DE3501846C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln des Spritzgießvorganges einer Spritzgießmaschine, bei dem Kunststoffschmelze mit hoher Geschwindigkeit während eines Füllschrittes in eine metallische Gußhohlform eingefüllt wird und von dem Füllschritt auf einen Folgeschritt des Spritzgießvorganges zum Halten des Druckes dann umgeschaltet wird, wenn die Schnecke bzw. der Spritzkolben eine erste Position oder der Druck in der Gußhohlform einen ersten Wert erreicht.

Ein derartiges Verfahren ist in der Literaturstelle "Kunststoffe", 1977, Heft 4, Seiten 189 bis 191 beschrieben. Bei diesem Verfahren wird der Spritzgießvorgang einer Spritzgießmaschine derartig geregelt, daß Kunststoffschmelze mit hoher Geschwindigkeit während des Füllschrittes in eine metallische Gußform eingefüllt wird und der Spritzgießvorgang von dem Füllschritt auf den Schritt zum Halten des Druckes bzw. Nachdruckes umgeschaltet wird.

Aus den Literaturstellen "Patents Abstracts of Japan" der japanischen Offenlegungsschriften 57-2 01 637, 57-1 91 037, 57-1 91 036 und 57-57 638 ist es bekannt, daß gleichzeitig eine Bremskraft durch Betätigen einer Bremseinrichtung auf den Einspritzkolben der Spritzgießmaschine einwirkt und den Einspriztkolben stoppt. Aus den drei zuletzt genannten Literaturstellen ist es weiterhin bekannt, daß die Bremseinrichtung in Eingriff verbleibt, um kontinuierlich im Bedarfsfall eine konstante Kraft bzw. Gegenkraft auf den Einspritzkolben auszuüben, bis das Vergießen eines Angußes der metallischen Gußform komplettiert ist.

Um einen präzisen Spritzguß zu erreichen, muß der Spritzvorgang so gesteuert werden, daß das Füllen der Spritzgießform und das Aufrechterhalten des Druckes in der Spritzgießform mit großer Präzision erfolgen. Insbesondere ist es notwendig, während des Füllschrittes die Differenz in den Viskositäten des geschmolzenen Kunststoffes zwischen der Angußseite und dem hinteren Endbereich der metallischen Spritzgießform so klein wie möglich zu halten, wozu es erforderlich ist, den geschmolzenen Kunststoff in kürzester Zeit in die Spritzgießform einzufüllen. Während des Aufrechterhaltens des Druckes (Nachdruck), nachfolgend dem Füllschritt (Spritzdruck), ist ein adäquate Kompensation für das Schrumpfen des Kunststoffes, verursacht durch das Abkühlen des Kunststoffes in der Spritzgießform, notwendig. Daraus ergibt sich die Konsequenz, daß das Umschalten von dem Füllschritt auf das Druckhalten in möglichst kurzer Zeit durchgeführt werden muß, wobei eine genaue Schaltposition und die Wiederholbarkeit des Schaltvorgangs aufrechterhalten bleiben müssen.

Als Ergebnis von sorgfälter Beobachtung des Verhaltens des geschmolzenen Kunststoffes in der metallischen Spritzgießform während des Füll- und Druckhalteschrittes wurde festgestellt, daß der Grad der Ausbildung einer Hautschicht durch das thermische Gleichgewicht bestimmt wird, das durch

• 1. die in den Kunststoff zum Schmelzen erforderliche, von außen zugeführte Wärme, die durch innere Reibung entstandene Wärme und durch Kompression erzeugte Wärme sowie die
• 2. Wärmeverluste durch Wärmeleitung und thermische Expansion des Kunststoffes

gegeben ist.

Daraus folgt, daß solange die Temperatur des geschmolzenen Kunststoffes und die Temperatur der Gießformoberfläche gleich groß sind, die Fließgeschwindigkeit größer und das Wachsen der Hautschicht kleiner ist. Wird beispielsweise ein Polycarbonatkunststoff betrachtet, so gilt für den Fließwiderstand folgende Gleichung:

in der
Δ P der dynamische Druckverlust,
V die mittlere Fließmenge,
L die Fließstrecke und
H die Höhe des Gießformquerschnittes
sind.

