EP2043835A1 - Steuerungsverfahren für eine kunststoffspritzgiessmaschine zum ausgleich von chargenschwankungen - Google Patents

Steuerungsverfahren für eine kunststoffspritzgiessmaschine zum ausgleich von chargenschwankungen

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EP2043835A1
EP2043835A1 EP08786513A EP08786513A EP2043835A1 EP 2043835 A1 EP2043835 A1 EP 2043835A1 EP 08786513 A EP08786513 A EP 08786513A EP 08786513 A EP08786513 A EP 08786513A EP 2043835 A1 EP2043835 A1 EP 2043835A1
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plasticizing
switching time
dependence
plastic injection
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Klaus Oberndorfer
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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Publication date
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    • B29C2945/76822—Phase or stage of control
    • B29C2945/76876—Switch-over
    • B29C2945/76879—Switch-over metering-injection

Definitions

  • the invention relates to a control method for a plastic injection molding machine for balancing the batch fluctuations, which has a controller that allows adjustment of at least the screw speed, the Nachtikière and the Nachbuchdauer and the Umschaltzeithuis and provides appropriate data.
  • Repressive phase passes, so that it is difficult to determine this size accurately, and thus this turns out to be less than optimal.
  • Plasticizing work is determined and this as a guide to change the settings of the
  • Plastic injection molding machine is used, a reliable quality control can be achieved.
  • the plasticizing work in the injection molding cycle is earlier
  • the plasticizing work is suitable as a measure of the viscosity, it being assumed that the viscosity over time is proportional to the plasticizing work.
  • Wp] _ as supplied plasticizing work; ⁇ as viscosity;
  • V as the volume of the worm antechamber
  • plasticizing work in modern all-electric injection molding machines can be determined in a simple manner (see above).
  • the plasticizing work can be monitored and used as an indication of the expected quality of the molding, as this size has been found to be proportional to the viscosity (see above). It is also proposed within the scope of the invention to create a model for controlling the machine, in which the determination of the switching time or the high pressure is carried out from the plasticizing work determined with optimum quality of the molded part.
  • this dependence can be used to control the machine, so when monitoring the plasticizing the dependence on the setting of the switching time.
  • a dependency of the high pressure is determined by the plasticizing and this used in monitoring the plasticizing work to adjust the high pressure.
  • Plasticizing work e.g. can be determined via an empirical variation of the switching time point or the postpressure height per batch and statistical evaluation.
  • Control determines, if necessary, as an average of several injection molding cycles for different batches.
  • an optimum quality of the molding is monitored, e.g. determined by its weight, and the most favorable value or value at the best quality.
  • the switching time and the pressure high can be determined by a regression calculation, eg linear least squares or by quadratic approximation, a dependency of the switchover time and the head of gravity can be determined by the plasticizing work.
  • the model thus obtained can in turn be deposited for control in injection molding machines, so that when monitoring the plasticizing, z.
  • the optimal process variables of the switching time and the pressure head are set on the deposited dependencies.
  • This model can be stored in the control in the manner of a model function, possibly with interpolated intermediate values, eg. B. about series developments.
  • a plastic injection molding machine 1 is controlled by a controller 2 according to FIG.
  • the snail 3 is from a
  • Electric motor 5 turned. It conveys unrepresented granules, which is supplied via a funnel 6, into a screw antechamber 7.
  • the granules are heated by means of the heater 4 and by the frictional heat of the screw rotation and thereby heated and plasticized.
  • the plasticized granules are then conveyed by means of the screw 3 from the screw antechamber 7 in an injection mold 8.
  • the screw 3 is moved by means of a feed drive 9 in the axial direction. Then, the cooling and solidification of the plasticized granules in the
  • Injection mold 8 waited. Thereafter, the above-described sequence of steps is repeated.
  • the controller 2 controls the entire injection molding process described above. These are in the controller
  • a control program 10 on the one hand a control program 10 and on the other a model 11 stored. From the detected via suitable sensors 12 on the electric motor screw speed n and the motor torque M, the controller then calculates the plasticizing W PL . The model 11 then maps these to the setting values of the switching time U and the pressure head N, which are then used by the control program in the same injection molding cycle for the machine setting.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuerungsverfahren für eine Kunststoffspritzgiessmaschine (1) zum Ausgleich von Chargenschwankungen, die über eine Steuerung (2) verfügt, die eine Einstellung zumindest der Schneckendrehzahl (n), der Nachdruckhöhe (N) und der Nachdruckdauer (tN) sowie des Umschaltzeitpunkts (U) erlaubt sowie entsprechende Daten liefert, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Daten die Plastifizierarbeit (WPL) bestimmt wird und diese als Führungsgrösse zur Veränderung der Einstellungen der Kunststoffspritzgiessmaschine verwendet wird.

