DE10215946A1

DE10215946A1 - Rheologische Messeinrichtung für eine Spritzgießmaschine

Info

Publication number: DE10215946A1
Application number: DE2002115946
Authority: DE
Inventors: Jochen Zwiesele
Original assignee: Krauss Maffei Kunststofftechnik GmbH
Current assignee: Krauss Maffei GmbH
Priority date: 2002-04-11
Filing date: 2002-04-11
Publication date: 2003-11-13
Anticipated expiration: 2022-04-12
Also published as: DE10215946B4

Abstract

Eine rheologische Messeinrichtung für eine Spritzgießmaschine, mit mindestens einem Messkanal (14) für die aus der Einspritzdüse (5) der Spritzgießmaschine ausgetriebene Spritzgießmasse sowie einer den Druckverlust der Spritzgießmasse in Messkanal-Strömungsrichtung ermittelnden Drucksensorik (16, 17) ist erfindungsgemäß auf baulich einfache Weise, nämlich ohne aufwändige Prozesssimulation stromaufwärts des Messkanals und ohne konstruktive Änderung der Einspritzdüse derart gestaltet, dass der Messkanal und die Drucksensorik in einem mobilen, selektiv an das Auslassende der Einspritzdüse andockbaren Messwertgeber (9) enthalten sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine rheologische Messeinrichtung für eine Spritzgießmaschine, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Um in Verbindung mit Spritzgießanlagen die rheologischen Daten der Spritzgießmasse etwa bei einem Chargenwechsel oder auch mehrmals innerhalb ein- und derselben Materialcharge zu ermitteln, werden entweder externe Messeinrichtungen verwendet, mit denen die rheologisch signifikanten Prozessparameter simuliert werden müssen, was einen hohen Mess- und insbesondere Bauaufwand erfordert, oder das Fließverhalten der Spritzgießmasse wird, wie aus der EP 1 166 994 A1 bekannt, nach der In-Line-Methode in der Weise gemessen, dass die Einspritzdüse selbst als Messwertgeber mit Messkanal und zugeordneter Drucksensorik ausgebildet wird, mit der Folge, dass der Düsenkanal nach rheometrischen Gesichtspunkten und daher nicht einspritzoptimal gestaltet und die Drucksensorik unter Beeinträchtigung der Messempfindlichkeit auf die hohen Einspritzdrücke des Einspritzaggregats ausgelegt sein muss und darüberhinaus für jede Spritzgießmaschine eine eigene Messeinrichtung benötigt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Messeinrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, dass auf bauliche einfache Weise und ohne konstruktive Änderungen der Einspritzdüse eine exakte Messung der rheologischen Daten der Spritzgießmasse zu erzielen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Messeinrichtung mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Messeinrichtung gelangt die Spritzgießmasse im gleichen rheologischen Zustand wie während des Einspritzvorgangs unmittelbar von der Einspritzdüse in den Messwertgeber, so dass die bei externen Messeinrichtungen vor der eigentlichen Messstrecke sonst erforderliche, baulich aufwändige Prozesssimulation entfällt, während die Einspritzdüse selbst konstruktiv unverändert bleiben, also ohne Rücksicht auf rheometrische Gesichtspunkte einspritzoptimal gestaltet werden kann, wobei eine weitere Verringerung des messtechnischen Aufwands dadurch erzielt wird, dass der Messwertgeber erfindungsgemäß für mehrere Spritzgießmaschinen gemeinsam verwendbar ist.

Im Hinblick auf eine fertigungstechnisch einfache Ausgestaltung des Messwertgebers besteht dieser vorzugsweise aus einer mit der Drucksensorik versehenen Ober- und einer mit dieser den Messkanal begrenzenden Unterplatte. Aufgrund dieser Bauweise lässt sich die Messkanalgeometrie dadurch problemlos an unterschiedliche Maschinentypen anpassen, dass für die Oberplatte mehrere, an dieser jeweils auswechselbar befestigte und an der oberplattenseitigen Kontaktfläche entsprechend der jeweils geforderten, im Allgemeinen flachschlitzförmigen Kanalgeometrie genutete Unterplatten vorgesehen sind.

