WO2002081177A1 - Verfahren zum füllen der kavität eines werkzeuges - Google Patents

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    • B29C2045/776—Measuring, controlling or regulating of velocity or pressure of moulding material determining the switchover point to the holding pressure

Definitions

  • the invention relates to a method for filling a cavity of a tool for producing a molded part from a melt, in particular a cavity of an injection molding machine, the melt being introduced into the cavity under pressure and being pressurized towards the end or at the end of its flow path.
  • the cavity is filled in a mold with a melt, in particular made of plastic, metal or a ceramic. This filling process continues until the cavity is filled, after which there is a switch to the so-called holding pressure phase, in which above all
  • BESTATIGUNGSKOPIE a shrinkage of the material in the cavity is compensated for.
  • a fixed switch from the injection process to the holding pressure process cannot be based on process-related fluctuations e.g. react to the viscosity, which in turn results in a large fluctuation in the quality of the molded parts.
  • the existing methods are usually based on the measurement of the internal pressure. For example, the “kink” between the filling and the holding pressure phase, which results automatically, is determined with the help of artificial intelligence.
  • the present invention is based on the object of developing a method of the type mentioned above, with which switching to the holding pressure phase is carried out in a simple and inexpensive manner and yet relatively precisely.
  • the solution to this task is that the mold wall temperature is determined towards the end of the flow path of the melt and the switchover point to the holding pressure phase is determined.
  • the new method is therefore based on the measurement of the mold inner wall temperature at the end of the flow of the melt.
  • the basic consideration here is the fact that, theoretically, switching should always take place at approx. 97 to 98% of the flow path in order to finally achieve the desired 100% due to the inertia.
  • the melt reaches the position of a corresponding one
  • Thermocouple there is an abrupt signal increase that takes place without further intelligence, e.g. can be used as an analog switching signal.
  • thermocouple Since the flow path length is known to the toolmaker in all cases, a corresponding specification for Positioning an inexpensive thermocouple can be made without any difficulty.
  • thermocouple can also perform other functions. For example, it can be used to regulate the shrinkage, regulate the temperature depending on the cooling time or even automatically balance the volumetric filling of the cavity.
  • a system on the market regulates the melt flow of individual injection nozzles using separate pistons, in which the pressure in the hot runner is measured. This procedure allows each individual piston to regulate a predetermined speed or, analogously, a predetermined melt flow. However, it is not possible in this way to implement a control depending on the molded part quality based on real measurement signals in the molded part itself.
  • the volumetric filling can be determined automatically for each gate or for each hot runner nozzle and the control process can be influenced in this way (switching from filling process to holding pressure process).
  • Figure 1 is a schematic representation of family tools
  • FIG. 2 shows a schematic illustration, partly in section, of a modular tool system
  • Figure 3 is a schematic representation of multiple tools
  • Figure 4 is a schematic representation of a single tool with multiple connection.
  • Each cavity 1.1 to 1.4 has a different geometry, depending on the shape of the part.
  • a melt is entered through the injection point 2 into the cavity 1.1 to 1.4, a melt front being identified by 3.
  • each cavity 1.1 to 1.4 is assigned a thermocouple 4.
  • thermocouple 4 By positioning a thermocouple 4 at the end of the respective flow path, it is automatically determined in each cavity 1.1 to 1.4 5 when the volumetric filling is reached. At the same time, the measured wall temperatures can also be used for further regulation of the shrinkage.
  • a tool 5 is indicated, which consists of two tool inserts 6.1 and 6.2.
  • the tool insert 6.2 should be interchangeable.
  • Tool inserts have to be changed very often, as is the case with a modular tool system.
  • thermocouples at the end of each filling process, this switchover point is always determined automatically, so that this optimization step is not necessary.
  • a multiple tool with a multiplicity of cavities 1 is indicated in FIG. 3, each cavity 1 having its own injection point 2 and its own thermocouple 4.
  • the goal with a multiple tool with several geometrically identical cavities is to regulate the melt flow in such a way that all cavities are filled and switched over at the same time. such balancing system. If not used, it is often the processor's wish to switch depending on a specific, selectable cavity. In this case, too, this switchover can be carried out automatically and much more simply with the aid of a thermocouple, the tool wall temperature in turn providing additional information, for example for regulating the shrinkage of parts.
  • a simple tool according to FIG. 4 with a multiple connection is generally a very large molded part (for example a bumper) with long flow paths.
