DE3639292C2 - - Google Patents
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spritzgießen von
thermoplastischen Kunststoffen aus einer eine verschiebbare
Schnecke aufweisenden Spritzgießmaschine in ein Werkzeug,
dessen auf einer anderen Spritzgießmaschine gewonnenes, für
diese Spritzgießmaschine optimales Einspritz-Geschwindigkeitsprofil bekannt
ist, unter Umsetzung der für die andere Spritzgießmaschine
bereits gewonnenen optimalen Kennwerte auf die vorliegende Spritzgießmaschine.
Der flexible Spritzgießbetrieb erfordert ein häufiges
Wechseln der Werkzeuge. Für eine weitere Losgröße steht
jedoch nicht immer die gleiche Spritzgießmaschine zur
Verfügung, auf der bereits günstige Kennwerte, insbesondere
ein optimales Einspritz-Geschwindigkeitsprofil, ermittelt
wurden. Es wird vielmehr aus der Anzahl der zur Disposition
stehenden Spritzgießmaschinen eine für den vorliegenden Fall
zweckmäßige Maschine ausgewählt. Wird nun das vorgegebene
Werkzeug auf einer weiteren Spritzgießmaschine benutzt, so
muß üblicherweise der Spritzvorgang zur Erzielung der
gleichen Formteileigenschaften erneut optimiert werden, denn
die Formteileigenschaften werden u. a. durch den Formfüllvorgang,
den Nachdruckvorgang, die Massetemperatur und
dergleichen beeinflußt. Aus dem für eine erste Spritzgießmaschine
optimierten Formfüllvorgang ergab sich ein definiertes
Schneckenvorlauf-Geschwindigkeitsprofil. Wird die
gleiche Form jetzt auf einer anderen Spritzgießmaschine
benutzt, so gilt es, für diese ein äquivalentes Einspritz-Geschwindigkeitsprofil
zu ermitteln, das zu dem gleichen
werkzeugbezogenen, optimierten Formfüllvorgang führt.
Mit der Beendigung des Formfüllvorganges wird die Nachdruckphase
eingeleitet. Das Umschalten vom Einspritzen auf den
Nachdruck kann weg-, zeit- oder durckabhängig erfolgen.
Unabhängig davon, von welchen Größen die Durchführung der
Umschaltung abhängig gemacht wird, ist stets die werkzeugbezogene
Einspritzzeit bzw. Formfüllzeit die richtige physikalische
Referenzgröße.
Zum Stand der Technik gehört es, die Einspritzgeschwindigkeit
entlang des Schneckenweges in die Steuerungsvorrichtung
einzugeben und ggfs. graphisch darzustellen. Da diese
Steuerung zeitabhängig abläuft, kann das Geschwindigkeits-Zeit-Profil
des Schneckenvorlaufes jederzeit auch ohne
wesentlichen Aufwand als Geschwindigkeits-Zeit-Profil
dargestellt und verarbeitet werden.
Nach der DE-PS 35 24 310 ist es bekannt, eine Schneckenweg-Zeit-Kurve
mit der werkzeugbezogenen Einspritzzeit zu
speichern und durch Normierung der zurückgelegten Wegeinheiten
eine Umrechnung auf optimale Werte für eine weitere
Maschine zu ermöglichen. Das hier angegebene Verfahren
jedoch erweist sich als relativ umständlich und erfordert
einen unangemessen hohen Steuerungsaufwand.
Die Erfindung geht daher von der Aufgabe aus, aus für ein
vorgegebenes Werkzeug auf einer ersten Maschine ermittelten
optimalen Kennwerten schnell, einfach und automatisiert
entsprechende optimale Kennwerte zum Betriebe des Werkzeuges
auf einer zweiten Maschine aufzufinden.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen bezeichneten
Merkmale.
Als vorteilhaft erweist es sich, daß das optimierte Einspritz-Geschwindigkeitsprofil
V B (t) sowohl schnell ermittelbar
ist als auch praktisch automatisiert erhaltbar ist.
Verändert sich aus irgendwelchen Gründen die Einspritzzeit,
so läßt sich das gesamte Einspritz-Geschwindigkeitsprofil
multiplikativ über nur einen Korrekturfaktor leicht abändern,
bis die optimierte Einspritzzeit wieder erreicht ist.
Damit wird nicht nur eine kurze Rüstzeit der mit dem
Werkzeug versehenen Spritzgießmaschine erreicht, die
gefundenen optimalen Werte lassen sich auch leicht und mit
geringem Aufwand aufrechterhalten, auch wenn Störgrößen
auftreten und/oder Änderungen von Betriebsgrößen sich
bemerkbar machen.
