DE2462405C2 - Druckmeß- und Regeleinrichtung für eine Kunststoff-Spritzgießmaschine - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Druckmeß- und Regeleinrichtung für eine Kunststoff-Spntzgießmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige j5 Einrichtung ist nach der DE-OS 21 Π 465 bekannt.

Um aus Kunststoff bestehende Spritzgußformteile hoher Güte, gleicher Konfiguration und stets gleichen Eigenschaften zu erhalten, ist es von entscheidender Bedeutung, das richtige Druckprofil, insbesondere den richtigen Spitzendruck, innerhalb des Formhohlraumes während des Spritzgießvorganges einzuhalten. Fehlerhafte Druckverhältnisse im Formhohlraum führen nämlich zu ungenügender Füllung der Form und der daraus resultierenden Schrumpfung der zu fertigenden Formteile sowie bei Überfüllung zur unerwünschten Gratbildung. Ferner leiden dadurch die Festigkeitseigenschaften der herzustellenden Formteile sowie deren Aussehen.

Um Formteile mit stets reproduzierbaren Eigenschaften herstellen zu können, ist es bekannt, der jeweiligen Kunststoff-Spritzgießmaschine eine Druckmeß- und Regeleinrichtung zuzuordnen, um in Abhängigkeit der im Formhohlraum der Spritzgießform, jeweils herrschenden Druckverhältnisse die plastifizierte Kunst-Stoffmasse einspritzen zu können; vgl. DE-OS 21 27 465.

Obwohl dort der Druck der eingespritzten Kunststoffmasse unmittelbar im Formhohlraum gemessen wird, erfolgt die Steuerung des Druckes durch Steuerung der Geschwindigkeit der den Spritzdruck erzeugenden Schnecke, was infolge des großen Zeitverzuges einer solchen Regelung zu unerwünschten Ungenauigkeiten der Steuerung führt.

Es ist ferner eine solche Druckmeß- und Regeleinrichtung bekanntgeworden, bei der eine mehr oder weniger direkte Fließsteuerung angewendet ist in der Weise, daß ein Verschluß verschieden weit geöffnet und geschlossen wird; vgl. DE-OS 22 27 048.

Da ein solcher Verschluß in Abhängigkeit der Menge, also ebenfalls in Abhängigkeit der Schneckenverstellung oder der ablaufenden Zeit verstellt wird, kann auch mit dieser Methode eine genaue Drucksteuerung nicht erreicht werden. Insbesondere kann mit Hilfe einer Verschlußsteuerung dann keine Drucksteuerung erzielt werden, wenn Änderungen des Fließquerschnittes keinen Einfluß auf den Druck haben. Dies ist immer dann der Fall, wenn der Einfluß von Querscbnittsänderungen infolge geringem oder fehlendem Durchfluß vernachlässigbar klein ist, zum Beispiel während der Verdichtungsphase eines Arbeitsspiels. In einem solchen Falle hat eine Änderung des Fließwiderstandes keinen direkten Einfluß auf den Hohlraumdruck in der Spritzgießform. Beiden Einrichtungen ist also die Eigenschaft zu eigen, daß eine genaue Steuerung des Spitzendruckes während einem Spritzgießverfahren infolge des beträchtlichen Steuerungszeitverzuges nicht möglich ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Druckmeß- und Regeleinrichtungen derart weiterzubilden, daß eine genaue Steuerung des Spitzendruckes während eines Spritzgießverfahrens möglich wimd, um dadurch eine schnelle und genaue Steuerung des Hohlraumdruckes und damit des gewünschten Druckprofiles zu erzielen.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erßadung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus dem Unteranspruch.

Durch das über die Steuermittel der Regeleinrichtung verstellbare Ventilelement ist unter Berücksichtigung des jeweils herrschenden Druckes im Formhohlraum der Spritzgießform dieser Druck derart steuerbar, daß ein vorbestimmtes Druckprofil für die in den Formhohlraum eingespritzte Kunststoffmasse einstell- und aufrechterhaltbar ist Im Gegensatz zum Stande der Technik wird nämlich das Ventilelement als Ein/Aus-Ventil benutzt. Sobald der gewünschte Druck im Formhohlraum, der in bekannter Weise exakt gemessen wird, erreicht ist, wird über das Ventilelement der innerhalb der Spritzgießform geführte Angußkanal an einer geeigneten Stelle geschlossen. Da nunmehr Kunststoffmasse weder zufließen noch abfließen kann, bleibt der gewünschte Druck im Formhohlraum erhalten, so daß bei einer Steuerung des Ventilelementes in Abhängigkeit des tatsächlichen Druckes im Formhohlraum es möglich ist, den Spitzendruck im Formhohlraum sehr genau zu steuern.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer Kunststoff-Spritzgießform im Schnitt in Verbindung mit einer Druckgieß- und Regeleinrichtung,

Fig.2 einen Teilschnitt der Spritzgießform nach F i g. 1 mit einem als Positioniereinrichtung dienenden verstellbaren Ventil im Einlauftrichter der Spritzgießform.

