eingeben.
Die EP 0 909 628 zeigt eine weitere Lösung. Für höchste Anforderungen wird gemäss diesem Vorschlag das gleichzeitige Füllen der Kavitaten durch eine vollständige Drucküberwachung in jeder einzelnen Kavität sichergestellt. Es wird für jede Kavität der Füllvorgang vom Beginn der Füllung durch die Drucküberwachung detektiert und mit einem Referenzdruckverlauf verglichen. Für die Korrekturen wird bei der Heizleistung der einzelnen Düsenheizung interveniert, so dass alle Einzelkavitäten auf eine einheitliche Linie gebracht werden können. Ziel der vorgeschlagenen Druckregelung ist, dass der Druckanstieg über der Zeit für alle Kavitaten völlig übereinstimmt bzw. die Differenzen gegen Null tendieren. Bei Werkzeugen mit sehr vielen Kavitaten, z.B. 48, 96, 128, ist bereits die individuelle Temperaturmessung und -regelung an jeder Düse ein beträchtlicher Kostenfaktor. Bei Werkzeugen mit beengten Platzverhältnissen ist ein Temperatursensor pro Düse oft nicht möglich. Eine zusätzliche Druckregelung, wie gemäss der EP 0 909 628 vorgeschlagen wird, ist aus diesen Gründen nur bei kleinerer Kavitätenzahl wirtschaftlich überhaupt sinnvoll und tragbar.
DarstelSung der Erfindung
Der Erfindung wurde nun die Aufgabe gestellt, eine ökonomische Lösung zu finden für die Steuerung/Regleung der Verteilung der Spritzmasse in einem Mehrkavitäten- Spritzgiesswerkzeug, ohne Einbusse für die Qualität der Steuerung/Regelung für jede einzelne Kavität, dies auch bei sehr grosser Kavitätenzahl.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilung des Spritzmaterials über die einzelnen Düsen durch die Beeinflussung der Düsenheizleistung erfolgt, wobei die Heizleistung wenigstens einer Masterdüse geregelt und die Heizleistung wenigstens einer weiteren Düse aufgrund der Masterdüse rechnerisch ermittelt und eingestellt wird.
Das erfindungsgemässe Mehrkavitäten-Spritzgiesswerkzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleistung wenigstens einer Düse über einen Temperatursensor feststellbar und über Soll-/lst-Vergleich im Sinne einer Masterdüse regelbar ist und die Heizleistung wenigstens einer weiteren Düse auf der Basis der geregelten Düse über Rechnermittel einstellbar ist. Von den Erfindern ist erkannt worden, dass bei der Konstruktion der Werkzeuge aus Funktionsgründen auf eine symmetrische Auslegung der Kavitaten und der Verteiler geachtet wird. Es kann in der Regel davon ausgegangen werden, dass alle Düsen, zumindest in ähnlicher Lage, ähnliche Umgebungsbedingungen aufweisen. Die neue Lösung nutzt diese Tatsache, indem wenigstens innerhalb einer erkennbar ähnlichen Umgebung nur noch eine Düse mit einer vollständigen Regelung mit Soll-/lst-Vergleich ausgerüstet werden muss. Jede weitere, bzw. alle weiteren Düsen in der ähnlichen Umgebung können im Sinne von Slave-Düsen über entsprechende Modellrechnungen gesteuert werden.
Je nach Symmetrie kann eine oder mehrere Kavitaten mit einem Düsen-Temperatursensor ausgestattet werden. Diese Düse bzw. Düsen wird/werden geregelt. Die Regelung kompensiert die sich ändernden Umwelteinflüsse, z.B. auch beim Anfahren, und hält die Temperatur an der Düse konstant. Gibt man die Stellgrösse der geregelten Düse auf eine Slavedüse ohne Temperatursensor, wird sich die gleiche Temperatur einstellen, wobei die Umwelteinflüsse durch die Vorgabe der Masterdüse kompensiert sind. Um eine individuelle Einstellbarkeit jeder Düsentemperatur zu gewährleisten, muss die Stellgrösse jeder Düse beeinflusst werden können. Um kleine Temperaturdifferenzen von z.B. 1 °C zu erreichen, sind Stellgrössenveränderungen von 0,1 bis 0,5 % notwendig, was für den Bediener sehr unübersichtliche Verhältnisse schafft.
