DE102004051109B4

DE102004051109B4 - Verfahren zum Betrieb einer Spritzgießmaschine

Info

Publication number: DE102004051109B4
Application number: DE102004051109A
Authority: DE
Inventors: Werner Hofmann; Raimund Kram; Klaus Oberndorfer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-10-19
Filing date: 2004-10-19
Publication date: 2007-01-18
Anticipated expiration: 2024-10-20
Also published as: JP4494472B2; JP2008516795A; DE102004051109A1; WO2006042809A1; US20070296102A1

Abstract

Verfahren zum Betrieb einer Spritzgießmaschine (1), welche ein Formwerkzeug (13, 15), eine Einspritzeinrichtung (21) und eine digitale Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung (39) zumindest zur Regelung und/oder Steuerung der Einspritzeinrichtung (21) aufweist, wobei bei der Regelung und/oder Steuerung der Einspritzeinrichtung (21) abhängig vom Erreichen eines Übergangskriteriums (43) auf eine Druckregelung und/oder eine Drucksteuerung (47) zur Regelung und/oder Steuerung der Einspritzeinrichtung (21) umgestellt wird, wobei ein Wert (49), welcher für die Bestimmung des Übergangskriteriums (43) genutzt wird, ermittelt wird, wobei zu zumindest einem gemessenen Wert (49) zumindest ein Extrapolationswert (51) ermittelt wird, wonach der Extrapolationswert (51) mit dem Übergangskriterium (43) verglichen wird, wonach bei:
a) Gleichheit des Extrapolationswertes (51) mit dem Übergangskriterium (43) oder
b) bei Überschreitung des Übergangskriteriums (49) durch den Extrapolationswert (51)
die Druckregelung und/oder die Drucksteuerung (47) zumindest in einen wesentlichen Eingriff in der Regelung und/oder Steuerung der Spritzgießmaschine (1) gebracht wird oder auf die Druckregelung und/oder...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Spritzgießmaschine bzw. eine Spritzgießmaschine zur Durchführung des Verfahrens. Derartige Verfahren sind beispielsweise aus dem Buch "Handbuch Spritzgießen" von Friedrich Johannaber und Walter Michaeli, erschienen beim Carl Hanser Verlag im Jahr 2001 (ISDN 3-446-15632-1) bekannt. Ein Prozessverlauf beim Spritzgießen ist beispielsweise in Kapitel 5.2 (Seiten 300 bis 337) beschrieben. Im Kapitel 8 dieses Buches sind darüber hinaus Beispiele für verschiedene Bauarten von Spritzgießmaschinen beschrieben (Seiten 999 bis 1050). Bei einem beispielhaften Spritzgießprozess wird Kunststoffgranulat über einen Einfülltrichter einer Schnecke zugeführt. Durch eine Drehbewegung der Schnecke wird das Kunststoffgranulat nach vorne in Richtung der Spitze der Schnecke befördert. Durch die durch die Förderung entstehende Verlustleistung und mittels einer elektrischen Heizung, welche an einem Schneckenzylinder vorgesehen ist, kommt es zum Schmelzen des Kunststoffgranulats. Eine Schmelze des Kunststoffgranulats sammelt sich vor einer Schneckenspitze und schiebt die Schnecke zurück. Ist genügend geschmolzenes Material in einem Schneckenvorraum aufgefüllt, wird die Schnecke als Kolben nach vorne Richtung Schneckenspitze gedrückt. Derart ist die Schmelze des Kunststoffgranulats in eine geschlossene Form einspritzbar. Die geschlossene Form ist ein Formwerkzeug, das beispielsweise aus zwei Formteilen besteht. Die Geschwindigkeit wird dabei derart geregelt, dass ein festgelegter Begrenzungsdruck nicht überschritten wird. Der Begrenzungsdruck betrifft beispielsweise den Druck vor der Schneckenspitze. Ist das Formwerkzeug mit der Schmelze des Kunststoffgranulats, also mit der Kunststoffschmelze, gefüllt, steigt der Druck im Werkzeug (Formwerkzeug) rapide an, da es nun zu einer Kompression des Schmelzmaterials (Kunststoffschmelze) kommt. In dieser Phase wird beispielsweise von einer Ge schwindigkeitsregelung der Schnecke auf eine Druckregelung umgeschaltet. Hierbei ist es von großer Bedeutung, dass die derartige Umschaltung reproduzierbar und exakt durchgeführt wird. Zur Umschaltung wird ein Umschaltkriterium verwendet. Das Umschaltkriterium ist ein Übergangskriterium zwischen zwei Regelungstypen, wobei ein Regelungstyp beispielsweise die Geschwindigkeitsregelung ist und ein zweiter Regelungstyp die Druckregelung ist.

