DE2543088B2 - Verfahren zum Regeln einer Spritzgießmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln einer Spritzgießmaschine entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Die Anforderungen an die Güte und Maßhaltigkeit der durch Spritzgießen hergestellten Produkte werden zunehmend immer strenger. Beim Spritzformvorgang mittels der bisher verwendeten Spritzgießmaschinen können jedoch die Spritzgeschwindigkeit des Kunststoffes und die Spritzgießform, der Druck zum Einbringen des Kunststoffes in die Spritzgießform sowie die Drehzahl und der Hydraulikdruck der Plastifizier- und Einspritzschnecke während der Plastifizier- und Einspritzphasen nur auf jeweils konstante Werte eingestellt werden. Infolgedessen ergeben sich Schwierigkeiten bezüglich der Herstellung von Formteilen mit hoher Güte und hoher Maßgenauigkeit. Wenn die Oberflächeneigenschaften der Formteile durch Beseitigung von Fließ- und Kratzermarken verbessert werden sollen, muß die Geschwindigkeit des durch jeden Innenteil der Spritzgießform fließenden, aufgeschmolzenen Kunststoffes beim Eintritt in die Spritzgießform sehr genau gesteuert bzw. geregelt werden. Zu diesem Zweck muß die Spritzgeschwindigkeit des geschmolzenen Kunststoffes in Abhängigkeit von der Plastifizier- und Einspritzschnecke eingenommenen Position entsprechend variiert werden. Zur Erzielung von Formteilen, die weder Verwerfungen noch Restspannungen besitzen, muß zudem der in die Spritzgießform eingefüllte Kunststoff in jedem Teil eine konstante Dichte besitzen. Da die Dichte eine Funktion der Temperatur und des Drucks ist, kann eine gleichmäßige Dichte dadurch erreicht werden, daß die gesamte Kunststoffmasse in der Spritzgießform gleichmäßig auf konstanter Temperatur und konstantem Druck gehalten wird. Aus diesem Grund muß die Temperaturverteilung über die Länge der Plastifizier- und Einspritzschnecke geregelt werden.

Bei einem aus der DE-OS 23 58 911 bekannten Regelverfahren für eine Spritzgisßmaschine sind an der sich zuletzt füllenden Stelle der Spritzgießform

ίο Temperaturfühler für die Werkieugtemperatur vorgesehen, um diese als zusätzliche Einflußgröße zur Steuerung des Spritzdruckes heranzuziehen. Dazu ist zur Berücksichtigung der jeweiligen Beziehung zwischen Massedruck und dem als Spritzdruck wirksamen hydraulischen Druck ein das Steuerglied für den Spritzdruck beeinflussendes, kalibrierbares Proportionalglied vorgesehen Dieses sorgt dafür, daß eine Überschreitung der Toleranzgrenzen für den Massedruck zu einer in entgegengesetztem Sinne wirksamen

Änderung des Spritzdruckes in einem solchen Ausmaß führt, daß die Abweichung des Massedruckes, kompensiert und dieser wieder in das Toleranzfeld zurückgeführt wird. Ausgehend von der Temperatur der Spritzgießform ist es nach diesem Verfahren lediglich möglich, über den Spritzdruck den Massedruck in der Spritzgießform in einem bestimmten Bereich zu halten. Demnach ist die Aufrechterhaltung eines bestimmten Massedrjcks in der Form beabsichtigt Jedoch ist der Massedruck in der Spritzgießform für sich betrachtet nicht allein entscheidend für die Güte und die Maßgenauigkeit des Formproduktes. Im Hinblick darauf, daß sich bei ändernder Temperatur das spezifische Volumen des Kunststoffes und somit auch die in die Spritzgießform eingebrachte Kunststoffmenge ändert, muß die Menge des zu plastifizierenden Kunststoffes so geregelt werden, daß stets eine zur Gewährleistung eines effektiven Spritzdrucks ausreichende konstante Restkunststoffmenge vorhanden ist. Demgemäß hat dieses bekannte Verfahren den