In F i g. I ist eine Kunststoff-Spritzgießform 10 der bei Spritzgießmaschinen gebräuchlichen Art dargestellt, bei der der Druck des zugeführten Kunststoffs in Strömungsrichtung hinter dem nichtdargestellten Heizzylinder geregelt werden muß.

Die aus mehreren Teilen aufgebaute Spritzgießform 10 weist eine Kanalanordnung auf, zu der ein Trichter

12, ein Verteilerkanal 14 und zwei Mündungen 16 und 18 gehören. Das eine Ende 12a des Trichters 12 mündet gemäß F i g. 1 an der Außenfläche 10a, während sich an das andere Ende 126 des Trichters 12 der Verteilerkanal 14 anschließt, der die Mündungen 16 und 18 miteinander sowie mit dem Trichter 12 verbindet. Die Mündung 16 verbindet den Verteilerkanal 14 mit einem Formhohlraum 20, während die Mündung 18 den Verteilerkanal 14 mit einem weiteren Formhohlraum 22 verbindet.

Der zu verarbeitende Kunststoff wird dem Trichter 12 von einer nichtdargestellten Quelle aus zugeführt; es handelt sich um ein strömungsfähiges Kunstharz, und zwar entweder um einen Thermoplast oder um einen Duroplast. Von dem Trichter 12 aus strömt das Kunstharz durch den Verteilerkanal 14 zu den Mündungen 16 und 18, aus denen es in die zugehörigen Formhohlräume 20 und 22 übertritt Die Formhohlräume 20 und 22 sind so ausgebildet, daß sie es ermöglichen. Formteile herzustellen, die eine gewünschte Gestalt haben und vorbestimmte Eigenschaften aufweisen. Um die Schnimpfung, den Verzug, die optischen Eigenschaften, das Aussehen und die Festigkeitseigenschaften der mit Hilfe der Formhohlräume 20 und 22 hergestellten Formteile in der gewünschten Weise zu beeinflussen, muß in den Formhohlräumen 22 und 22 ein bestimmtes Druckprofil aufrechterhalten werden.

Hierzu ist die Spritzgießform 10 mit einer Regeleinrichtung 24 zum Regeln des Druckes in den Formhohlräumen 20 und 22 versehen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Regeleinrichtung 24 dem Formhohlraum 20 zugeordnet Sie ermöglicht es, den Druck des Kunstharzes in diesem Formhohlraum so zu regeln, daß sich das gewünschte Druckprofil einstellt, um zu gewährleisten, daß sich Formteile stets gleicher Art und Eigenschaften herstellen lassen. Zu der Regeleinrich- J5 tung 24 gehören im wesentlichen drei Hauptteile, und zwar eine Fühleinrichtung 26, ein Regelgerät 28 und eine Heizeinrichtung 30.

Die Fühleinrichtung 26 weist einen Auswerferstift 32 und eine Kraftmeßeinrichtung 34 auf. Der AuswerTstift 32 ist gegenüber dem Formhohlraum 20 in einer Öffnung 36 der Spritzgießform 10 gleitend geführt, und das eine Ende des Auswerferstiftes 32 ist einer Öffnung 20a am Boden des Formhohlraums 20 benachbart, so daß das in diesen Formhohlraum 20 eintretende -ti Kunstharz diesen ausfüllt und außerdem zu dem benachbarten Ende des Auswerferstiftes 32 gelangt, auf den das Kunstharz einen Druck ausübt, der in Beziehung zu dem Druck des Kunstharzes in dem Formhohiraum 20 steht. Somit wird der Auswerferstift 32 in der *> Öffnung 36 in Abhängigkeit von dem Druck bewegt, der durch das Kunstharz auf sein oberes Ende ausgeübt wird. Diese Bewegung des Auswerferstiftes 32 wird abgefühlt, so daß es möglich ist, den Druck des Kunstharzes in dem Formhohiraum 20 zu messen.