Anstelle der Geschwindigkeitsregelung ist auch eine Geschwindigkeitssteuerung verwendbar. Ebenso ist anstelle der Druckregelung auch eine Drucksteuerung einsetzbar. Das Übergangskriterium betrifft dann demzufolge zwei Steuerungstypen.

Das Umschaltkriterium ist beispielsweise eine Position der Schnecke, ein Schmelzdruck oder ein Forminnendruck innerhalb des Formwerkzeugs. Die Umschaltung stellt eine Umstellung von beispielsweise einer Geschwindigkeitsregelung auf eine Druckregelung dar. Es ist zu vermeiden, dass es zu einem Druckeinbruch oder auch zu Druckspitzen kommt, die sich nachteilig auf die Qualität von Spritzgussteilen auswirken. Um stets eine reproduzierbare und exakte, insbesondere bezüglich eines Umstellkriteriums punktgenaue Umstellung auf die Druckregelung zu erhalten, sind beispielsweise möglichst kurze Abtastzeiten für die Regelung und/oder die Steuerung verwendbar. Eine mögliche Abtastzeit ist beispielsweise im Bereich von 100 μs.

Eine andere Möglichkeit zum Erhalt reproduzierbarer Ergebnisse ist die Verwendung einer Interrupt-Steuerung. Hierbei wird auf externe Komparatoren und einer anschließenden Interrupt-Reaktion mit ein gegebenenfalls neun Aufsätzen eines Reglerzyklusses und/oder Steuerungszyklusses gesetzt.

Abtastzeiten im Bereich von 100 μs erfordern einen hohen Hardwareaufwand. Neben der reinen Rechenleistung müssen auch alle beteiligten Aktoren und Sensoren diese Zeiten unterstüt zen, was die Hardwarekosten steigen lässt. Verfahren mit einer Interrupt-Reaktion hingegen schließen den Einsatz zyklussynchroner Peripherie aus, da hier ein Neuaufsynchronisieren nicht möglich ist.

Aus der EP 0 707 936 A2 ist ein Verfahren zur Bestimmung des Umschaltpunktes bei der Herstellung eines Spritzgussteils bekannt, wobei der Umschaltpunkt durch Auswertung mehrerer Messwerte ermittelt wird und die Verarbeitung der Messwerte gemäß Methoden der unscharfen Logik erfolgt.

Aus der DE 100 60 285 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb einer Regelanordnung für ein hydraulisches System bekannt, wobei das wirksame Systemvolumen der Hydraulikflüssigkeit im abgeschlossenen Volumen der Druckregelstrecke aus den gemessenen Werten berechnet wird und aus dem berechneten Systemvolumen Systemparameter zur Parametrierung der Regelanordnung hergeleitet werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein neues Verfahren zum Betrieb einer Spritzgießmaschine anzugeben, mit welchem die Umschaltung auf eine Druckregelung verbessert wird.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mittels eines Verfahrens mit den Merkmalen nach Anspruch 1. Das Verfahren ist erfindungsgemäß bei einer Spritzgießmaschine nach Anspruch 6 einsetzbar. Die Unteransprüche 2 bis 5 sind vorteilhafte erfinderische Weiterbildungen des Verfahrens.

Bei einem Verfahren zum Betrieb einer Spritzgießmaschine, welche insbesondere ein Formwerkzeug, eine Einspritzeinrichtung und

a) eine digitale Regelungseinrichtung zur Regelung zumindest der Einspritzeinrichtung und/oder
b) eine digitale Steuerungseinrichtung zur Steuerung zumindest der Einspritzeinrichtung aufweist,

wird bei der Regelung und/oder Steuerung der Einspritzeinrichtung, abhängig vom Erreichen eines Übergangskriteriums auf eine Druckregelung zur Regelung der Einspritzeinrichtung und/oder auf eine Drucksteuerung der Einspritzeinrichtung umgestellt. Die Einspritzeinrichtung dient insbesondere dem Einspritzen von beispielsweise erhitztem Kunststoff in das Formwerkzeug. Das Übergangskriterium ist beispielsweise ein Umschaltkriterium zum Umschalten auf die Drucksteuerung oder die Druckregelung. Dabei löst die Drucksteuerung bzw. die Druckregelung beispielsweise eine Geschwindigkeitsregelung oder auch eine Geschwindigkeitssteuerung der Einspritzeinrichtung ab. Die Regelung bzw. die Steuerung betrifft dabei insbesondere einen Antrieb zur Bewegung eines Mittels welches für das Einspritzen von Material in das Formwerkzeug vorgesehen ist. Dieses Mittel ist beispielsweise eine Schnecke.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Wert, welcher für die Bestimmung des Übergangskriteriums benutzt wird, ermittelt. Dieser Wert ist beispielsweise ein Druckwert.

