DE102016104503B4

DE102016104503B4 - Formgebungsverfahren

Info

Publication number: DE102016104503B4
Application number: DE102016104503.9A
Authority: DE
Inventors: Andrea Zigante; Enzo De Seta
Original assignee: Inglass SpA
Current assignee: Inglass SpA
Priority date: 2015-03-12
Filing date: 2016-03-11
Publication date: 2023-07-27
Anticipated expiration: 2036-03-12
Also published as: US10144165B2; CN106142474B; ITUB20150245A1; DE102016104503A1; US20160263801A1; CN106142474A

Abstract

Formgebungsverfahren zur Herstellung von Formartikeln durch Einspritzen von Kunststoff in einen Formhohlraum (S) mittels einer Mehrzahl von Injektoren (A, B, C, D), die in sequenzieller Weise elektrisch unter einer elektronischen Steuerung nach einem Zyklus betrieben werden, der für jeden Injektor einen Schritt des Befüllens des Formhohlraums mit dem Kunststoff bereitstellt, in dem der Injektor aus einem vollständig geschlossenen Zustand in einen maximal offenen Zustand geöffnet wird, dem ein Schritt des Verdichtens des Kunststoffs im Formhohlraum folgt, in dem der Injektor in einem offenen Zustand gehalten und dann erneut in den vollständig geschlossenen Zustand geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor (A, B, C, D) ungeachtet seiner Position bezüglich des Formhohlraums (S) und seiner Öffnungsgeschwindigkeit wie folgt gesteuert wird:- partielles Schließen des Injektors aus dem maximal offenen Zustand in einen weniger geöffneten Zustand im Befüllungsschritt und- Einstellen des Injektors in einem partiell offenen Zustand und dann Öffnen des Injektors in einen weiter geöffneten Zustand im Verdichtungsschritt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Formgebungsverfahren zur Herstellung von Formartikeln, die aus spritzgegossenem Kunststoff gefertigt werden. Die Offenbarung betrifft ferner eine Formgebungsvorrichtung zur Herstellung von Formartikeln durch sequenzielles Spritzgießen nach diesem Formgebungsverfahren.
Eine solche Formgebungsvorrichtung umfasst üblicherweise eine Form mit einem Hohlraum, eine Mehrzahl von Injektoren, die jeweils in Mittel-, Zwischen- bzw. Endpositionen in Bezug auf den Formhohlraum angeordnet sind und deren Betätigung nach einem sequenziellen Zyklus-Modus erfolgt. Die Injektoren des Ventiltyps sind durch eine Düse ausgebildet, die mit einem Dispenser von geschmolzenem Kunststoff verbunden ist und in dem ein Nadelventil, das die Einbringung des Kunststoffs aus dem Dispenser in den Formhohlraum steuert, axial bewegbar ist.
Die Verschiebungen zum Öffnen und Schließen des Nadelventils, d. h. das Öffnen und Schließen jedes Injektors, erfolgen durch einen Fluidaktuator oder, der aktuellen Entwicklung folgend, einen jeweiligen elektrischen Aktuator, der durch eine elektronische Steuerungseinheit gesteuert wird, welche die Variation der Position und möglicherweise auch der Verschiebungsgeschwindigkeit des Nadelventils mit maximaler Genauigkeit ermöglicht. Der elektrische Aktuator kann geeignetermaßen auch durch einen rotierenden Elektromotor ausgebildet sein, wie er beispielsweise in den Dokumenten JP H06- 114 887 A, US 7 121 820 B2 und EP 2 679 374 A1 im Auftrag des Anmelders beschrieben und dargestellt ist.
Stand der Technik
1 der beigefügten Zeichnungen stellt in schematischer Weise einen Artikel dar, der mittels Formgebung durch sequenzielles Spritzgießen erhalten werden kann und beispielsweise durch einen sehr großen Körper gebildet ist, beispielsweise einen Spoiler S für Motorfahrzeuge. Die Form des Spoilers S entspricht selbstverständlich dem Formhohlraum, und die für das sequenzielle Spritzgießen verwendeten Injektoren sind jeweils wie folgt gekennzeichnet: mit A der Mittelinjektor, mit B - C die Zwischeninjektoren und mit D die nahe den Enden des Formhohlraums angeordneten Endinjektoren.
2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des herkömmlichen Formgebungsverfahrens der sequenziellen Einspritzung zur Herstellung des Artikels S zeigt: Die Graphen zeigen in Abhängigkeit von der Zeit die Position, die jeweils von den Nadelventilen der Injektoren A, B, C und D eingenommen wird und als ein Prozentwert ausgedrückt ist, von der Verschlussposition „0“ bis zur maximalen Öffnungsposition „100“. Wie ersichtlich ist, werden die Injektoren während des Hohlraumbefüllungsschritts in kaskadenartiger Weise bis zur vollständigen Öffnung (100 %) geöffnet, beginnend mit dem Mittelinjektor A, beispielsweise mit derselben Geschwindigkeit oder sogar mit unterschiedlicher Geschwindigkeit der jeweiligen Nadelventile. Bei Erreichen der vollständigen Öffnung werden alle Injektoren bis zum Ende des Schritts zum Verdichten des Kunststoffs im Formhohlraum in dieser Position gehalten, bevor sie gleichzeitig in die geschlossene Position zurückgeführt werden.