Wie aus F i g. 1 ferner zu ersehen ist, arbeitet des untere Ende des Auswerferstiftes 32 mit einer Kraftmeßeinrichtung 34 zusammen, zu der ein Aufnehmer bekannter Art gehört, durch den di': abgefiihlten Kräfte in elektrische Signale verwandelt werden. Die bo Kraftmeßeinrichtung 34 dient also dazu, die Beanspruchung zu messen, der sie durch den Auswerferstift 32 ausgesetzt wird, die ihrerseits auf die Kraft zurückzuführen ist, welche auf den Auswerferstift 32 durch den Druck des Kunstharzes in dem Formhohlraum 20 aufgebracht wird. 7:\ der Kraftmeßeinrichtung 34 gehört ein nichtdargestelltcr, an sich bekannter Dchnungsdurchniesscr. der es ermöglicht, die genannte Beanspruchung in ein entsprechendes elektrisches Ausgangssignal umzuwandeln, das der Beanspruchung des Dehnungsmessers entspricht

Das Ausgangssignal der Kraftrneßeinrichtung 34 wird dem Regelgerät 28 über ein Kabel 38 zugeführt Eine nichidargestellte Regelschaltung erzeugt in Abhängigkeit des Ausgangssignals der Kraftmeßeinrichtung 34 ein Regelsignal, das dazu dient, die Temperatur der Heizeinrichtung 30 zu regeln. Das Regelsignal wird der Heizeinrichtung 30 über ein Kabel 40 zugeführt. Das Regelgerät 28 besitzt ferner eine nichtdargestellte Einstelleinrichtung, die es ermöglicht, die Beziehung zwischen dem ihr zugeführten Ausgangssignal der Druckmeßeinrichtung 34 und dem daraus gewonnenen Regelsignal nach Bedarf zu ändern, z. B. um die Verwendung anderer Arten von Kunstharzen beim Herstellen von Formteilen zu berücksichtigen.

Zu der Heizeinrichtung 30 gehört ein Heizelement 42, das in der Mündung 16 auf beliebige Weise so gehalten ist daß sein freies unteres Ende durch einen kleinen Abstand von dem Eingang des F^mhohlraums 20 getrennt ist Bei einer solchen Air-jrdnung des Heizelements 42 wird Wärme an das Kunstharz abgegeben, wenn es durch die Mündung 16 strömt Da sich die Viskosität des Kunstharzes in Abhängigkeit von der Temperatur ändert, ist es durch Vergrößern oder Verringern der der Heizeinrichtung 30 je Zeiteinheit zugeführten Energiemenge möglich, die Temperatur des Heizelements 42 und damit die Wärmemenge zu ändern, die das Heizelement 42 an das Kunstharz abgibt, so daß sich die Viskosität des Kunstharzes entsprechend ändert, was wiederum den Druck des Kunstharzes in dem Formhohlraum 20 beeinflußt

Gemäß F i g. 1 ist nur der Fornihohlraum 20 der Spritzgießform 10 eine Einrichtung der beschriebenen Art zum Regeln des Drucks in der Hohlform zugeordnet Der andere Formhohlraum 22 ist mit einer anders ausgebildeten, auf Druckänderungen ansprechenden Regeleinrichtung versehen, die dav.u dkiit, in dem Formhohlraum 22 einen bestimmten Druck aufrechtzuerhalten, um zu gewährleisten, daß der höclidte Druck, der in dem Formhohlraum 22 erreicht wird, bei allen nachfolgend gefertigten Formteilen stets der gleiche ist.

Ähnlich wie bei der Druckregeleinrichtung für den Formhohlraum 20 ist für den Formhohlraum 22 eine Kraftübertragungseinrichtung, z. B. ein Auswerferstift 44, vorhanden, der in der Spritzgießform 10 derart gleitend geführt ist, daß das Kunstharz, das über den Verteilerkanal 14 und die Mündung 18 in den Formhohlraum 22 gelangt, diesen ausfüllt und schließlich gemäß F i g. 1 in Berührung mit dem oberen Ende des Auswerferstiftes 44 kommt, so daß auf den Auswtrferstift 44 ein Druck ausgeübt wird und auf den Auswerferstift 44 eine nach unten gerichtete Kraft wirkt. Gleichzeitig vird das untere Ende des Auswerferstiftes 44 nach oben durch eine Vorspanneinrichtung 48 vorgespannt, die über eine Scheibe 46 eine nach oben wirkende Kraft auf den Auswerferstift 44 ausübt. Die Vorspanneinrichtung 48 kann auf verschiedene hier nicht dargestellte Weise ausgebildet sein. Sobald der Druck des Kunstharzes in dem Formhohlraum 22 einen Höchstwert erreicht hat, herrscht Gleichgewicht zwischen der nach unten gerichteten Kraft, die auf den Auswerferstift 44 durch den Druck des Kunstharzes aufgebracht wird, und der nach oben gerichteten Kraft, die durch die Vorspanneinrichtung 48 auf den Auswerferstift 44 aufgebracht wird. Da es erwünscht ist.

