DE2443938B2

DE2443938B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Konstanthalten des Füllgrades einer Spritzgiessform bei einer Kunststoff-Spritzgiessmaschine

Info

Publication number: DE2443938B2
Application number: DE2443938A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Bucher Guyer AG
Current assignee: Bucher Guyer AG
Priority date: 1973-10-10
Filing date: 1974-09-13
Publication date: 1979-08-30
Also published as: DE2443938C3; FR2247332A1; JPS5066559A; FR2247332B1; CH584105A5; SE7412690L; DE2443938A1; GB1481087A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Konstanthalten des Füllgrades einer Spritzgießform bei einer Kunststoff-Spritzgießmaschine, bei dem beim Einspritzvorgang von einem Spritzdruck auf Nachdruck aufgrund eines die beendete Füllung der Spritzgießform kennzeichnenden Signals umgeschaltet wird.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung dieser Art sind aus der DD-PS 66 020 bekanntgeworden. Dabei wird jedoch der Ausgang für Folgefunktionen in der Maschinenablaufsteuerung und/oder Programmier-Einrichtung, und mithin auch für das Umschalten von Spritzdruck auf Nachdruck, durch die nach beendeter Füllung des Werkzeughohlraumes durch Kompression des eingespritzten Materials auftretende Druckänderung, technisch differenziert, gebildet, dies im Unters schied zu dem für die DD-PS 66 020 maßgebenden Stand der Technik, gemäß welchem- für das Umschalten eine bestimmte Stellung des Einspritzgliedes oder der Ablauf einer vorgegebenen Grundzeit für den Einspritzvorgang und/oder der sich im Werkzeug einteilende

ίο Absolutdruck genutzt wird. Die Abkehr von diesen Maßnahmen und die Nutzbarmachung der Unstetigkeit im Druckverlauf beruht offenbar auf der Einsicht, daß die Druckänderung ein vollständiges Füllen des Formhohlraumes voraussetzt und damit einen Zustand

is signalisiert, nach dessen Erreichen der Spritzdruck nur

noch Schaden, nämlich das Überfüllen der Form, verursachen kann und daher abgeschaltet bzw. auf

Nachdruck umgeschaltet werden muß. Auf dem im wesentlichen gleichen Prinzip beruht

auch die aus dem DE-GM 19 53 795 bekanntgewordene Spritzgießform mit mindestens einem Druckfühler. Dort wird die Umschaltung von Einspritzdruck auf Regeldruck nicht etwa in Abhängigkeit vom Kolbenweg oder von einem Zeitglied, sondern vom Werkstoff selbst vorgenommen, wobei für das Umschalten nicht irgendwelche vorbestimmte Einflußgrößen maßgebend sind, sondern der »Druck im Formhohlraum, d.h. eine solche Einflußgröße, die die erfolgte vollständige Füllung der Form anzeigt Der Unterschied zwischen den Einrichtungen gemäß dem DE-GM 19 53 795 bzw. der DD-PS 66 020 besteht lediglich darin, daß erstere ein aus dem Innendruck des Formhohlraumes abgeleitetes durch die beendete Werkzeugfüllung gekennzeichnetes Signal lediglich zum Umschalten von Spritzdruck auf Nachdruck verwertet, während letztere die auftretende Druckänderung technisch differenziert als Ausgang für Folgefunktionen in der Maschinenablaufsteuerung und/oder Programmiereinrichtung erfaßt Von einer Regelung im eigentlichen S₁-Tn des Wortes ist in keinem der beiden Fälle die Rede.

Im Gegensatz zu dieser statischen Betrachtungsweise, die unterstellt, daß die Unstetigkeit im Druckverfahren den Übergang von einer Bewegungs- in eine Ruhepause des Einspritzgliedes kennzeichnet Hegt der vorliegenden Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß zum Konstanthalten des Formfüllgrades und mithin der Werkstückqualität die Nachdruckphase als ein dynamischer Vorgang betrachtet werden muß.
Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Verlauf der Nachdruckphase zu erfassen und falls nötig, zur Beeinflussung einer der für die

Formfüllung maßgebenden Einflußgrößen auszuwerten. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine der für die Füllung der

Spritzgießform maßgebenden Einflußgrößen aufgrund eines zeitlich auf das Umschaltsignal folgenden zweiten gleichartigen Signals geregelt wird.

