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Verfahren und Einrichtung zur Steuerung und Überwachung von Schnecken-Spritzgießmaschinen
für Kunststoffe Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung
zur Steuerung und Überwachung von Schnecken-Spritzgießmaschinen für Kunststoff,
die mit axialbeweglichen Schnecken arbeiten.
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Im Gegensatz zu Kolbenspritzgießmaschinen ist bei Schnecken-Spritzgießmaschinen
der Anteil der Förderschnecke an der Plastifizierung des Kunststoffs im Spritzzylinder,
d. h. also an der Erwärmung, Durchmischung und Homogenisierung des gesamten im Spritzzylinder
enthaltenen Kunststoffs, sehr hoch.
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Insbesondere trägt die Schnecke selbst neben der klassischen Zylinderheizung
zur Erwärmung des Kunststoffs im Spritzzylinder in weit höherem Maße bei als der
Kolben einer Kolbenspritzgießmaschine, so daß es nunmehr möglich ist, mit sehr niedrigen
Spritzdrücken und sehr hohen Temperaturen im Vergleich zu einer Kolbenspritzgießmaschine
zu arbeiten.
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Aufgabe der Erfindung ist es nun, die thermische Stabilität des Kunststoffs
bei seiner Plastifizierung im Schneckenzylinder dadurch zu gewährleisten und zu
überwachen, daß die Ursachen einer übermäßigen Erwärmung des Kunststoffs von seiten
der Schnecke bei Störung des normalen Arbeitsablaufs rechtzeitig erkannt und ausgeschaltet
werden.
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Es ist zwar bekannt, bei Spritzgießmaschinen dieser Art die Zylinderaußenheizung
zu regeln. Dadurch wird aber nur die von außen zugeführte Wärmemenge verändert,
nicht aber diejenige Wärmemenge, die während des Arbeitsvorgangs durch die Maschine
selbst erzeugt wird. Bekannt ist es ebenfalls, die während des störungsfreien Arbeitens
der Maschine entstehende Reibungswärme durch Kühlmittel abzuleiten. Diese Maßnahme
ist aber nur so lange wirksam, solange keine Störungen auftreten.
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Es ist ferner bekannt, bei Spritzgießmaschinen in Abhängigkeit vom
Druck des Kunststoffs entweder im Spritzzylinder oder in der Spritzgießform das
Arbeiten des Förderorgans im Spritzzylinder zu beeinflussen.
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Damit werden jedoch Schäden bei Überschreiten der thermischen Stabilität
des Kunststoffs nicht vermieden, denn bei diesen bekannten Spritzverfahren soll
lediglich das Förderorgan abgeschaltet werden, wenn der Spritzzylinder bzw. die
Spritzgießform gefüllt ist.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist also noch nicht gelöst
und die Aufgabenstellung als solche auch nicht bekannt.
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Funktionsstörungen beim Betrieb der Maschine im Sinne der Erfindung
sind unter anderem: Beispiel 1 Die Materialzufuhr für die Schneckeneinheit ist unterbrochen.
Das hat zur Folge, daß die Schnecke vom Antrieb aus fortwährend in der Masse gedreht
wird, ohne daß sie sich im Zylinder funktionsgemäß axial verschiebt und die folgenden
Arbeitsvorgänge auslöst. Durch das fortwährende Drehen der Schnecke in der heißen
Kunststoffmasse im Zylinder wird außerdem dem Kunststoff so viel Wärme zugeführt,
daß sehr bald die gefährliche Wärmegrenze der Gießmasse überschritten wird und erhebliche
Zersetzungen auftreten. Abgesehen von einer Unterbrechung des Spritzzyklus verursacht
die Zersetzung der Gießmasse eine Minderung der Qualität der Spritzlinge und erfordert
in den meisten Fällen eine Unterbrechung der Arbeit und häufig eine komplizierte
und langwierige Reinigungsarbeit der Plastifiziereinheit.
