WO2011044705A1

WO2011044705A1 - Verfahren zum steuern oder regeln eines einspritzprozesses

Info

Publication number: WO2011044705A1
Application number: PCT/CH2010/000248
Authority: WO
Inventors: Juan Gruber; Max P. Waser
Original assignee: Kistler Holding Ag
Priority date: 2009-10-12
Filing date: 2010-10-08
Publication date: 2011-04-21
Also published as: EP2488344A1; JP2013507272A; WO2011044705A4; CN102574318B; JP5851993B2; WO2011044705A9; CN102574318A; US20120187592A1; US9387617B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern oder Regeln eines Einspritzprozesses beim Herstellen eines Formteiles (2), bei dem Schmelzmasse (6) von mindestens einer Einspritzeinheit (5) über mindestens eine Düse (8) in mindestens eine von einem Werkzeug (4) umgebene Kavität (3) gespritzt wird. Erfindungsgemäss weist die mindestens eine Kavität (3) mindestens eine Messstelle (13) auf, welche an einen binären Detektor (14) gekoppelt ist, der von einem ersten definierten Zustand in einen zweiten definierten Zustand wechseln kann. Dabei ändert der binäre Detektor (14) zum Zeitpunkt t des Eintreffens des Schmelzmasse (6) an der Messstelle (13) seinen Zustand. Auf Grund dessen Zustandsänderung steuert oder regelt eine Steuer- oder Regeleinheit (10) die Einspritzgeschwindigkeit V der mindestens einen Einspritzeinheit (5), die Temperatur T der Schmelzmasse (6) vor der Einspritzung, das Abbrechen der Einspritzung an der mindestens einen Düse (8) und/oder das Starten eines Folgeprozesses.

Description

VERFAHREN ZUM STEUERN ODER REGELN EINES EINSPRITZPROZESSES

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern oder Regeln eines Einspritzprozesses beim Herstellen eines Formteiles, bei dem Schmelzmasse von mindestens einer Einspritzeinheit über mindestens eine Düse in mindestens eine von einem Werkzeug umgebene Kavität gespritzt wird.

Stand der Technik

Steuerungen und Regelungen bei Spritzgiessprozessen umfassen in der Regel die Einspritzphase, bei der eine Kavität in einem Werkzeug mit einer Schmelze gefüllt wird, die Nachdruckphase, welche einen Materialschwund ausgleichen soll, sowie eine anschliessende Abkühlphase, bei der die Masse schliesslich zum gewünschten Formteil erstarrt, bis das Werkzeug schliesslich geöffnet und das fertige Formteil entnommen werden kann. In all diesen Phasen sind Prozessteuerungen und -regelungen notwendig, welche gewährleisten sollen, dass die fertigen Form^¬ teile von gleichbleibender, reproduzierbarer Qualität sind.

Bei einem anderen Herstellprozess , dem Spritzprägen, folgt auf den Einspritzprozess ein Prägeprozess . Bei der Fluidinjec- tionstechnik oder der Projektiltechnik hingegen werden Formteile mit Hohlräumen hergestellt. Bei diesen Herstellprozessen folgt auf den Einspritzprozess ein weiterer Prozessschritt, bei dem die heisse Kunststoffschmelze durch ein Fluid ver^¬ drängt wird.

Bei all diesen und weiteren Prozessen muss in der Einspritzphase die Regelung und Steuerung insbesondere gewährleisten, dass die Kavität optimal gefüllt wird. Beim Spritzgiessen bei- spielsweise soll sie vollständig gefüllt aber nicht überfüllt sein. Falls mehrere Kavitäten vorhanden sind, gilt dies natürlich für alle Kavitäten gleichzeitig.

Die Füllmenge in der Kavität hängt ihrerseits von der Ein- Spritzgeschwindigkeit der Einspritzschnecke sowie von der Temperatur der Düse vor dem Einspritzen in die Kavität ab. Diese bestimmt massgebend die Viskosität der Kunststoffschmelze, welche sich auf das Fliessverhalten auswirkt. Zum richtigen Zeitpunkt muss schliesslich der Füllvorgang gestoppt werden. In der DE 2358911 ist ein Verfahren beschrieben, welches auf Grund von Druck- und Temperaturmessungen eine Regeleinrichtung von Spritzgussmaschinen beschreibt. Auf Grund von Temperaturmessungen an verschiedenen Stellen wird die Fliessfrontge- schwindigkeit bestimmt, auf Grund derer schliesslich ein Re- gelventil für den nächsten Zyklus eingestellt wird.