Dank dieser Maßnahme werden z. B. die Einflüsse auf den Formfüllgrad ausgeglichen, welche der auch nach dem Umschalten je nach den jeweiligen Betriebsverhältnissen mehr oder weniger wirkenden Bewegungsenergie des Einspritzorgans und dessen Antriebes entspringen. Um einen Ausgleich möglichst kurzfristig herbeizuführen, wird der Regelung als Stellgröße zweckmäßigerweise das erste Signal, d. h. das Umschalt· signal zugrunde gelegt Wird — wie dies eine bevorzugte Ausführungsform vorsieht — das zweite Signal von dem Maximalwert der signalauslösenden

Meßgröße abgeleitet, so erfaßt die Regelung bei jedem Einspritzvorgang die vollendeten Tatsachen, d.h. sämtliche Einflösse, weiche während der Nachdruckphase auf den Formfüllgrad wirksam geworden sind. Es ist ferner zweckmäßig, dem Umschalten und der Regelung durch die Größe des Formspaltes der Spritzgießform gekennzeichnete Signale zugrunde zu legen. Dies gestattet, den Formfüllgrad auch bei einer komplizierten und gießtechnisch schwierigen Ausbildung des Formhohlraumes, insbesondere aber auch bei Mehrfachformen sicher unter Kontrolle zu halten.

Für die Durchführung des vorstehend erläuterten Verfahrens eigent sich grundsätzlich eine Vorrichtung mit einem auf den Füllgrad der Spritzgießform ansprechenden Signalgeber in dem Steuerkreis für die is Umsteuerung des hydraulischen Antriebes der Einspritzvorrichtung von Spritz- auf Nachdruck. Erfindungsgemäß ist eine solche Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber weiterhin in einem Regelkreis liegt, dessen Stellglied in einen für die Formfüllung maßgebenden Steuerkreis eingeschaltet ist

Dank dieser Anordnung werden die bereits im Zusammenhang mit dem Ablauf des Verfahrens erwähnten Vorteile mit einem minimalen Aufwand und unter Ausschaltung von Fehlerquellen realisiert, insofern nämlich, als die beiden dem Verfahren zugrunde gelegten Signale von ein und demselben Signalgeber abgeleitet werden. Diese Vorteile kommen besonders dann zur Geltung, wenn das Stellglied mit dem Steuerkreis für die Umsteuerung des hydraulischen Antriebes des Einspritzorgans von Spritz- auf Nachdruck verbunden ist und somit unmittelbar das Umschalten von Spritzdruck auf Nachdruck beeinflußt In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist der Signalgeber von einem Regelkreis auf einen anderen Regelkreis umschaltbar. In allen Fällen ist es zweckmäßig, im Regelkreis ein auf den Maximalwert der signalauslösenden Meßgröße ansprechendes Regelglied zu verwenden. Schließlich können vorteilhafterweise die erwähnten Vorkehrungen mit Hilfe eines Signalgebers realisiert werden, welcher in bekannter Weise als induktives Meßelement ausgebildet und an der Formtrennebene der Spritzgießform angeordnet ist

Mit der erfindungsgemäßen Regelsteuerung können als QualiSätsmerkmale der Füllzus:and, die Maßgenauigkeit, die Wärmebeständigkeit, der Verzug und die Beständigkeit in bezug auf Spannungskorrosion positiv beeinflußt werden. Schwankungen bei diesen Qualitätsmerkmalen können ta einem engen Toleranzfeld so gehalten werden, wobei durch gezielte Veränderung der Einstellgcößen den spezifischen Eigenheiten der zu verarbeitenden Masse Rechnung getragen werden kann.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert In der Zeichnung zeigt

Fig. I eine vereinfachte Darstellung einer Regelvorrichtung an einer in einem Vertikal-Längsschnitt gezeichneten Schnecken-Spritzgießmaschine,

Pig.2 eine schematische Darstellung des Regelvorganges, und

Fig.3 ein Diagramm des Druckverlaufs und der Veränderungen des Pormspaltes der Spritzgießform.