Zweckmäßige und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Im einzelnen ist die Erfindung anhand der folgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit
veranschaulichenden Zeichnungen erläutert. Es zeigt
hierbei:
Fig. 1 auf die Zeit bezogene Einspritz-Geschwindigkeitsprofile,
Fig. 2 den Formfüllvorgang in Abhängigkeit vom Schneckenweg, und
Fig. 3 diagrammatisch die beim Füllen der Form auftretenden
Druckverhältnisse.
Es wird davon ausgegangen, daß ein
bestimmtes Werkzeug bereits auf einer Spritzgießmaschine A
gefahren wurde, und daß hierbei die für diese Spritzgießmaschine
charakteristischen optimalen Kennwerte, insbesondere
das Einspritz-Geschwindigkeitsprofil sowie die Einspritzzeit,
ermittelt wurden. Es wird weiterhin davon ausgegangen,
daß dieses Werkzeug nunmehr auf eine andere, abweichende
Eigenschaften aufweisende Spritzgießmaschine B aufgespannt
werden soll. Da das gesonderte Ermitteln optimaler Kennwerte
sich als relativ umständlich und zeitraubend erweist, soll
von den auf der Spritzgießmaschine A ermittelten Werten
ausgegangen werden. Hierfür hat sich als vorteilhaft das
folgend beschriebene Vorgehen erwiesen:
Zunächst wird das optimierte Einspritz-Geschwindigkeitsprofil
V A (t), das im Zusammenwirken mit der Spritzgießmaschine
A ermittelt wurde, in die Steuervorrichtung der Spritzgießmaschine
B eingegeben. Das Eingeben dieses Geschwindigkeitsprofiles
kann manuell erfolgen; vereinfacht wird es jedoch,
wenn es mittels Datenträger vorgegeben wird.
Gleichzeitig wird aber auch das Werkzeug mit einem beliebigen
Einspritz-Geschwindigkeitsprofil der Maschine B
gefüllt, und es wird hierbei die für dieses Profil geltende
Einspritzzeit t Eb ermittelt. Bei diesem beliebigen Einspritz-Geschwindigkeitsprofil
ist nur darauf zu achten, daß
es maschinen- und werkzeugverträglich ist, so daß keine
Gefährdungen auftreten. Besonders einfache Verhältnisse
ergeben sich jedoch, wenn ein konstantes Geschwindigkeitsprofil
benutzt wird. Durch multiplikative Veränderung des
benutzten Profiles wird dieses dann so lange abgeändert, bis
die gleiche Einspritzzeit t EB erreicht wird, die beim
Betriebe der Spritzgießmaschine A als Einspritzzeit t EA
vorlag. Wird mit einem konstanten Einspritz-Geschwindigkeitsprofil
gearbeitet, so ergibt sich die multiplikative
Änderung als Verhältnis der erzielten Einspritzzeiten
t Eb/t EA, so daß besondere weitere Ännäherungsschritte nicht
erforderlich sind welche bei einem nicht konstanten
Einspritz-Geschwindigkeitsprofil jedoch durchgeführt werden
müssen.
Nunmehr wird aus den beiden vorliegenden Einspritzprofilen
dem optimalen Einspritzprofil der Spritzgießmaschine A und
dem nunmehr benutzten der Spritzgießmaschine B, jeweils eine
mittlere integrale Einspritzgeschwindigkeit A bzw. B
ermittelt. Bei dem vorgegebenen Einspritz-Geschwindigkeitsprofil
kann dieses bereits in der Spritzgießmaschine A
mittels deren Steuervorrichtung bewirkt sein. Bei dem
einleitenden Füllen des Werkzeuges auf der Spritzgießmaschine
B wird das Ermitteln erleichtert, wenn bereits mit
einem konstanten Geschwindigkeitsprofil gearbeitet wurde.