Aus der EP 897786 ist ebenfalls ein Verfahren zum Regeln einer Spritzgiessanlage bekannt. Diese regelt auf Grund von Druckmessungen ebenfalls verschiedene Regelparameter für den nächsten Zyklus.. All diese Verfahren sind sehr komplex und benötigen Sensoren, welche kontinuierlich Messwerte erfassen, welche ausgewertet und verarbeitet werden müssen.

Es gibt weitere Verfahren, bei denen ein Druck- oder Temperatursensor das Erreichen einer Schmelzefront feststellen kann. In der WO 2010/017940 und in der JP 63239011 werden beispielsweise Drucksensoren für diesen Zweck eingesetzt, in der WO 2006/000411, der WO 02/081177 sowie in der DE 2358911 ein oder mehrere Temperatursensoren. In der AT 328173 wird die Fliess- frontrichtung mit einem Sensorpaar ermittelt, wobei die Senso- ren Temperaturkurven oder Druckkurven liefern.

Dabei ist zu beachten, dass bei diesen Verfahren jeweils die ganzen Messkurven erfasst und von Fall zu Fall interpretiert werden müssen. Bei den Temperaturmessungen müssen daraufhin Trigger gesetzt werden, die von der Werkzeugtemperatur und von der Schmelztemperatur abhängen. Ein Temperatursensor kann somit nur nach weiteren Einstellungen durch eine geschulte Person als Fliessfront-Erkennungssensor eingesetzt werden. Bei Änderung der Werkzeugtemperatur ist es notwendig, die Temperaturschwelle anzupassen. Es können auch fixe Temperaturdifferenzen vorgegeben werden, die bei der Einspritzung erreicht werden müssen, um das Erreichen der Fliessfront anzugeben. Dies beinhaltet aber auch eine Interpretation und eine Auswertung, da die eingegangenen Messwerte zu einer Temperaturkurve umgerechnet und miteinander verglichen werden müssen, bevor das Eintreffen der Fliessfront angezeigt werden kann. Eine Fliessfronterkennung mittels Temperatursensoren verlangt immer eine Auswertung und/oder Anpassung an die Werkzeugtemperatur, was sehr aufwändig ist.

Als Drucksensoren kommen einerseits Werkzeuginnendrucksensoren in Frage, die in einer zur Kavität hin offenen Bohrung frontbündig zur Kavitätswand eingebaut werden. Da diese eine hohe Anforderung an die Oberflächenkonformität haben, um keine Abdrücke an Gussteil zu hinterlassen, sind diese sehr teuer. Andererseits gibt es sogenannte Messdübel, die in der Werkzeugwand von der Kavität zurückversetzt angeordnet sind. Ein solcher Messdübel wird in seiner Bohrung verspannt und sein Messsignal muss in einer Anzahl Vorversuchen entsprechend den jeweiligen Einbaubedingungen interpretiert und ausgewertet werden, damit das Erreichen der Sensorfront zuverlässig festgestellt werden kann. Zudem sind solche Messdübel nicht wesent- lieh billiger als die genannten Werkzeuginnendrucksensoren und somit immer noch zu teuer.

Sowohl bei Drucksensoren als auch bei Temperatursensoren werden stets zeitabhängige Messkurven erfasst und ausgewertet. Dies verlangt nicht nur hochwertige Sensoren sondern auch eine anspruchsvolle Auswertesoftware, in der individuelle Einstellungen vorgenommen werden .müssen. Dies ist teuer und umständlich .

In der CH 667843 wird ein optischer Lichtwellensender in der Kavitätsoberfläche eingebaut, wobei an der gegenüberliegenden Kavitätsoberflache ein Lichtwellenempfänger eingebaut wird, um bei Fehlen des Signals eine Präsenz der Fliessfront festzustellen. Nachteilig an dieser Anordnung ist, dass zwei Bohrungen in die Kavität geführt werden müssen, die beide oberflächenkonform verschlossen werden müssen. Dieses Verfahren eignet sich nicht für transparente Materialien. Zudem ist es viel zu aufwändig, unzuverlässig, teuer und kompliziert.

Darstellung der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein oben beschriebenes Verfahren anzugeben, welches ohne Messwerterfassung von Messkurven und entsprechende Auswertung und insbesondere ohne teure und technologisch hochstehende und störungsanfällige Messwerterfassungssysteme auskommt. Dadurch soll die für die Regelung notwendige Instrumentierung einerseits kostengünstiger, andererseits prozesssicherer werden.