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Beispiel 2 Eine weitere Betriebsstörung im Sinne der Funktionserfüllung
der Bewegungsvorgänge der Schnecke hinsichtlich ihrer Axialbewegung und/oder der
gefährlichen Wärmegrenze der Gießmasse entsteht, wenn die Förderwirkung der Schnecke
zeitweise aussetzt. Diese Erscheinung beobachtet man beispielsweise bei bestimmten
Polyamid-Kunststoffen.
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Beispiel 3 Der normale Spritzgießablauf ist unter anderem im Sinne
der Funktionserfüllung wie im Beispiel 2 ge-
stört, wenn die Einspritzung
der Gießmasse funktionsgemäß nicht zustande kommt, weil beispielsweise der Angußkanal
verstopft ist oder sonstige Hemmnisse auftreten.
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Die Störungen des Funktionsablaufes an einer Spritzgießmaschine können
also vielfältiger Art sein.
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Als Folge treten meist die im Beispiel 1 aufgezeigten Nachteile auf,
die in einzelnen Fällen bis zum Unbrauchbarwerden der gesamten Plastifiziereinheit
führen können. Der Erfindungsgedanke beschränkt sich daher nicht nur auf die beschriebenen
Beispiele.
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Für die Lösung der Aufgabe schlägt die Erfindung ein Verfahren zur
Steuerung und Überwachung einer Spritzgießmaschine vor, bei der die Plastifizierung
der Gießmasse durch die Drehbewegung, die Einspritzung durch die Axialbewegung einer
Schnecke erfolgt, wobei erfindungsgemäß der Antrieb der Schnecke undloder der Antrieb
der Maschine in Abhängigkeit von der Funktionserfüllung der Bewegungsvorgänge der
Schnecke hinsichtlich ihrer Axialbewegung undZoder der gefährlichen Wärmegrenze
der Gießmasse abgeschaltet wird.
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Eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Einrichtung weist
erfindungsgemäß eine auf die thermische Stabilität der Gießmasse einstellbare Abschaltvorrichtung
für den Antrieb der Schneckendrehung und,'oder den Antrieb der Maschine und/oder
für die Heizung auf.
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Außerdem können zu diesem Zweck zeit- und wegabhängig einstellbare
und ansprechende Vorrichtungen, z. B. elektrische Relais, vorgesehen werden.
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Es ist aber auch möglich, einstellbare Wärmemeßinstrumente einzubauen,
die die Steuerstromkreise betätigen, um bestimmte Erwärmungsgrenzen der Masse nicht
zu überschreiten.
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Eine Störung des Arbeitsablaufes und auch eine thermische Uberbeanspruchung
der Gießmasse tritt z. B. auch ein, wenn aus irgendeinem Grund eine bestimmte Mindestfördermenge
Kunststoff von der Schneckeneinheit in einer vorgegebenen Zeitspanne nicht erreicht
wird (Beispiele 1 und 2). Zu diesem Zwecke wird erfindungsgemäß eine auf eine Mindestfördermenge
in einer vorgegebenen Zeitspanne einstellbare Abschaltvorrichtung angeordnet, die
im Sinne der Funktionserfüllung bei einer Störung die notwendigen Schaltungen zur
Sicherung eines ordnungsgemäßen Funktionsablaufes ausführt.
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Es wird somit, wenn der Raum zwischen Düse und Schneckenkopf nicht
genügend undloder nicht ausreichend schnell mit Gießmasse gefüllt wird, durch Abschaltung
bestimmter Maschinenfunktionen bei einer Störung eine thermische Überheizung der
in der Plastifiziereinheit befindlichen zu geringen Masse mit Sicherheit verhindert.
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Für die Ausführung des Erfindungsgedankens empfiehlt es sich, durch
Relais steuerbare Abschaltvorrichtungen zu benutzen, die in Abhängigkeit von der
Rücklaufzeit und dem Rücklaufweg der Schnecke wirksam werden. Rücklaufweg und Rücklaufzeit
bestimmen die Funktionserfüllung der Schnecke hinsichtlich ihrer Axialbewegung.
Beide Größen müssen für das einzelne Schußgewicht beliebig einstellbar sein und
von den Bewegungsvorgängen der Schnecke abgetastet werden.
