WO2004058476A2 - Verfahren zum regeln der herstellung von spritzteilen - Google Patents

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    • B29C2945/76943—Using stored or historical data sets compare with thresholds

Definitions

  • the invention relates to a method for regulating the production of injection molded parts in an injection mold of an injection molding machine with a cavity and possibly a mold core, the temperature of the tool being regulated, and an injection molding machine therefor.
  • the filling process is controlled so that an initial speed-controlled phase is followed by a pressure-controlled phase that lasts until the end of the filling process.
  • a pressure-controlled phase that lasts until the end of the filling process.
  • BEST ⁇ TIGUNGSKOP ⁇ E Phase is reached the filling situation in which the mold cavity is completely wetted with plasticizable mass, the melt pressure inside the mold cavity being still comparatively low. This is followed by an increase in the mold internal pressure due to the continuation of the movement of an injection piston or an extruder, combined with a reduction in the specific volume or with an increase in the density of the molding compound located in the mold cavity.
  • the extent of the compression that can be achieved in this way depends both on the prevailing temperature and on the level of the pressure acting and on the characteristic properties of the molding composition.
  • the melt begins to solidify in the sprue. This seals the mold cavity, no further plastic melt can be fed.
  • the temperature in the mold cavity drops until the 1 bar isochore is reached. Now the molded part begins to shrink until the molded part has reached room temperature.
  • the shrinkage of the molded part is determined by the pressure and temperature conditions and in particular by the viscosity of the melt in the cavity.
  • An essential factor for the shrinkage of the molded part is the temperature distribution in the cavity at the end of the filling phase (or from the maximum pressure) until the end of the cycle.
  • a different shrinkage from cycle to cycle results from the fluctuation of the temperature profile and from the fluctuation of the mold cavity pressure profile.
  • DE 101 14 228 A discloses a method for uniformizing the shrinkage behavior of an injection molded part both between individual cavities of a multiple tool and from cycle to cycle of an injection process.
  • the temperature and / or an internal pressure in the cavity is monitored and adjusted to a reference curve by tempering the tool from the end of the filling phase or from a pressure maximum in the cavity to the end of the injection cycle.
  • the present invention is based on the object of demonstrating further possibilities in order to uniformize the manufacture of molded parts in a simple manner and possibly to certain properties - such as a certain dimension - to regulate.
  • the cavity and / or the mandrel is heated or cooled directly.
  • the shrinkage behavior of a molded part is only regulated with the help of mold cavity pressure and mold wall temperature by adjusting the temperature of one or more cooling circuits via the temperature of the cooling medium, but now the temperature of the cavity or the mold core is directly influenced.
  • heating elements or cooling elements are directly assigned to the cavity or the mandrel.
  • Coating of the cavity is also conceivable, for example and / or the mandrel with a thermo-ceramic coating, which is known under the name "thermoceramix.
  • the cavity or the mold core is heated directly to a desired temperature. Excess heat can be dissipated through one or more temperature control circuits.
  • thermosets processes with the reverse principle (hot tool / cold melt), such as the injection molding of thermosets.
  • Elastomers and silicone melts are regulated using heat-dissipating methods so that the pressure and temperature conditions in the cavity or cavities remain constant.
  • cooled mold cores or heat-dissipating metal inserts or coatings can be used.
  • the closed control loop in which an optical view of the molded part produced is included.
  • the closed control loop can be expanded such that one or more dimensions of one or more are preferably used outside of the mold with the help of an optical instrument several molded parts as well as the surface condition or color of the molded parts may be measured and included in the control. This has the advantage that it is not only regulated relatively via constant pressure and temperature conditions, but also absolutely on the basis of certain part dimensions, or possibly on the basis of a certain surface quality.
  • the optical detection instrument should be outside the tool or the production area, for example outside on the Injection molding machine, can be arranged where the injection molded part or parts can be positioned and "scanned" using a handling system.
  • a scanner or a CCD camera can be used as an instrument, for example.
  • this control principle offers cost advantages compared to the known visual surveillance systems (surveillance cameras) and can also be installed without personal support.
  • the service effort is much lower, it is also conceivable as an OEM product.
  • Handling / removal devices are already widely used in the injection molding process, so that additional optical monitoring can be integrated without much additional effort.
  • FIG. 1 shows a schematically represented side view of an injection molding machine according to the invention
  • Figure 2 is a schematically illustrated side view of another embodiment of an injection molding machine.