Zudem soll das Verfahren universell einsetzbar sein, unabhängig von Prozessparametern wie der Schmelzetemperatur, der Werkzeugtemperatur, der Geometrie der Kavität im Bereich der Messstelle und der Transparenz der Schmelze. Es sollen keine prozessspezifischen Einstellungen durch den Benutzer vorgenommen werden müssen.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Kennzeichen des unabhängigen Patentanspruchs .

Die der Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, dass mindestens eine Kavität eine Messstelle aufweist, welche an einen binären Schalter, auch binären Detektor genannt, gekoppelt ist. Ein binärer Schalter oder Detektor ist ein Detektor, der von einem ersten definierten Zustand in einen zweiten definierten Zustand wechseln kann. Dabei sind diese Zustände universell, das heisst, unabhängig von Prozessparametern. Der binärer Schalter oder Detektor wechselt entsprechend zum Zeitpunkt t des Eintreffens der Schmelzmasse an dieser Messstelle sein kennzeichnendes Zeitsignal von einem ersten definierten Signal in ein zweites definiertes Signal und leitet dieses direkt an eine Steuer- oder Regeleinheit weiter. Allein auf Grund der Änderung dieses Zeitsignals steuert oder regelt das Verfahren die Einspritzgeschwindigkeit V mindestens einer Ein- spritzeinheit , das Abbrechen der Einspritzung an mindestens einer Düse, die Temperatur T der Schmelzmasse vor der Einspritzung und/oder startet einen Folgeprozess . Ein solcher Folgeprozess kann beispielsweise das Starten einer weiteren Einspritzeinheit und/oder das Öffnen einer weiteren Düse sein.

Dadurch, dass im erfindungsgemässen Verfahren lediglich der Zeitpunkt t des Eintreffens der Schmelze erfasst werden muss, können als binäre Detektoren billige Komponenten verwendet werden. Im Gegensatz zu den Verfahren nach dem Stand der Technik werden hier keine zeitlich abhängigen Messkurven aufgenommen, interpretiert und ausgewertet. Es müssen insbesondere keine Triggerwerte gesetzt werden. Der Einsatz eines solchen digitalen Detektors ist insbesondere unabhängig von Tempera- turwerten von Werkzeug und Schmelze sowie unabhängig von den geometrischen Gegebenheiten der Kavität in der Umgebung der Messstelle und unabhängig von weiteren prozessspezifischen Parametern. Es bedarf daher keiner Fachperson- zum Einstellen spezifischer Werte.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden wird die Erfindung unter Beizug der Zeichnungen näher erklärt. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäs- sen Anlage mit einer Kavität und einer Düse;

Fig. 2a Diagramm eines Signalausgangs eines Detektors vor ,und nach einem Ereignis t;

Fig. 2b Darstellung des Verfahrens nach dem Stand der Technik; Fig. 2c Erfxndungsgemässes Verfahren;

Fig. 2d Beispiel eines binären Detektors oder Schalters;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäs- sen Anlage mit einer Düse zu einer Kavität, welche einer späteren Prägung unterworfen ist, im (a) offe- nen und (b) geschlossenem Zustand;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäs- sen Anlage mit einer Kavität und zwei Einspritzeinheiten, welche die Kavität mit unterschiedlichen Materialien füllen können; eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäs- sen Anlage mit einer Kavität und einer Einspritzdüse und mit einer Flüssigkeitseinspritzvorrichtung für Fluid-Inj ectio^'n Prozesse, (a) vor und (b) nach der Flüssigkeitseinspritzung . eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäs- sen Anlage mit einem Heisskanal und mehreren Düsen zu jeweils einer Kavität, in dem ein Formteil mit einer Bindenaht entsteht, mit einer Messstelle bei der Bindenaht, (a) im unfertigen und (b) im fertigen Zustand des Formteils; eine schematische Darstellung nach Figur 6, mit zwei Messstellen bei der Bindenaht, (a) im unfertigen und (b) im fertigen Zustand des Formteils; eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäs- sen Anlage mit zwei Einspritzeinheiten mit unterschiedlichen Massen zu einer Kavität, mit einem Formteil mit einer Bindenaht; eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäs- sen Anlage mit einem Heisskanal und mehreren Düsen zu derselben Kavität; ein Teil eines Werkzeugs mit einer Messstelle zum Erfassen des Eintreffens der Schmelzefront, wobei das Eintreffen der Schmelzefront (a) direkt an der Kavi- tätsoberfläche, (b) in der Werkzeugwand nahe der Ka- vitätsoberfläche, (c) hinter einem Auswerfestift oder Messstift erfasst wird. Wege zur Ausführung der Erfindung

Die Bezugszeichen wurden in beiden Zeichnungen beibehalten.