Für eine aussagefähige rheologische Untersuchung der Spritzgießmasse muss die Messung mit mindestens zwei unterschiedlichen Volumenströmen durchgeführt werden. Dies lässt sich mit der erfindungsgemäßen Messeinrichtung in besonders einfacher Weise durch eine automatische Veränderung der Vorschubgeschwindigkeit der Plastifizierschnecke während des Andockens des Messwertgebers erreichen. Um einer temperaturbedingten Verfälschung des Messergebnisses auf dem Weg der Spritzgießschmelze zwischen Einspritzdüse und Drucksensorik wirksam zu begegnen, ist der Messwertgeber vorzugsweise mit einer diesen auf Prozesstemperatur haltenden Heizeinrichtung und/oder mit einem Temperaturfühler zur Temperaturmessung der den Messkanal passierenden Spritzgießschmelze versehen.

Das Andocken und Abkoppeln des Messwertgebers an bzw. von der Einspritzdüse wird dadurch wesentlich vereinfacht, dass der Messwertgeber zwischen die Angussöffnung des Formwerkzeugs und die Einspritzdüse der Spritzgießmaschine einsetzbar ist, wobei der Messkanal auslassseitig ins Freie mündet, also unter Umgebungsdruck steht. Dies hat den Vorteil, dass zum einen nur ein einziger, einlassseitig des Messkanals angeordneter Druckaufnehmer zur Ermittlung des Druckverlusts der Spritzgießmasse im Messkanal erforderlich ist und dass zum anderen die Spritzgießmasse während des Messvorgangs nicht mit dem Formwerkzeug in Kontakt kommt und dann in umständlicher Weise wieder entfernt werden muss. Die Auswertung des Messergebnisses für den sich an den Messvorgang anschließenden Spritzgießprozess erfolgt in besonders bevorzugter Weise durch automatische Verarbeitung der vom Messwertgeber ermittelten, rheologischen Daten in der Maschinensteuerung.

Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen in stark schematisierter Darstellung:
Fig. 1 einen zwischen Einspritzdüse und Formwerkzeug einer Spritzgießmaschine eingesetzten Messwertgeber nach der Erfindung im Längsschnitt; und
Fig. 2 den Messwertgeber nach Fig. 1 im Querschnitt mit einer zur Änderung der Messkanalgeometrie modifizierten Austauschplatte.
Die in Fig. 1 ausschnittsweise dargestellte Spritzgießmaschine enthält in üblicher Weise ein an einer feststehenden Formaufspannplatte 1 befestigtes Werkzeugteil 2 sowie einen Plastifizierzylinder 3 mit einer Plastifizierschnecke 4 und einer Einspritzdüse 5, welche während des Spritzgießprozesses durch entsprechende Hubsteuerung des Plastifizierzylinders 3 gegen die Angussöffnung 6 des Werkzeugteils 2 verfahren wird, woraufhin die im Schneckenvorraum 7 befindliche Polymerschmelze infolge der dann eingeleiteten Vorschubbewegung der Plastifizierschnecke 4 über den Düsenkanal 8 und die Angussöffnung 6 in die Formkavität des Formwerkzeugs eingespritzt wird.
Zur Messung der rheologischen Daten der Schmelze wird ein insgesamt mit 9 bezeichneter Messwertgeber mit einer Montageplatte 10 vor der Angussöffnung 6 an die Formaufspannplatte 1 angesetzt. Der Messwertgeber 9 besteht aus einer Ober- und einer mit dieser verschraubten Unterplatte 11, 12. Die Unterplatte 12 ist mit einer in ihre oberplattenseitige Deckfläche eingefrästen und anschließend exakt vermessenen Längsnut 13 versehen, derart, dass die beiden Platten 11, 12 im zusammengebauten Zustand einen im Querschnitt flach rechteckförmigen, auf die Größe des Spritzaggregats 3, 4, 5 abgestimmten Messkanal 14 begrenzen, welcher einlassseitig an eine an dem dem Messkanal 14 gegenüberliegenden Ende formgleich zur Angussöffnung 6 ausgebildete Übergangsbohrung 15 in der Oberplatte 11 angeschlossen ist und auslassseitig ins Freie mündet. An der Oberplatte 11 befindet sich ferner eine Drucksensorik in Form zweier, in Messkanal-Strömungsrichtung voneinander beabstandeter Druckaufnehmer 16, 17 sowie ein Temperaturfühler 18 zur Temperaturmessung der den Messkanal 14 durchströmenden Polymerschmelze. Auf den auslassseitigen Druckaufnehmer 17 kann gegebenenfalls verzichtet werden und stattdessen der Druckverlust der Schmelze mit dem Umgebungsdruck als unterer Druckwert berechnet werden.
Nach der Befestigung des Messwertgebers 9 an der Formaufspannplatte 1 wird das Spritzgießaggregat 3, 4, 5 mit der Einspritzdüse 5 kraftbegrenzt gegen die zur Angussöffnung 6 koaxial ausgerichtete Einlassöffnung der Übergangsbohrung 15 verfahren und anschließend die unter Prozessbedingungen in den Schneckenvorraum 7 geförderte Kunststoffschmelze durch die Vorschubbewegung der Schnecke 4 über die Einspritzdüse 5 und den Messkanal 14 ins Freie gespritzt, wobei der Messwertgeber 9 durch eine - nicht gezeigte - Heizeinrichtung auf Prozesstemperatur gehalten wird. Gleichzeitig werden die rheologisch relevanten Daten, also die Druck- und Temperatursignale der Sensoren 16, 17, 18 sowie die Wegsignale der Plastifizierschnecke 4 erfasst. Durch mehrere Einspritzgeschwindigkeiten der Plastifizierschnecke 4 werden unterschiedliche Volumenströme im Messkanal 14 erzeugt und so zumindest einige, für den Spritzgießprozess wichtige Messpunkte auf der Materialfließkurve der Schmelze ermittelt. Diese rheologischen Daten können dann automatisch ausgewertet und nach dem Entfernen des Messwertgebers 9 im nachfolgenden Spritzgießprozess auf dem Weg über die Maschinensteuerung zur Korrektur der Prozessparameter weiterverarbeitet werden.
Der beschriebene Messwertgeber 9 gestattet ferner eine einfache Anpassung des Messkanalquerschnitts an unterschiedliche Maschinentypen. Zu diesem Zweck kann die Unterplatte 12 gegen zumindest eine weitere Unterplatte 12' (Fig. 2) ausgewechselt werden, welche auf der Oberseite mit einer ebenfalls flach rechteckförmigen, im Querschnitt jedoch auf einen anderen Spritzgießmaschinentyp abgestimmten Nut 13 versehen und im Übrigen baugleich zur Unterplatte 12 ausgebildet ist. Nach dem Austausch der Unterplatten 12, 12' besitzt der Messwertgeber 9 einen veränderten Messkanalquerschnitt und ist in ansonsten gleicher Weise für einen anderen Maschinentyp verwendbar.