  • An extruder unit 2 stands on, for example, a hall floor 1, with plastic reaching a screw 4 from a store 3. The plastic is pressed out of the screw 4 into channels (not shown in more detail) of an injection mold 5.
  • the injection mold 5 has a stationary mold plate 6 and a movable mold plate 7. Both plates 6 and 7 are guided on guide columns 8.
  • Molded cores 9 are located on the movable mold plate 7 and cooperate with cavities 10 in the stationary mold plate 6 in order to form a mold space for producing a molded part (not shown in more detail).
  • heating element 11 are provided in the mandrel.
  • the cavity 10 is also assigned three heating elements 12.1 to 12.3. It is also indicated that the interior of the cavity 10 is provided with a thermo-ceramic coating 13, which can be located both on the surface, below the surface and behind the tool insert.
  • At least one cooling circuit 14 is located both in the stationary mold plate 6 and in the movable mold plate 7.
  • the basic idea of the invention is that the temperature of a cavity or a mandrel is not only regulated via the cooling circuits and there via the temperature of the cooling medium, but also with the aid of the heating elements. If it is determined that the cavity or mandrel is too low in temperature, the heating elements are regulated higher. If, on the other hand, it is determined that the temperature in the cavity or on the mandrel is too high, the excess heat is dissipated through the cooling circuit. For example, the circulation in the cooling circuit is increased or the temperature of the cooling medium is lowered.
  • the aim is to keep pressure and temperature conditions in the cavity or cavities 10 constant.
  • the reverse principle can also be used to regulate the injection molding of thermosets, elastomers and silicone melts using heat-dissipating methods.
  • cooled mold cores or heat-dissipating metal inserts can be used instead of the heating elements.
  • FIG. 1 A further method according to the invention is indicated in FIG. This is a closed control loop, the pressure p and the temperature T in the mold space being determined. Furthermore, the molded part itself is examined via an instrument 15. For example, the instrument 15 detects the dimension of the molded part, its surface quality or its color, the corresponding values reaching a control 16 and being compared there with stored reference values, just like the temperature and the pressure in the cavity. The result of this comparative analysis is then followed by a corresponding one Signal output to a machine controller 17, which in turn regulates the injection molding process and in particular the temperature of the melting and molding plates and the injection pressure. Control is therefore not only relative to constant pressure and temperature conditions, but also absolutely to certain properties of the molded parts.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Regeln der Herstellung von Spritzteilen in einem Spritzwerkzeug (5) mit einer Kavität (10) und gegebenenfalls einem Formkern (9) einer Spritzgiessmaschine wird die Temperatur des Werkzeuges (5) geregelt. Ferner werden die Kavität (10) und/oder der Formkern (9) direkt erwärmt oder gekühlt.

Description

Verfahren zum Regeln der Herstellung von Spritzteilen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln der Herstellung von Spritzteilen in einem Spritzgiesswerkzeug einer Spritzgiessmaschine mit einer Kavität und gegebenenfalls einem Formkern, wobei die Temperatur des Werkzeugs geregelt wird, sowie eine Spritzgiessmaschine hierfür.
Stand der Technik
Bei bekannten Verfahren zum Füllen eines Formwerkzeuges, z.B. mit thermoplastischen Kunststoffen, wird der Füllvorgang so gesteuert, dass auf eine anfängliche geschwindigkeitsgeführte Phase eine druckgeführte Phase folgt, die bis zum Ende des Füllvorganges andauert. Gegen Ende der geschwindigkeitsgeführten Phase oder im Anfangsbereich der druckgeführten
BESTÄTIGUNGSKOPΪE Phase wird die Füllsituation erreicht, bei der der Formhohlraum vollständig mit plastifizierbarer Masse benetzt ist, wobei der Massedruck im Innern des Formhohlraumes noch vergleichsweise gering ist. Daran schliesst sich auf Grund der Weiterführung der Bewegung eines Einspritzkolbens bzw. eines Extruders eine Erhöhung des Werkzeuginnendruckes an, verbunden mit einer Verringerung des spezifischen Volumens bzw. mit einer Erhöhung der Dichte der in dem Formhohlraum befindlichen Formmasse. Das Ausmass der so erreichbaren Verdichtung hängt sowohl von der herrschenden Temperatur als auch von der Höhe des einwirkenden Druckes und den chrakteristischen Eigenschaften der Formmasse ab.