Die Fig. 1 stellt eine erfindungsgemässe Prozessanlage 1 dar zum Herstellen eines Formteils 2 in einer Kavität 3, die von einem Werkzeug 4 umgeben ist. Eine Einspritzeinheit 5 wird bei der Produktion mit Schmelzmasse 6 versorgt und transportiert diese, beispielsweise durch einen Schneckenvorschub, zu einer Düse 8, welche durch einen Kanal 9 mit der Kavität 3 verbunden ist. Die Schmelzmasse 6 dringt in die Kavität 3 ein, bis diese vollständig gefüllt ist. Eine Steuerung oder Regelung 10 ■schaltet den Prozess nun auf Nachdruck um.

Ein Heizmodul 10 im Bereich der Düse 8 kann die Temperatur der Schmelze in der Düse 8 beeinflussen und so deren Viskosität verändern. Eine wärmere Schmelze hat eine niedrigere Viskosität und fliesst demnach schneller in die Kavität 3 als eine kühlere Schmelze. So kann die Fliessgeschwindigkeit durch die Temperatur an der Düse 8 gesteuert werden. Andererseits ist auch die Schneckenvorschubgeschwindigkeit für die Fliessgeschwindigkeit verantwortlich. Zuletzt kann die Anlage auch über einen Schieber 12 zwischen Düse 8 und Kavität 3 verfügen, welcher die Einspritzung abbrechen kann, indem- dieser geschlossen wird.

Erfindungsgemäss verfügt die Prozessanlage 1 über mindestens eine Messstelle 13, welche an einen binären Detektor 14 gekoppelt ist. Dieser Detektor 14 ist derart ausgestaltet, dass er zum Zeitpunkt t des Eintreffens der Schmelzefront 15 an dieser Messstelle 13 seinen Zustand ändert. Da es ein binärer Detektor ist, kann er nur zwei Zustände einnehmen. Eine Steueroder Regeleinheit 10 steuert oder regelt auf Grund einer solchen Zustandsänderung die Einspritzung. Dies kann insbesondere die Änderung der Einspritzgeschwindigkeit der Einspritzeinheit, die Regelung der Temperatur der Schmelzmasse 6 vor der Einspritzung, und/oder das Abbrechen der Einspritzung nach einer Düse 8, beispielsweise durch einen Schieber 12 betreffen.

Im vorliegenden Beispiel ist die Messstelle 13 vorzugsweise nahe der Stelle angeordnet, an der der Fliessweg der Schmelzmasse 6 beendet ist, also am Ende der Kavität 3. So kann beim Feststellen des Eintreffens der Schmelzefront 15 auf die vollständige Füllung der Kavität 3 geschlossen werden, worauf beispielsweise der Prozess der Füllphase abgeschlossen und die Nachdruckphase eingeleitet werden kann.

Das Eintreffen der Schmelzefront 15 an der Messstelle 13 kann durch den binären Detektor 14 an verschiedenen Stellen erfasst werden. Insbesondere kann dies durch ein Messelement angrenzend an die Kavität 3 oder in der Kavitätswand nahe der Kavität 3 erfasst werden. Andererseits kann ein geeignetes Messelement auch hinter einem Auswerfestift 18 oder hinter einem Messstift 18 angebracht werden. Auch wenn das Messelement fern der Kavität 3 angeordnet ist, so ist die Messstelle 13, also der massgebende Ort, an dem die Schmelzefront 15 passiert werden muss, um den Detektor 14 in einen anderen Zustand zu versetzen, doch stets direkt an der Kavitätswand.

Entscheidend für die hier genannten Detektor 14 ist, dass nicht, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist, ein Messwert über einen gewissen Zeitraum ermittelt, aufgezeichnet und interpretiert werden muss, sondern nur die Änderung des binären Detektors 14 erfasst werden muss. Im Unterschied zu Temperaturmessungen durch Thermoelemente, wo als Leitungen und Verbindungen spezielle Thermoelement Materialen wie Nickel- Chom/Nickel und/oder entsprechende Ausgleichsleitung verwendet werden müssen, um genaue Messwerte zu erlangen, genügen im vorliegenden Fall herkömmlich isolierte, ein- oder zweiadrige Kupferleitungen. Dasselbe gilt für Druckmessungen: Für piezoelektrische Druckmessungen sind hoch isolierte Leitungen und Verbindungen mit Isolationsummantelungen von mindestens 10^Λ12 Ohm erforderlich, um die Störsignale abhalten zu können. Für den Zweck eines Detektors 14 muss aber grundsätzlich nur zwischen zwei Zuständen unterschieden werden können. Daher sind hierfür keine speziellen Anforderungen an die Leitungen und Verbindungen zu den Druckmesselementen nötig, einfach isolierte Kupferleitungen, ein- oder zweiadrige, und handelsübliche Verbindungen genügen völlig. Der Einsatz eines binären Detektors 14 ist daher grundsätzlich billiger und einfacher als eine Auswertung zeitabhängiger Messdaten.