Bei der neuen Lösung können somit die nicht unbeachtlichen Aufwendungen für die Regelungen und Istwertmessungen drastisch reduziert werden, ohne dass eine echte Einbusse in der Qualität der Einflussnahme auf die Verteilung der Spritzmasse durch die Düsen in die Kavitaten entsteht. Vielmehr gestattet die neue Lösung über Rechner/Speichermittel, für ein bestimmtes Werkzeug einmal gefundene Optimalwerte für jede Kavität festzuhalten und diese für ein nächstes Mal wieder zu verwenden oder diese im Sinne einer lernfähigen Intelligenz laufend zu verbessern. Die einmal festgestellten Abweichungen bei einem Werkzeug können festgehalten und einer späteren Produktion von Anfang an mit entsprechenden Startprogrammen zugrunde gelegt werden. Kurz gesagt optimiert die Masterdüse vor allem die Umwelt- sowie wechselnde Betriebsbedinungen. Dank diesem Korrektureingriff können die Slave- Düsen auf die ganz besonderen Bedinungen jeder einzelnen Düse reagieren, bzw. sie können für ihre jeweiligen Abweichungen programmiert werden. Dabei reduziert sich bei den Slave-Düsen die Korrektur auf eine einfache Steuerung ohne die Notwendigkeit von Temperatursensoren, weder im Bereich der Düse noch in der Kavität. Die Erfindung erlaubt eine ganze Anzahl besonders vorteilhafter Ausgestaltungen. Es wird dabei auf die Ansprüche 2 bis 7 sowie 9 bis 12 Bezug genommen.
Im Falle von einer sehr grossen Zahl von Kavitaten werden die Düsen gruppenweise eingeteilt, wobei in je einer Dusengruppe die Heizleistung einer repräsentativen Düse im Sinne einer Masterdüse geregelt und die Korrekturen für übrige Düsen der Gruppe rechnerisch ermittelt und eingestellt werden. Damit reduziert sich der bauliche Aufwand für die Sensortechnik drastisch. Es wird gemäss der neuen Lösung vorgeschlagen, dass z.B. höchstens jede vierte, sechste, achte, zwölfte, vierundzwanzigste, achtundvierzigste, usw. Düse einen Temperatursensor aufweist und die übrigen Düsen ohne Temperatursensor als geführte Düsen ausgebildet sind. Wenn die Qualitätsanforderungen nicht extrem hoch sind, so ist es auch denkbar, grundsätzlich nur eine oder zwei Düsen zu regeln und alle übrigen als Slavedüsen zu steuern.
Das neue Steuer-/Regelkonzept baut auf dem Grundgedanken auf, dass mit den echt bzw. klassisch geregelten Düsen mit Soll-/lst-Wertvergleich der Temperatur, vor allem auch sich ändernde Umwelteinflüsse beherrscht werden. Ziel der neuen Lösung bleibt, wie im Stand der Technik, dass die Stellgrösse für jede Düse für Temperaturdifferenzen von etwa 1 °C bis 5°C oder 1 °C bis 10°C ausgelegt und eine Stellgrössen- veränderung von 0,1 bis 0,5 % angestrebt wird. Ein sehr wichtiger Sachverhalt gemäss der neuen Lösung liegt darin, dass unabhängig davon, ob die Heizleistung einer Düse geführt oder geregelt ist, an der Bedieneroberfläche Temperaturwerte angezeigt werden. Der Einrichter oder Bediener von Spritzgiessmaschinen kennt weder aus der Erfahrung noch aus den Angaben des Herstellers des Rohproduktes die optimale Temperatur für die Verarbeitung. Die Temperatur hat für die Führung des Prozesses die grösstmögliche Plausibilität. Die Temperatur ist zudem eine grundlegende physikalische Grosse, für welche der Mensch gleichsam ein "Gespür" entwicklen kann. Sie macht deshalb als Anzeige und Korrektur am meisten Sinn und wird vom Einrichter als Erfahrungswissen schnell aufgenommen. Er kann sich diese Information selbst mit dem Bezug zu einzelnen Kavitaten merken. Dies erleichtert seine Aufgabe besonders dann, wenn für jede geführte oder geregelte Düse die Soll- und Ist-Temperatur angezeigt wird.