Nachdem die Zufuhr von Schmelze zum Formhohlraum gestoppt ist, beginnt die Schmelze im Anguss zu erstarren. Damit wird der Formhohlraum versiegelt, es kann keine weitere Kunststoffschmelze zugeführt werden. Die Temperatur im Formhohlraum sinkt ab, bis die 1-bar Isochore erreicht ist. Nun beginnt das Formteii zu schwinden, bis das Formteil die Raumtemperatur erreicht hat .
Die Schwindung des Formteils ist durch die Druck- und Temperaturverhältnisse sowie insbesondere durch die Viskosität der Schmelze in der Kavität bestimmt. Ein wesentlicher Faktor für die Schwindung des Formteils ist die Temperaturverteilung in der Kavität am Ende der Füllphase (bzw. vom Druck- Maximum) bis zum Ende des Zyklus. Eine unterschiedliche Schwindung von Zyklus zu Zyklus resultiert aus der Schwankung des Temperaturverlaufs sowie aus der Schwankung des Werkzeuginnendruckverlaufs.
Dies gilt sowohl für Einfachwerkzeuge als auch für Mehrfachwerkzeuge. Bei der Herstellung von Spritzgiessteilen aller Art (Kunststoff, Metall, Keramik etc.) werden häufig aus Kostengründen mehrere Teile pro Zyklus gleichzeitig hergestellt (Mehrfachwerkzeug). Hierbei werden die einzelnen Kavitäten normaler Weise bezüglich Geometrie und Anschnitttpunkten so weit balanciert, dass eine möglichst gleichmässige Qualität der Spritzteile erzielt wird. In der Realität ist das Schwindungsverhalten der einzelnen Spritzteile auf Grund von Material, Temperatur- und daraus resultierenden Viskositätsschwankungen jedoch stets unterschiedlich und ändert sich ständig.
Aus der DE 101 14 228 A ist beispielsweise ein Verfahren zum Vergleichmässigen des Schwindungsverhaltens eines Spritzteiles sowohl zwischen einzelnen Kavitäten eines Mehrfachwerkzeuges als auch von Zyklus zu Zyklus eines Spritzvorganges bekannt. Dabei wird die Temperatur und/oder ein Innendruck in der Kavität überwacht und durch eine Temperierung des Werkzeuges vom Ende der Füllphase bzw. von einem Druckmaximum in der Kavität bis zum Ende des Spritzzyklus an einen Referenzverlauf angeglichen.
Aufgabe
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, weitere Möglichkeiten aufzuzeigen, um die Herstellung von Spritzteilen auf einfache Art und Weise zu vergleichmässigen und ggf. auf bestimmte Eigenschaften - wie z.B. eine bestimmte Dimension - zu regeln.
Lösung der Aufgabe
Zur Lösung dieser Aufgabe führt, dass die Kavität und/oder der Formkern direkt erwärmt oder gekühlt wird.
Während bislang das Schwindungsverhalten eines Spritzteils nur mit Hilfe von Werkzeuginnendruck und Werkzeugwand-Temperatur dadurch geregelt wird, dass die Temperierung eines oder mehrerer Kühlkreisläufe über die Temperatur des Kühlmediums angepasst wird, erfolgt nun eine direkte Beeinflussung der Temperatur der Kavität bzw. des Formkerns. Hierzu werden der Kavität bzw. dem Formkern direkt Heizelemente bzw. Kühlelemente zugeordnet. Denkbar ist auch beispielsweise die Beschichtung der Kavität und/oder des Formkerns mit einer thermo-keramischen Beschichtung, welche unter dem Namen „thermoceramix bekannt ist.
Mittels dieser Heizelemente bzw. heizbaren Beschichtungen erfolgt eine direkte Erwärmung der Kavität bzw. des Formkernes auf eine gewünschte Temperatur. Überschüssige Wärme kann durch einen oder mehrere Temperierkreisläufe abgeführt werden.
