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DE10215946B4 - Rheological measuring device for an injection molding machine - Google Patents

Rheological measuring device for an injection molding machine Download PDF

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DE10215946B4 DE2002115946 DE10215946A DE10215946B4 DE 10215946 B4 DE10215946 B4 DE 10215946B4 DE 2002115946 DE2002115946 DE 2002115946 DE 10215946 A DE10215946 A DE 10215946A DE 10215946 B4 DE10215946 B4 DE 10215946B4
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Abstract

Rheologische Messeinrichtung für eine Spritzgießmaschine, mit mindestens einem Messkanal für die aus der Einspritzdüse der Spritzgießmaschine ausgetriebene Spritzgießmasse sowie einer den Druckverlust der Spritzgießmasse in Messkanal-Strömungsrichtung ermittelnden Drucksensorik, gekennzeichnet durch einen mobilen, selektiv an das Auslassende der Einspritzdüse (5) andockbaren, den Messkanal (14) und die Drucksensorik (16, 17) enthaltenden Messwertgeber (9).Rheological measuring device for an injection molding machine, with at least one measuring channel for the injection molding compound expelled from the injection nozzle of the injection molding machine and a pressure sensor system that determines the pressure loss of the injection molding compound in the measuring channel flow direction, characterized by a mobile measuring channel that can be selectively docked to the outlet end of the injection nozzle (5) (14) and the pressure sensor (16, 17) containing transducer (9).

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine rheologische Messeinrichtung für eine Spritzgießmaschine, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a rheological measuring device for an injection molding machine, after the preamble of claim 1.

Um in Verbindung mit Spritzgießanlagen die rheologischen Daten der Spritzgießmasse etwa bei einem Chargenwechsel oder auch mehrmals innerhalb ein- und derselben Materialcharge zu ermitteln, werden entweder externe Messeinrichtungen verwendet, mit denen die rheologisch signifikanten Prozessparameter simuliert werden müssen, was einen hohen -Mess- und insbesondere Bauaufwand erfordert, oder das Fließverhalten der Spritzgießmasse wird, wie aus der EP 1 166 994 A1 bekannt, nach der In-Line-Methode in der Weise gemessen, dass die Einspritzdüse selbst als Messwerfgeber mit Messkanal und zugeordneter Drucksensorik ausgebildet wird, mit der Folge, dass der Düsenkanal nach rheometrischen Gesichtspunkten und daher nicht einspritzoptimal gestaltet und die Drucksensorik unter Beeinträchtigung der Messempfindlichkeit auf die hohen Einspritzdrücke des Einspritzaggregats ausgelegt sein muss und darüberhinaus für jede Spritzgießmaschine eine eigene Messeinrichtung benötigt wird. Eine ebensolche Vorrichtung ist auch aus der DE 693 08 539 T2 bekannt.In order to determine the rheological data of the injection molding compound in connection with injection molding systems, for example when changing batches or even several times within one and the same material batch, either external measuring devices are used with which the rheologically significant process parameters have to be simulated, which is a high measurement and especially Construction effort required, or the flow behavior of the injection molding compound, as from the EP 1 166 994 A1 Known, measured according to the in-line method in such a way that the injection nozzle itself is designed as a transducer with a measuring channel and associated pressure sensor system, with the result that the nozzle channel is designed according to rheometric criteria and therefore not optimal for injection, and the pressure sensor system has an adverse effect on the measuring sensitivity must be designed for the high injection pressures of the injection unit and, moreover, a separate measuring device is required for each injection molding machine. A similar device is also from the DE 693 08 539 T2 known.

Aus der DE 197 15 630 C2 ist eine Vorrichtung zur Bestimmung rheologischer Werkstoffdaten von vernetzenden Stoffen wie Duroplasten mit Messkanal und Drucksensorik bekannt, die an einen Auslasskanal einer Werkzeugmaschine angekoppelt wird, und bei der über die Gestaltung einer an einem Austrittsen de der Vorrichtung vorgesehen Austrittsdüse der tatsächliche Werkzeugwiderstand simuliert werden kann.From the DE 197 15 630 C2 A device for determining rheological material data of crosslinking substances such as thermosets with measuring channel and pressure sensor system is known, which is coupled to an outlet channel of a machine tool, and in which the actual tool resistance can be simulated via the design of an outlet nozzle provided at an outlet end of the device.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Messeinrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, dass auf bauliche einfache Weise und ohne konstruktive Änderungen der Einspritzdüse eine exakte Messung der rheologischen Daten der Spritzgießmasse zu erzielen ist.The object of the invention is a To design the measuring device of the type mentioned at the outset in such a way that in a structurally simple manner and without constructive changes the injector an exact measurement of the rheological data of the injection molding compound to achieve.