  • the problem here is usually not to find a single switchover point, but to regulate the flow front of the melt up to the volumetric filling with the aid of sensors in the cavity in such a way that the hot runner nozzles at each injection point 2 can be controlled in accordance with the programming.
  • This principle can be implemented with relatively expensive cavity pressure sensors, but relatively inexpensive thermocouples 4 serve the same purpose. If the individual melt flows are individually controlled as above, the same principle applies analogously.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Füllen einer Kavität eines Werkzeuges zum Herstellen eines Formteiles aus einer Schmelze, insobesondere einer Kavität einer Spritzgiessmaschine, wird die Schmelze unter Druck in die Kavität eingeführt und gegen Ende oder am Ende ihres Fliessweges unter Nachdruck gesetzt. Dabei wird gegen Ende des Fliessweges der Schmelze die Werkzeugwandtemperatur bestimmt und anhand eines Anstieges dieser Temperatur der Umschaltpunkt zur Nachdruckphase bestimmt.

Description

Verfahren zum Füllen der Kavitat eines Werkzeuges
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Füllen einer Kavitat eines Werkzeuges zum Herstellen eines Formteiles aus einer Schmelze, insbesondere einer Kavitat einer Spritzgiessmaschine, wobei die Schmelze unter Druck in die Kavitat eingeführt und gegen Ende oder am Ende ihres Fliessweges unter Nachdruck gesetzt wird.
Beim Spritzgiessen oder beispielsweise auch beim Druckgiessen wird die Kavitat in einem Werkzeug mit einer Schmelze, insbesondere aus Kunststoff, Metall oder einer Keramik, gefüllt. Dieser Einfüllvorgang geschieht so lange, bis die Kavitat gefüllt ist, danach erfolgt ein Umschalten auf die sogenannte Nachdruckphase, in der vor allem auch
BESTATIGUNGSKOPIE ein Schwinden des Werkstoffes in der Kavitat ausgeglichen wird.
Wichtig ist eine Bestimmung des Umschaltzeitpunktes von der Einfüll- zu der Nachdruckphase. Eine manuelle Optimierung ist schwierig und zeitaufwendig, weshalb sie in der Praxis nur selten korrekt durchgeführt wird.
Eine fixe Umschaltung vom Einspritzvorgang auf den Nachdruckvorgang kann nicht auf prozessbedingte Schwankungen z.B. der Viskosität reagieren, was wiederum eine grosse Schwankung der Qualität der Formteile zur Folge hat.
Beispielsweise in der EP 0 707 936 A2 oder der US 5 993 704 werden Verfahren zur Bestimmung des Umschaltzeitpunktes bei der Herstellung eines Spritzgussteils beschrieben. Sie dienen dazu, den Zeitpunkt der volumetrischen Füllung in der Werkzeugkavität automatisch zu ermitteln.
Die bestehenden Verfahren basieren in der Regel auf der Messung des Innendrucks. Beispielsweise wird der „Knickpunkt" zwischen der Einfüll- und der Nachdruckphase, der sich automatisch ergibt, mit Hilfe künstlicher Intelligenz ermittelt.
In der Praxis hat sich allerdings ergeben, dass sich aufgrund der Rechenzeiten zum Teil zu grosse Verzögerungen ergeben, welche automatisch Druckspitzen und Verspannungen im Formteil nach sich ziehen. Ausserdem können nicht alle Anwendungen universell abgedeckt werden. In einem weiteren Verfahren werden die Druckdifferenzen zwischen zwei Werkzeuginnendrucksensoren ermittelt und deren Verlauf über der Zeit analysiert. Über einen plötzlichen Abfall des Signals (= Knickpunkterkennung) wird die volumetrische Füllung ermittelt.
-Beide "oben beschriebenen Verfahren benötigen rel-ativ teure Sensorik und Elektronik und sind nicht prozessicher.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren der oben genannten Art zu entwickeln, mit dem auf einfache und kostengünstige Weise und dennoch relativ genau auf die Nachdruckphase umgeschaltet wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe führt, dass gegen Ende des Fliessweges der Schmelze die Werkzeugwandtemperatur bestimmt und der Umschaltpunkt zur Nachdruckphase bestimmt wird.
Das neue Verfahren beruht somit auf der Messung der Werkzeuginnenwandtemperatur am Fliesswegende der Schmelze. Grundlegende Überlegung hierbei ist die Tatsache, dass theoretisch immer bei ca. 97 bis 98% des Fliessweges umgeschaltet werden soll, um aufgrund der Trägheit schliesslich die angestrebten 100% zu erreichen.
