DE4035773A1 - Verfahren zur regelung des spritzgiessprozesses - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Spritzgießprozesses beim Spritzen von Formteilen auf Spritzgießmaschinen, bei denen plastische Masse durch Verschiebung eines Kolbens aus einem vor dem Kolben be­ findlichen Masseraum in ein geschlossenes Werkzeug ein­ gespritzt wird.

Wie allgemein bekannt ist, wird beim Spritzgießen von Formteilen die plastische Masse durch ein Düsen-Anguß­ system in einen Werkzeughohlraum gespritzt. Für das Ein­ spritzen ist eine sich aus dem Fließwiderstand ergebende geschwindigkeitsproportionale Kraft erforderlich. Zum Zeitpunkt des Erreichens der volumetrischen Werkzeug­ füllung kommt es zu einem Knickpunkt im Kraftverlauf als Funktion der Zeit. Nach diesem Knickpunkt im Kraftverlauf kommt es zu einem steilen Druckanstieg im Werkzeug. Die richtige Lage des Umschaltpunktes auf Nachdruck ist ent­ scheidend für die Formteileigenschaften.

Es ist bereits ein Verfahren, eine hydraulische Spritz­ gießmaschine betreffend, bekannt (EP 02 33 548), bei dem die Zeit zwischen dem Umschaltpunkt auf Nachdruck, das heißt bei Förderstromreduzierung, und dem Erreichen ei­ nes vorgewählten Druckes oder des Druckes bei Förder­ stromreduzierung oder eines damit im Zusammenhang stehenden Signals, oder die Zeit zwischen einem ersten Erreichen ei­ nes vorgewählten Druckes bei Förderstromreduzierung und einem zweiten Erreichen des gleichen oder eines anderen vorgewählten Druckes nach der Förderstromreduzierung, oder bei dem der Spritzkolbenhub zum Zeitpunkt der Förderstrom­ reduzierung erfaßt wird und die Änderung des Spritzkolben­ hubes bis zum Erreichen eines vorgewählten Druckes, oder des Druckes vor Beginn der Förderstromreduzierung, oder bei dem der Betrag der Druckdifferenz zwischen dem maximalen Druck bei Förderstromreduzierung und dem minimalen Druck nach der Förderstromreduzierung erfaßt wird und als Ver­ gleichsgröße für die Regelung, Steuerung und/oder Überwa­ chung verwendet wird.

Dieses Verfahren wird folgendermaßen untersetzt:

Mit der Förderstromreduzierung wird eine vorgegebene Zeit gestartet. Bei fehlender Druckabsenkung nach der Förder­ stromreduzierung werden im nächsten Zyklus der Spritzdruck, Spritzhub oder andere Parameter gesenkt oder die Spritzge­ schwindigkeit erhöht. Soweit eine Druckabsenkung auftritt und über die vorgegebene Zeit hinaus anhält, werden im nächsten Zyklus der Spritzdruck oder Spritzhub erhöht oder die Spritzgeschwindigkeit gesenkt.

Dabei ist nachteilig, daß der Gutzustand immer vor dem Knickpunkt des Kraftanstiegs beim Einspritzen liegt und immer ein Druckeinbruch erforderlich ist. Durch die Vorga­ be der Größe der Zeit wird der Abstand vom Knickpunkt und die Schwankung des Umschaltpunktes bestimmt. Der eigentli­ che steile Druckanstieg im Werkzeug erfolgt hierbei vorzugs­ weise bereits während des Nachdruckes. Schwankungen des Um­ schaltpunktes auf Nachdruck führen zu Qualitätseinbußen am Formteil. In der Endphase des Werkzeugfüllvorganges kommt es zu unterschiedlichen Spritzgeschwindigkeiten. In einer anderen Untersetzung des Verfahrens wird abhängig vom Auf­ treten oder Nichtauftreten eines Druckeinbruchs nach der Förderstromreduzierung je Zyklus eine Veränderung eines Prozeßparameters durchgeführt. Nachteilig dabei ist, daß im allgemeinen in jedem zweiten Spritzzyklus vor dem Knick­ punkt ein Umschalten auf Nachdruck erfolgt. Auch hierbei er­ folgt für einen Teil der Formteile der Druckaufbau im Werk­ zeug noch in der Nachdruckphase. Der Druckeinbruch beim Um­ schalten vor dem volumetrischen Füllpunkt bedingt einen ge­ störten Einspritzvorgang und damit Qualitätsmängel.