Description

Beschreibung
Steuerungsverfahren für eine KunststoffSpritzgießmaschine zum Ausgleich von Chargenschwankungen
Die Erfindung betrifft ein Steuerungsverfahren für eine KunststoffSpritzgießmaschine zum Ausgleich der Chargenschwankungen, die über eine Steuerung verfügt, die eine Einstellung zumindest der Schneckendrehzahl, der Nachdruckhöhe und der Nachdruckdauer sowie des Umschaltzeitpunkts erlaubt sowie entsprechende Daten liefert.
Moderne KunststoffSpritzgießmaschinen, insbesondere vollelektrische, bieten neue Möglichkeiten der
Prozesssteuerung, da nahezu alle Prozessgrößen regelbar ausgeführt sind.
Jedoch werden immer noch Schwankungen der Qualität der Spritzlinge beobachtet, die im Wesentlichen auf die Qualitätsschwankungen der eingesetzten Chargen des Kunststoffs beruhen.
Diese Qualitätsschwankungen stammen im Wesentlichen aus der unterschiedlichen Viskosität des aufgeschmolzenen Granulats der Chargen des Kunststoffs. Die Viskosität ist dabei abhängig von mehreren Faktoren, unter anderem von dem Wassergehalt, der Verwendung von Kunststoff-Recyclat usw.
In der Vergangenheit ist versucht worden, die Viskosität durch die Bestimmung der Einspritzarbeit zu ermitteln und daraufhin bestimmte Parameter der
KunststoffSpritzgießmaschine danach zu steuern. Es wurde z. B. der Umschaltzeitpunkt vom geschwindigkeitsgeregelten Einspritzen auf den druckgeregelten Nachdruckvorgang mit der Einspritzarbeit als Führungsgröße gesteuert. So geht aus der Veröffentlichung "Kontrolle des Formfüllvorgangs beim Spritzgießen mit Hilfe der Einspritzarbeit", Plastverarbeiter 1983, 34, Heft 10, S. 1105 - 1108 hervor, die Einspritzarbeit als Kriterium für das Fließverhalten heranzuziehen.
Allerdings ist die Verwendung der Einspritzarbeit problematisch, da der Einspritzvorgang nahtlos in die
Nachdruckphase übergeht, so dass es schwer ist, diese Größe genau zu bestimmen, und sich diese somit als wenig optimal herausstellt .
In der Dissertation "Prozessnahes Qualitätsmanagement beim Spritzgießen", TU Chemnitz 2004 (http://archiv.tu- chemnitz.de/pub/2004/0115) ist beschrieben, wie unter Einsatz von Methoden des prozessnahen Qualitätsmanagements, nämlich der Erfassung, Sammlung und Analyse von Prozessdaten, die Qualität beim Spritzgießen überwacht werden kann. Dazu werden Versuchsdaten statistisch ausgewertet, um deren Aussagekraft zu erhöhen, so dass eine Qualitätsmerkmalsprognose möglich wird (vgl. S. 97), die u. a. dazu verwendet werden soll, um eine Maschinensteuerung vorzunehmen. Als Prozessgrößen werden dort u. a. die Plastifizierleistung (vgl. Seite 55 i.V.m. Seite 29) und der Nachdruck sowie dessen Dauer beobachtet.
Es besteht jedoch weiterhin der Bedarf, ein Steuerungsverfahren bereitzustellen, das zuverlässiger Qualitätsschwankungen bei unterschiedlichen Kunststoff- Chargen verhindert und zudem einfach umzusetzen ist.
Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 angegebene
Verfahren gelöst.
Dadurch, dass aus den Daten der Steuerung die
Plastifizierarbeit bestimmt wird und diese als Führungsgröße zur Veränderung der Einstellungen der
KunststoffSpritzgießmaschine verwendet wird, kann eine zuverlässige Qualitätssteuerung erreicht werden. Zudem steht die Plastifizierarbeit im Spritzgießzyklus früher zur
Verfügung als die Einspritzarbeit, so dass die Steuerung schneller und präziser erfolgt. Es ist nämlich erkannt worden, dass sich die Plastifizierarbeit als Maß für die Viskosität eignet, wobei angenommen wird, dass die Viskosität im zeitlichen Verlauf proportional zu der Plastifizierarbeit ist.
Dies ist aufgrund des mathematischen Zusammenhangs der Plastifizierarbeit und der Viskosität (aus der Dissertation "Prozessnahes Qualitätsmanagement beim Spritzgießen", TU Chemnitz 2004 (http://archiv.tu-chemnitz.de/pub/2004/0115); S. z.B. 25 und 29) erkannt worden:
wobei γ • = .UnD h
mit
Wp]_ als zugeführter Plastifizierarbeit ; η als Viskosität;
Y als mittlere Schergeschwindigkeit im Schneckenkanal;
V als Volumen des Schneckenvorraums; n als Schneckendrehzahl
D als Schneckendurchmesser h als Höhe des Schneckenkanals in der Meteringzone
Insbesondere ist die Plastifizierarbeit in modernen vollelektrischen Spritzgießmaschinen auf einfache Weise bestimmbar (vgl. oben) .
Somit kann die Plastifizierarbeit überwacht werden und als Anhaltspunkt für die zu erwartende Qualität des Spritzlings verwendet werden, da sich diese Größe als proportional zur Viskosität herausgestellt hat (s. o.). Es wird im Rahmen der Erfindung ferner vorgeschlagen, ein Modell zur Steuerung der Maschine zu erstellen, bei dem die Bestimmung des Umschaltzeitpunkts bzw. der Nachdruckhohe aus der bei optimaler Qualität des Spritzlings ermittelten Plastifizierarbeit erfolgt.