ίο Nachteil, daß eine Regelung des Spritzdruckes mit dem Ziel, Abweichungen in den Eigenschaften des Fertigproduktes, wie Abmessung, Gewicht und ähnliches zu kompensieren, nicht möglich ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung zu schaffen, das die automatische Einstellung von optimalen Spritzbedingungen gestattet, insbesondere mit anlagemäßig einfachen Mitteln eine Regelung des Füll- oder Beschickungsdrucks an der Spritzgießform sowie der für jeden Einspritzhub notwendigen Restkunststoff menge erlaubt.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, daß die Regelung des Gegendrucks auf der Grundlage einer bestimmten Beziehung zwischen der Schmelztemperatur zu einem Zeitpunkt unmittelbar vor der Einspritzung und dem Hydraulikdruck während des Rückhubes wesentlich für die Aufrechterhaltung der Qualität ist.

Der als Spritzdruck wirksame hydraulische Druck wird mit dem Ziel geregelt, Abweichungen in den Eigenschaften der Fertigprodukte, wie Abmessungen, Gewicht und ähnliches, zu kompensieren, die durch Messungen von Abweichungen der Formtemperatur unmittelbar vor der Einspritzung angezeigt werden. Dadurch, daß der Gegendruck durch eine einzige Messung der Temperatur bei jedem Einspritzhub festgestellt wird, kann eine einfache Regelung und Handhabung auf wirtschaftliche

Weise verwirklicht werden. Auf diese Art wird im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren, bei dem der Spritzdruck auf der Grundlage von Temperaturabweichungen in jedem Augenblick geregelt wild, wozu eine Anzahl von Sensoren, Ventilen und ähnliches erforderüeh ist, wesentlich vermindert Da sich bei ändernder Temperatur das spezifische Volumen des Kunststoffes und somit auch die in die Spritzgießform eingebrachte Kunststoffmenge ändert, muß die Menge des zu plastifizierenden Kunststoffes so geregelt werden, daß stets eine zur Gewährleistung eines effektiven Spritzdruckes ausreichende konstante Restkunststoffmenge vorhanden ist Diese Restkunststoffmenge ist jedoch nicht konstant, da der Hydraulikdruck auf der Grundlage von Temperaturabweichungen geregelt wird. Die gleichzeitige Regelung der Restkunststoffmenge steht demnach in einem untrennbaren einheitlichen technologischen Zusammenhang mit der Temperaturregelung. Die Restmenge des Kunststoffes wird durch die Stellung der Plastifizier- und Einspritzschnekke zum Zeitpunkt der beendeten Einspritzung ermittelt Diese Stellung wird durch sinen zugeordneten Stellungsfühler abgegriffen, und das die festgestellte Position wiedergebende Signal wird über eine Eingangsvorrichtung einem Rechner eingespeist In demselben Rechner wird die beim Einspritzen gemessene Temperatur gespeichert Die Messung der Terr peratür des aufgeschmolzenen Kunststoffes noch vur dem Einspritzhub und die Regelung der konstanten Kunststoffmenge dienen zusammenwirkend der Lösung der einheitlichen Aufgabe, hinsichtlich des Füll- und Beschickungsdruckes und des konstanten Angebotes an geschmolzenem Kunststoff optimale Spritzgießbedingungen zu schaffen. Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Regelverfahrens für die Fertigung von Formtcilcn mittels einer Spritzgießmaschine lassen sich Verbesserungen der Oberflächeneigenschaften, die Beseitigung von Verwerfungen und Restspannungen oder dgl. ohne weiteres realisieren. Im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren, bei dem die auftretenden Ungleichmäßigkeiten der Güte und der Maßhaltigkeit der Fertigungsgegenstände, die die Produktionsleistung und die Fertigungszahlen verringern, nicht ausgeschaltet werden können, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung von Formteilen hoher Güte und Genauigkeit bzw. Maßhaltigkeit, so daß das erfindungsgemäße Verfahren zur Verbesserung der Produktionsleistung und des Ausstoßes dadurch beiträgt, daß der Zustand des Kunststoffes in der Spritzgießform automatisch in der Weise geregelt wird, daß der Kunststoff stets in einem gleichbleibenden Zustand vorliegt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der Einstellbereich der Spritzgießbeci-ngungen erweitert werden, so daß sowohl die Güte als auch die Maßhaltigkeit der Formteile verbessert werden. Durch die automatische Berichtigung und Regelung der Spritzgießbedingungen in Abhängigkeit von verschiedenen äußeren Störeinflüssen ist es außerdem möglich, eine Änderung der Güte und Maßhaltigkeit der Formteile unter dem Einfluß dieser äußeren Störfaktoren zu verhindern. Da insbesondere die Temperaturschwankungen der Spritzgießform und des Kunststoffes, welche den größten Einfluß auf die Abmessungen und das Gewicht des hergestellten Formteils haben können, durch Regelung des Beschickungs- oder Einspritzdrucks korrigiert Verden, können Unregelmäßigkeiten der Prodi'kte in fter.ug auf Abmessungen und Gewicht auf ein Mii'destm.'iß verringert werden.