Vorrichtungsgemäss werden die einzelnen Düsen in Gruppen eingeteilt, wobei je eine Gruppe eine geregelte Masterdüse aufweist und die übrigen Slave-Düsen der Gruppe auf der Basis der geregelten Düse über die Rechnermittel und einer entsprechenden Modellrechnng einstellbar sind. Ein sich aus der Rechnung ergebender, virtueller Ist- Wert kann angezeigt werden. Gemäss einem weiteren Ausgestaltungsgedanken wird innerhalb einer geführten Zone wenigstens einer geführten Düse wenigstens ein oder mehrere Temperatursensoren zugeordnet, zur Kontrolle der zugrundegelegten Modellrechnung. Dies erlaubt eine Selbstkontrolle des ganzen Steuer-/Regelsystems. Der Kontroll-Temperatursensor ist nicht direkt Bestandteil einer Regelung und reduziert deshalb den Vorteil der neuen Lösung auf die Frage des baulichen Aufwandes nur unmerklich.
Kurze Beschreibung der Erfindung
In der Folge wird nun die Erfindung mit weiteren Einzelheiten an Hand von einigen Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:
die Figur 1 das Grundschema für die Kombination von geregelter und geführter
Düse bzw. Masterdüse und Slave-Düse; die Figur 2 ein Beispiel für die Anschlüsse eines Mehrkavitäten-Spritzgiess- werkzeuges; die Figuren 3a und 3b einen verkleinerten bzw. vergrösserten Ausschnitt des
Bereiches der Düse sowie der Kavität für Petformen.
Wege und Ausführung der Erfindung
Die Figur 1 zeigt den Kern des Grundaufbaus für die neue Lösung. Im oberen Bildteil ist eine Masterdüse 1 , direkt darunter eine Slave-Düse 2, und darunter angedeutet weitere Slave-Düsen 2', 2", usw. Jeder Düse ist eine Heizung 3, 3', usw. zugeordnet, welche über eine Steuerleitung 4, 4' von einem Regler 5 bzw. einer Steuereinheit 6 die entsprechende Stellsignale erhält. Vom Regler werden die Soll-/lst-Daten einem übergeordneten Rechner 7 übergeben, welcher gleichzeitig Speicher und Rechner ist und Ablagestelle für die erforderlichen Rechenmodelle. Vom Rechner werden alle Sollwerte sowie die Stellgrössen und die Steilheit Sa der Stellgrösse an die Slave- Düsen abgegeben.
I
Um die Vorteile der temperaturgeregelten Düsen mit der einfachen Bedienung mit den Kosten- und Platzvorteilen der gestellten Düsen zu kombinieren, kann ein geeignetes Verfahren angewendet werden: Die Stellgrösse der geregelten Zone(n) wird als Basis für die geführte(n) Zone(n) verwendet. Die geführten Zonen erhalten auf der Bedieneroberfläche wie die geregelten Zσne(n) eine Solltemperatur. Ea wird die Temperaturdifferenz zwischen dem Sollwert der geregelten Düsen (Tsr) und demjenigen der geführten Düse (Tsfn) ermittelt. Durch -Modellrechnung oder durch Versuche lässt sich die Steilheit (Sa) im aktuellen Arbeitspunkt ermitteln. Steilheit (Sa) = delta Stellgrösse / delta Temperatur. Die Stellgrösse für jede geführte Düse (Zfn) wird nun nach folgender Formel ermittelt: Zfn = Zr + (Tsfn - Tsr) Sa.