Aus dieser Gleichung folgt, daß beim Absinken der Fließgeschwindigkeit und Fortschreiten des Wachsens der Hautschicht die für das Fließen notwendige Kraft größer wird, mit dem Ergebnis, daß unerwünschter Druck auf die Hautschicht einwirkt. Je höher die Einspritzgeschwindigkeit während des Füllschrittes ist, desto langsamer ist die Wachstumsgeschwindigkeit der Hautschicht, wodurch die durch den Innendruck beeinflußte Präzision des Gußstückes in bezug auf die Dimensionsgenauigkeit, die mechanische Stabilität und dergleichen verbessert wird.

Jedoch zeigt sich dabei eine Tendenz in der Weise, daß Fehler wie beispielsweise Fließmarkierungen und Silberstreifen auf der Oberfläche des Produkts ausgebildet werden und daß das Umschalten von dem Füllschritt zu dem Druckhalteschritt unstabil wird. Um diese Fehler zu vermeiden, wird in der Praxis eine programmierte Einspritzmethode angewandt, bei der der Einspritzhub in eine Anzahl von Stufen mit unterschiedlichen Einfüllgeschwindigkeiten unterteilt wird.

Nach diesem Verfahren ist es möglich, im geschmolzenen Kunststoff nach dem Umschalten von Füll- auf den Druckhalteschritt den Druck in der Spritzgießform durch Verändern der Nachfüllgeschwindigkeit aufrecht zu erhalten. Jedoch ist die notwendige Regelung zur Kompensation der durch die Abkühlung verursachten Schrumpfung des in die Spritzform eingefüllten geschmolzenen Kunststoffes schwierig.

Während des Druckhalteschritts ist die Fließgeschwindigkeit des Kunststoffes nahezu Null, und der in das thermische Gleichgewicht eingehende Wärmeverlust ist erheblich größer als die im Kunststoff durch innere Reibung und Kompression freigesetzten Wärmemengen, so daß die Dicke der Hautschicht sehr schnell ansteigt. Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Fließgeschwindigkeit des Kunststoffes durch Nachfüllen wieder ansteigt, wird Druck auf die anwachsende Hautschicht ausgeübt, wodurch die Dimensionsgenauigkeit bzw. Maßhaltigkeit des Produkts nicht gesichert werden kann.

Es wurden ausführliche Untersuchungen angestellt, um ein Verfahren zu entwickeln, das es ermöglicht, die Axialbewegung einer Schnecke oder eines Kolbens, weiterhin nur noch als Kolben bezeichnet, der dem geschmolzenen Kunststoff die Fließbewegung während des Druckhalteschritts direkt erteilt, vollkommen anzuhalten. Im geschmolzenen Zustand sind Kunststoffmaterialien komprimierbare Flüssigkeiten, die eine Kompressibilität von 4 bis 5%, bei einem Druck von etwa 6000 N/cm² (600 kp/cm²) und von 8 bis 12% bei einem Druck von etwa 10 000 N/cm² (1000 kp/cm²) besitzen, wobei die Unterschiede in der Kompressibilität von der jeweiligen Art der Kunststoffe abhängen. Aus diesem Grund kann, nachdem der geschmolzene Kunststoff in die Spritzgießform unter einem präzise geregelten Druck eingefüllt wurde, ein zufriedenstellendes Produkt erhalten werden, wenn der auf den Kunststoff ausgeübte Außendruck sehr schnell abgebaut wird, um so die Kompression des Produkts durch die Freisetzung des im Produkt aufgestauten Innendruckes zu kompensieren. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß es von Vorteil ist, einen konstanten Haltedruck so lange anzulegen, bis das Erstarren des Angusses beendet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, das eingangs beschriebene Verfahren so zu verbessern, daß die Einspritzschritte in einer Weise geregelt sind, daß hochqualitative, präzise ausgeformte Spritzprodukte, die frei von inneren Spannungen sind, erhalten werden.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der einzigen Figur, die eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeigt, näher erläutert.