Erreicht die Schmelze die Position eines entsprechenden
Thermoelementes, erfolgt ein schlagartiger Signalanstieg, der ohne weitere Intelligenz, z.B. als analoges Schaltsignal, verwendet werden kann.
Da die Fliessweglänge in allen Fällen dem Werkzeugbauer bekannt ist, kann eine entsprechende Vorgabe zur Positionierung eines kostengünstigen Thermoelementes ohne irgendwelche Schwierigkeiten gemacht werden.
Das Thermoelement kann neben der Funktion der Bestimmung des UmschaltZeitpunktes noch weitere Funktionen erfüllen. Beispielweise kann mit ihm eine Regelung der Schwindung, eine, temperaturabhängige Kühlzeitregelung oder auch eine automatische Balancierung der volumetrischen Füllung der Kavitat erfolgen.
Beim herkömmlichen Spritzgiessverfahren wird ein zentral geregelter Sch elzefluss auf einen oder mehrere Abschnittspunkte des Spritzteils verteilt, wobei zwischen Kaltkanal- und Heisskanalsystemen unterschieden wird. Bei sogenannten Kaltkanalwerkzeugen mit mehreren
Anschnittpunkten besteht grundsätzlich kaum eine
Möglichkeit, den Füllvorgang in jedem einzelnen Anschnitt zu regeln, da die Kunststoffschmelze auch im Angusssystem nach jedem Zyklus auf natürliche Weise erstarrt und somit kein Einfluss auf die individuelle Füllung genommen werden kann.
In sogenannten Heisskanalsystemen besteht jedoch die Möglichkeit, den Schmelzestrom durch jeden einzelnen Anschnitt mit Hilfe eines bzw. mehrerer Einspritzkolben separat zu regeln, unabhängig, ob es sich um mehrere Anschnitte in einem Spritzteil (z.B. Stossfänger) oder mehrere Anschnitte in verschiedenen Teilen eines Werkzeuges handelt.
Ein auf dem Markt befindliches System regelt den Schmelzestrom einzelner Einspritzdüsen mit Hilfe separater Kolben, in dem der Druck im Heisskanal gemessen wird. Dieses Vorgehen erlaubt zwar jedem einzelnen Kolben, eine vorgegebene Geschwindigkeit oder analog einen vorgegebenen Schmelzestrom zu regeln. Es ist auf diese Weise jedoch nicht möglich, aufgrund von echten Messsignalen im Spritzteil selbst eine Regelung in Abhängigkeit der Spritzteilqualität zu realisieren.
Mit Hilfe eines Thermoelementes am Ende des Fliessweges kann für jeden Anschnitt bzw. für jede Heisskanaldüse die volumetrische Füllung automatisch ermittelt und der Regelvorgang so beeinflusst werden (Umschalten von Füllvorgang auf Nachdruckvorgang) .
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
Figur 1 eine schematische Darstellung von Familienwerkzeugen; .... . ..
Figur 2 eine schematische Darstellung, teilweise im Schnitt, eines modularen Werkzeugsystems;
Figur 3 eine schematische Darstellung von Mehrfachwerkzeugen;
Figur 4 eine schematische Darstellung eines Einfachwerkzeuges mit Mehrfachanbindung.
Gemäss Figur 1 ist ein Familienwerkzeug mit vier Kavitäten 1.1 bis 1.4 angedeutet. Jede Kavität 1.1 bis 1.4 besitzt eine unterschiedliche Geometrie, je nach Wunsch des Formteils.
Eine Schmelze wird durch den Anspritzpunkt 2 in die Kavität 1.1 bis 1.4 eingegeben, wobei eine Schmelzefront mit 3 gekennzeichnet ist.
Gegen Ende des Fliessweges ist jeder Kavität 1.1 bis 1.4 ein Thermoelement 4 zugeordnet.
Mit Hilfe dieser Familienwerkzeuge werden mehrere Spritzteile mit unterschiedlicher Dimension, unterschiedlichem Volumen und unterschiedlichem Gewicht hergestellt. Der Vorteil liegt vor allem darin, dass verschiedene Teile an Ort und Stelle zusammengebaut werden können. Ohne eine Regelung des Schmelzestroms der einzelnen
Kavitäten 1.1 bis 1.4 bleibt die resultierende Qualität der
Spritzteile jedoch dem Zufall überlassen. D.h., eine kleine
5 Kavität, wie beispielsweise die Kavität 1.1 und 1.2 würde viel zu spät von einer Geschwindigkeitsregelung auf eine
- • • Druckregelung -.- umschalten,- was. -.zu einer .Komprimierung während der Füllphase und zu Spannungen führt. Eine grosse
Kavität würde dagegen viel zu früh umschalten, wobei es zu 0 einem Verzug der Teile und zu einem Undefinierten
Füllvorgang kommt .