Aus zumindest einem gemessenen Wert wird zumindest ein Extrapolationswert ermittelt. Der Extrapolationswert wird mit einem Übergangskriterium verglichen, wobei das Übergangskriterium beispielsweise ein Umschaltkriterium ist. Ist der Extrapolationswert gleich dem Übergangskriterium oder überschreitet der Extrapolationswert das Übergangskriterium, so wird die Druckregelung und/oder -steuerung beispielsweise in einen wesentlichen Eingriff gebracht. Unter der Eingriffnahme wird verstanden, dass beispielsweise auf eine Druckregelung und/oder Drucksteuerung umgestellt bzw. geschaltet wird. Anteilig können neben der Druckregelung und/oder Drucksteuerung aber auch andere Regelungen sowie Steuerungen, wie zum Beispiel eine Lageregelung, noch wirksam sein. Deren Anteil ist vorteilhafter Weise jedoch kleiner als beispielsweise der Anteil der Druckregelung. In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vollständig auf die Druckregelung und/oder Drucksteuerung umgeschaltet.

Mittels der Verwendung eines Extrapolationswertes ist z.B. vermeidbar, dass es zu Sprüngen an einem Ausgang des Reglers oder der Steuerung kommt, welcher die Qualität eines Spritzgutes beeinträchtigt. Auch eine Verhinderung einer Überschreitung des Übergangskriteriums am Ausgang des Reglers oder am Ausgang der Steuerung ist durchführbar. Der Regler bzw. die Steuerung betrifft dabei auch eine dazugehörige Einrichtung. Das Übergangskriterium betrifft beispielsweise einen Druck oder auch eine Weg.

Nach dem Stand der Technik wird im Umschaltpunkt, also zum Zeitpunkt der Umstellung auf die Druckregelung, nicht schlag artig von einem letzten Istwert des Drucks auf eine für eine Nachdruckphase definierten Nachdruck als Sollwert umgeschaltet, sondern mit einem definierten Druckgradienten dp/dt auf eine Profilstufe hinzu gefahren, wobei die Profilstufe den Sollwert für den Druck der Nachdruckphase darstellt. Durch die Abtastung in einem Reglertakt oder im Takt der Steuerung ist das Umschaltkriterium nicht exakt reproduzierbar auswertbar. Ist beispielsweise ein Positionswert der Wert des betrachteten Übergangskriteriums so ergibt sich ein Jitter aus dem Produkt der aktuellen Geschwindigkeit z.B. der Schnecke und des Taktes der Regelung bzw. der Steuerung. Auf diese Weise ist es im Stand der Technik möglich, dass ein maximaler Druck überschritten wird. Der Druck betrifft insbesondere den Druck innerhalb des Formwerkzeugs.

Mittels der Verwendung des Extrapolationswertes wird erfindungsgemäß dieses Problem gelöst. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in der Einspritzphase vor dem Erreichen des Umschaltpunktes der Druckverlauf extrapoliert. Der Druckverlauf betrifft beispielsweise den Druck im Formwerkzeug, in einer Einspritzdüse und/oder im Schneckenvorraum. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht einen gleich bleibenden Druckverlauf und vermeidet Drucksprünge, welche sich nachteilig auf das zu spritzende Gut im Formwerkzeug auswirken.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ergibt sich eine Minimierung des Jitters, wobei der Jitter den Druckverlauf betrifft, wobei der Druckverlauf insbesondere im Bereich des Übergangskriteriums (z.B. Umschaltkriteriums) von Relevanz ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird für die Druckregelung und/oder für die Drucksteuerung ein Startsollwert für den Druck ermittelt. Der Startsollwert betrifft dabei insbesondere den Startwert einer Gradientenkurve. Mit Hilfe der Gradientenkurve wird ein Drucksollwert vorgegeben, der sich z.B. linear an eine Druck stufe annähert. Die Druckstufe gibt einen zeitlich begrenzten konstanten Drucksollwert vor. Im Bereich des Übergangs auf die Druckregelung bzw. die Drucksteuerung wird der Startsollwert insbesondere innerhalb eines Taktes der Regelung und/oder Steuerung der Spritzgießmaschine berechnet.

Zur Extrapolation wird beispielsweise ein gespeicherter Druckverlauf verwendet. Als Druck ist beispielsweise der Hydraulikdruck der Schnecke, der Druck der Schmelze oder ein Forminnendruck verwendbar. Der Forminnendruck ist der Druck innerhalb des Formwerkzeuges.

Ein Extrapolationswert ist beispielsweise mittels einer Stützpunkttabelle ermittelbar. In der Stützpunkttabelle sind dabei Werte hinterlegt, welche einen typischen Verlauf eines Wertes, wie z.B. eines Druckwertes, widerspiegeln.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird der Extrapolationswert mittels einer Interpolationsfunktion und/oder mittels eines Polynoms ermittelt. Das Polynom ist beispielsweise vom Grade 3, 4 oder 5.