Die elektronische Steuerung der elektrischen Aktuatoren der verschiedenen Injektoren ist nur schwer mit den tatsächlichen Prozessbedingungen, d. h. einer Reihe von Parametern, die in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen, dem physikalischen Zustand des Kunststoffs und dem Einspritzdruck variabel sind, korrelierbar.
Der Einspritzdruck ist in den Momenten vor dem Öffnen jedes Injektors maximal, und eine Verschiebung des jeweiligen Ventils bis zu einer beträchtlichen Öffnungshöhe (vollständige Öffnung im Fall von 2) kann aufgrund der plötzlichen Endladung von hohem Druck Oberflächendefekte auf dem Formteil nahe dem Formanguss hervorrufen. Dies kann zur Entstehung von auf der Oberfläche des Teils sichtbaren Druck- oder Fließlinien führen und ist möglicherweise entscheidend für dessen Abnahmefähigkeit, insbesondere in Fällen, in denen hohe ästhetische Standards erfüllt sein müssen.
Gleichzeitig ist während des Verdichtungsschritts die Bereitstellung des richtigen Betriebsdrucks, insbesondere eines allgemeinen Ausgleichs des Drucks im Formhohlraum erforderlich, um das Befüllen und die Erstarrung des Teils zu optimieren. Wenn die Injektorventile in der vollständig geöffneten Position gehalten werden, sind die vorgenannten Drücke nicht steuerbar, ohne dass sich dies negativ auf die Genauigkeit auswirkt, und nur über die Einspritzschnecke der Formgebungsvorrichtung.
3 der beigefügten Zeichnungen zeigt die Entwicklungen des im Formhohlraum an den Angüssen der Injektoren A, B, C, D gemessenen Drucks. Es ist deutlich, dass im Befüllungsschritt inhomogene Werte und deutliche Druckschwankungen auftreten, während im anschließenden Verdichtungsschritt, in dem, wie erwähnt, alle Injektoren im vollständig geöffneten Zustand gehalten werden, deutliche Unterschiede zwischen den gemessenen Drücken zu beobachten sind. Dies bedeutet, dass das Befüllen des Hohlraums und die anschließende Erstarrung des Formartikels nicht optimal sind.
DE 10 2015 104 032 A1 behandelt ein Verfahren zum Spritzgießen von Kunststoffen. Dabei erfolgt das Spritzgießen in die Höhlung einer Form mittels eines Verteilers, der mit mindestens einer Einspritzvorrichtung in Verbindung steht, deren Öffnungsgrad mit Hilfe eines Stiftventils eingestellt wird. Der unter inneren Überdruck gesetzte einzubringende fluide Kunststoff wird innerhalb von zwei Schritten in die Höhlung der Form eingebracht, denen ein oder mehrere Zwischenschritte zwischen geschaltet werden können.
Die Druckschrift „What you have always dreamed of only better - The new FLEXflow Accurate, stable and easy-to-use Servo-Driven valve gate for top quality.“ (Inglass, SPA; 09.10.2014) offenbart ein servogesteuertes Ventil zur Steuerung von Drücken und Durchflussmengen während eines Einspritzvorgangs. Der Nadelverschluss ist so ausgebildet, dass er jeden Ventilstift unabhängig durch Anpassung von Position, Beschleunigung, Geschwindigkeit und Hub.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorgenannten Mängel durch die Bereitstellung eines Formgebungsverfahrens JP H06- 114 887 A zur Herstellung von Formartikeln und damit einhergehend durch die Optimierung sowohl des Befüllungs- als auch des Verdichtungsschritts zu überwinden, indem der Druck im Formhohlraum in effizienter Weise gesteuert wird, um so die vorgenannten Oberflächendefekte auf den Formartikeln zu deutlich zu begrenzen oder sogar ganz zu vermeiden.
Mit dem Ziel der Lösung dieser Aufgabe bezieht sich die Erfindung nach einem ersten Aspekt auf ein Formgebungsverfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Injektor (der als ein allgemeiner Injektor aus der Gruppe der in der Formgebung durch sequenzielle Einspritzung verwendeten Injektoren betrachtet wird) ungeachtet seiner Position bezüglich des Formhohlraums und seiner Öffnungsgeschwindigkeit wie folgt gesteuert wird:

- partielles Schließen des Injektors aus einem maximal offenen Zustand in einen weniger geöffneten Zustand im Befüllungsschritt; und
- Einstellen des Injektors in einem partiell offenen Zustand und dann Öffnen des Injektors in einen weiter geöffneten Zustand im Verdichtungsschritt.

Nach einer besonders vorteilhaften Eigenschaft entspricht der weniger offene Zustand im Befüllungsschritt dem partiell geöffneten Zustand im Verdichtungsschritt.
Die betrifft Offenbarung ferner eine Formgebungsvorrichtung zur Herstellung von Formartikeln und Implementierung des Formgebungsverfahrens.
Figurenliste
Es zeigen:

- 1 in schematischer Weise einen mittels sequenzieller Einspritzung geformten Artikel und die relative Anordnung der Injektoren;
- 2 ein Diagramm, welches das Formgebungsverfahren zur sequenziellen Einspritzung nach dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik darstellt;
- 3 ein Diagramm, das die Entwicklung des Drucks im Formhohlraum entsprechend der sequenziellen Einspritzung nach dem Stand der Technik aus 2 darstellt;
- 4 ein zu 2 analoges Diagramm, welches das erfindungsgemäße Formgebungsverfahren zur Steuerung eines allgemeinen Injektors während des Befüllungsschritts darstellt;
- 5 ein zu 4 analoges Diagramm, welches das Steuerungsverfahren in Bezug auf alle an der sequenziellen Einspritzung beteiligten Injektoren während des Befüllungsschritts darstellt;
- 6 ein zu 5 analoges Diagramm, welches das erfindungsgemäße Formgebungsverfahren zur Steuerung eines allgemeinen Injektors während des Verdichtungsschritts darstellt;
- 7 ein zu 6 analoges Diagramm, welches das Steuerungsverfahren, das auf alle an der sequenziellen Einspritzung beteiligten Injektoren angewandt wird, während des Verdichtungsschritts darstellt;
- 8 eine nicht erfindungsgemäße Variante von 6;
- 9 eine nicht erfindungsgemäße Variante von 7 und
- 10 ein zu 3 analoges Diagramm, das dem erfindungsgemäßen Formgebungsverfahren entspricht.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung
1, 2 und 3 wurden bereits in der Einleitung unter Bezugnahme auf den nach dem Stand der Technik implementierten Zyklus der sequenziellen Einspritzung beschrieben, wobei die diesbezüglichen Mängel insbesondere im Diagramm aus 3 veranschaulicht sind.
Die Graphik aus 4 zeigt das Formgebungsverfahren zur Steuerung eines jeglichen der Injektoren A, B, C, D während der sequenziellen Einspritzung im Befüllungsschritt unter Anwendung des erfindungsgemäßen Formgebungsverfahrens. Dabei ist zu beachten, dass, wie vorstehend erläutert wurde, der Injektor mit einem jeweiligen Nadelventil bereitgestellt ist, das mittels eines jeweiligen elektrischen Aktuators, geeignetermaßen mittels eines rotierenden Elektromotors der in der vorgenannten Schrift EP 2 679 374 A1 beschriebenen und dargestellten Art, zwischen einer vollständig geschlossenen Position und einer vollständig geöffneten Position axial bewegbar ist. Der Elektromotor wird seinerseits mittels einer elektronischen Steuerungseinheit betätigt, die nach den Prinzipien der Erfindung betreibbar ist.
Die Graphik aus 4 zeigt in Abhängigkeit von der Zeit die Position des Nadelventils eines jeglichen Injektors, ungeachtet seiner Position bezüglich der Form und ungeachtet der Verschiebungsgeschwindigkeit des Nadelventils, beispielsweise einen der Zwischeninjektoren B. Die Position des jeweiligen Nadelventils ist in Prozent der vollständigen Öffnungsposition von 0 bis 100 % angegeben.
Wie dem Diagramm zu entnehmen ist, wird das Ventil des Injektors B aus der vollständig geschlossenen Position in eine maximal geöffnete Position geöffnet, die nicht notwendigerweise mit der maximalen Öffnung, die nur am oberen Totpunkt des Ventilhubs erreicht werden kann, übereinstimmt. Diese maximal geöffnete Position kann beispielsweise im Fall des dargestellten Beispiels etwa 50 % der Gesamtöffnung entsprechen, und die Öffnungsgeschwindigkeit kann beliebig sein, d. h. sie braucht, wie bereits erwähnt, nicht größer oder kleiner zu sein.
So wird gemäß einer besonderen Eigenschaft der Erfindung die maximal geöffnete Position über einen bestimmten Zeitraum gehalten, bevor das Ventil des Injektors erneut bis zu einer weniger offenen Position (in diesem Fall beispielsweise im Bereich von 40 %) geschlossen wird (beispielsweise während des Befüllungsschritts). Durch experimentelle Untersuchungen wurde nachgewiesen, dass auf diese Weise der Druck im Formhohlraum optimiert wird, sodass die auf der Oberfläche des Formteils am Anguss sichtbaren Drucklinien während des Befüllungsschritts minimiert oder sogar vollständig vermieden werden. Insbesondere ist dieses Formgebungsverfahren zur Steuerung der Injektoren besonders hilfreich, um die Gegenwart benachbarter Quellen hohen Drucks zu vermeiden, die noch stärker zu einer Konzentration von auf dem Formartikel sichtbaren Drucklinien führen könnten.