Die Vorrichtung umfaßt eine Spritzgießmaschine 11 und eine zweigeteilte metallische Gießform 12, die aus einer stationären und einer beweglichen Gießform besteht, zwischen denen ein Gießhohlraum 13 eingeschlossen ist. Der Gießhohlraum 13 ist mit einem Heizzylinder 15 über einen Anguß 14 verbunden, so daß der geschmolzene Kunststoff, der sich vor einer Schnecke oder einem Kolben 16 ansammelt, in den Gießhohlraum 13 eingespritzt wird, wenn sich der Kolben 16 bzw. die Schnecke während des Füllschrittes vorwärtsbewegt. An der Spritzgießmaschine 11 ist ein Positionsdetektor 17 für den Kolben, ein Drucksensor 18 zum Feststellen des Druckes in der metallischen Gießform und Einspritzzylinder 19, 19 zum Hin- und Herbewegen von Einspritzkolben 20, 20, welche die Schnecke bzw. den Kolben 16 in Axialrichtung hin- und herverschieben, vorhanden. Jeder Einspritzylinder 19 ist mit einer Dämpfungskammer 19 b ausgerüstet, die einen kleineren Durchmesser als eine Ölkammer 19 a an der Vorderseite, in der Zeichnung ist es die rechte Seite, hat, so daß der Einspritzkolben 20 nahe der Grenze seiner Vorwärtsbewegung verzögert wird. Somit ergibt sich, daß bei der Vorwärtsbewegung des Einspritzkolbens 20 das von dem Einspritzzylinder 19 zurückgeführte Öl, bevor die Kolbenstange des Einspritzkolbens 20 in die Dämpfungskammer 19 b eintritt, durch eine Auslaßöffnung 21 entleert wird. Nachdem die Kolbenstange des Einspritzkolbens 20 in die Dämpfungskammer 19 b eingetreten ist, wird das zurückfließende Öl durch eine Auslaßöffnung 22, die für die Dämpfungskammer 19 n vorgesehen ist, und ein Drosselventil 23 entleert. Somit bilden die Kolbenstange des Kolbens 20 und die Dämpfungskammer 19 b eine Bremseinrichtung. Des weiteren sind ein elektromagnetisches Schaltventil 24, das den Einspritzzylinder 19 regelt, ein elektromagnetisches Fließregelventil 25, das den Mengenfluß des Drucköls regelt, das auf die Einspritzkolben 20 einwirkt und Druckeinstelleinrichtungen 26 und 27 vorhanden, mit deren Hilfe bestimmte Drücke in dem Gießhohlraum 13 vorgewählt werden. Vergleichseinrichtungen 28 und 29 vergleichen den Druck in dem Gießhohlraum 13, den der Drucksensor 18 feststellt, mit den durch die Druckeinstelleinrichtungen 26 und 27 vorgewählten Drücken. Wenn die miteinander verglichenen Drücke untereinander übereinstimmen, betätigen die Vergleichseinrichtungen 28 und 29 Relais R₁ und R₂. Des weiteren sind eine Mengendurchflußeinstelleinrichtung 30, die das elektromagnetische Durchflußsteuerventil 25 über einen Verstärker 31 regelt und ein Positionsdetektor 32 für das Anhalten des Kolbens bzw. der Schnecke, der auf ein Kolbenpositionssignal von einem nicht gezeigten Regelgerät anspricht, vorhanden. Der Ausgang des Kolben- oder Schneckenpositionsdetektors 17 läßt erkennen, ob die Schnecke oder der Kolben in einer vorgegebenen Position angehalten wurde oder nicht. Ein Rechner 33 umfaßt eine Positionsverriegelungseinheit 33 a, eine Rechnereinheit 33 b und eine Einheit 33 c zum Erzeugen des Haltesignals. Eine Vergleichseinrichtung 34 vergleicht das Ausgangssignal des Positionsdetektors 17 mit dem Ausgangssignal der Recheneinheit 33 b, und der Ausgang der Vergleichseinrichtung 34 wird an das elektromagnetische Mengendurchflußsteuerventil 25 zurückgeführt, um dieses in der Weise zu regeln, daß das Ausgangssignal des Positionsdetektors 17 normalerweise mit dem Ausgangssignal der Rechnereinheit 33 b übereinstimmt.

Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung arbeitet in folgender Weise.