Der Extrapolationswert ist in einer weiteren Ausführung auch mittels einer Masterkurve ermittelbar. In der Masterkurve ist beispielsweise ein Druckverlauf über die Zeit aufgetragen und gibt Werte wieder, welche sich im Regelfall einstellen. Istwerte des Druckes können dann mit der Masterkurve verglichen werden, so dass durch Vergleich der Istwerte ein Wert schätzbar ist, welcher sich zukünftig einstellt. Dieser Vergleich betrifft insbesondere die Umschaltung auf die Druckregelung und/oder die Drucksteuerung. Der zukünftige Druckwert, welcher aus der Masterkurve ablesbar ist, soll dabei den Wert des Übergangskriteriums, also z.B. einen maximalen Druckwert nicht übersteigen.

Das Übergangskriterium betrifft beispielsweise eine Position (Lage) der Schnecke, ein Hydraulikdruck oder einen Druck der Schmelze oder auch einen Forminnendruck.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens sind verschiedene Umstellkriterien nutzbar. Beispiele für Umstellkriterien sind: Position der Schnecke, Hydraulikdruck, Schmelzdruck, Forminnendruck, usw.

Die Ermittlung des Wertes, welcher für das Übergangskriterium verwendet wird, erfolgt in einem Reglertakt bzw. in einem Takt der Steuerung. Der Reglertakt ist beispielsweise ein Servotakt eines elektrischen Antriebs. Der Steuerungstakt ist beispielsweise der Takt einer Steuerung, welche zur Ansteuerung eines Hydraulikantriebes vorgesehen ist. Die Regelungseinrichtung ist beispielsweise verwendbar für die Regelung eines Antriebs der Einspritzeinrichtung. Die Einspritzeinrichtung ist beispielsweise ein Kolben und/oder eine Schnecke.

Als Wert für das Übergangskriterium, welches insbesondere ein Umschaltkriterium mit einem Umschaltpunkt ist, wird beispielsweise ein Positionswert verwendet. Dabei wird zunächst eine zukünftige Position, beispielsweise der Schnecke, berechnet. Die Position errechnet sich beispielsweise wie folgt: sneu = sist + Vist·TR; für

s_neu: = Neu-POsition,
s_ist: = Ist-Position,
v_ist: = Ist-Geschwindigkeit,
T_R: = Taktzeit.

Liegt die vorausberechnete neue Position s_neu hinter der Umschaltposition s_UM, also hinter dem Umschaltkriterium, wird eine Zeit T_U bis zum Erreichen des Umschaltpunktes, also bis zum Erreichen des Umschaltkriteriums berechnet. Die Zeit T_U berechnet sich wie folgt: T_U = (s_UM – s_ist)/v_ist. Liegt die vorausberechnete Position s_neu hinter der Umschaltposition s_UM wird gleichzeitig in die Druckregelung umgestellt/umgeschaltet.

Ein erster Sollwert für die Nachdruckphase, also für die Phase in welche in die Druckregelung umgestellt worden ist, wird wie folgt berechnet: Psoll-start = pum + dp/dt. (TR – TU).

Mit einem Druck-Istwert p_ist wird z.B. in eine Tabelle mit abgespeicherten Druckverlauf der Einspritzphase gegangen und der Druckwert p_um gesucht, der sich nach der Zeit T_U einstellt. Ausgehend von diesem Druckwert wird mit einem Startgradienten dp/dt auf die erste Druckstufe der Nachdruckphase vermindert oder erhöht.

Auf diese Weise folgt der Druckverlauf unabhängig von der Lage des Umschaltzeitpunktes innerhalb des Reglertaktes. Der Druckverlauf betrifft beispielsweise einem Hydraulikdruck zur Ausbildung einer linearen Bewegung der Schnecke oder auch der Druck im Schneckenvorraum. Alternativ oder in Kombination kann auch der Innendruck des Formwerkzeuges verwendet werden. Bei dem Verfahren wird beispielsweise zunächst der zukünftige Hydraulikdruck bzw. Schmelzedruck aus der Tabelle des Druckverlaufs ermittelt. Dies erfolgt wie oben beschrieben, indem ausgehend vom Istdruck in der Tabelle der Druckwert nach T_R ausgelesen wird. Pneu = f(pist, TR)

Liegt dieser Druck oberhalb des Umschaltdrucks p_um, wird die Zeit T_U aus der Tabelle ermittelt, nach der der Umschaltpunkt erreicht wird. TU = f(pist, pum) und gleichzeitig in die Druckregelung und/oder die Drucksteuerung umgeschaltet.