Bei der Schnecken-Spritzgießmaschine nach F i g. I ist eine in einem Zylinderkern 1 eines Plastifizierzylinders 2 befindliche Pia. tifizierschnecke 3 zum Zwecke des Plastifizierens durch einen Antriebsmotor 4 über ein mechanisches Getriebe 5 rotierend und zum Zweck des Einspritzen der plastifizierten Masse mittels eines ölhydrauiischen, doppelwirkenden Hubaggregates 6 in einer axiajen Hubbewegung antreibbar. Zwei in Hubräume 7 und 8 des Hubaggregates 6 mündende Ölleitungen 9 und 10 sind an eine nicht dargestellte Hydraulikquelle angeschlossen und durch bekannte Steuereinrichtungen wechselweise auf Druck oder Rücklauf schaltbar.

Eine in der axialen Verlängerung des Plastifizierzylinders 2 liegende Formschließeinheit 12 hat einen an Holmen fest verankerten, stationären Formträger 13 und einen durch nicht gezeichnete, mechanische oder hydraulische Antriebsmittel in Horizontalrichtung bewegbaren, an Holmen geführten Formträger 14. Beide Formträger 13 und 14 tragen je eine Formhälfte 15 und 16, die bei Formschluß in einer Formtrennebene 17 plane Auflage haben und miteinander ein den Formling bildendes Formnest 18 begrenzen. Der Plastifizierzylinder 2 durchsetzt eine Aussparung 19 des stationären Formträgers 13 und hat mit einer Einspritzdüse 20 Verbindung mit einem Eingußtrichter 21 der Formhälfte 16.

In eine Bohrung 22 der Formhälfte 16 ist ein berührungsloser, induktiver Signalgeber 23 eingesetzt bei welchem schon bei der minimalsten Spaltbildung in der Formtrennebene 17 eine Veränderung der Induktionsspannung bewirkt wird. In der Formschließstellung werden unter einer auf den beweglichen Formträger 14 wirkenden Zuhaltekraft die beiden Fonnhälften 15 und

16 aufeinandergepreßt Beim Einspritzvorgang wird im Formnest 18 ein Massedruck wirksam, welche der Zuhaltekraft entgegenwirkt und folglich zur Tendenz hat die beiden Formhälften 15 und 16 in der Formtrennebene 17 voneinander zu trennen. Aus einem in der Folge sich einstellenden Formtrennspalt resultiert eine Spannungsveränderung im Signalgeber 23. Das dabei sich ergebende Signal wird über eine Leitung 24 in ein Regelgerät 25 eingegeben, dessen einzelne Funktionen, weil sie für die Erfindung nicht maßgeblich sind, hi^r nicht beschrieben werden.

Im Diagramm nach Fig.3 ist auf der Abszisse mit T die Zeit bezeichnet während welcher der Einspritzdruck und der Nachdruck auf die Masse wirksam sind. In dieser Zeit, d. h. während des Einsprilzvorganges und des nachfolgenden Erstarrungsprozesses der eingespritzten Masse vollzieht sich eine Trennung der beiden Formhälften 15 bzw. 16 und dementsprechend die Entstehung eines Formspaltes in der Formtrennebene

17 der Spritzgießform. Die Veränderung des Formspaltes ergibt sich aus der Kurve X. Auf der Ordinate ist mit S die Größe des Formspaltes aufgezeichnet Der Druckverlauf während der Spritzdruck- und Nachdruckphase ist mit der Kurve P dargestellt Auf der Ordinate bedeutet D die Druckhöhe des Einspritzdrukkes und des Nachdruckes.