Aus der DE-OS 21 23 128 ist es zwar an sich bekannt, daß die Position der Plastifizier- und Einspritzschnecke zum Zeitpunkt des abgeschlossenen Einspritzvorganges ermittelt und die Restkunststoffmenge auf der Grundlage der Abweichung der Ist-Position von einer Position entsprechend einer Soll-Restmenge berechnet wird. Jedoch handelt es sich hierbei um ein Verfahren lediglich zum Steuern der Axialbewegung eines Kolbenteils im Inneren eines Zylinders, z.B. bei

ίο Spritzgießmaschinen, in der flüssiges Material hergestellt und anschließend von deren einem Ende durch den Kolbenteil herausgepreßt wird.

Nachfolgend wird das Verfahren nach der Erfindung anhand von zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und

Fig.2 bis 4 grafische Darstellungen der mit dem Verfahren erzielbaren Ergebnisse.

?D Die in F i g. 1 dargestellte Spritzgießmaschine weist eine Plastifizier- und Einspritzschnecke 1 auf, die in einem Spritzzylinder 2 angeordnet und durch einen in einem Hydraulikzylinder 4 geführten Spritzkolben 3 betätigbar ist. Mit dem Spritzzylinder 2 ist über eine Spritzdüse 5 eine Spritzgießform 6 verbunden, in welcher ein Temperaturfühler 7 und ein Druckfühler 8 vorgesehen sind. Ein weiterer Temperaturfühler 9 ist zudem in die Spritzdüse 5 eingesetzt. Diese Fühler dienen zur Messung der Temperatur der Spritzgießform 6, des Drucks des Kunststoffes in der Spritzgießform 6 bzw. der Temperatur des Kunststoffes. Die Position der Plastifizier- und Einspritzschnecke 1 ist durch einen Stellungsfühler 10 meßbar, der aus einem zweckmäßigen Potentiometer oder einer ähnlichen Vorrichtung bestehen kann. Die die jeweiligen Maßwene darstellenden Analogausgangssignale dieser Fühler werden durch eine Eingangsvorrichtung 20 in Form eines Analog/Digital-Wandlers in entsprechende Digitalsignale umgewandelt, die dann durch einen elektronischen Rechner 22 zusammen mit zugeordneten Sollwerten, die dem Rechner 22 von einer Dateneingabevorrichtung 21 eingegeben werden, zur Durchführung vorbestimmter Steuer- oder Regelvorgänge verarbeitet werden. Die vom Rechner 22 gelieferten, verarbeiteten Ergebnisse werden dann einer Ausgangsvorrichtung 23 in Form eines Digital/Analog-Wandlers eingegeben, um durch diesen in entsprechende Digitalgrößen umgewandelt zu werden, welche Regelsignale bilden, die an Servoventile 11 und 12 zur Druckregelung und an ein Servoventil 13 zur Regelung der Durchsatzmenge angelegt werden. Weiterhin wird ein korrigiertes Temperatursignal einem Temperaturregeier 24 für den Spritzzylinder 2 zugeführt. Gemäß F i g. 1 sind weiterhin ein Hydraulikmotor 14 zum Antreiben der Plastifizier- und Einspritzschnecke 1, ein elektromagnetisches Ventil 15, eine Pumpe 16, ein Heizband oder -element 17, eine Eingangsvorrichtung 25 für ein von der Spritzgießmaschine erzeugtes Folgesignal, eine Vorrichtung 26 zur Steuerung der Arbeitsreihenfolge der Spritzgießmaschine, eine Temperatureinsteil- oder -gebervorrichtung

27 für den Zylinder und ein thermoelektrisches Element

28 vorgesehen.