Der erste Sollwert für die Nachdruckphase wird dafür wie folgt ermittelt: Psoll-start = pum + dp/dt. (TR – TU),wobei in diesem Fall p_um der feste Umschaltdruck ist.

Auch hier folgt der Druckverlauf unabhängig von der Lage des Umschaltzeitpunkts innerhalb des Reglertakts.

Wird als Druck der Forminnendruck verwendet so sind Randbedingungen zu berücksichtigen. Die Umschaltung über den Forminnendruck als Umschaltkriterium stellt eine komplexe Anforderung dar, da hier das Übergangskriterium (Umschaltkriterium) und die zu regelnde (zu steuernde) Größe unterschiedlich sind. In diesem Falle wird zwar bei Erreichen eines bestimmten Schwellwertes des Innendrucks auf den Nachdruck umgestellt, die Druckregelung arbeitet jedoch stets z.B. auf den Hydraulikdruck bzw. Schmelzedruck, da durch das Erstarren des Formteils im Werkzeug technologisch die Regelung auf den Forminnendruck wenig sinnvoll ist.

Bei der Verwendung des Forminnendrucks sind sowohl für den Forminnendruckverlauf als auch den Verlauf des Hydraulikdrucks bzw. des Schmelzedruckverlauf typische (gemittelte) Istkurven aufgenommen und abgespeichert.

In der bereits oben ausführlich beschriebenen Weise wird zunächst aus der Tabelle des Forminnendruckverlaufs die Umschaltzeit T_U ermittelt und danach mittels dieser Zeit und dem aktuellen Hydraulikdruck (Schmelzedruck der voraussichtliche Hydraulikdruck/Schmelzedruck p_um im Umschaltpunkt ermittelt.

Der erste Sollwert für die Nachdruckphase wird wieder wie folgt ermittelt: Psoll-start = pum + dp/dt. (TR – TU).

Neben der Verwendung von Tabellen können auch Masterkurven zur Anwendung kommen. Masterkurven stellen eine weitere Darstellungsform von Verläufen von Werten wie insbesondere von Druckwerten dar.