Der im Patentanspruch angegebenen Erfindung liegt das Pro­ blem zugrunde, den Anteil qualitätsgerechter Formteile von der Gesamtzahl der hergestellten zu erhöhen. Dazu ist die Umschaltung von Spritzen auf Nachdrücken so zu regeln, daß der Umschaltpunkt im Bereich des steilen Anstiegs des Werk­ zeuginnendruckes liegt.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, daß für die Kennzeichnung des Gutzustandes der Formteile die Umschaltung von Spritzen auf Nachdrücken im steilen Kraftanstieg, das heißt hinter dem Knickpunkt des Kraftverlaufs, liegt und den steilen Werk­ zeuginnendruckanstieg mit anliegender Kolbenvorlaufgeschwin­ digkeit gewährleistet.

Mit dem beschriebenen Verfahren wird erreicht, daß die Qua­ lität der Formteile verbessert wird, daß die Streuung der Formteileigenschaften verringert wird, daß eine Gutbewer­ tung der Formteile und dementsprechend eine Aussortierung automatisch durch die Maschinensteuerung erfolgen kann, und daß eine mit kontinuierlicher Kolbenvorlaufgeschwindigkeit erfolgende vollständige Werkzeugfüllung und ein steiler Werkzeuginnendruckanstieg erfolgt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 Diagramme zum Einspritzvorgang bei zu zeitiger Um­ schaltung auf Nachdruck,

Fig. 2 Diagramme zum Einspritzvorgang bei optimaler Um­ schaltung auf Nachdruck,

Fig. 3 Diagramme zum Einspritzvorgang bei zu später Um­ schaltung auf Nachdruck.

In den Diagrammen zum Einspritzvorgang der Fig. 1 bis Fig. 3 ist in den Diagrammen 14; 18; 22 die Kraft 1 als Funktion der Zeit 2, in den Diagrammen 15; 19; 23 der Werkzeuginnen­ druck 3 als Funktion der Zeit 2, in den Diagrammen 16; 20; 24 die Sollwertvorgabe für die Kolbenvorlaufgeschwindigkeit 4 als Funktion der Zeit 2 und in den Diagrammen 17; 21; 25 das obere Kraftsignal 45; 46; 47 und das untere Kraftsignal 48; 49; 50 mit den entsprechenden Zuständen: Kraftsignal an­ liegend 65; 66 und Kraftsignal nicht anliegend 67; 68 als Funktion der Zeit 2 dargestellt.

Beim Spritzgießen von Formteilen wird die plastische Masse aus einem vor dem Kolben befindlichen Masseraum durch eine auf den Kolben wirkende Kraft über ein Düsen-Angußsystem in einen Werkzeughohlraum gespritzt. Dabei nimmt die Kraft 1 während der Zeit 2, wie in den Kraftverläufen 5; 6; 7 dar­ gestellt, mit fortschreitender Fließfront und konstanter Sollwertvorgabe für die Kolbenvorlaufgeschwindigkeit 4 zu. Je nach Meßort und Fließwiderstand im Werkzeug baut sich ein Werkzeuginnnendruck 3 mit fortschreitender Fließfront auf. Der Werkzeuginnenndruckverlauf 8; 9; 10 zeigt zum Zeit­ punkt der volumetrischen Werkzeugfüllung einen deutlichen Knickpunkt 62; 63; 64. Bis zu diesem Knickpunkt 62; 63; 64 des Werkzeuginnendruckverlaufes 8; 9; 10 stellt sich eine Kraft 1 für das Einspritzen ein, die neben dem Kraftanteil zur Er­ zeugung des Werkzeuginnendruckes 3 durch die Verluste zwi­ schen dem Ort der Krafterzeugung und dem Werkzeughohlraum bestimmt wird. Diese Verluste sind abhängig von der Kolben­ vorlaufgeschwindigkeit 4. Nach der volumetrischen Werkzeug­ füllung am Knickpunkt 62; 63; 64 des Werkzeuginnendruckver­ laufes 8; 9; 10 wird eine Einspritzkraft 1 mit nur geringen Verlusten entsprechend dem Übersetzungsverhältnis über den Spritzkolben als Druck ins Werkzeug übertragen. Nach dem Knickpunkt 62; 63; 64 kommt es zu einem Komprimieren des Plastmaterials im Werkzeug. Der Anstieg des Werkzeuginnen­ druckverlaufes 8; 9; 10 wird durch die Kolbenvorlaufgeschwin­ digkeit 4 beeinflußt. Entsprechend der Aufgabenstellung soll die Umschaltung auf Nachdruck nach dem Knickpunkt 62; 63; 64 im steilen Druckanstieg des Werkzeuginnendruckes 3 erfolgen. Das soll in der erfindungsgemäßen Lösung durch sich verändernde Sollwertänderungen von vorzugsweise 5; 1; 0,2 und 0,1% erfolgen. Dabei soll ein Bereich eines Gutzustan­ des definiert werden.