Das Verfahren kann unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Vorrichtung durchgeführt werden. Im folgenden ist nunmehr die Arbeitsweise erläutert.

Bei Einleitung des Einspritzvorgangs durch Druckölzufuhr in den Hydraulikzylinder 4 zur Rückseite bzw. zu der gemäß F i g. 1 rechten Seite des Spritzkolbens 3

wird die Stellung der Plastifizier- und Einspritzschnecke t durch den zugeordneten Stellungsfühler 10 abgegriffen, und das die festgestellte Position wiedergebende Signal wird über die Eingangsvorrichtung 20 dem Rechner 22 eingespeist. Wenn die Plastifizier- und Einspritzschnecke 1 eine durch die Dateneingabevorrichtung 21 vorbestimmte Stellung erreicht hat, wird ein neues, das heißt auf den neuesten Stand gebrachtes Geschwindigkeitssignal vom Rechner 22 über die Ausgangsvorrichtung 23 zum Strömungs- oder Durchsatzregel-Servoventil 13 übertragen, wodurch die Vorschubgeschwindigkeit der Plastifizier- und Einspritzschnecke 1 auf den neuen Wert geändert wird. Auf diese Weise wird die Spritzgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Position der Piastifizier- und Einspritzschnecke 1 geregelt. Inzwischen wird der Druck des in der Spritzgießform 6 befindlichen Kunststoffes durch den Druckfühler 8 gemessen. Wenn dieser Druck den durch die Dateneingabevorrichtung 21 vorgegebenen Wert erreicht hat, wird durch den Rechner 22 ein Druckregeländerunngssignal erzeugt, wodurch ein Druckregelvorgang eingeleitet wird. Zu einem Zwischenzeitpunkt innerhalb der Zeitspanne von der Einleitung des Einspritzvorgangs bis zur Erzeugung des Druckregeländerungssignals werden die Temperaturen des Kunststoffs und der Spritzgießform 6 durch die Temperaturfühler 9 bzw. 7 gemessen und im Speicher des Rechners 22 gespeichert. Bei der Einleitung des Druckregel Vorgangs wird ein neues bzw. auf den neuesten Stand gebrachtes Druckregelsignal durch den Rechner 22 in durch die Dateneingabevorrichtung 21 vorgegebenen Zeitabständen dem Druckregel-Servoventil 12 zugeführt. Andererseits werden die im Rechner 22 gespeicherten Meß- oder Ist-Temperaturwerte der Spritzgießform 6 und des Kunststoffs sowie die ebenfalls durch die Dateneingabevorrichtung 21 vorgegebenen Bezugswerte hierfür durch den Rechner 22 arithmetisch verarbeitet, um den Unterschied zwischen diesen Werten zu bestimmen, welcher ein zum vorgenannten Druckregelventil 12 hinzugefügtes Druckkorrektursignal darstellt, wodurch der Regeldruck gesteuert wird. Am Ende der Dauer des endgültigen Druckregelsignals und nach Abschluß des Einspritzens von Kunststoff in die Spritzgießform 6 wird die Stellung der Plastifizier- und Einspritzschnecke 1 zum Zeitpunkt der beendeten Einspritzung, d. h. die Restmenge des Kunstharzes gemessen. Auf der Grundlage des Unterschieds zwischen der gemessenen Restkunststoffmenge und dem Sollwert für diese Menge sowie der im Rechner 22 gespeicherten gemessenen oder Istmenge des während des nunmehr abgeschlossenen Einspritzhubes ausgetragenen Kunststoffs wird die beim nachfolgenden Einspritzhub zu bemessende oder zu dosierende Kunststoffmenge bestimmt. Auf diese Wei'e irt e^c möglich, bei allen Einsprit/hüben eine konstante Menge des Restkunststoffs zu erzielen. Die Plastifizierung des Kunststoffs beginnt, wenn die Plastifizier- und Einspritzschnecke 1 durch Zufuhr von Drucköl zum Hydraulikmotor 14 in Drehung versetzt wird. Während des Plastifizierungs-Vorgangs wird der Dosierhub durch eine vorgegebene Zahl dividiert, und ίο das Ergebnis wird durch den Rechner 22 arithmetisch verarbeitet, um die Umschaltstellen zu bestimmen. Sobald die Plastifizier- und Einspritzschnecke 1 eine Umschaltposition erreicht hat, werden die durch die Dateneingabevorrichtung 21 vorgegebenen Signale, welche die neue Drehzahl der Plastifizier- und Einspritzschnecke 1 und den neuen Hydraulikdruck darstellen, vom Rechner 22 über die Ausgangsvorrichtung 23 zum Durchsatzregel-Servoventil 13 bzw. zum Druckregel-Servoventil 12 übertragen, wodurch die Drehzahl der Plastifizier- und Einspritzschnecke 1 und der Hydraulikdruck im Verlauf des Plastifiziervorgangs fortlaufend geändert werden. Wenn die vorher berechnete, bemessene Menge erreicht ist, wird die Plastifizierung beendet. Zwischenzeitlich wird die beim Einspitzen gemessene und im Rechner gespeicherte Temperatur des Kunststoffs mit einer vorgegebenen bzw. Soll-Kunststofftemperatur verglichen, und die Regelabweichung wird ermittelt. Anhand der so ermittelten Regelabweichung wird durch den Rechner 22 die jo Temperaturkorrektur für den Spritzzylinder 2 berechnet und durch die Ausgangsvorrichtung 23 den durch die Zylindertemperatur-Einstellvorrichtung bestimmten Wert der Zylindertemperatur hinzuaddiert, so daß dieser Wert zur Regelung der Zylindertemperatur durch den Zylindertemperaturregler 24 herangezogen werden kann. Auf diese Weise kann die Temperatur des Kunststoffs auf einem konstanten Wert gehalten werden.