Der Steuerungsablauf des Umschaltens von Spritzdruck auf Nachdruck während des Füllvorganges ist aus den Fig.2 und 3 ersichtlich. Als Umschaltpunkt zur Einleitung der Nachdruckphase wird in das Regelgerät 25 ein Sollwert eingegeben, der als Formspaltteilweite 51 oder Formspaltteilzeit Ti vorwähfoar ist (Fig.3). Wie in Fig.2 ersichtlich ist, vollzieht sich das Umschalten von Spritzdruck auf Nachdruck in einem Steuerkreis SK, in welchsm der Spritzgießprozeß mit 5CP bezeichnet ist An einer Vergleichsstelle VSl wird ein gemessener Istwert /Wl mit dem Sollwert SWi verglichen, d. h, wenn der gemessene Formspaltteilwei-

te 51 oder die Formspaltteilzeit 7Ί den Sollwert SWi erreicht, wird durch eine Umsteuerung US von Spritzdruck auf Nachdruck umgeschaltet Dies bedeutet, daß ein Druckregelventil 11 (F i g. 1) den im Hubraum 8 herrschenden Spritzdruck auf Nachdruck reduziert.

Aus der Kurve X ist lesbar, daß bis zum Umschaltpunkt 5Wl unter Wirkung des Spritzdruckes kurzzeitig ein verhältnismäßig großer Formspalt erreicht wird, der nach dem Umschaltpunkt SWi in der fvachdruckphase noch allmählich um das Maß A größer wird und schließlich einen Maximalwert SW2 erreicht. Das Maß A zeigt die nach der Umschaltung auf Nachdruck noch eintretende Nachfüllung. Wie nun festgestellt wurde, ändert sich die Nachfüllung vor allem durch Schwankungen bei den Temperaturen der Schmelze und der Spritzgießform. Ebenfalls ist eine Beeinflussung der Nachfüllung über den thermischen Zustand des Hydrauliksystem!! der Maschine feststellbar. Um eine gleichbleibende Spritzteilqualität zu erzielen, sollen nun durch eine Konstanthaltung der Nachfüllung in der Nachdruckphase die erwähnten Störfaktoren ausgeglichen werden. Diese Forderung kann durch eine der folgenden Regelarten erfolgen:

Der als richtig erkannte Wert der Formspaltgröße wird als Sollwert SW2 vorgewählt. Wie in Fig.2 dargestellt ist, wird der während des Einspritzvorganges vom Signalgeber 23 in der Formtrennebene 17 gemessene Formtrennspalt als Istwert IW2 an einer Vergleichsstelle VS2 mit dem Sollwert SW2 verglichen. Mit einem Wahlschalter WS ist ein über eine Korrektursteuerung KS1 führender Regelkreis RK 1 schließbar.

Ein zwischen Sollwert SW2 und Istwert IW2 ermittelter Differenzwert dient als Regelgröße, um den Sollwert 5Wl, der maßgeblich für das Umschalten von Spritzdruck auf Nachdruck ist, zu verändern. Ist der Istwert 1W2 größer als der Sollwert 5W2, wird der Sollwert 5Wl vorverlagert, indem die Formspaltteilzeit Π oder der Formspaltteilwert 51 verkürzt wird. In der Folgeregelung wird dadurch im nächsten Zyklus der durch den Sollwert 5Wl bestimmte Umschaltpunkt von Spritzdruck auf Nachdruck vorverschoben. Eine unterschreitende Differenz zwischen Sollwert 5W2 und Istwert /W2 wird eitle Korrektur im Sinne einer Nachverlagerung des durch den Sollwert 5Wl

s gegebenen Umschaltpunktes auslösen.