Zu diesem Zweck wird während des Einspritzvorganges eine Messung, Kontrolle und Begrenzung der auf den Kolben zur Realisierung der Kolbenvorlaufgeschwindigkeit 4 wirksamen Kraft 1 durchgeführt und ein unterer Wert 29; 30; 31 und ein oberer Wert 26; 27; 28 für diese Kraft 1 vorgegeben. Dabei muß die Differenz 32; 33; 34 des oberen Wertes 26; 27; 28 zum unte­ ren Wert 29; 30; 31 so groß sein, daß sie eindeutig von der Steuerung erfaßbar ist, und daß sie nicht größer als erfor­ derlich ist. Eine größere Differenz 32; 33; 34 der Kraft 1 verschlechtert die Formteilqualität, deshalb sollte diese Differenz 32; 33; 34 nicht mehr als 20% der Gesamtkraft be­ tragen. Dabei muß beachtet werden, daß die vorgesehenen kleinsten Sollwertänderungen bei der Regelung so festgelegt sind, daß mindestens zwei Sollwertänderungen erforderlich sind, um eine Veränderung vom unteren Wert 29; 30; 31 der Kraft 1 zum Zeitpunkt des Wirksamwerdens der verringerten Sollwertvorgabe für die Kolbenvorlaufgeschwindigkeit 60 auf den oberen Wert 26; 27; 28 der Kraft 1 zu erreichen.

Wenn der untere Wert 29; 30; 31 der Kraft 1 auf dem Kraftver­ lauf 5; 6; 7 beim Einspritzen mit dem entsprechenden Kolben­ vorlaufgeschwindigkeitsverlauf 11; 12; 13 erreicht ist, was durch das Ansprechen des unteren Kraftsignals 54; 55; 56 zum Zeitpunkt 41; 42; 43 von einer elektrischen Steuerung regi­ striert wird, wird eine erste Zeit 35; 36; 37 gestartet. Diese erste Zeit 35; 36; 37 ist abhängig von der Maschinenbaugröße. Bei sehr kleinen Spritzgießmaschinen, etwa 100 kN Schließ­ kraft, wird sie wenig über 0,02 Sekunden betragen, während sie bei sehr großen Spritzgießmaschinen etwa 20 000 kN Schließkraft, 1,0 Sekunden betragen kann. Die Festlegung der Länge dieser ersten Zeit 35; 36; 37 ist auch abhängig von der Differenz 32; 33; 34 der Kraft 1. Wird innerhalb der ersten Zeit 35; 36 das Ansprechen des oberen Kraftsignals 45; 46 durch die elektrische Steuerung nicht registriert, wie es in Fig. 1 und Fig. 2 der Fall ist, wird nach Ablauf der ersten Zeit 35; 36 eine Verringerung der Kolbenvorlaufgeschwindigkeit 4 im Kolbenvorlaufgeschwindigkeitsverlauf 11 auf die verrin­ gerte Sollwertvorgabe für die Kolbenvorlaufgeschwindigkeit 60 vorgegeben. Gleichzeitig wird eine zweite Zeit 38; 39; 40 gestartet. Ist der Werkzeughohlraum zu diesem Zeitpunkt noch nicht richtig gefüllt, ist für die Fortsetzung des Ein­ spritzvorganges zur endgültigen Werkzeugfüllung eine gerin­ gere Kraft 1 erforderlich. Der sich im Kraftverlauf 5 erge­ bende Krafteinbruch 59 führt zu einem Abfallen des unteren Kraftsignals 58 auf den Schaltzustand unteres Kraftsignal nicht anliegend 67 des unteren Kraftsignals 48. Für diesen Fall liegt der Knickpunkt 62 des Werkzeuginnendruckverlau­ fes 8 nach der verringerten Sollwertvorgabe für die Kolben­ vorlaufgeschwindigkeit 60. Nach dem Abfallen des unteren Kraftsignals 58 erfolgt die Sollwertvorgabe für die Kolben­ vorlaufgeschwindigkeit bei Nachdruck 61.