die Möglichkeit zu haben, den Punkt, an dem sich dieses Gleichgewicht einstellt, vorher durch Einstellen der Kraft festzulegen, die durch die Vorspanneinrichtung 48 aufgebracht wird, ist die Vorspanneinrichtung 48 vorzugsweise mit einer nichtdargestellten Einstellein- ■-, richtung versehen, die es ermöglicht, den Punkt, an dem das Gleichgewicht erreicht wird, unter Berücksichtigung der Verwendung verschiedenartiger Kunststoffe und anderer Faktoren einzustellen.

Zwar zeigt Fig. I zu Erläuterungszwecken zwei Formhohlräume 20 und 22, denen verschiedene Regeleinrichtungen zugeordnet sind, doch ist es natürlich auch möglich, für jeden der Formhohlräume 20 und 22 die gleiche Druckregeleinrichtung vorzusehen.

Die Ausbildung der Einrichtung zum Einstellen und r, Aufrechterhalten eines vorbestimmten Druckprofils der in den Formhohiraum 20 eingespritzten Kunststoffmasse sei nunmehr anhand der F i g. 2 erläutert. Anstelle der Regelung der Temperatur des Kunstharzes wird hier der Querschnitt der Mündung geregelt, die von dem 2» Kunstharz durchströmt wird, bevor es in den Formhohlraum eintritt. Gemäß Fig.2 ist zu diesem Zweck die dem Formhohlraum 20 zugeordnete Mündung 16 mit einer Positioniereinrichtung 94 versehen, zu der ein langgestrecktes Bauteil 96 als Ventilelement und eine ;> Einrichtung 98 zum Verstellen des Ventilelementes % gehören. Das Ventilelement 96 ist in der Mündung 16 der Spritzgießform 10 so gelagert, daß es sich gegenüber dem Eingang des Formhohlraums 20 bewegen läßt. Die Positioniereinrichtung 94 nach F i g. 2 jo weist eine Kammer 100 mit einem offenen Ende 102 und einem Kanal 104 auf. Das offene Ende 102 der Kammer 100 ist so bemessen, daß es mit dem Ventilelement % mit einem Gleitsitz zusammenarbeitet, wenn sich dieses gemäß Fig.2 nach oben bewegt. Der Kanal 104 ist an a eine nichtdargestellte Quelle für ein Druckmittel angeschlossen.

Die Positioniereinrichtung 54 dient dazu, den Durchtrittsquerschnitt der Mündung 16 dadurch zu ändern, daß das Ventilelement 96 gegenüber dem Eingang des Formhohlraums 20 verstellt wird. Die Stellung des Ventilelements 96 längs der Mündung 16 richtet sich nach der Kraft, die gemäß Fig. 2 auf das obere Ende des Ventilelements 96 durch das Druckmittel in der Kammer 100 ausgeübt wird, das der Kammer 100 über den Kanal 104 zugeführt wird, so daß es in das offene Ende 102 der Kammer 100 eintritt, um auf das Ventilelement 96 eine nach unten gerichtete Kraft auszuüben. Durch Regeln des Drucks des Druckmittels in der Kammer 100 mittels der Regeleinrichtung 28 ist es möglich, die Stellung des Ventilelementes 96 längs der Mündung 16 und damit auch den Durchtrittsquerschnitt für das Kunstharz zu ändern. Der Druck des Kunstharzes in dem Formhohlraum 20 richtet sich nach dem wirksamen Durchtrittsquerschnitt der Mündung 16. Um die Stellung des Ventilelementes 96 entsprechend dem Druck des Kunstharzes in dem Formhohlraum 20 zu regeln, ist das Regelgerät 28 nach F i g. 1 an ein nichtdargestelltes. durch einen Motor betätigbares Ventil angeschlossen, das es ermöglicht, den Druck des dem Kanal 104 zugeführten Druckmittels zu regeln. Hierbei wird der Druck des Kunstharzes in dem Formhohlraum 20 mit Hilfe der Fülleinrichtung 26 gefühlt, und entsprechende Signale werden dem Regelgeräi 28 zugeführt, das dann den Signalen der Fühleinrichtung 26 entsprechende Ausgangssignale erzeugt, die dazu dienen, den Druck des Druckmittels in der Kammer 100 entsprechend zu andern. Zu diesem Zweck wird das erwähnte, auf bekannte Weise ausgebildete Ventil entsprechend verstellt, wodurch die Lage des Ventilelementes 96 gegenüber der Mündung 16 und damit auch der Durchirittsqucrschnitt für du* Kunstharz bestimmt wird.

