DE10155162A1

DE10155162A1 - Verfahren zum Füllen der Kavität eines Werkzeuges

Info

Publication number: DE10155162A1
Application number: DE2001155162
Authority: DE
Inventors: Juergen Frey
Original assignee: Priamus System Technologies AG
Current assignee: Priamus System Technologies AG
Priority date: 2001-11-12
Filing date: 2001-11-12
Publication date: 2003-05-22

Abstract

Bei einem Verfahren zum Füllen einer Kavität eines Werkzeuges zum Herstellen eines Formteiles aus einer Schmelze, insbesondere einer Kavität einer Spritzgießmaschine, wird die Schmelze unter Druck in die Kavität eingeführt und gegen Ende oder am Ende ihres Fließweges unter Nachdruck gesetzt. Dabei wird gegen Ende des Fließweges der Schmelze die Werkzeugwandtemperatur bestimmt und anhand eines Anstieges dieser Temperatur der Umschaltpunkt zur Nachdruckphase bestimmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Füllen einer Kavität eines Werkzeuges zum Herstellen eines Formteiles aus einer Schmelze, insbesondere einer Kavität einer Spritzgiessmaschine, wobei die Schmelze unter Druck in die Kavität eingeführt und gegen Ende oder am Ende ihres Fliessweges unter Nachdruck gesetzt wird.
Beim Spritzgiessen oder beispielsweise auch beim Druckgiessen wird die Kavität in einem Werkzeug mit einer Schmelze, insbesondere aus Kunststoff, Metall oder einer Keramik, gefüllt. Dieser Einfüllvorgang geschieht so lange, bis die Kavität gefüllt ist, danach erfolgt ein Umschalten auf die sogenannte Nachdruckphase, in der vor allem auch ein Schwinden des Werkstoffes in der Kavität ausgeglichen wird.
Wichtig ist eine Bestimmung des Umschaltzeitpunktes von der Einfüll- zu der Nachdruckphase. Eine manuelle Optimierung ist schwierig und zeitaufwendig, weshalb sie in der Praxis nur selten korrekt durchgeführt wird.
Eine fixe Umschaltung vom Einspritzvorgang auf den Nachdruckvorgang kann nicht auf prozessbedingte Schwankungen z. B. der Viskosität reagieren, was wiederum eine grosse Schwankung der Qualität der Formteile zur Folge hat.
Beispielsweise in der EP 0 707 936 A2 oder der US 5 993 704 werden Verfahren zur Bestimmung des Umschaltzeitpunktes bei der Herstellung eines Spritzgussteils beschrieben. Sie dienen dazu, den Zeitpunkt der volumetrischen Füllung in der Werkzeugkavität automatisch zu ermitteln.
Die bestehenden Verfahren basieren in der Regel auf der Messung des Innendrucks. Beispielsweise wird der "Knickpunkt" zwischen der Einfüll- und der Nachdruckphase, der sich automatisch ergibt, mit Hilfe künstlicher Intelligenz ermittelt.
In der Praxis hat sich allerdings ergeben, dass sich aufgrund der Rechenzeiten zum Teil zu grosse Verzögerungen ergeben, welche automatisch Druckspitzen und Verspannungen im Formteil nach sich ziehen. Ausserdem können nicht alle Anwendungen universell abgedeckt werden.
In einem weiteren Verfahren werden die Druckdifferenzen zwischen zwei Werkzeuginnendrucksensoren ermittelt und deren Verlauf über der Zeit analysiert. Über einen plötzlichen Abfall des Signals (= Knickpunkterkennung) wird die volumetrische Füllung ermittelt.
Beide oben beschriebenen Verfahren benötigen relativ teure Sensorik und Elektronik und sind nicht prozessicher.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren der oben genannten Art zu entwickeln, mit dem auf einfache und kostengünstige Weise und dennoch relativ genau auf die Nachdruckphase umgeschaltet wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe führt, dass gegen Ende des Fliessweges der Schmelze die Werkzeugwandtemperatur bestimmt und der Umschaltpunkt zur Nachdruckphase bestimmt wird.