Fig. 2a zeigt die Änderung des Signals zum Zeitpunkt t als Beispiel. Hier ändert das Ausgangssignal des Detektors 14 von 0 auf 1.

In Fig. 2b ist das Verfahren nach dem Stand der Technik dargestellt: Ein herkömmlicher Messsensor 21 ist in einem Werkzeug 4 nahe oder direkt an der Kavität 3 angeordnet. Dieser Messsensor 21 ist in der Regel ein Temperatur- oder Drucksensor. Eine Messwertleitung 25 verbindet diesen Messsensor 21 mit einer Messwert - Auswerte- und Interpretationseinrichtung 22. Die Messwertleitung muss speziell ausgelegt sein, je nach dem, welche Art von Messelement verwendet wird. Insbesondere sind es Thermodraht-Leitungen, wie NiCr/Ni oder entsprechende Er- satzleitungen, wenn Temperaturmessungen durchgeführt werden, oder ^" hochisolierte Leitungen, wenn Druckmessungen durchgeführt werden. Für optische Messungen müssten es entsprechend Lichtleiter sein. Da das Werkzeug in der Regel von einem nicht dargestellten Werkzeughalter umgeben ist, ist in der Regel ein nicht dargestellter Verbindungsstecker am Übergang erforderlich. Dieser Verbindungsstecker ist wiederum deri selben Anforderungen betreffend Materialien oder Isolationswerte unterwor- fen, wie die Leitungen 25, die an diesen anschliessen . All das verteuert die Messeinrichtung zusätzlich zum teuren Messsensor 21. An der Messwert-- Auswerte- und Interpretationseinrichtung 22 werden alle erfassten Messwerte umgewandelt, interpretiert und analysiert. Messsignale aus Temperätursignalen von Thermoelementen müssen an einer Kompensationsstelle, an der wiederum die Temperatur gemessen wird, erfasst und anhand einer Tabelle interpretiert werden. Nach einer Auswertung, beispielsweise nach Feststellung eines vordefinierten Temperatursprungs oder Druckanstiegs, wird schliesslich über eine Steuerwertleitung 26, welche nun -eine herkömmliche Kupferleitung sein kann, ein Signal zu einer Steuer- oder Regeleinheit 10 gegeben. Diese steuert oder regelt schliesslich auf Grund des Eintreffens dieses Signals 26 den weiteren Prozess des Spritzgiessvorgangs wunschgemäss , indem sie einen Steuer- oder Regelbefehl 24 ausgibt. Die Messwert - Auswerte- und Interpretationseinrichtung 22 und die Steuer- oder Regeleinheit können in einem beide Einrichtungen umfassenden Gehäuse 27 gemeinsam untergebracht werden, was aber keine Verein achung darstellt.

In Fig. 2c ist das erfindungsgemässe Verfahrens dargestellt: Der binäre Detektor 14 ist nahe oder an der Kavität 3 beispielsweise im Werkzeug 4 angeordnet. Da es ein Detektor ist, der nur zwei Zustände einnehmen kann, ist eine einfache Kupferleitung, ein- oder zweiadrig, als Steuerwertleitung' 26 vorgesehen, welche diesen Detektor 14 mit der Steuer- oder Regeleinheit 10 verbindet. Diese steuert oder regelt schliesslich auf Grund des Eintreffens dieses Signals 26 den weiteren Pro^¬ zess des Spritzgiessvorgangs wunschgemäss, indem sie einen Steuer- oder Regelbefehl 24 ausgibt.