Die oben genannten Übergangskriterien lassen sich selbstverständlich miteinander kombinieren und/oder verknüpfen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Dabei zeigt:
1 Phasen ein Spritzvorganges,
2 ein Druckverlauf innerhalb eines Formwerkzeuges,
3 eine Druckumschaltung gemäß dem Stand der Technik,
4 eine erfindungsgemäße Druckumschaltung,
5 einen gespeicherten Druckverlauf,
6 eine Ermittlung eines Umschaltdruckes aus einem Kurvenverlauf,
7 eine vereinfachte graphische Darstellung mittels linearer Druckverläufe für die Extrapolation und die Festlegung eines Startwertes für den Sollwert der Druckregelung und
8 ein Schaubild, welches einen Einspritzvorgang in eine Einspritzphase und eine Nachdruckphase untergliedert.
Die Darstellung gemäß 1 zeigt drei Schritte 3, 5, 7 eines Gießprozesses. Der erste Schritt 3 betrifft das Plastifizieren und Dosieren, der zweite Schritt 5 betrifft das Einspritzen und Nachdrücken und der dritte Schritt 7 betrifft das Abkühlen und Entformen. Der Gießprozess betrifft eine Spritz gießmaschine 1. Die Spritzgießmaschine 1 weist eine Schnecke 21 auf. Die Schnecke 21 befindet sich in einem Schneckenzylinder 31. Die Spritzgießmaschine 1 weist weiterhin einen Trichter 25 auf. Der Trichter 25 ist mit Kunststoffgranulat 23 beschickbar. Durch eine Drehbewegung 33 der Schnecke 21 ist das Kunststoffgranulat 23 in einen Schneckenvorraum 19 transportierbar. Während des Transportes wird durch Reibung bzw. mittels einer elektrischen Heizung 29 das Kunststoffgranulat zu einer Schmelze erhitzt. Die Schmelze sammelt sich durch eine Drehbewegung 33 in Schneckenvorraum 19 an. Die Drehbewegung 33 ist beispielsweise mittels eines elektrischen Antriebs 37 erzielbar. Als Antrieb kann auch ein hydraulischer Antrieb verwendet werden, jedoch ist dies in der Figur nicht dargestellt. Der elektrische Antrieb 37 ist beispielsweise mittels einer Regelungseinrichtung 39 regel- bzw. steuerbar. Die Regelungseinrichtung 39 weist insbesondere eine Geschwindigkeits- und/oder Lageregelung 45 und eine Druckregelung 47 auf. Dadurch, dass sich im Schneckenvorraum 19 Schmelze ansammelt, wird die Schnecke 21 von einer Düse 17 weggedrückt. Die Düse 17 ist zum Auslassen der Schmelze vorgesehen. Die Düse 17 ist an ein Formwerkzeug 13, 15 herführbar, wobei hierfür beispielsweise eine elektrischer oder ein hydraulischer Antrieb vorgesehen ist, wobei beide in der Figur nicht dargestellt sind. Das Formwerkzeug 13, 15 weist zwei Formteile auf. Das erste Formteil 13 und das zweite Formteil 15 werden zur Ausbildung einer Form zusammengefügt. Der erste Schritt des Gießprozesses beinhaltet eine Plastifizierung und eine Dosierung des Schmelzmaterials. Der zweite Schritt 5 des Gießprozesses betrifft das Einspritzen der Schmelze bzw. das Nachdrücken dieser. Zum Einspritzen der Schmelze wird die Schnecke 21 in Richtung der Düse 17 bewegt. Dadurch dringt Schmelze in das Formwerkzeug 13, 15 ein. Am Ende des Einspritzvorgangs wird ein Nachdruck ausgeübt.
In einem dritten Schritt 7 des Gießprozesses erfolgt ein Abkühlen und ein Entformen. Der Schneckenzylinder 31 wird vom Formwerkzeug 15 getrennt. Die beiden Teile des Formwerkzeuges 13 und 15 werden getrennt, so dass ein Spritzgut 41 freigegeben wird. Nach diesem Schritt folgt wieder der erste Schritt 3 des Gießprozesses, nämlich das Plastifizieren und das Dosieren.
Die Darstellung gemäß 2 zeigt einen Druckverlauf p in einem Formwerkzeug. Der Druck betrifft den Druck im Formwerkzeug und ist über die Zeit t aufgetragen. Der Druckverlauf ist in drei Phasen unterteilt. Einer Einspritzphase 9 folgt eine Kompressionsphase 10 und anschließend eine Nachdruckphase 11. In der Kompressionsphase sind zwei Druckverläufe dargestellt. Ein nachteiliger Druckverlauf 59, welcher gestrichelt dargestellt ist und ein vorteilhafter Druckverlauf 61, welcher mittels einer kontinuierlichen Linierung dargestellt ist. Bei der Darstellung des nachteiligen Druckverlaufs 59 wird klar, dass bei ungenügender Druckregelung ein für ein zu gießendes Spritzgut nachteiliger Druckverlauf erfolgt. Durch den Druck können nachteilig Stoffparameter wie Kristallinität oder Anisotropie beeinflusst werden. Weiterhin sind in der Kompressionsphase Formteileigenschaften, also Eigenschaften des Spritzgutes, bezüglich beispielsweise einer vollständigen Ausformung des Spritzgutes, einer Gratbildung oder einer Schwimmhautbildung nachteilig bzw. vorteilhaft beeinflussbar.
Die Darstellung gemäß 3 zeigt einen Druckverlauf 63. Der Druck ist beispielsweise der Wert W 49, welcher zur Festlegung eines Übergangskriteriums 43, welches insbesondere ein Umschaltkriterium ist, verwendet wird und über die Zeit t aufgetragen ist. Das Übergangskriterium 43 K_um ist ein Druckschwellwert. Wird der Schwellwert, also das Umschaltkriterium 43 K_um durch einen Druckwert bezüglich des Druckverlauf 63 überschritten, hat eine Umschaltung auf eine Druckregelung zu erfolgen. Somit ist der Druck überwachbar und begrenzbar. Idealer Weise fällt ein Reglertakt T_R 53 genau in den Punkt, in dem der Druckverlauf 63 gleich dem Umschaltkriterium 43 entspricht. Mittels der Druckregelung ist beispielsweise ein statischer Druck einzustellen. Der statische Druck wird durch einen Drucksollwert 65 vorgegeben. Mittels eines Druck-Zeitprofils 67, welches beispielsweise eine Gradientenkurve ist, wird nun der Druckistwert zu einem Zeitpunkt, an welchem das Umschaltkriterium 43 erfüllt ist bis zum zumindest u.U. zeitlich begrenzt statischen Drucksollwert 65 geführt. Abhängig von der Position des Reglertaktes T_R1 73, T_R2 74, T_R3 75 oder T_R4 76 erfolgt ein Umschalten auf das Druckzeitprofil 67 zu verschiedenen Zeitpunkten. Daraus ergibt sich jeweils ein Überdruck P_Ü2 72, P_Ü3 71 und P_Ü3 70. Derartige Überdrucke, welche nach dem Stand der Technik auftreten, sind zu vermeiden. Der Überdruck ergibt sich aus der Differenz von P_Ü2, P_Ü3 bzw. P_Ü4 mit dem Wert K_um. Abhängig vom Umschaltzeitpunkt, also der Position des Reglertaktes T_R1 73, T_R2 74, T_R3 75 oder T_R4 76 zum Umschaltwert K_um ergibt sich eine Kurvenschar unterschiedlicher Druckzeitprofile 67, wobei die Druckzeitprofile beispielsweise derart ausgebildet sind, dass mittels eines definierten Druckgradienten dp/dt der Druck p auf eine Profilstufe also den Druckwert 65 hin zugefahren werden kann. Die in den Druckzeitprofilen 67 dargestellten Kreise geben Positionen des Taktes an.