Da es sich in der Regel um kleine Temperaturdifferenzen handelt, kann die Temperatur der geführten Düse sehr genau gehalten werden, so dass kaum mehr Unterschiede im Verhalten feststellbar sind gegenüber einer vollgeregelten Düse. Die Qualität dieses Modells kann einfach überprüft werden, indem eine zusätzliche Düse einen Temperatursensor erhält, aber geführt bleibt. Damit kann die effektive Ist-Temperatur einer geführten Düse mit dem Sollwert verglichen werden. Wird mehr als eine Düse geregelt, so wird die geführte Düse der ähnlichsten geregelten zugeordnet. Damit für den Bediener kein Unterschied im Komfort gegenüber einer voll geregelten Düse entsteht, kann auch der Temperatur-Istwert mit der Modellrechnung ermittelt werden. Tjfn = Tjr + (Tsfn - Tsr). Der Bediener wird auf diese Weise in der Regel keinen Unterschied feststellen zwischen einem Werkzeug mit Regelung sämtlicher Düsen gegenüber einem Werkzeug mit einer oder wenigen geregelten und ansonsten geführten Düsen. Die Herstellung des Werkzeuges und der Steuerung wird aber kostengünstiger, und der Platzbedarf ist kleiner. Für den Bediener selbst ist unmittelbar am nächsten das Bedientableau 8, welches, wie an sich bekannt, eine Vielzahl von Betriebsdaten, Betriebszuständen, Ablaufschemen, Tabellen, Statistiken, usw. anzeigen kann. Gemäss der neuen Lösung ist nun jeder Düse zusätzlich eine Temperatur-Soll-/lst- Wert-Anzeige zugeordnet. Die entsprechende Temperatur wird in °C angezeigt, unabhängig, ob es sich um eine geregelte oder eine geführte Düse handelt.
Die Figur 2 zeigt schematisch die Anordnung von achtundvierzig Kavitaten mit der entsprechenden Anzahl Düsen. Alle Kavitaten sind in Gruppen Gr-j bis Gr6 von je acht Kavitaten bzw. Düsen eingeteilt. Schwarz markiert ist jeweils die Masterdüse 1 . Zwei Düsen 9, bzw. 9' sind mit einem Kreuz versehen. Es handelt sich um Kontrolldüsen mit je einem Temperatursensor, jedoch ohne eine eigentliche Regelung. Die Düse 9, 9' sowie alle übrigen Düsen (ohne die schwarz markierten) sind Slave-Düsen, welche von jeweiligen Masterdüsen der selben Gruppe geführt werden. Von allen achtundvierzig Düsen haben sechs Düsen einen Temperatursensor und sind mit voller Regelung ausgerüstet. Alle übrigen haben gleicherweise eine Heizung, können jedoch nur über einen Stellvorgang für die Heizleistung eingestellt werden. Der jeweilige Ist- Wert wird als virtueller Wert in °C an dem Tableau trotzdem angezeigt. Der virtuelle Tempeartur-lst-Wert wird aufgrund der Werte der Masterdüse und Modellrechnungen ermittelt und kann laufend durch Versuche und Erfahrungen verbessert werden. Die Figuren 3a und 3b zeigen konstruktive Details für eine einzelne Düse. Eine Spritzgiessform 20 ist direkt einem Verteilblock 21 aufgesetzt. Formseitig ist ein wassergekühlter Dorn 22 einer nicht dargestellten zweiten Formhälfte, welcher ein "Preform 23 innen begrenzt", dargestellt. Die äussere Form ist durch die Formkavität 24 gegeben, welche im Umfang eine Wasserkühlung 25 aufweist. Die Düse 26 ist mit einem Heizmantel 27 versehen. Im inneren der Düse 26 ist ein Nadelventil 28. Die Düse 26 wird von einem Verteilkanal 29 gespiesen. Mit einem Temperatursensor 30 wird die Ist-Temperatur an der Düse festgestellt.