Durch das Positionieren eines Thermoelementes 4 am Ende des jeweiligen Fliessweges wird in jeder Kavität 1.1 bis 1.4 5 automatisch ermittelt, wann die volumetrische Füllung erreicht wird. Gleichzeitig können auch die gemessenen Wandtemperaturen für eine weiterführende Regelung der Schwindung verwendet werden.
0 In Figur 2 ist ein Werkzeug 5 angedeutet, welches aus zwei Werkzeugeinsätze 6.1 und 6.2 besteht. Dabei soll die Werkzeugeinsatz 6.2 austauschbar sein.
Ein spezieller Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens 5 liegt vor allem dann vor, wenn die eigentlichen
Werkzeugeinsätze sehr oft gewechselt werden müssen, wie dies eben bei einem modularen Werkzeugsystem der Fall ist.
In diesem Fall muss nach jedem Wechsel der Werkzeugeinsätze ein neuer Umschaltpunkt optimiert werden. Durch den Einsatz 0 von Thermoelementen jeweils am Ende des Füllvorganges wird dieser Umschaltpunkt immer automatisch ermittelt, so dass dieser Optimierungsschritt entfällt. In Figur 3 ist ein Mehrfachwerkzeug mit einer Vielzahl von Kavitäten 1 angedeutet, wobei jede Kavität 1 ihren eigenen Anspritzpunkt 2 und ihr eigenes Thermoelement 4 besitzt. Das Ziel bei einem Mehrfachwerkzeug mit mehreren geometrisch identischen Kavitäten ist, den Schmelzefluss so zu regeln, dass alle Kavitäten gleichzeitig gefüllt und umgeschaltet«-..werden...Wird, ein . solches Balancierungsaystem. nicht eingesetzt, ist es oft der Wunsch der Verarbeiter, in Abhängigkeit von einer ganz bestimmten, wählbaren Kavität umzuschalten. Auch in diesem Fall kann diese Umschaltung automatisch und wesentlich einfacher mit Hilfe eines Thermoelementes realisiert werden, wobei mit der Werkzeugwandtemperatur wiederum zusätzliche Informationen, z.B. zur Regelung der Teileschwindung, zur Verfügung stehen.
Bei einem Einfach-Werkzeug gemäss Figur 4 mit Mehrfachanbindung handelt es sich in der Regel um sehr grosse Spritzteile (z.B.- Stossfänger) mit langen Fliesswegen. Die Problematik hierbei ist in der Regel nicht, einen einzigen Umschaltpunkt zu finden, sondern die Fliessfront der Schmelze bis zur volumetrischen Füllung mit Hilfe von Sensoren in der Kavität so zu regeln, dass die Heisskanaldüsen an jedem Anspritzpunkt 2 entsprechend der Programmierung gesteuert werden können. Dieses Prinzip kann mit relativ teuren Werkzeuginnendrucksensoren realisiert werden, relativ günstige Thermoelemente 4 erfüllen jedoch den gleichen Zweck. Sind die einzelnen Schmelzeströme, wie oben individuell gesteuert, gilt analog das gleiche Prinzip. DR. PETER WEISS & DIPL.-ING. A. BRECHT Patentanwälte European Patent Attorney
Aktenzeichen: P 2635/PCT Datum: 02.03.02 W/HU
Positionszahlenliste
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Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Füllen einer Kavität eines Werkzeuges zum Herstellen eines Formteiles aus einer Schmelze, insbesondere einer Kavität einer Spritzgiessmaschine, wobei die Schmelze unter Druck in die - Kavität eingeführt und gegen Ende oder am Ende ihres Fliessweges unter Nachdruck gesetzt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass gegen Ende des Fliessweges der Schmelze die Werkzeugwandtemperatur bestimmt und anhand eines Anstieges dieser Temperatur der Umschaltpunkt zur Nachdruckphase bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugtemperatur bei etwa 97 bis 98% des Fliessweges bestimmt wird.
PCT/EP2002/003609 2001-04-05 2002-04-02 Verfahren zum füllen der kavität eines werkzeuges Ceased WO2002081177A1 (de)

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