Die Darstellung gemäß 4 zeigt eine Darstellung ähnlich 3 jedoch nunmehr mit einer verbesserten Druckumschaltung mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. bei einer erfindungsgemäßen Spritzgießmaschine, welche nicht dargestellt ist. Zu einem Messzeitpunkt T_M 78 wird ein Messdruck P_M 80 gemessen. Danach erfolgt die Berechnung von Extrapolationswerten 51. Ist der Extrapolationswert, welcher sich zum Zeitpunkt T_M+1 82 ergibt gleich oder größer dem Umschaltkriterium K_um 43, so kann nunmehr bereits einen Takt nach dem Messzeitpunkt T_M 78 die Umschaltung in die Druckregelung erfolgen. Bei dem in 4 dargestellten Verfahren wird der Druckverlauf 63, welcher sich durch gemessenen Druckistwerte ergibt, extrapoliert, wobei bei Erreichung des Übergangskriteriums, welches in 4 das Umschaltkriterium K_um 43 ist, die Sollwertvorgabe gemäß des Druck-Zeit Profils 67 erfolgt. Nach erreichen eines ersten Drucksollwertes 65 können sich noch wei tere Drucksollwerte anschließen, welche zeitlich begrenzt einen konstanten Betrag aufweisen.
Die Darstellung gemäß 5 zeigt einen abgespeicherten Druckverlauf. Dieser abgespeicherter Druckverlauf ist als eine Masterkurve 90 einsetzbar. Der Verlauf eines Druckes p 84 ist gemäß 5 über die Zeit t 86 dargestellt. Der abgespeicherte Druckverlauf verläuft beispielsweise zwischen einem Druckanfangswert p-Anfang 88 und einem Druckendwert p-Ende 90. Zwischen diesen beiden Werten liegt der Druck, welcher für die Umschaltung herangezogen wird, wobei Drücke, die diesen Druck vorangehen bzw. nachfolgen zumindest in einem Zeitbereich 94 liegen, welcher größer ist als die Taktzeit. Der Zeitbereich ist also ausreichen groß zu wählen, so dass die Informationen, welche für den Übergang zur Druckregelung bzw. zur Drucksteuerung notwendig sind, auch vorliegen. Ein Zeitbereich 94 mit einer Länge von 10 Abtastzeiten kann dieser Anforderung schon genügen. Die Darstellung gemäß 5 zeigt im übrigen auch die Anfangssteigung 96 des Druckverlaufs und die Endsteigung 97 des Druckverlaufs.
Die Darstellung gemäß 6 lehnt sich an die Darstellung gemäß 5 an und zeigt anschaulich, wie eine Umschaltdruck aus einem Druckverlauf ermittelbar ist. Ein Druck p wird gemessen und ist somit ein aktueller Istwert p_ist des Drucks p 84. Danach wird eine Umschaltzeit T_um ermittelt. Die Umschaltzeit T_um ist die Zeit, welche verstreicht, bis das Umschaltkriterium 43 also der Umschaltdruck p_um erreicht wird. Die Umschaltzeit T_um ist kleiner als eine Taktzeit, wie z.B. ein Reglertakt, wobei diese Taktzeit in der 6 nicht dargestellt ist.
Die Darstellung gemäß 7 zeigt eine Darstellung, bei welcher eine Wegposition s 92 über die Zeit t 86 aufgetragen ist. Die Wegposition s 92 ist ein Beispiel für das Übergangskriterium und gibt beispielsweise die Wegposition der Schnecke beim Einspritzen und/oder in der Nachdruckphase an. Aus einem aktuellen Istwert der Wegposition s_ist 110 wird bei einer vorgegebenen Geschwindigkeit v (ds/dt = v) und einem vorgegebenen Takt T_R 53 eine neue Wegposition s_neu 112 errechnet. Die neue Wegposition s_neu 112 ist in einem Bereich größer als ein vorgegebenes Übergangskriterium s_um 114 zur Umschaltung auf die Druckregelung bzw. Drucksteuerung. Die Zeit, welche sich zwischen dem Istwert s_ist 110 und dem Erreichen des Umschaltwertes s_um 114 ergibt ist die Umschaltzeit T_um 88. Aus der Differenz zwischen der Taktzeit T_R 53 und der Umschaltzeit T_um 88 ergibt sich die Zeit die verwendet wird um auf einer Gradientenkurve 91 einen neuen Sollwert für den Druck zu berechnen. Durch einen Übertrag der berechenbaren Zeiten T_um 88 und T_R – T_um auf eine Masterkurve 90, bei der der Druck p 84 über die Zeit t 86 aufgetragen ist, ergibt sich also ein Umschaltdruck p_um 43 und ein Startwert für den Solldruck p_{soll_start} 55, welcher auf der Gradientenkurve 91 mit einer Steigung dp/dt liegt. Die Gradientenkurve 91 führt in einen ersten Endsollwert 57. Weitere abgesenkte Druckstufen können folgen.
Die Darstellung gemäß 8 zeigt ein Schaubild, welches einen Einspritzvorgang in eine Einspritzphase 102 und eine Nachdruckphase 106 untergliedert. Zwischen der Einspritzphase 102 und der Nachdruckphase 106 erfolgt ein Übergang 104 in der Regelung bzw. der Steuerung der Spritzgießmaschine. Sowohl die Einspritzphase 102 als auch die Nachdruckphase 106 kann geregelt oder gesteuert durchgeführt werden. In der Einspritzphase 102 wird zur Regelung und/oder Steuerung beispielsweise ein Geschwindigkeits-Zeit-Profil verwendet. In der Nachduckphase 106 wird beispielsweise eine Druckregelung bzw. ein Drucksteuerung durchgeführt, welche auf einem Druck-Positions-Profil basiert. Vorteilhafter Weise ist in der Einspritzphase 102 eine Druckbegrenzung unterlagert. Die Druckbegrenzung weist vorteilhafter Weise eine Positionsabhängigkeit auf. In der Nachdruckphase 106 wird vorteilhafter Weise ein unterlagerte Geschwindigkeitsbegrenzung durchgeführt. Auch eine Volumenbegrenzung kann unterlagert werden.