Claims

1. Rheologische Messeinrichtung für eine Spritzgießmaschine, mit mindestens einem Messkanal für die aus der Einspritzdüse der Spritzgießmaschine ausgetriebene Spritzgießmasse sowie einer den Druckverlust der Spritzgießmasse in Messkanal-Strömungsrichtung ermittelnden Drucksensorik, gekennzeichnet durch einen mobilen, selektiv an das Auslassende der Einspritzdüse (5) andockbaren, den Messkanal (14) und die Drucksensorik (16, 17) enthaltenden Messwertgeber (9).

2. Rheologische Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertgeber (9) aus einer mit der Drucksensorik (16, 17) versehenen Ober- und einer mit dieser den Messkanal (14) begrenzenden Unterplatte (11, 12) besteht.

3. Rheologische Messeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für unterschiedliche Kanalgeometrien mehrere, jeweils auswechselbar an der Oberplatte (12) befestigte und an der an dieser anliegenden Kontaktfläche entsprechend der jeweiligen Kanalgeometrie schlitzförmig genutete Unterplatten (12, 12') vorgesehen sind.

4. Rheologische Messeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Anfahren unterschiedlicher Volumenströme die Vorschubgeschwindigkeit der Plastifizierschnecke (4) während des Andockens des Messwertgebers (9) automatisch veränderbar ist.

5. Rheologische Messeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine den Messwertgeber (9) auf Prozesstemperatur haltende Heizeinrichtung.

6. Rheologische Messeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertgeber (9) mit einem Temperaturfühler (18) zur Temperaturmessung der den Messkanal (14) passierenden Spritzgießmasse versehen ist.

7. Rheologische Messeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertgeber (9) zwischen die Angussöffnung (6) des Formwerkzeugs (2) und die Einspritzdüse (5) der Spritzgießmaschine einsetzbar und mit einem auslassseitig ins Freie mündenden Messkanal (14) versehen ist.

8. Rheologische Messeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch automatische Verarbeitung der vom Messwertgeber (9) ermittelten, rheologischen Daten in der Maschinensteuerung.