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Weitere Gefahren für thermische Schäden der Kunststoffmasse und für
den Funktionsablauf der Schnecke ergeben sich, wenn in einer Spritzgieß-
maschine
bestimmte Mengen Gießmasse nicht in einer vorgewählten Zeitspanne in die Form eingespritzt
werden können. Ein derartiger Störungsfall entsteht z. B., wenn ein Spritzling nicht
ausgeworfen wurde, der Anguß verstopft war oder zu kalte Masse in den Angußkanälen
oder in der Form das Einspritzen verhindert. Es erfolgt in diesen Fällen die Füllung
der Form nicht mit einer auf die Spritzlingsgröße abgestimmten Menge in einer vorgegebenen
Zeitspanne. Dabei wird eine erfindungsgemäß angeordnete Abschaltvorrichtung, die
die Axialbewegung der Schnecke überwacht, nicht betätigt, und eine auf den normalen
Funktionsablauf eingestellte Zeituhr löst nach dem Überschreiten der Einspritzzeit
alle notwendigen Schaltvorrichtungen aus. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht,
daß die Schaltvorrichtung einen zwischen zwei Kontakten gemäß dem Vorlaufweg der
Schnecke bei der Einspritzung sich bewegenden Kontakt aufweist, der im Stromkreis
eines auf die zulässige Vorlaufzeit einstellbaren Relais liegt. Der Schaltimpuls
für das Zeitrelais kann erfindungsgemäß entweder ausschließlich nach Ablauf der
vorgewählten Einspritzzeit oder in Kombination mit wegabhängig einstellbaren, die
Einspritzmenge kontrollierenden Schaltvorrichtungen angeordnet werden.
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Diese wegabhängig arbeitenden Vorrichtungen ermöglichen gleichzeitig
eine genaue Abstimmung der Plastifiziermenge im Verhältnis zum Spritzlingsgewicht.
Wird die Wegabhängigkeit vom Vorlauf abgenommen, so wird die Überfüllung des Raumes
vor der Schnecke vermieden und dadurch auch eine zu lange Lagerzeit gießfertiger
Masse in dem Raum zwischen Schneckenkopf und Düse. Wird dagegen die Wegabhängigkeit
vom Rücklaufweg abgenommen, so wird dadurch die zu geringe Füllung des vor der Düse
liegenden Raumes angezeigt und zur Steuerung verwendet.
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Mit den bisher bekannten technischen Mitteln, d. h. mit der üblichen
Temperaturregelung über die Zylinderheizung, ist es nicht möglich, eine Maschine
der vorliegenden Art so zu steuern und zu überwachen, daß die Funktionserfüllung
der Bewegungsvorgänge der Schnecke hinsichtlich ihrer Axialbewegung und/oder der
gefährlichen Wärmegrenze der Gießmasse wirksam gesichert ist.
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Der tiefere Grund liegt darin, daß bei Maschinen dieser Art ein sehr
großer Anteil der Plastifizierwärme durch die Drehung der Schnecke erzeugt wird.
Dieser Anteil entzieht sich einer wirksamen Kontrolle und Steuerung über die übliche
Außenheizung und läßt sich in den geforderten Grenzen durch die erfindungsgemäß
vorgeschlagenen und in der Praxis erprobten Dberwachungs- und Steuervorrichtungen
an dem Schnecken aggregat selbst am einfachsten steuern.
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Die Zeichnung veranschaulicht ein Beispiel einer nach der Erfindung
ausgebildeten Steuerungs- und Überwachungseinrichtung in schematischer Darstellung.
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In dem heizbaren Zylinder 1, dem die Gießmasse durch den Trichter
2 zufließt und der eine an sich bekannte Heizung aufweist, ist die Schnecke 3 drehbar
und längsverschiebbar gelagert. Bei der Schneckendrehung wird die Gießmasse plastifiziert.
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Dabei verschiebt sich die Schnecke in Richtung des Pfeiles x im Raum
4. Zwischen der Spritzdüse 5 und dem Schneckenkopf 6 sammelt sich die plastifizierte
Masse
an. Diese wird in die in der Zeichnung nicht dargestellte Gießform dadurch eingepreßt,
daß die Schnecke 3 in Gegenrichtung des Pfeiles x axial verschoben wird. Hierzu
dient beim gezeichneten Ausführungsbeispiel ein hydraulischer Antrieb, der aus dem
Zylinder 7 und dem Kolben 8 besteht, der über das Gestänge 9 mit der Schnecke 3
verbunden ist. Die Schneckendrehung bewirkt der Motor 10 über das Getriebe 11.