Aus den beiden mittleren integralen Einspritzgeschwindigkeiten
A und B läßt sich sodann ein Geschwindigkeits-Anpassungsfaktor
K V ermitteln:
Nunmehr läßt sich das optimierte Einspritz-Geschwindigkeitsprofil
für die Spritzgießmaschine B leicht über die
folgende Beziehung V B(t) = K V · V A(t) errechnen. Zur
Übertragung in die Maschinensteuerung wird zweckmäßig
nochmals eine Umrechnung von V B (t) in V B (s) ermittelt. Damit
ist mit relativ wenig Arbeitsgängen, welche durch die
Steuervorrichtung der Maschine mit nur geringer Hilfe
durchgeführt werden können, ein Geschwindigkeits-Anpassungsfaktor
ermittelt, mit dessen Hilfe das ursprüngliche
optimierte Einspritz-Geschwindigkeitsprofil für die nunmehr
benutzte Spritzgießmaschine B umgerechnet wurde, und ebenso
ist es leicht möglich, im Falle des Auftretens von Störeinflüssen
die Einspritzzeit durch leichtes Variieren dieses
Geschwindigkeits-Anpassungsfaktors konstant zu halten. In
der Fig. 1 sind sowohl das auf der Spritzgießmaschine A
ermittelte Einspritz-Geschwindigkeitsprofil 1 als das zu
suchende Einspritz-Geschwindigkeitsprofil 2 der Spritzgießmaschine B dargestellt. In beiden
Fällen sind mit Kurven 3 und 4 die mittleren integralen
Einspritzgeschwindigkeiten A und B dargestellt, deren
Quotient den Geschwindigkeits-Anpassungsfaktor K V ergibt.
Wird nunmehr das Einspritz-Geschwindigkeits-Profil V B(t) der
Kurve 2 mit diesem Anpassungsfaktor K V multipliziert, so
geht die Kurve 2 in die Kurve 1 über, und das gewünschte
Einspritzgeschwindigkeits-Profil für die Maschine B ist
gefunden.
In der Praxis können jedoch in einer Fertigungsreihe
Abweichungen der innerhalb eines Spritzzyklus ermittelten
Einspritzzeit t Eb von der vorgegebenen Einspritzzeit t EB
auftreten. Gründe hierfür können abgewandelte Materialeigenschaften,
etwas variierte Temperaturen, Drücke oder andere
Parameter sein. Zweckmäßig wird hier eine Regelvorrichtung
vorgesehen, welche, bspw. durch geringfügiges Variieren des
Einspritz-Geschwindigkeits-Profiles durch einen im Bereiche
des Wertes 1 liegenden Faktor, auf vorgegebene bestimmte
Werte einregelt. Hierzu ist ebenso wie für die Bestimmung
der Nachdruckphase wesentlich, die Einspritzzeit bzw. den
Beginn sowie das Ende des Formfüllvorganges eindeutig zu
bestimmen. Grundsätzlich ergeben sich hierzu mehrere
Möglichkeiten.
Die erste dieser Möglichkeiten geht davon aus, daß praktisch
jede geregelte Spritzgießmaschine über einen Weg-Zeit-Signalgeber
verfügt, mittels dessen sich die Weg-Zeit-Kurve des
Formfüllvorganges darstellen läßt. Eine solche Kurve ist
beispielhaft im Diagramm der Fig. 2 dargestellt. Der
Abschnitt 5 der Kurve zeigt die konstante Stellung der
Schnecke bis zum Beginn des Formfüllvorganges an. Zum Füllen
des Werkzeuges wird die Schnecke axial verschoben, so daß
sich zwischen dem Beginn t s und dem Ende t f der Formfüllzeit
ein fallender Kurvenabschnitt 6 ergibt. Nach Füllen der Form
wird die Schnecke nicht weiter oder, durch Leckverluste
bestimmt, nur so geringfügig weiter vorgeschoben, daß
während der Nachdruckzeit ein Kurvenabschnitt 7 praktisch
konstanter Amplitude folgt. Die Abszissen t s sowie t f
zeichnen sich hierbei dadurch aus, daß die Steigung der
Kurve sich relativ spontan ändert: Im z. Zeit t s gehörenden
Punkte wirkt sie negativ, z. Zeit. t f geht sie gegen Null.
Damit läßt sich aus den vom Weg-Zeit-Signalgeber abgegebenen
Signalen die Ableitung des Weges nach der Zeit ermitteln,
und durch Überwachung dieser Ableitung ergibt sich
beim Unterschreiten eines vorgegebenen negativen Schwellwertes
die Anfangszeit t s des Formfüllvorganges, beim
Überschreiten eines weiteren, negativen Schwellwertes ergibt
sich das Ende t f der Formfüllzeit. Das Unterschreiten eines
nicht zu geringen negativen Schwellwertes sowie das anschließende
Überschreiten eines Schwellwertes empfehlen
sich, da, bspw. durch Leckvorgänge oder Kompreßsibilität
bedingt, geringe Neigungen schon auftreten können, ehe der
eigentliche Vorgang des Füllens des Werkzeuges beginnt. In
der Fig. 2 sind diese Grenzwerte der Steigung aus Veranschaulichungsgründen
übergroß gewählt und als zu den Zeiten
t s und t f an die dargestellte Kurve gelegte Tangenten 8 und
9 veranschaulicht.