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Spritzgießmaschine (1), welche ein Formwerkzeug (13, 15), eine Einspritzeinrichtung (21) und eine digitale Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung (39) zumindest zur Regelung und/oder Steuerung der Einspritzeinrichtung (21) aufweist, wobei bei der Regelung und/oder Steuerung der Einspritzeinrichtung (21) abhängig vom Erreichen eines Übergangskriteriums (43) auf eine Druckregelung und/oder eine Drucksteuerung (47) zur Regelung und/oder Steuerung der Einspritzeinrichtung (21) umgestellt wird, wobei ein Wert (49), welcher für die Bestimmung des Übergangskriteriums (43) genutzt wird, ermittelt wird, wobei zu zumindest einem gemessenen Wert (49) zumindest ein Extrapolationswert (51) ermittelt wird, wonach der Extrapolationswert (51) mit dem Übergangskriterium (43) verglichen wird, wonach bei: a) Gleichheit des Extrapolationswertes (51) mit dem Übergangskriterium (43) oder b) bei Überschreitung des Übergangskriteriums (49) durch den Extrapolationswert (51) die Druckregelung und/oder die Drucksteuerung (47) zumindest in einen wesentlichen Eingriff in der Regelung und/oder Steuerung der Spritzgießmaschine (1) gebracht wird oder auf die Druckregelung und/oder die Drucksteuerung (47) umgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Extrapolationswert (51) mittels c) einer Stützpunkttabelle ermittelt wird und/oder d) einer Interpolationsfunktion und/oder mittels eines Polynoms ermittelt wird und/oder e) einer Masterkurve (90) ermittelt wird und insbesondere für eine Umschaltung auf die Druckregelung und/oder die Drucksteuerung die gemessenen Werte mit der Masterkurve (90) verglichen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Druckregelung und/oder für die Drucksteuerung (47) ein Startsollwert (55) für den Druck ermittelt wird, wobei der Startsollwert (55) insbesondere ei ne Gradientenkurve (91) betrifft und wobei der Startsollwert (55) insbesondere innerhalb eines Taktes der Regelung und/oder Steuerung der Spritzgießmaschine (1) berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des Wertes (49) in einem Reglertakt (53) einer Regelungseinrichtung (39), welcher zum Antrieb der Einspritzeinrichtung (21) verwendet wird durchgeführt wird, wobei als Einspritzeinrichtung (21) insbesondere ein Kolben und/oder eine Schnecke (21) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Wert (49) ein Positionswert und/oder ein Druckwert und/oder ein Zeitwert verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Funktion die Sollwerte für die Druckregelung (47) zwischen dem Startsollwert (55) und einem Endsollwert festgelegt werden.
Spritzgießmaschine (1), welche eine Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung (39) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 aufweist.