Der Einspritzvorgang in der Fig. 1 zeigt, daß zum Zeitpunkt 41 der untere Wert 29 zu zeitig erreicht ist. Im nächsten Zyklus muß eine Parametervorgabe, die zu einer Verschiebung des Zeitpunktes 41 zu einer vollständigen Werkzeugfüllung führt, erfolgen. Das bedeutet eine höhere Vorgabe des unteren Wertes 29 und oberen Wertes 26 der Kraft 1 und/oder eine längere Einspritzzeit und/oder einen längeren Einspritzhub und/oder eine höhere Masse- oder Werkzeugtemperatur und/oder eine Verringerung der Kolbenvorlaufgeschwindigkeit 4.

In Fig. 2 kommt es im Kraftverlauf 6 infolge der nach Ab­ lauf der ersten Zeit 36 erfolgten Schaltung der verringerten Sollwertvorgabe für die Kolbenvorlaufgeschwindigkeit 60 in­ nerhalb der zweiten Zeit 39 zu keinem Einbruch im Kraftver­ lauf 6. Das untere Kraftsignal 49 bleibt in seinem Zustand Kraftsignal anliegend 65 erhalten. Innerhalb der zweiten Zeit 39 kommt es zum Ansprechen des oberen Kraftsignals 52. Dieser Zustand heißt, der Einspritzvorgang verläuft unter optimalen Bedingungen.

Eine Parameteränderung ist nicht erforderlich. Kommt es in­ nerhalb der zweiten Zeit 39 nicht zum Ansprechen des oberen Kraftsignals 52, so ist eine Verfahrensweise, wie sie zur Fig. 1 beschrieben wurde, zur Korrektur eines Parameters günstig.

Wird innerhalb der ersten Zeit 37 das Ansprechen des oberen Kraftsignals 53 erreicht, heißt das, daß der Werkzeughohl­ raum schon vor Ablauf dieser Zeit vollständig gefüllt und komprimiert war. Tritt nach der verringerten Sollwertvorgabe für die Kolbenvorlaufgeschwindigkeit 60 für das obere Kraft­ signal 47 ein Wechsel vom Kraftsignal anliegend 66 auf Kraft­ signal nicht anliegend 68 ein, kann auf eine Parameterände­ rung verzichtet werden. Sonst wird im zuletzt geschilderten, in Fig. 3 dargestellten Fall eine Verringerung des unteren Wertes 29; 30; 31 und des oberen Wertes 26; 27; 28 der Kraft 1 und/oder eine Verkürzung der Einspritzzeit und/oder eine Ver­ kürzung des Einspritzhubes und/oder eine Verringerung der Masse- und Werkzeugtemperatur und/oder eine Erhöhung der Kolbenvorlaufgeschwindigkeit vorgegeben.

Eine Ausführungsform einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens sieht an einer Spritzgießmaschine vor, daß im Ab­ lauf eines den Spritzdruck regelnden Vorsteuerdruckbegren­ zungsventils ein Ölstromsensor mit zwei ölstromabhängigen Schaltschwellen zur Ausgabe des oberen Wertes 26; 27; 28 und des unteren Wertes 29; 30; 31 der Kraft 1 angeordnet ist. Die Ausgabe der zwei Werte des oberen Wertes 26; 27; 28 und des unteren Wertes 29; 30; 31 an die elektrische Steuerung kann auch mit im Spritzzylinder angeordneten Druckmeßwertgebern mit vorgegebenen Druckschwellen erfolgen.

Eine voll elektrisch gesteuerte Spritzgießmaschine verwen­ det für die Festlegung des oberen und unteren Wertes der Kraft elektrische Parameter, beispielsweise die monentane Leistungsaufnahme.