Eine weitere Möglichkeit, die Nachfüllung der Spritzgießform in der Nachdruckphase konstant zu halten, besteht darin, durch Regelung einer die Energiezufuhr der Masse bestimmende EinflußgröBe zu

ίο regeln. Für eine solche Regelart wird über den Wahlschalter WS ein Regelkreis RK2 geschlossen. Über die Korrektursteuerung KS 2 wird dabei auf den Spritzgießprozeß SGP derart Einfluß genommen, indem, wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, ein Heizregler 26 einer Heizung 27 des Plastifizierzylinders 2 in den Regelkreis RK 2 einbezogen ist. Die aus dem Istwert /W2 und dem Sollwert 5W2 resultierende Differenz wird als Regelgröße zur Regelung der Heizung 27 nutzbar gemacht. Bei Unterschreitung des Sollwertes 5W2, d. h. bei zu kleinem Formspalt, muß die Schmelze auf einen tieferen Viscositätsgrad korrigiert werden, bzw. eine größere Heizleistung ist erforderlich. Dementsprechend muß beim Überschreiten des Sollwertes 5W2 die Leistung der Heizung 27 reduziert werden.

Eine Regelung der Energiezufuhr kann auch über eine Veränderung des beim Plastifiziervorgang im Hubraum 8 auf die "lastifizierschnecke 3 wirkenden Staudruckes erfolgen. In diesem Fall ist das Druckregelventil 11 in den Regelkreis RK 2 geschlossen, wobei mit negativer

Differenz zwischen Istwert /W2 und Sollwert 5W2

eine Staudruckerhöhung, bzw. eine Energiesteigerung und bei positiver Differenz eine Staudruckreduzierung eine Energieminderung zur Wirkung hat

Als weitere Möglichkeiten zur Regelung der der

Masse zuzuführenden Energie können auch der Spritzdruck, die Schneckendrehzahl, die Schneckentemperatur, die Formtemperatur, die Verweilzeit der Masse im Plastifizierzylinder oder die Einspritzgießgeschwindigkeit als Einflußgrößen herangezogen werden. Statt des Formspaltes kann auch der Forminnendruck als Meßgröße dienen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Konstanthalten des Fallgrades einer .Spritzgießform bei einer Kunststoff-Spritzgießmaschine, bei dem beim Einspritzvorgang von einem Spritzdruck auf Nachdruck aufgrund eines die beendete Füllung der Spritzgießform kennzeichnenden Signals umgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine der für die Füllung der Spritzgießform maßgebenden Einflußgrößen aufgrund eines zeitlich auf das Umschaltsignal folgenden zweiten gleichartigen Signals geregelt wird,

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelung als Stellgröße das erste Signal zugrunde gelegt wird.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Signal von dem Maximalwert der signalauslösenden Meßgröße abgeleitet wird.

4. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Umschalten die Größe des Formspaltes der Spritzgießform kennzeichnende Signale zugrunde gelegt werden.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1 mit einem auf den Füllgrad der Spritzgießform ansprechenden Signalgeber in dem Steuerkreis für die Umsteuerung des hydraulischen Antriebes der Einspritzvorrichtung von Spritz- auf Nachdruck, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber (23) weiterhin in einem Regelkreis (RK 1 oder RK2) liegt, dessen Stellglied (z. B. SWi) in einen für die Formfüllung maßgebenden Steuerkreis (z. B. 5/y eingeschaltet ^t

6. Vorrichtung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (SWi) mit dem Steuerkreis für die Umsteuerung (US) des hydraulischen Antriebes der Einspritzorgane (1—8) von Spritz- auf Nachdruck verbunden ist

7. Vorrichtung nach Patentanspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber (23) von einem Regelkreis (RKi) auf einen anderen Regelkreis (RK 2) umschaltbar ist

8. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkreis ein auf den Maximalwert der signalauslösenden Meßgröße ansprechendes Regelglied (SW2) aufweist.

9. Vorrichtung nach einem dem Patentansprüche 5 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber (23) ein in an sich bekannter Weise an der Formtrennebene der Spritzgießform (15—16) angeordnetes induktives Meßelement ist