Die Fig.2 bis 4 veranschaulichen die Erfindung. 4(i Wenn die Temperatur T der Spritzgießform 6 gemäß F i g. 2 als Funktion der Zahl der Einspritzhübe N variiert wird, sind die Abmessungen oder das Gewicht D der Formteile bei dem bekannten Verfahren Abweichungen in Abhängigkeit von der Zahl der Einspritzhübe Nunterworfen. Im Gegensatz dazu können mit dem beschriebenen Verfahren Unregelmäßigkeiten der Abmessungen und des Gewichts der Formteile erheblich verringert werden, wie dies aus F i g. 4 hervorgeht, welche die Beziehung zwischen dem Gewicht D der hergestellten Produkte bzw. Formteile und der Zahl der Einspritzhübe /^veranschaulicht

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum Regeln einer Spritzgießmaschine mit einer axial verschiebbaren Plastifizier- und Einspritzschnecke, bei dem die Temperatur der Spritzgießform sowie des plastifizierten Kunststoffes während des Einspritzzyklus gemessen wird und bei dem eine Korrekturgröße für den auf die Plastifizier- und Einspritzschnecke einwirkenden Hydraulikdruck innerhalb eines Bereiches des Druckes, der nach praktisch abgeschlossener Einspritzung des Kunststoffes in der Spritzgießform herrscht, auf der Grundlage der Abweichung der Ist-Temperaturwerte von bestimmten Bezugswerten bestimmt wird, um dadurch den Soll-Wert des Hydraulikdruckes zu korrigieren, wobei der so korrigierte Hydraulikdruck die Plastifizier- und Einspritzschnecke beaufschlagt und der Einspritzvorgang unter dem korrigierten Hydraulikdruck bis zum Ablauf der Einspritzzeitspanne fortgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des plastifizierten Kunststoffes sowie der Spritzgießform unmittelbar vor dem Einspritzen des Kunststoffes in die Spritzgießform gemessen wird und daß in an sich bekannter Weise die Position der Plastifinier- und Einspritzschnecke zum Zeitpunkt des abgeschlossenen Einspritzvorganges ermittelt und die Restkunststoffmenge im Schnekkenzylinder nach durchgeführtem Einspritziiub auf der Grundlage der Abweichung der Ist-Position von einer Position entsprechend einer Soll-Restmenge berechnet und die beim nächsten Einspritzhub zu dosierenden Menge bestimmt wird.