5 zeigt ein erfindungsgemäßes Steuerungsverfahren im Befüllungsschritt, das auf die sequenzielle Formgebung der in 1 veranschaulichten Komponente angewandt wird: Die Ventile der verschiedenen Injektoren A, B, C, D werden elektronisch gesteuert, um beispielsweise das partielle Schließen entweder jedes vorherigen Injektors (beispielsweise der Zwischeninjektoren B) in den weniger offenen Zustand beim Öffnen oder jedes darauffolgenden Injektors (beispielsweise der Injektoren C) bei maximal geöffnetem Zustand einzustellen, um so zwei benachbarte Einspritzpunkte mit hohem Druck zu vermeiden. Die in 5 angegebenen Öffnungswerte sind ausschließlich beispielhalber aufgeführt.
Das Diagramm aus 6 zeigt das erfindungsgemäße Formgebungsverfahren zur Steuerung eines allgemeinen Injektors, beispielsweise weiterhin eines der Zwischeninjektoren B, während des Verdichtungsschritts. Wie vorstehend erwähnt, zeigt das Diagramm die Position des Nadelventils des Injektors, die in Prozent der vollständigen Öffnungsposition von 0 bis 100 % angegeben ist, in Abhängigkeit von der Zeit.
Am Ende des Befüllungsschritts befindet sich das Ventil des Injektors in einer geöffneten Position, beispielsweise in der vorstehend in Bezug auf den Befüllungsschritt genannten Position: Aus dieser Position wird der Injektor nach einem weiteren besonderen Aspekt der Erfindung weiter bis zu einer größeren Öffnungshöhe geöffnet, die normalerweise immer noch partiell und beispielsweise geringer als die im Befüllungsschritt erreichte maximale Öffnung ist. Auf diese Weise kann der Einspritzdruck am Injektor durch allgemeines Ausgleichen des Drucks im Formhohlraum weiterhin in effizienter Weise gesteuert werden, um so die Ausbildung und Erstarrung des Artikels zu optimieren. Selbst während dieses Schritts sind weder die Position des Injektors bezüglich des Formhohlraums noch die Öffnungsgeschwindigkeit des jeweiligen Nadelventils wichtige oder entscheidende Parameter, in dem Sinne, dass die Öffnungsposition und - geschwindigkeit beliebig sein können.
Dieser Zustand der größeren Öffnung des Injektors wird während des gesamten Verdichtungsschritts gehalten, an dessen Ende der Injektor in die vollständig geschlossene Position gebracht wird, auch in diesem Fall mit beliebiger Geschwindigkeit.
7 zeigt den Verdichtungsschritt in Bezug auf alle in 1 dargestellten Injektoren A, B, C, D während der sequenziellen Formgebung. Wie ersichtlich ist, kann das Maß der größeren Öffnung für die Endinjektoren D maximal und für die Zwischeninjektoren C und B bis zum Mittelinjektor A schrittweise geringer sein.
Es ist zu beachten, dass das vorstehend in Bezug auf den Befüllungsschritt beschriebene erste Steuerungsverfahren und nach dem in Bezug auf den Verdichtungsschritt beschriebenen Steuerungsverfahren so implementierbar sind, dass gemäß der Erfindung sowohl das eine als auch das andere ausgeführt wird. Dabei kann der vorgenannte weniger geöffnete Zustand im Befüllungsschritt geeignetermaßen dem zu Beginn des Verdichtungsschritts partiell geöffneten Zustand entsprechen, dem dann der vorgenannte weiter geöffnete Zustand folgt.
Nach einem nicht erfindungsgemäßen Steuerungsverfahren sollte am Ende des Befüllungsschritts der Zustand der geringeren Öffnung des allgemeinen Injektors genau dem optimalen partiell geöffneten Zustand entsprechen, der während des Verdichtungsschritt gehalten werden soll, wobei dieser Zustand selbstverständlich während des gesamten Verdichtungsschritts bis zum vollständigen Schließen gehalten werden sollte. Diese Situation ist in 8 unter Bezugnahme auf einen allgemeinen Injektor, beispielsweise erneut einen der Zwischeninjektoren B, und in 9 unter Bezugnahme auf alle Injektoren A, B, C, D dargestellt.
Der Graph aus 10 zeigt die experimentell erfassten Druckentwicklungen im Formhohlraum im Fall der mittels der Injektoren A, B, C und D ausgeführten sequenziellen Einspritzung unter Anwendung des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens während des Befüllungsschritt und des Verdichtungsschritts. Es ist deutlich, dass der Druck gegenüber dem Stand der Technik (3) homogener und einheitlicher ist, wodurch die Ausbildung und Erstarrung des Formartikels optimiert und eine deutlich verbesserte ästhetische Oberflächenqualität erreicht werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass der Öffnungs- und Schließzyklus des allgemeinen Injektors, durch den die Verfahrensparameter gesteuert werden können, in der jeweiligen elektronischen Steuerungseinheit auf Grundlage der an den fertigen Elemente ermittelten Analyseergebnisse automatisch eingestellt wird.
Die Formgebungsvorrichtung zur Implementierung des Formgebungsverfahrens kann im allgemeinen herkömmlicher Art sein, und lediglich die Konfiguration der elektronischen Einheiten der elektrischen Aktuatoren der Injektoren ist so eingestellt, dass das vorstehend beschriebene Steuerungsverfahren ausführbar ist.