Das neue Verfahren beruht somit auf der Messung der Werkzeuginnenwandtemperatur am Fliesswegende der Schmelze. Grundlegende Überlegung hierbei ist die Tatsache, dass theoretisch immer bei ca. 97 bis 98% des Fliessweges umgeschaltet werden soll, um aufgrund der Trägheit schliesslich die angestrebten 100% zu erreichen.
Erreicht die Schmelze die Position eines entsprechenden Thermoelementes, erfolgt ein schlagartiger Signalanstieg, der ohne weitere Intelligenz, z. B. als analoges Schaltsignal, verwendet werden kann.
Da die Fliessweglänge in allen Fällen dem Werkzeugbauer bekannt ist, kann eine entsprechende Vorgabe zur Positionierung eines kostengünstigen Thermoelementes ohne irgendwelche Schwierigkeiten gemacht werden.
Das Thermoelement kann neben der Funktion der Bestimmung des Umschaltzeitpunktes noch weitere Funktionen erfüllen. Beispielweise kann mit ihm eine Regelung der Schwindung, eine temperaturabhängige Kühlzeitregelung oder auch eine automatische Balancierung der volumetrischen Füllung der Kavität erfolgen.
Beim herkömmlichen Spritzgiessverfahren wird ein zentral geregelter Schmelzefluss auf einen oder mehrere Abschnittspunkte des Spritzteils verteilt, wobei zwischen Kaltkanal- und Heisskanalsystemen unterschieden wird. Bei sogenannten Kaltkanalwerkzeugen mit mehreren Anschnittpunkten besteht grundsätzlich kaum eine Möglichkeit, den Füllvorgang in jedem einzelnen Anschnitt zu regeln, da die Kunststoffschmelze auch im Angusssystem nach jedem Zyklus auf natürliche Weise erstarrt und somit kein Einfluss auf die individuelle Füllung genommen werden kann.
In sogenannten Heisskanalsystemen besteht jedoch die Möglichkeit, den Schmelzestrom durch jeden einzelnen Anschnitt mit Hilfe eines bzw. mehrerer Einspritzkolben separat zu regeln, unabhängig, ob es sich um mehrere Anschnitte in einem Spritzteil (z. B. Stossfänger) oder mehrere Anschnitte in verschiedenen Teilen eines Werkzeuges handelt.
Ein auf dem Markt befindliches System regelt den Schmelzestrom einzelner Einspritzdüsen mit Hilfe separater Kolben, in dem der Druck im Heisskanal gemessen wird.
Dieses Vorgehen erlaubt zwar jedem einzelnen Kolben, eine vorgegebene Geschwindigkeit oder analog einen vorgegebenen Schmelzestrom zu regeln. Es ist auf diese Weise jedoch nicht möglich, aufgrund von echten Messsignalen im Spritzteil selbst eine Regelung in Abhängigkeit der Spritzteilqualität zu realisieren.
Mit Hilfe eines Thermoelementes am Ende des Fliessweges kann für jeden Anschnitt bzw. für jede Heisskanaldüse die volumetrische Füllung automatisch ermittelt und der Regelvorgang so beeinflusst werden (Umschalten von Füllvorgang auf Nachdruckvorgang).
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
Fig. 1 eine schematische Darstellung von Familienwerkzeugen;
Fig. 2 eine schematische Darstellung, teilweise im Schnitt, eines modularen Werkzeugsystems;
Fig. 3 eine schematische Darstellung von Mehrfachwerkzeugen;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Einfachwerkzeuges mit Mehrfachanbindung.
Gemäss Fig. 1 ist ein Familienwerkzeug mit vier Kavitäten 1.1 bis 1.4 angedeutet. Jede Kavität 1.1 bis 1.4 besitzt eine unterschiedliche Geometrie, je nach Wunsch des Formteils.
Eine Schmelze wird durch den Anspritzpunkt 2 in die Kavität 1.1 bis 1.4 eingegeben, wobei eine Schmelzefront mit 3 gekennzeichnet ist.
Gegen Ende des Fliessweges ist jeder Kavität 1.1 bis 1.4 ein Thermoelement 4 zugeordnet.