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Erfindungsgemäß ist, wie vorher erläutert, eine auf die thermische
Stabilität der Gießmasse einstellbare Schaltvorrichtung vorgesehen. Diese kann den
Antrieb der Maschine oder den Antrieb der Schnecke, also den Motor 10, oder die
gesamte Maschine einschließlich Außenheizung betreffen. Dadurch wird die Drehbewegung
der Schnecke während deren axialer Druckbeaufschlagung in Anpassung an die thermische
Stabilität der Gießmasse ab- und zugeschaltet. Zu diesem Zweck können Zeit- und
Wegrelais vorgesehen sein, die auf die thermische Stabilität der jeweils zur Verarbeitung
kommenden Masse einstellbar sind. Es ist aber auch möglich, wie beim gezeichneten
Ausführungsbeispiel ein Wärmemeßinstrument 12 zu benutzen, das, sobald der eingestellte
Wärmegrenzpunkt erreicht ist, den Stromkreis des Motors 10 öffnet oder schließt.
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Die erfindungsgemäß vorgesehene, d. h. auf die Funktionserfüllung
der rückläufigen Axialverschiebung auf eine Mindestfördermenge an Gießmasse einstellbare
Schaltvorrichtung wirkt, wie schon oben erläutert, entweder auf den Antrieb der
Maschine undloder auf den Antrieb der Schnecke, also den Motor 10, und!oder auf
die Heizung des Zylinders 1. Diese Vorrichtung ist in Abhängigkeit von der Rücklaufzeit
und dem Rücklaufweg des Schneckenaggregates während des Plastifiziervorganges wirksam.
Beide Größen können entsprechend den Spritzbedingungen und dem Spritzling beliebig
eingestellt und angepaßt werden. Beim gezeichneten Ausführungsbeispiel besteht sie
aus den beiden Festkontakten 13 und 14 und aus der Kontaktscheibe 15, die an der
verlängerten Kolbenstange 16 verstellbar angebracht ist. Die Abschaltung erfolgt
somit, wenn die Zeit, die der Gegenkontakt 15 vom Ausgangskontakt 14 bis zum Endkontakt
13 braucht, ein an einem Zeitrelais einstellbares Maß überschreitet.
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Beim gezeichneten Ausführungsbeispiel erfüllen die beiden Kontakte
13 und 14, deren Abstand proportional zur erforderlichen Formenfüllmenge einstellbar
ist, erfindungsgemäß gleichzeitig die Massendosierung. Es ist eine zusätzliche Steuerung
in Abhängigkeit von Kontakt 13 dahingehend möglich, daß die Einspritzung erst freigegeben
wird, wenn im Raum 4 die volle zur Formfüllung notwendige Menge an plastifizierter
Masse vorhanden ist.
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Die erfindungsgemäß außerdem vorgesehene Abschaltvorrichtung, die
in Abhängigkeit von der Funktionserfüllung der Schnecke hinsichtlich ihrer Axialverschiebung
beim Einspritzvorgang wirksam ist, betrifft die Zu- oder Abschaltung des Antriebes
der Maschine und/oder des Antriebes der Schnecke.
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Diese Vorrichtung kann derart ausgebildet sein, daß ein Zeitrelais
die Abschaltung übernimmt, wenn die Zeit des Vorlaufes der Schnecke zu groß wird,
z. B. wenn ein Gegenkontakt für den Weg zwischen den Kontakten 13 und 14 zu lange
braucht.
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Es erfolgt dann die Abschaltung, wenn das am
Zeitrelais von Fall zu
Fall einstellbare Zeitmaß erreicht ist.
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Durch die Erfindung wird ein entscheidender technischer Fortschritt
für den sicheren Betrieb von vollautomatisch arbeitenden Maschinen der oben beschriebenen
Art mit einfachen Mitteln erzielt.