Es gibt jedoch noch weitere Möglichkeiten, Anfang und Ende
der Einspritzzeit exakt zu bestimmen. So kann bspw. der beim
Spritzen auftretende Druck mittels eines Drucksignalgebers
überwacht werden, der an den Hydraulikzylinder der Spritzeinheit
angeschlossen sein kann und den treibenden Druck
mißt. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, daß der Drucksignalgeber
an den Düsenkopf angeschlossen oder in ihm
untergebracht ist und den dort auftretenden Druck registriert,
oder daß der Drucksignalgeber angußnah am bzw. im Werkzeug selbst
vorgesehen ist und angußnah den im Formnest oder Angußkanal
auftretenden Druck erfaßt. Diagrammatisch ist das Meßergebnis
eines an den Hydraulikzylinder der Spritzeinheit
angeschlossenen Durcksignalgebers in Fig. 3 inklusive des
Nachdrucks durch die Kurve 10 veranschaulicht, während im
Düsenkopf angeordnete Drucksignalgeber Druckverhältnisse
entsprechend der Kurve 11 ergeben können und im Werkzeug
angußnah die Kurve 12 ermittelbar ist.
Die tatsächlich auftretenden Verhältnisse werden in Verbindung
mit der Kurve 10 erläutert. Vor Beginn des Füllens der
Form ergibt sich ein Kurvenabschnitt 13, der praktisch
drucklos ist. Bei Beginn des Einspritzens steigt zunächst
der Absolutwert des Druckes im Abschnitt 14 erheblich und
mit starker Steigung an, bis sich eine stationäre Phase des
Formfüllens im Abschnitt 15 anzeigt, der einen nur schwach
weiter steigenden Druck verzeichnet. Bei Vollendung des
Füllens der Form ergibt sich nochmals ein steiler, starker
Druckanstieg im Kurvenabschnitt 16 bis auf den zunächst
konstanten, durch den Kurvenabschnitt 17 veranschaulichten
höheren Nachdruck, an den sich später nach vorgegebener
Abkühlung ein asymptotischer Druckabfall 18 gegen Null
ergibt. Hier bieten sich zunächst die Möglichkeiten, den
Beginn t s sowie das Ende t f der Einspritzzeit t EB durch das
Überschreiten vorgegebener Druckpotentiale festzustellen.
Beim Überschreiten einer ersten, relativ niedrigen Druckschwelle
sind der Beginn und mit Erreichen einer wesentlich
höheren Druckschwelle das Ende der Einspritzzeit bezeichnet.
Es besteht aber auch die Möglichkeit, auch hier im Mikrocomputer
der Steuervorrichtung Ableitungen des Druckes nach
der Zeit zu bilden und das erste Überschreiten einer ersten
Steilheitsschwelle als Kriterium des Beginns t s zu werten.
Als Kriterium des Endes t f ergibt sich entweder die Kombination
des Überschreitens einer zweiten Steilheitsschwelle
in Verbindung mit dem Überschreiten eines höheren Druckpotentiales,
oder aber das Überschreiten einer zweiten
Steilheitsschwelle nach Durchlaufen eines Steilheitsminimums.
Die nach einem dieser Verfahren vorgenommenen Zeitmessungen
ergeben als Differenz die Zeitdauer t Eb des Einspritzvorganges
und damit die Formfüllzeit. Die Zeit t f gibt
zusätzlich den Beginn des Nachdruckes an.
Die Einspritzzeit wird zunächst einmal von der Spritzgießmaschine
A als vorgegebener Wert übernommen, und, wie
beschrieben, wird das optimale Einspritz-Geschwindigkeitsprofil
der Maschine A mittels des Anpassungsfaktors K V an
die Maschine B so angepaßt, daß sich gleiche Einspritzzeiten
ergeben. Sowohl in der Einlaufzeit als auch während des
Betriebes werden jedoch laufend der Beginn und das Ende der
Einspritzzeit und damit die Dauer der Einspritzzeit überwacht.