Claims

Patentansprüche
. Verfahren zur Steuerung/Regelung der Verteilung der Spritzmasse durch die Düsen in die Kavitaten von Mehrkavitäten-Spritzgiesswerkzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilung des Spritzmaterials über die einzelnen Düsen durch die Beeinflussung der Düsenheizleistung erfolgt, wobei die Heizleistung wenigstens einer Düse geregelt und die Heizleistung wenigstens einer weiteren Düse rechnerisch ermittelt und eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch geken nzeichnet, dass die Düsen gruppenweise eingeteilt sind, wobei in je einer Düsengruppe die Heizleistung einer Düse im Sinne einer Masterdüse geregelt und die Einstellwerte der übrigen Düsen der Gruppe rechnerisch ermittelt und eingestellt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Düsen mit einem Düsentemperatursensor ausgestattet ist, bzw. sind, wobei bei den geregelten Düsen sich ändernde Umwelteinflüsse kompensiert werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgrösse für jede Düse für Temperaturdifferenzen von etwa 1 °C bis 10°C ausgelegt ist, für eine Stellgrössenveränderung von 0,1 bis 0,5 %.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass unabhängig davon, ob die Heizleistung einer Düse geführt oder geregelt ist, an der Bedieneroberfläche Temperaturwerte angezeigt und Korrekturen als Temperaturwerte eingegeben werden können.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für jede geführte oder geregelte Düse die Soll- und Ist-Temperatur angezeigt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgrösse der geregelten Zone bzw. Zonen als Basis verwendet wird und die geführte Zone bzw. Zonen davon abgeleitet über eine Modellrechnung korrigiert werden.
8. Mehrkavitäten-Spritzgiesswerkzeug mit einstellbaren Heizleistungen für die einzelnen Düsen sowie Temperaturmess-Regel- und -Anzeigeeinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleistung wenigstens einer Düse über einen Temperatursensor feststellbar und über Soll-/lst-Vergleιch im Sinne einer Masterdüse regelbar ist und die Heizleistung wenigstens einer weiteren Düse auf der Basis der geregelten Düse über Rechnermittel einstellbar ist.
9. Mehrkavitäten-Spritzgiesswerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Düsen in Gruppen eingeteilt sind, wobei je eine Gruppe eine geregelte Masterdüse aufweist und die übrigen Düsen der Gruppe auf der Basis der geregelten Düse über die Rechnermittel, vorzugsweise durch Eingabe von Temperaturwerten, einstellbar sind.
10. Mehrkavitäten-Spritzgiesswerkzeug nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedieneroberfläche für jede Düse eine Temperaturanzeige, vorzugsweise eine Soll- sowie eine Ist-Temperaturanzeige aufweist, wobei die Ist-Werte der geführten D.üsen über die Rechnermittel bestimmbar sind und Korrekturen über Temperaturwerte eingebbar sind.
11. Mehrkavitäten-Spritzgiesswerkzeug nach Anspruch 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavitaten in geführte und geregelte Zonen eingeteilt sind, wobei wenigstens innerhalb einer geführten Zone wenigstens einer geführten Düse ein Temperatursensor zugeordnet wird zur Kontrolle der zugrundegelegten Modellrechnung.
12. Mehrkavitäten-Spritzgiesswerkzeug, dadurch gekennzeichnet, dass höchstens jede vierte, sechste, achte, zwölfte, vierundzwanzigste, achtundvierzigste, usw. Düse einen Temperatursensor aufweist und die übrigen Düsen ohne Temperatursensor als geführte Düsen ausgebildet sind bzw. dass pro Werkzeug nur eine oder mehrere Düsen geregelt und die übrigen als Slavedüsen gesteuert werden.
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