Claims

Formgebungsverfahren zur Herstellung von Formartikeln durch Einspritzen von Kunststoff in einen Formhohlraum (S) mittels einer Mehrzahl von Injektoren (A, B, C, D), die in sequenzieller Weise elektrisch unter einer elektronischen Steuerung nach einem Zyklus betrieben werden, der für jeden Injektor einen Schritt des Befüllens des Formhohlraums mit dem Kunststoff bereitstellt, in dem der Injektor aus einem vollständig geschlossenen Zustand in einen maximal offenen Zustand geöffnet wird, dem ein Schritt des Verdichtens des Kunststoffs im Formhohlraum folgt, in dem der Injektor in einem offenen Zustand gehalten und dann erneut in den vollständig geschlossenen Zustand geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor (A, B, C, D) ungeachtet seiner Position bezüglich des Formhohlraums (S) und seiner Öffnungsgeschwindigkeit wie folgt gesteuert wird: - partielles Schließen des Injektors aus dem maximal offenen Zustand in einen weniger geöffneten Zustand im Befüllungsschritt und - Einstellen des Injektors in einem partiell offenen Zustand und dann Öffnen des Injektors in einen weiter geöffneten Zustand im Verdichtungsschritt.
Formgebungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der weniger geöffnete Zustand des Injektors im Befüllungsschritt dem partiell offenen Zustand im Verdichtungsschritt entspricht.
Formgebungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der sequenziellen Einspritzung, die durch die Mehrzahl von Injektoren (A, B, C, D) ausgeführt wird, der Steuerungsmodus im Befüllungsschritt das partielle Schließen jedes Injektors in den weniger geöffneten Zustand bereitstellt, wenn der darauffolgende Injektor in Richtung des maximal offenen Zustands geöffnet wird.