Mit Hilfe dieser Familienwerkzeuge werden mehrere Spritzteile mit unterschiedlicher Dimension, unterschiedlichem Volumen und unterschiedlichem Gewicht hergestellt. Der Vorteil liegt vor allem darin, dass verschiedene Teile an Ort und Stelle zusammengebaut werden können. Ohne eine Regelung des Schmelzestroms der einzelnen Kavitäten 1.1 bis 1.4 bleibt die resultierende Qualität der Spritzteile jedoch dem Zufall überlassen. D. h., eine kleine Kavität, wie beispielsweise die Kavität 1.1 und 1.2 würde viel zu spät von einer Geschwindigkeitsregelung auf eine Druckregelung umschalten, was zu einer Komprimierung während der Füllphase und zu Spannungen führt. Eine grosse Kavität würde dagegen viel zu früh umschalten, wobei es zu einem Verzug der Teile und zu einem undefinierten Füllvorgang kommt.
Durch das Positionieren eines Thermoelementes 4 am Ende des jeweiligen Fliessweges wird in jeder Kavität 1.1 bis 1.4 automatisch ermittelt, wann die volumetrische Füllung erreicht wird. Gleichzeitig können auch die gemessenen Wandtemperaturen für eine weiterführende Regelung der Schwindung verwendet werden.
In Fig. 2 ist ein Werkzeug 5 angedeutet, welches aus zwei Werkzeugeinsätze 6.1 und 6.2 besteht. Dabei soll die Werkzeugeinsatz 6.2 austauschbar sein.
Ein spezieller Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens liegt vor allem dann vor, wenn die eigentlichen Werkzeugeinsätze sehr oft gewechselt werden müssen, wie dies eben bei einem modularen Werkzeugsystem der Fall ist. In diesem Fall muss nach jedem Wechsel der Werkzeugeinsätze ein neuer Umschaltpunkt optimiert werden. Durch den Einsatz von Thermoelementen jeweils am Ende des Füllvorganges wird dieser Umschaltpunkt immer automatisch ermittelt, so dass dieser Optimierungsschritt entfällt.
In Fig. 3 ist ein Mehrfachwerkzeug mit einer Vielzahl von Kavitäten 1 angedeutet, wobei jede Kavität 1 ihren eigenen Anspritzpunkt 2 und ihr eigenes Thermoelement 4 besitzt. Das Ziel bei einem Mehrfachwerkzeug mit mehreren geometrisch identischen Kavitäten ist, den Schmelzefluss so zu regeln, dass alle Kavitäten gleichzeitig gefüllt und umgeschaltet werden. Wird ein solches Balancierungssystem nicht eingesetzt, ist es oft der Wunsch der Verarbeiter, in Abhängigkeit von einer ganz bestimmten, wählbaren Kavität umzuschalten. Auch in diesem Fall kann diese Umschaltung automatisch und wesentlich einfacher mit Hilfe eines Thermoelementes realisiert werden, wobei mit der Werkzeugwandtemperatur wiederum zusätzliche Informationen, z. B. zur Regelung der Teileschwindung, zur Verfügung stehen.
Bei einem Einfach-Werkzeug gemäss Fig. 4 mit Mehrfachanbindung handelt es sich in der Regel um sehr grosse Spritzteile (z. B. Stossfänger) mit langen Fliesswegen. Die Problematik hierbei ist in der Regel nicht, einen einzigen Umschaltpunkt zu finden, sondern die Fliessfront der Schmelze bis zur volumetrischen Füllung mit Hilfe von Sensoren in der Kavität so zu regeln, dass die Heisskanaldüsen an jedem Anspritzpunkt 2 entsprechend der Programmierung gesteuert werden können. Dieses Prinzip kann mit relativ teuren Werkzeuginnendrucksensoren realisiert werden, relativ günstige Thermoelemente 4 erfüllen jedoch den gleichen Zweck. Sind die einzelnen Schmelzeströme, wie oben individuell gesteuert, gilt analog das gleiche Prinzip. Positionszahlenliste 1 Kavität
2 Anspritzpunkt
3 Schmelzefront
4 Thermoelement
5 Werkzeug
6 Werkzeugeinsatz

Claims

1. Verfahren zum Füllen einer Kavität eines Werkzeuges zum Herstellen eines Formteiles aus einer Schmelze, insbesondere einer Kavität einer Spritzgiessmaschine, wobei die Schmelze unter Druck in die Kavität eingeführt und gegen Ende oder am Ende ihres Fliessweges unter Nachdruck gesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass gegen Ende des Fliessweges der Schmelze die Werkzeugwandtemperatur bestimmt und anhand eines Anstieges dieser Temperatur der Umschaltpunkt zur Nachdruckphase bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugtemperatur bei etwa 97 bis 98% des Fliessweges bestimmt wird.