Dazu wird eine Abhängigkeit des Umschaltzeitpunkts von der Plastifizierarbeit bestimmt.
Dann kann diese Abhängigkeit zur Steuerung der Maschine verwendet werden, also bei Überwachung der Plastifizierarbeit die Abhängigkeit zur Einstellung des Umschaltzeitpunkts.
Analog wird eine Abhängigkeit der Nachdruckhohe von der Plastifizierarbeit bestimmt und diese bei Überwachung der Plastifizierarbeit zur Einstellung der Nachdruckhohe verwendet .
In einfacher Weise kann die Abhängigkeit des Umschaltzeitpunkts und/oder der Nachdruckhohe von der
Plastifizierarbeit z.B. über eine empirische Variation des UmschaltZeitpunkts bzw. der Nachdruckhohe je Charge und statistischer Auswertung bestimmt werden.
Es wird also zunächst die Plastifizierarbeit aus Daten der
Steuerung bestimmt und zwar ggf. als Mittelwert aus mehreren Spritzgießzyklen bei unterschiedlichen Chargen.
Anschließend wird bei Variation lediglich des Umschaltzeitpunkts bzw. der Nachdruckhohe für jede Charge eine optimale Qualität des Spritzlings überwacht, z.B. mittels seines Gewichts, und der gunstigste Wert bzw. Wert bei bester Qualität ermittelt.
Aus den so gewonnen Daten für die Plastifizierarbeit, dem Umschaltzeitpunkt und der Nachdruckhohe kann über eine Regressionsrechnung, z.B. lineare nach der Methode der kleinsten Quadrate oder durch quadratische Approximation, eine Abhängigkeit des Umschaltzeitpunkts und der Nachdruckhöhe von der Plastifizierarbeit bestimmt werden.
Es werden also Funktionen bestimmt, bei denen der Umschaltzeitpunkt bzw. die Nachdruckhöhe von der
Plastifizierarbeit abhängen (U = f1 (W) bzw. N = f2 (W) ) .
Durch eine geringfügige Variation um einen optimalen Arbeitspunkt gemäß o. g. Funktionen wird anschließend davon ausgegangen, dass diese Abhängigkeiten für die kleinen Abweichungen durch Chargenschwankungen näherungsweise unabhängig von der verwendeten Spritzgießmaschine und dem Werkzeug sind. Nötigenfalls kann diese Unabhängigkeit durch weitere empirische Versuchsreihen an unterschiedlichen Maschinen und mit unterschiedlichen Werkzeugen hergestellt bzw. verbessert werden.
Das so gewonnene Modell kann wiederum zur Steuerung in Spritzgießmaschinen hinterlegt werden, so dass bei Überwachung der Plastifizierarbeit, z. B. als Mittelwert aus mehreren Spritzzyklen, über die hinterlegten Abhängigkeiten die optimalen Prozessgrößen des Umschaltzeitpunkts und der Nachdruckhöhe eingestellt werden.
Dieses Modell lässt sich nach Art einer Modellfunktion in der Steuerung hinterlegen, ggf. mit interpolierten Zwischenwerten, z. B. über Reihenentwickelungen.
So kann nach einem Chargenwechsel bei Abweichung der aus den Daten der Steuerung bestimmten Plastifizierarbeit eine
Veränderung der Einstellung für den Umschaltzeitpunkt und die Nachdruckhöhe vorgenommen werden.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines nicht limitierenden Ausführungsbeispiels . Eine KunststoffSpritzgießmaschine 1 wird gemäß FIG 1 von einer Steuerung 2 gesteuert. Die KunststoffSpritzgießmaschine
1 ist mit vollelektrischen Antrieben aufgebaut und wird auf übliche Weise betrieben. Sie weist also eine Schnecke 3 und eine Heizung 4 auf. Die Schnecke 3 wird von einem
Elektromotor 5 gedreht. Sie fördert nicht dargestelltes Granulat, das über einen Trichter 6 zugeführt wird, in einen Schneckenvorraum 7. Das Granulat wird mittels der Heizung 4 und durch die Reibungswärme der Schneckendrehung beheizt und dadurch erhitzt und plastifiziert . Das plastifizierte Granulat wird dann mittels der Schnecke 3 aus dem Schneckenvorraum 7 in ein Spritzgießwerkzeug 8 gefördert. Hierzu wird die Schnecke 3 mittels eines Vorschubantriebs 9 in Axialrichtung verschoben. Sodann wird das Abkühlen und Erstarren des plastifizierten Granulats in dem
Spritzgießwerkzeug 8 abgewartet. Danach wird die obenstehend beschriebene Schrittfolge wiederholt.
Die Steuerung 2 steuert den gesamten obenstehend beschriebenen Spritzgießprozess . Hierzu sind in der Steuerung
2 zum einen ein Steuerungsprogramm 10 und zum anderen ein Modell 11 abgelegt. Aus der über geeignete Sensoren 12 am Elektromotor erfassten Schneckendrehzahl n und dem Motordrehmoment M errechnet die Steuerung dann die Plastifizierarbeit WPL. Das Modell 11 bildet dann diese auf die Einstellgrößen Umschaltzeitpunkt U und Nachdruckhöhe N ab, die dann von Steuerungsprogramm im gleichen Spritzgießzyklus für die Maschineneinstellung verwendet werden .