Analog können nun Verfahren mit umgekehrtem Prinzip (heisses Werkzeug / kalte Schmelze), wie z.B. das Spritzgiesses von Duroplasten. Elastomeren und Silikonschmelzen, mit Hilfe von wärmeabführenden Methoden so geregelt werden, dass die Druck- und Temperaturverhältnisse in der oder den Kavitäten konstant bleiben. Hierzu können z.B. gekühlte Formkerne oder aber auch wärmeabführende Metalleinsätze bzw. Beschichtungen verwendet werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist daran gedacht, einen geschlossenen Regelkreis zu schaffen, in den eine optische Betrachtung des hergestellten Spritzteils mit einbezogen ist. Unabhängig von der Art der Regelung der Spritzgiessmaschine, beispielsweise Regeln der Spritzparameter, Regeln des Temperaturmediums, der Heizelemente, der Wärmeabfuhr, kann der geschlossene Regelkreis dahingehend erweitert werden, dass zusätzlich mit Hilfe eines optischen Instruments bevorzugt ausserhalb des Werkzeugs eine oder mehrere Dimensionen von einem oder mehreren Spritzteilen sowie unter Umständen die Oberflächenbeschaffenheit oder Farbe der Spritzteile gemessen und in die Regelung mit einbezogen werden. Dies hat den Vorteil, dass nicht nur relativ über konstante Druck- und Temperaturverhältnisse geregelt wird, sondern auch absolut auf Grund bestimmter Teiledimensionen, bzw. eventuell aufgrund einer bestimmten Oberflächenbeschaffenheit.
Das optische Erfassungsinstrument sollte der Einfachheit halber ausserhalb des Werkzeugs bzw. des Herstellungsbereichs, z.B aussen an der Spritzgiessmaschine, angeordnet werden, wo das oder die Spritzteile mit Hilfe eines Handlingssystems positioniert und "gescannt" werden können. Als Instrument kommt beispielsweise ein Scanner oder eine CCD-Kamera in Betracht.
Dieses Regelungsprinzip bietet gegenüber den bekannten visuellen Überwachungs-Systemen (Überwachungskameras) einerseits Kostenvorteile, und kann ausserdem noch ohne personelle Betreuung installiert werden. Der Serviceaufwand ist wesentlich geringer, er ist auch als OEM-Produkt denkbar. Handling-/Entnahmegeräte werden heute bereits verbreitet im Spritzgiessprozess angewendet, so dass eine zusätzliche optische Überwachung ohne grosssen zusätzlichen Aufwand integriert werden kann.
Figurenbeschreibung
Weitere Vorteile, Merkmaie und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
Figur 1 eine schematisch dargestellte Seitenansicht einer erfindungsgemässen Spritzgiessmaschine;
Figur 2 eine schematisch dargestellte Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Spritzgiessmaschine.
Auf beispielsweise einem Hallenboden 1 steht eine Extrudereinheit 2 auf, wobei aus einem Speicher 3 Kunststoff in eine Schnecke 4 gelangt. Aus der Schnecke 4 wird der Kunststoff in nicht näher gezeigte Kanäle eines Spritzgiesswerkzeuges 5 gedrückt. Das Spritzgiesswerkzeug 5 weist eine ortsfeste Formplatte 6 und eine bewegliche Formplatte 7 auf. Beide Platten 6 und 7 sind an Führungssäulen 8 geführt.
An der beweglichen Formplatte 7 befinden sich Formkerne 9, die mit Kavitäten 10 in der ortsfesten Formplatte 6 zusammenwirken, um einen Formraum zum Herstellen eines nicht näher gezeigten Spritzteils zu bilden. Erfindungsgemäss sind in dem Formkern 9 Heizelement 11 vorgesehen. Ebenfalls sind der Kavität 10 drei Heizelemente 12.1 bis 12.3 zugeordnet. Angedeutet ist auch, dass das Innere der Kavität 10 mit einer thermokeramischen Beschichtung 13 versehen ist, die sich sowohl auf der Oberfläche, unter der Oberfläche, wie auch hinter dem Werkzeugeinsatz befinden kann.
Sowohl in der ortsfesten Formplatte 6 als auch in der beweglichen Formplatte 7 befindet sich zumindest ein Kühlkreislauf 14. Die Funktionsweise der erfindungsgemässen Spritzgiessmaschine ist folgende:
Grundgedanke der Erfindung ist, dass die Temperatur einer Kavität bzw. eines Formkerns nicht nur über die Kühlkreisläufe und dort über die Temperatur des Kühlmediums geregelt wird, sondern mit Hilfe der Heizelemente. Wird festgestellt, dass Kavität bzw. Formkern eine zu geringe Temperatur aufweisen, so werden die Heizelemente höher geregelt. Wird dagegen festgestellt, dass die Temperatur in der Kavität bzw. am Formkern zu hoch ist, wird die überschüssige Wärme durch den Kühlkreislauf abgeführt. Beispielsweise wird hierzu die Zirkulation im Kühlkreislauf erhöht oder die Temperatur des Kühlmediums erniedrigt.