Durch entsprechende Regelung wird diese Einspritzzeit
konstant gehalten. Wird also in einem Spritzzyklus eine zu
lange Einspritzzeit gemessen, so wird für den folgenden
Zyklus das Einspritz-Geschwindigkeits-Profil multiplikativ
geringfügig erhöht, so daß die aufgetretene Zeitdifferenz im
nächsten Zyklus behoben ist. Gleichartig wird beim zu
schnellen Füllen des Werzeuges das Einspritz-Geschwindigkeits-Profil
für den nächsten Zyklus geringfügig multiplikativ
erniedrigt, so daß auch hier die aufgetretene Differenz
ausgeglichen wird und im folgenden Zyklus die vorgegebene
Einspritzzeit gesichert ist. Damit werden die einmal
übertragenen und ermittelten Verhältnisse über lange
Betriebszeiten gesichert und jeweils optimale Spritzlinge
erreicht.
Claims (5)
1. Verfahren zum Spritzgießen von thermoplastischen Kunststoffen
aus einer eine verschiebbare Schnecke aufweisenden
Spritzgießmaschine in ein Werkzeug, dessen auf einer
anderen Spritzgießmaschine gewonnenes, für diese Spritzgießmaschine optimales
Einspritz-Geschwindigkeitsprofil bekannt ist, unter
Umsetzung der für die andere Spritzgießmaschine bereits gewonnenen optimalen Kennwerte auf
die vorliegende Spritzgießmaschine,
dadurch gekennzeichnet,
- a) daß das für die vorbenutzte Spritzgießmaschine (A) bekannte optimale Einspritz-Geschwindigkeitsprofil (V A = f(t)) manuell und/oder mittels Datenträger in die Steuerungsvorrichtung der zu benutzenden Spritzgießmaschine (B) eingegeben wird,
- b) daß die Spritzgießmaschine (B) mit einem beliebigen, verträglichen Einspritz-Geschwindigkeitsprofil (V b) betrieben wird, wobei die sich ergebende Einspritzzeit (t Eb) durch multiplikative Änderung des Einspritz-Geschwindigkeitsprofiles, der der ersten Spritzgießmaschine (A) angepaßt wird (t EA = t Eb),
- c) daß als Quotient der mittleren integralen Einspritz-Geschwindigkeitsprofile ein Anpassungsfaktor gebildet wird,
- d) daß in der Steuervorrichtung der Spritzgießmaschine (B) das optimale Einspritz-Geschwindigkeitsprofil (V B (t)) dieser Spritzgießmaschine für die zu füllende Form aus der Umrechnung (V B (t) = K V · V A (t) gebildet wird und durch eine weitere Umrechnung aus (V B (t) das zugehörige Einspritz-Wegprofil (V B (s)) entwickelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß während des Betriebes die Einspritzzeit (t Eb ) gemessen
und auf den vorgegebenen festen Wert (t EB = t EA ) eingeregelt
wird, indem das ermittelte Einspritz-Geschwindigkeitsprofil
(V B (t)) vorzugsweise multiplikativ korrigiert
wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Beginn (t s ) und das Ende (t f ) der Einspritzzeit (t EB )
mittels des Weg-Zeit-Signalgebers der Spritzgießmaschine
ermittelt werden, indem die Ableitungen des Schneckenweges
nach der Zeit (ds/dt) gebildet wird und das erste
Unterschreiten eines ersten Grenzwertes (-a₁) als Beginn
(t s ) und das erste Überschreiten eines zweiten Grenzwertes
(-a₂) als Ende (t f ) der Einspritzzeit (t Eb ) gewertet
werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Beginn (t s ) und das Ende (t f ) der Einspritzzeit
(t EB ) vermittels eines durch den thermoplastischen
Kunststoff beaufschlagten Drucksignalgebers ermittelt
werden, indem das erste Überschreiten einer ersten
vorgegebenen Druckschwelle (p₁) als Beginn (t s) und das
erste Überschreiten einer zweiten, höheren Druckschwelle
(p₂) als Ende (t f) der Einspritzzeit (t Eb) gewertet
werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Beginn (t s) und das Ende (t f) der Einspritzzeit
(t Eb ) vermittels eines Drucksignalgebers ermittelt
werden, mit Hilfe dessen die Ableitung des Druckes nach
der Zeit (dp/dt) ermittelt wird, wobei der Beginn (t s)
des Einspritzvorganges durch das Erreichen eines ersten
Schwellwertes und das Ende (t f) durch das Überschreiten
eines zweiten, höheren Schwellwertes gegeben sind.
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