Das Element 96 könnte auch als eine sogenannte »heiße Spitze« ausgebildet sein, d. h., es könnte ein Heizelement aufweisen, ähnlich Fig. 1. Jedoch muß man dafür sorgen, daß sich die Zuleitungen eines solchen Heizelementes zusammen mit dem Bauteil 96 bewegen können.

Bei der Anordnung nach F i g. I wird beim Gebrauch der Einrichtung 24 zum Regeln des Drucks in dem Formhohlraum das Kunstharz in den Formhohlraum 20 in der beim Spritzen von Formteilen üblichen Weise eingespritzt. Hierbei dient die Fühleinrichtung 26 zum Messen des Drucks des Kunstharzes in dem Formhohlraum .30. Dem Regelgerät 28 werden dem Druck des Kunstharzes entsprechende Signale über das Kabel 38 zugeführt, und in dem Formhohlraurn 20 wird ein vorbestimmtes Druckprofil des Kunstharzes aufrechterhalten.

Für das Verstellen des Elementes % in der Mündung 16 des Zuführungskanals 14 lassen sich zahlreiche verschiedene Einrichtungen benutzen, um dieses Element 96 in der gewünschten Weise zu verstellen. Vorstehend wurde als Beispiel die Verwendung von Druckmitteln genannt. Der Ausdruck »Druckmittel« bezeichnet hier ein beliebiges unter Druck stehendes Fluid, ζ. B. Druckluft oder ein hydraulisches Medium. z. B. Drucköl. Allgemein gesprochen ist festzustellen, daß sich praktisch jede Betätigungseinrichtung, die geeignet ist, eine Vorspannkraft zu erzeugen, welche in Abhängigkeit von bestimmten Meßwerten geregelt werden kann, verwenden läßt, um ein Element zu steuern, das in der Mündung des Formhohlraums bewegbar gelagert ist.

Als strömungsfähige Kunstharze sind sowohl Thermoplaste als auch Duroplaste zu verstehen. Thermoplaste werden gewöhnlich auf eine Temperatur im Bereich von etwa 150 bis 37O°C erhitzt, die Einrichtung zum Regeln des Drucks des Kunststoffs in dem Formhohlraum muß also so ausgebildet sein, daß sie diesem Temperaturbereich angepaßt ist. Duroplaste werden dagegen gewöhnlich in einem Temperaturbereich von etwa 93 bis 260⁰C verarbeitet, und wenn man die Schaltung der Einrichtung .24 zum Regeln des Kunststoffdrucks in dem Formhohlraum entsprechend abändert, kann man diese Einrichtung auch bei der Verarbeitung von Duroplasten benutzen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Dnickmeß- und Regeleinrichtung fur eine Knnststoff-Sprit^ießmaschine mit einer Spritzgießform mit mindestens einem Formhohlraum, in den plastifizierte Kunststoffmasse einspritzbar ist. mit einer in der Spritzgießform zum direkten Messen des Druckes der eingespritzten Kunststoffmasse im Formhohlraum angeordneten Druckmeßeinrichtung und nah einer an der Druckmeßeinrichtung angeschJossenen Regeleinrichtung, mittels der über Steuermittel ein vorfaestimmter Druck im Formhohlraum einstellbar und aufrechterhaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Regeleinrichtung (28) ein an einer Stelle längs eines innerhalb _!S der Spritzgießform (10) geführten Angußkanals (14) angeordnetes, über die Steuermittel der Regeleinrichtung betätigbares Ventilelement (96) zum Einstellen und Aufrechterhalten eines vorbestimmten Druckprofils der in den Formhohlraum (20) eingespritzten Kunststoffmasse unter Steuerung des Dureiiirrtisquerschniues für die Kunststoffmasse im Angußkanal (14) zugeordnet ist

2. Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (96) in einem dem Formhohlraum vorgelagerten, dem Angußkanal (14) zugeordneten Ventil '.rieh ter (18) verschiebbar gelagert ist