Der binäre Detektor 14 kann beispielsweise, wie in Fig. 2d dargestellt, eine frontseitige Membran 28 umfassen, welche beim Eintreffen der Schmelzefront durch die Schmelze etwas zu- rückversetzt wird. Hinter dieser Membran 28 kann nach einem sehr kleinen Spaltabstand ein Leiter 26 mit Isolation 29 angebracht sein, der beim Eintreffen der Schmelze mit der dann zurückversetzten Membran in elektrischen Kontakt tritt und da- durch ein Signal „1" zur Steuer- oder Regeleinheit 10 leitet. In diesem Fall reicht eine einadrige Steuerwertleitung 26 innerhalb des Werkzeugs, da ein Stromkreis über die Membrane 28 des Detektors 14 und beispielsweise über ein Gewinde vom Detektor zum Werkzeug 4 geschlossen werden kann. Ausserhalb des Werkzeugs führt schliesslich eine Masseleitung 23 zur Steueroder Regeleinheit 10. Dies ist ein Ausführungsbeispiel, bei dem der binäre Sensor auf Druck reagiert. Er unterscheidet sich aber prinzipiell von einem Drucksensor, da er nur zwei Zustände einnehmen kann und keine Werte für die Höhe des Drucks liefert, insbesondere keine Messkurve. Entsprechend folgt auch kein zweiter Schritt, in welchem ein Messwert ausgewertet und interpretiert werden muss, wie dies nach den bekannten Verfahren nötig ist.

In der Steuer- oder Regeleinheit 10 wird zwischen den beiden Anschlüssen der Steuerwert-Leitung 26 eine Spannung angelegt. Solange diese erhalten bleibt, ist die Fliessfront noch nicht eingetroffen. Sobald diese Spannung auf _'null, abfällt, ist die Fliessfront eingetroffen. Nun gibt die Steuer- oder Regeleinheit 10 den Steuerungs- oder Regelbefehl 24 aus. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das hier genannte Ausführungsbeispiel als binärer' Detektor beschränkt. Es lassen sich leicht weitere binärer Detektoren oder Schalter beschrei^¬ ben, die den hier gestellten Anforderungen genügen. Insbesondere kann der binäre Detektor 14 ein Messelement umfassen, welches den Zeitpunkt t mechanisch, optisch, thermisch, kapa^¬ zitiv, induktiv, elektromagnetisch, elektrisch oder chemisch erfasst . Ein hier beschriebener binäre Detektor 14 muss nicht zwingend bündig an die Kavität eingebaut sein. Wenn die Bohrung nicht bis zur Kavität 3 durchgehend ist und nur noch eine dünne Wand zur Kavität vorhanden ist, kann ein solcher binäre Detektor 14 auch in einer solchen Bohrung eingesetzt sein. Die dünne Wand überträgt schliesslich den Druck auf die Membrane 28.

In Fig. 3 ist das Verfahren einer Spritzprägung dargestellt. Bei einem solchen Verfahren wird in einer ersten Stufe wie beim Spritzgiessen Schmelzmasse 6 in eine Kavität 3 gespritzt, allerdings wird diese nicht vollständig gefüllt. Fig. 3 a zeigt ein Beispiel eines Füllzustandes am Ende dieser ersten Stufe. In einer zweiten Stufe werden schliesslich die beiden Werkzeughälften 4 , welche die Kavität 3 umgeben, für einen Prägeprozess zusammengefahren. Die Schmelzmasse 6 verteilt sich nun in der ganzen Kavität 3, wie in Fig. 3 b dargestellt. Wichtig ist, dass der Füllzustand nach der ersten Stufe wohl ausreichend ist, um die Form in der zweiten Stufe zu füllen, andererseits aber nicht überfüllt wird. Zu diesem Zweck kann erfindungsgemäss ein binärer Detektor 14 mit einer geeigneten Messstelle 13 gekoppelt sein, der den optimalen Füllzustand erkennt. Eine Steuer- oder Regeleinheit unterbricht zu diesem Zeitpunkt t das Füllen der Kavität 3 und leitet das Schliessen der Werkzeughälften 4 ein.

Ein weiteres Beispiel ist in Fig. 4 angegeben, die Herstellung von Mehrkomponentenformteilen 2. Auch hier wird der Einspritzvorgang gestoppt und anschliessend ein weiterer Verfahrensschritt gestartet. Dieser Verfahrensschritt ist das Starten einer weiteren Einspritzeinheit, wobei beispielsweise ein an^¬ deres Material oder eine andere Eigenschaft (z.B. Farbe) des^¬ selben Materials als Schmelzmasse 6 verwendet wird. Wieder kann durch die Bestimmung der Schmelzfront 15 mittels eines binären Detektors 14 der optimale Füllzustand und somit der richtige Zeitpunkt t zum Stoppen der ersten Einspritzeinheit 5 und zum Starten des Folgeprozesses eingeleitet werden.