Claims

Patentansprüche
1. Steuerungsverfahren für eine
KunststoffSpritzgießmaschine (1) zum Ausgleich von Chargenschwankungen, die über eine Steuerung (2) verfugt, die eine Einstellung zumindest der Schneckendrehzahl (n) , der Nachdruckhohe (N) und der Nachdruckdauer (tjj) sowie des Umschaltzeitpunkts (U) erlaubt sowie entsprechende Daten liefert, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Daten die Plastifizierarbeit (WPL) bestimmt wird und diese als Fuhrungsgroße zur Veränderung der Einstellungen der KunststoffSpritzgießmaschine verwendet wird.
2. Steuerungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abhängigkeit des Umschaltzeitpunkts (U) von der Plastifizierarbeit (WPL) bestimmt wird und eine Abhängigkeit der Nachdruckhohe (N) von der Plastifizierarbeit (W) bestimmt wird.
3. Steuerungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überwachung der Plastifizierarbeit (WPL) die Abhängigkeit zur Einstellung des Umschaltzeitpunkts (U) verwendet wird.
4. Steuerungsverfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überwachung der Plastifizierarbeit (WPL) die
Abhängigkeit zur Einstellung der Nachdruckhohe (N) verwendet wird.
5. Steuerungsverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abhängigkeit des Umschaltzeitpunkts (U) und/oder der Nachdruckhöhe (N) von der Plastifizierarbeit (WPL) über eine empirische Variation des Umschaltzeitpunkts (U) bzw. der Nachdruckhöhe (N) je Charge und statistischer Auswertung bestimmt wird.
6. Steuerungsverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung der Abhängigkeit der Wert für den Umschaltzeitpunkt (U) und/oder der Nachdruckhöhe (N) verwendet wird, bei dem eine optimale Qualität des hergestellten Spritzlings vorliegt.
7. Steuerungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung der Abhängigkeit die Überwachung der optimalen Qualität des Spritzlings über dessen Gewicht erfolgt.
EP08786513A 2007-07-31 2008-07-28 Steuerungsverfahren für eine kunststoffspritzgiessmaschine zum ausgleich von chargenschwankungen Withdrawn EP2043835A1 (de)

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EP (1) EP2043835A1 (de)
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