Ziel ist es, Druck- und Temperaturverhältnisse in der bzw. den Kavitäten 10 konstant zu halten.
Nach dem umgekehrten Prinzip (heisses Werkzeug/kalte Schmelze) kann auch das Spritzgiessen von Duroplasten, Elastomeren und Silikonschmelzen mit Hilfe von wärmeabführenden Methoden geregelt werden. Hierzu können anstelle der Heizelemente gekühlte Formkerne oder wärmeabführende Metalleinsätze verwendet werden.
In Figur 2 ist ein weiteres erfindungsgemässes Verfahren angedeutet. Hierbei handelt es sich um einen geschlossenen Regelkreis, wobei der Druck p und die Temperatur T im Formraum ermittelt werden. Des weiteren wird über ein Instrument 15 das Spritzteil selbst begutachtet. Beispielsweise erfasst das Instrument 15 die Dimension des Spritzteils, seine Oberflächenbeschaffenheit oder auch seine Farbe, wobei die entsprechenden Werte zu einer Regelung 16 gelangen und dort mit gespeicherten Referenzwerten verglichen werden, genau so wie die Temperatur und der Druck in der Kavität. Über das Ergebnis dieser vergleichenden Betrachtung erfolgt dann eine entsprechende Signalabgabe an eine Maschinensteuerung 17, mit der wiederum der Spritzgiessprozess und insbesondere die Temperatur der Schmelz- und der Formplatten und der Einspritzdruck geregelt wird. Es findet somit eine Regelung nicht nur relativ über konstante Druck- und Temperaturverhältnisse statt, sondern auch absolut über bestimmte Beschaffenheiten der Spritzteile.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Regeln der Herstellung von Spritzteilen in einem Spritzwerkzeug (5) mit einer Kavität (10) und gegebenenfalls einem Formkern (9) einer Spritzgiessmaschine, wobei die Temperatur des Werkzeuges (5) geregelt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kavität (10) und/oder der Formkern (9) direkt erwärmt oder gekühlt wird/werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass überschüssige Wärme durch einen oder mehrere Kühlkreisläufe (14) im Werkzeug (5) abgeführt wird.
3. Verfahren zum Regeln der Herstellung von Spritzteilen in einem Spritzwerkzeug (5), dadurch gekennzeichnet, dass in einem Regelkreislauf zumindest teilweise das Spritzteil optisch mit entsprechenden Instrumenten (15) betrachtet und das Ergebnis der Betrachtung mit Referenzen verglichen und daraus Signale für eine Maschinensteuerung (17) abgeleitet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Dimension und/oder Oberflächenbeschaffenheit und/oder Farbe des Spritzteiles ermittelt wird/werden.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung mit einem Scanner, einer CCD-Kamera od. dgl. erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass Druck- und Temperaturwerte (p, T) in der Kavität (10) in die Regelung mit einbezogen werden.
7. Spritzgiessmaschine zum Herstelllen von Spritzteilen in einem Spritzwerkzeug (5) mit einer Kavität (10) und gegebenenfalls einem Formkern (9), dadurch gekennzeichnet, dass der Kavität (10) und/oder dem Formkern (9) Heiz- oder Kühlelemente (11 , 12.1 - 12.3) zugeordnet sind bzw. die Kavität (10) und/oder der Formkern (9) eine thermokeramische Beschichtung (13) aufweist.
8. Spritzgiessmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Spritzgiesswerkzeug (5) eine oder mehrere Temperierkreisläufe (14) vorgesehen sind.
9. Spritzgiessmaschine zum Herstellen von Spritzteilen in einem Spritzwerkzeug (5) mit einer Kavität (10) und gegebenenfalls mit einem Formkern (9), dadurch gekennzeichnet, dass dem Spritzgiesswerkzeug (5) ein Instrument (15) zum optischen Betrachten des Spritzteils zugeordnet und dieses mit einer Referenzwerte beinhaltenden Regelung (16) verbunden ist, welche eine Maschinensteuerung (17) anspricht.
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