In Fig. 5 ist ein Beispiel eines Fluid-Inj ection Prozesses dargestellt. In diesem wird wiederum eine gewisse Menge Schmelzmasse 6 in eine Kavität 3 gespritzt, wie Fig. 5 a dargestellt. In einer folgenden Phase wird schliesslich Flüssigkeit durch eine Vorrichtung zur Flüssi^'gkeitseinspritzung 19 in die Schmelzmasse 6 gespritzt, wodurch diese Schmelzmasse 6 an den Rand der Kavität 3 gedrängt wird. Auch hier wird der Füll- stand durch den binären Detektor 14 bestimmt.

In den Figuren 6-8 wird jeweils eine Kavität 3 gleichzeitig von mindestens zwei Düsen 8 gefüllt. Dadurch entsteht jeweils eine Bindenaht an der Stelle, an der zwei Fliessfronten zusammentreffen. Solche Stellen sind erstens mechanisch weniger be- lastbar und zweitens optisch erkennbar. Zudem können, wenn mehrere Einspritzeinheiten 5 verwendet werden, auch unterschiedliche Schmelzmassen 6 verwendet werden, wie in Fig. 8 dargestellt. In all diesen Fällen soll der Ort der Bindenaht 17 an eine vorbestimmte Stelle gelegt werden. Dazu kann, wie in Fig. 6 dargestellt, erfindungsgemäss eine erste Messstelle 13 mit einem Detektor 14 ausgestattet werden. Beim Umschalten des Detektors 14 wird dann beispielsweise die Zufuhr von Schmelzmasse 6 am ersten Detektor 14 gestoppt, sodass der Rest der Kavität 3 allein von der zweiten Düse 8 ge- füllt wird.

In der Fig. 7 sind zwei Messstellen 13 mit Detektoren 14 ausgestattet. Durch den zweiten Detektor 14 kann nun festgestellt werden, wann die ^'Kavität 3 durch die zweite Düse 8 nun vollständig gefüllt wird. Andererseits kann durch die Temperierung der Düsen 9 und somit durch die Anpassung der Viskositäten der Schmelzmassen 6 in den Düsen 8 erreicht werden, dass beide Schmelzfronten 15 gleichzeitig die Messstellen 13 passieren. Auch dann ist gewährleistet, dass die Bindenaht 17 zwischen den beiden Messstellen 13 liegt. Beide Beispiele der Fig. 6 und 7 können natürlich mit gleichen oder unterschiedlichen Schmelzmassen 6, d.h. mit einer Einspritzeinheit 5 und einem Heisskanal 20 oder mit zwei Einspritzeinheiten 5 durchgeführt werden. Im Fall mehrerer Einspritzeinheiten 5, wie in Fig. 8 dargestellt, kann durch die binären Detektor 14 die Einspritzgeschwindigkeiten unabhängig voneinander geregelt resp. gesteuert werden.

In Fig. 9 ist ein weiteres Beispiel eines Mehrkavitäten- Werkzeuges 4 angegeben. Hier spritzt eine Einspritzeinheit 5 über einen Heisskanal 20 mit mehreren Düsen 8 Schmelzmasse 6 in ebenso viele Kavitäten 3, wobei am Ende jeder Kavität 3 eine Messstelle 13 mit einem Detektor 14 korrespondiert. Durch Regelung der Temperierung an den Düsen 8 können die verschiedenen Viskositäten so eingestellt werden, dass alle Kavitäten 3 gleichzeitig gefüllt werden.

Prozessanläge

Formteil , Mehrkomponentenformteil

Kavität

Werkzeug, Werkzeughälfte, Mehrkavitätenwerkzeug

Einspritzeinheit

Schmelzmasse

Schnecke_.