Zum Zeitpunkt des Einspritzens des geschmolzenen Kunststoffes in die metallische Gießform wird den Einspritzzylindern 19, 19 Drucköl zugeführt, um den Kolben oder die Schnecke mit hoher Geschwindigkeit aus seiner bzw. ihrer zurückgezogenen Position vorwärts zu bewegen. Das Einspritzen des geschmolzenen Kunststoffes in den Gießhohlraum 13 wird durch den Drucksensor 18 festgestellt. Wenn der so überwachte Druck einen Wert erreicht, der durch die Druckeinstelleinrichtung 26 vorgegeben ist, wird das Relais R₁ so betätigt, daß sein normalerweise offener Kontakt r₁ geschlossen wird. Da der normalerweise offene Kontakt r₃ eines nicht gezeigten Einspritzsignalrelais mit dem Beginn des Einspritzvorgangs geschlossen wird, wird das elektromagnetische Schaltventil 24 von der Position a in die Position b umgeschaltet, um das zurückfließende Öl von den Dämpfungskammern 19 b in einen Abflußtank T über ein Drosselventil 23 zu entleeren. Zur gleichen Zeit regelt das elektromagnetische Durchflußsteuerventil 25 infolge des Schließens des Kontaktes r₁ die Menge des Öls, das den Einspritzzylindern 19 in Übereinstimmung mit der Einstellung der Mengendurchflußeinstelleinrichtung 30 zugeführt wird. Wenn der Druck im Gießhohlraum 13 den Wert erreicht, der durch die Druckeinstelleinrichtung 27 vorgegeben ist, wird das Relais R₂ betätigt, um seinen normalerweise geschlossenen Kontakt r₂ zu öffnen, wodurch das elektromagnetische Schaltventil 24 in seine neutrale Position gebracht wird, in der der Fluß des zurückfließenden Öls von den Einspritzzylindern 19 unterbrochen wird. Das elektromagnetische Durchflußsteuerventil 25 wird durch das Rückkopplungssignal von der Rechnereinheit 33 b so geregelt, daß es in der Halteposition gehalten wird, um so zu verhindern, daß die Kolben 20 der Einspritzzylinder 19 sich infolge des Öldrucks in den Dämpfungskammern 19 b zurückbewegen, wenn die Schnecke angehalten ist.

Wie vorstehend beschrieben wurde, ist die Vorrichtung mit einer hydraulischen Bremseinrichtung ausgerüstet, die Schockeinwirkungen auf das Spritzteil, z. B. durch ein plötzliches Anhalten abschwächt. Dadurch ist auch sichergestellt, daß die Spritzgießmaschine stets in einer vorgegebenen Position mit großer Genauigkeit angehalten werden kann. Des weiteren ist es möglich, den geschmolzenen Kusntstoff in die Spritzgießform während des Füllschritts mit genau vorgegebenem Druck einzuspritzen, von dem Füllschritt auf den Druckhalteschritt umzuschalten und die Schnecke bzw. den Kolben so lange anzuhalten, bis der Anguß erstarrt ist, um den geschmolzenen Kunststoff im komprimierten Zustand in der Spritzgießform abgedichtet zu halten. Dementsprechend bewegt sich der eingefüllte geschmolzene Kunststoff während des Druckhalteschritts nicht, und das Schrumpfen des Gießprodukts, bewirkt durch das Abkühlen und die Verfestigung, kann automatisch kompensiert werden, indem die in dem Gußprodukt gespeicherte Druckkraft freigegeben wird. Auf diese Weise ist es möglich, ein präzises Spritzgußprodukt frei von inneren Spannungen zu erhalten.

Claims (1)

1. Verfahren zum Regeln des Spritzgießvorganges einer Spritzgießmaschine, bei dem Kunststoffschmelze mit hoher Geschwindigkeit während eines Füllschrittes in eine metallische Gußhohlform eingefüllt wird und von dem Füllschritt auf einen Folgeschritt des Spritzgießvorganges zum Halten des Druckes dann umgeschaltet wird, wenn die Schnecke bzw. der Spritzkolben eine erste Position oder der Druck in der Gußhohlform einen ersten Wert erreicht, dadurch gekennzeichnet, daß

   • (1) gleichzeitig mit dem Umschalten die Vorwärtsbewegung der Schnecke bzw. des Spritzkolbens abgebremst wird,
   • (2) bei Erreichen einer zweiten Position der Schnecke bzw. des Spritzkolbens oder bei Erreichen eines zweiten Druckwertes in der Gußhohlform die Schnecke bzw. der Spritzkolben zum Stillstand gebracht wird,
   • (3) in dieser zweiten Position bzw. bei diesem zweiten Druckwert die Schnecke bzw. der Spritzkolben gehalten wird, bis der Anguß erstarrt ist.