Im erfindungsgemäßen Verfahren wird neben dem im Stand der Technik bereits beschriebenen Effekt, daß es, solange das Werkzeug noch nicht vollständig gefüllt und der Kraftaus­ gleich zwischen dem Ort der Krafterzeugung und dem Werk­ zeughohlraum vollzogen ist, zu einer Veränderung des Kraft­ bedarfes bei Veränderung der Kolbenvorlaufgeschwindigkeit kommt, der Effekt der Änderung der Kraftanstiegsgeschwindig­ keit zum Zeitpunkt der Kompression der Plastmasse im Werk­ zeughohlraum angewendet. Dabei wird der untere Wert 29; 30; 31 der Kraft 1 sich immer zu einem Zeitpunkt vor dem Erreichen des Knickpunktes 62; 63; 64 einstellen und der obere Wert 26; 27; 28 der Kraft 1 sich immer zu einem Zeitpunkt nach Erreichen des Knickpunktes 62; 63; 64 einstellen. Die allge­ meine optimale Arbeitsweise wird in Fig. 2 beschrieben. Fig. 3 heißt Umschaltung erfolgt zu spät.

Claims (1)

1. Verfahren zur Regelung des Spritzgießprozesses beim Spritz­ gießen von Formteilen auf Spritzgießmaschinen, bei denen plastische Masse durch Verschieben eines Kolbens aus einem vor dem Kolben befindlichen Masseraum in ein geschlossenes Werkzeug eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß während des gesamten oder des letzten Teiles des Einspritz­ vorganges eine Messung, Kontrolle und Begrenzung der auf den Kolben zur Realisierung der Kolbenvorlaufgeschwindig­ keit wirksamen Kraft (1) durchgeführt wird, und daß ein unterer Wert (29; 30; 31) und ein oberer Wert (26; 27; 28) für diese Kraft (1) vorgegeben wird, deren Differenz (32; 33; 34) so groß ist, daß sie eindeutig erfaßbar ist, aber nicht mehr als 20% der zur Werkzeugfüllung erforderlichen Kraft (1) beträgt, und daß nach Erreichen des unteren Wertes (29; 30; 31) der Kraft (1) eine erste Zeit (35; 36; 37), die vorzugsweise zwischen 0,02 und 1,0 Sekunden liegt, gestar­ tet wird, und daß nach Ablauf dieser ersten Zeit (35; 36; 37) oder nach dem Erreichen des oberen Wertes (26; 27; 28) der Kraft (1) die Sollwertvorgabe für die Kolbenvorlaufgeschwin­ digkeit (4) auf mindestens die Hälfte reduziert wird, je­ doch nicht auf weniger als 1%, und daß eine zweite Zeit (38; 39; 40) vorzugsweise zwischen 0,05 und 3,0 Sekunden ge­ startet wird, und daß während dieser zweiten Zeit (38; 39; 40) kontrolliert wird, ob der untere Wert (29; 30; 31) der Kraft (1) oder der obere Wert (26; 27; 28) der Kraft (1) unter­ schritten wird, und daß davon abhängig durch eine Maschi­ nensteuerung eine Festlegung der den Einspritzvorgang be­ einflussenden Parameter wie folgt vorgenommen wird, daß bei Unterschreitung des unteren Wertes (29; 30; 31) der Kraft (1) innerhalb der zweiten Zeit (38; 39; 40) eine Ver­ größerung der Kraftvorgabe und/oder eine Vergrößerung des Einspritzhubes und/oder eine Verlängerung der Einspritzzeit und/oder eine Verringerung der Kolbenvorlaufgeschwindigkeit und/oder eine Verringerung des Spritzkraftbedarfes vorzugs­ weise durch Erhöhung der Werkzeug- oder Massetemperatur um vorzugsweise 5; 1; 0,2 und nachfolgend 0,1% vorgenommen wird, und daß bei Erreichen des oberen Wertes (26; 27; 28) der Kraft (1) innerhalb der ersten Zeit (35; 36; 37) und/oder keiner Unterschreitung des oberen Wertes (26; 27; 28) der Kraft (1) innerhalb der zweiten Zeit (38; 39; 40) eine Verringerung der Kraftvorgabe und/oder eine Verkürzung des Einspritz­ hubes und/oder eine Verkürzung der Einspritzzeit und/oder eine Erhöhung der Kolbenvorlaufgeschwindigkeit und/oder ei­ ne Vergrößerung des Spritzkraftbedarfes durch Verringerung der Werkzeug- oder Massetemperatur um vorzugsweise 5; 1; 0,2 und 0,1% vorgenommen wird.