Düse

Kanal

Steuer- oder Regeleinheit

Heizmodul

Schieber ,

Messstelle

binärer Detektor, Schalter

Schmelzetront

Bindenaht

Auswerfestift oder Messstift

Vorrichtung zur Flüssigkeitseinspritzung

Heisskanal

Messsensor, Temperatursensor, Drucksensor

Messwert - Auswerte- und Interpretationseinrichtung

Masseleitung

Steuerung- oder Regelbefehl

Messwertleitung

Fronterkennungssignal-Leitung, digitale Ausgabe

Gehäuse

Membrane

Isolation

Temperatur der Schmelzmasse

Sehneckenvorschubsgeschwindigkeit

Zeitpunkt des Eintreffens der Schmelze

Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Steuern oder Regeln eines Einspritzprozesses beim Herstellen eines Formteiles (2), bei dem Schmelzmasse (6) von mindestens einer Einspritzeinheit (5) über mindes^¬ tens eine Düse (8) in mindestens eine von einem Werkzeug (4) umgebene Kavität (3) gespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kavität (3) mindestens eine Messstelle (13) aufweist, welche an einen binären Detektor (14) gekoppelt ist, der von einem ersten definierten Zustand in einen zweiten definierten Zustand wechseln kann, wobei der binäre Detektor (14) zum Zeitpunkt t des Eintreffens des Schmelzmasse (6) an der Messstelle (13) seinen Zustand ändert, und auf Grund dessen Zustandsänderung eine Steuer- oder Regeleinheit (10) die Einspritzgeschwindigkeit V der mindestens einen Einspritzeinheit (5), die Temperatur T der Schmelzmasse (6) vor der Einspritzung, das Abbrechen der Einspritzung an der mindestens einen Düse (8) und/oder das Starten eines Folgeprozesses steuert oder regelt.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- oder Regeleinheit (10) auf Grund der Zustandsänderung des Detektors (14) das Stoppen des Einspritzprozesses und den Start eines folgenden Verfahrensschrittes regelt, insbesondere die Nachdruckphase, im Falle eines Spritzprä^¬ geprozesses eine Prägung, im Falle der Herstellung von Mehrkomponenten-Formteilen das Starten einer weiteren Ein- spritzeinheit oder im Falle eines Fluid-Inj ection Prozesses den Start der Flüssigkeitseinspritzung.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schmelzmasse (6) über zwei oder mehr Düsen (8) gleichzeitig in dieselbe Kavität (3) gespritzt wird, wodurch eine Bindenaht (17) beim Zusammentreffen je- weils zwei Schmelzfronten (15) entsteht, wobei die Steueroder Regeleinheit (10) auf Grund ^' der Zustandsänderung des Detektors (14) das Starten und/oder Abbrechen der Einspritzung mindestens einer Düse (8) regelt, um eine vorgegebene Position der Bindenaht (17) zu erreichen.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Schmelzmasse (6) über zwei oder mehr Düsen (8) gleichzeitig in dieselbe Kavität (3) gespritzt wird, wodurch eine Bindenaht (17) beim Zusammentreffen jeweils zwei Schmelzfronten (15) entsteht, und wobei gekoppelt an zwei oder mehr Messstellen (13) zwei oder mehr binäre Detektoren (14) angebracht . sind, welche beim 'Passieren der Schmelzefronten (15) an den Messstellen (13) ihre Zustände ändern, wobei die Steuer- oder Regeleinheit (10) auf Grund dieser Zu- standsänderungen die Temperaturen T der Schmelzmassen (6) vor der Einspritzung regelt, um eine vorgegebene Position der Bindenaht (17) zu erreichen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturen T der Schmelzmassen (6) vor der Einspritzung derart geregelt werden, dass die Schmelzfronten (15) die Messstellen (13) gleichzeitig erreichen.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch, gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Einspritzeinheiten (5) gleiche oder verschiedene Schmelzmassen (6) in je mindestens eine Düse (8) spritzen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- oder Regeleinheit (10) die Einspritzgeschwindigkeiten V der Einspritzeinheiten (5) regelt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schmelzmasse (6) über zwei oder mehr Düsen (8) gleichzeitig in zwei oder mehr Kavitäten (3) gespritzt wird, wobei jede Kavität (3) mindestens eine Messstelle (13) aufweist mit jeweils einem daran gekoppelten binären Detektor (14), wobei die binären Detektoren (14) zu den Zeiten des Eintreffens der Schmelzfronten (15) an den jeweiligen Messstellen (13) ihre Zustände ändern, worauf die Steuer- oder Regeleinheit (10) die Einspritzung an mindestens einer Düse (8) abbricht und/oder die Temperaturen T der Schmelzmassen (6) vor der Einspritzung regelt.

Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturen T der Schmelzmassen (6) derart geregelt werden, dass die Schmelzfronten (15) alle Messstellen (13) gleichzeitig erreichen.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der binäre Detektor (14) ein Messelement umfasst, welches den Zeitpunkt t mechanisch, optisch, thermisch, kapazitiv, induktiv, elektromagnetisch, elektrisch oder chemisch erfasst.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der binären Detektor (14) das Eintreffen der Schmelzefront (15) an der Messstelle (13) im Werkzeug (4) direkt angrenzend an die Kavität (3), in der Werkzeugwand (4) nahe der Kavität (3), hinter einem Auswerfestift oder hinter einem Messstift (18) erfasst.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Messstelle (13) nahe einer Stelle angeordnet ist, an der ein Fliessweg der Schmelzmasse (6) beendet werden soll. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (14) ein Signal über eine einfach isolierte Kupferleitung zur Steuer- oder Regeleinheit (10) überträgt.