Diese Aufgabe wird erindungsgemäß durch eine Messeinrichtung mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöstAccording to the invention, this task is accomplished by a Measuring device with the features specified in claim 1 solved

Bei der erfindungsgemäßen Messeinrichtung gelangt die Spritzgießmasse im gleichen rheologischen Zustand wie während des Einspritzvorgangs unmittelbar von der Einspritzdüse in den Messwertgeber, so dass, die bei externen Messeinrichtungen vor der eigentlichen Messstrecke sonst erforderliche, baulich aufwändige Prozesssimulation entfällt, während die Einspritzdüse selbst konstruktiv unverändert bleiben, also ohne Rücksicht auf rheometrische Gesichtspunkte einspritzoptimal gestaltet werden kann, wobei eine weitere Verringerung des messtechnischen Aufwands dadurch erzielt wird, dass der Messwertgeber erfindungsgemäß für mehrere Spritzgießmaschinen gemeinsam verwendbar ist.In the measuring device according to the invention gets the injection molding compound in the same rheological state as during the injection process immediately from the injector in the transmitter, so that before external measuring devices the actual measuring section otherwise required, structurally complex process simulation does not apply while the injector remain structurally unchanged, without consideration can be designed to be optimally injected based on rheometric criteria can, with a further reduction in the metrological effort is achieved in that the sensor according to the invention for several injection molding machines can be used together.

Im Hinblick auf eine fertigungstechnisch einfache Ausgestaltung des Messwertgebers besteht dieser vorzugsweise aus einer mit der Drucksensorik versehenen Ober- und einer mit dieser den Messkanal begrenzenden Unterplatte. Aufgrund dieser Bauweise lässt sich die Messkanalgeometrie dadurch problemlos an unterschiedliche Maschinentypen anpassen, dass für die Oberplatte mehrere, an dieser jeweils auswechselbar befestigte und an der oberplattenseitigen Kontaktfläche entsprechend der jeweils geforderten, im Allgemeinen flachschlitzförmigen Kanalgeometrie genutete Unterplatten vorgesehen sind.With regard to a manufacturing technology simple design of the transmitter preferably consists consisting of an upper and a pressure sensor lower plate delimiting the measuring channel. Because of this design let yourself the measuring channel geometry can therefore be easily applied to different machine types customize that for the top plate several, each interchangeably attached to this and on the top plate-side contact surface corresponding to the respective required, generally flat-slot-shaped channel geometry Subplates are provided.

Für eine aussagefähige theologische Untersuchung der Spritzgießmasse muss die Messung mit mindestens zwei unterschiedlichen Volumenströmen durchgeführt werden. Dies lässt sich mit der erfindungsgemäßen Messeinrichtung in besonders einfacher Weise durch eine automatische Veränderung der Vorschubgeschwindigkeit der Plastifizierschnecke während des Andockens des Messwertgebers erreichen. Um einer temperaturbedingten Verfälschung des Messergebnisses auf dem Weg der Spritzgießschmelze zwischen Einspritzdüse und Drucksensorik wirksam zu begegnen, ist der Messwertgeber vorzugsweise mit einer diesen auf Prozesstemperatur haltenden Heizeinrichtung und/oder mit einem Temperaturfühler zur Temperaturmessung der den Messkanal passierenden Spritzgießschmelze versehen.For a meaningful one Theological investigation of the injection molding compound must include measurement with at least two different volume flows can be carried out. This leaves yourself with the measuring device according to the invention in a particularly simple manner by automatically changing the Feeding speed of the plasticizing screw during the Reach the transducer docking. To a temperature-related adulteration the measurement result on the way of the injection molding melt between the injection nozzle and pressure sensor system To counteract effectively, the transmitter should preferably be equipped with a this heating device maintaining the process temperature and / or with a temperature sensor for measuring the temperature of the injection molding melt passing through the measuring channel.

Das Andocken und Abkoppeln des Messwertgebers an bzw. von der Einspritzdüse wird dadurch wesentlich vereinfacht, dass der Messwertgeber zwischen die Angussöffnung des Formwerkzeugs und die Einspritzdüse der Spritzgießmaschine einsetzbar ist, wobei der Messkanal auslassseitig ins Freie mündet, also unter Umgebungsdruck steht. Dies hat den Vorteil, dass zum einen nur ein einziger, einlassseitig des Messkanals angeordneter Druckaufnehmer zur Ermittlung des Druckverlusts der Spritzgießmasse im Messkanal erforderlich ist und dass zum anderen die Spritzgießmasse während des Messvorgangs nicht mit dem Formwerkzeug in Kontakt kommt und dann in umständlicher Weise wieder entfernt werden muss. Die Auswertung des Messergebnisses für den sich an den Messvorgang anschließenden Spritzgießprozess erfolgt in besonders bevorzugter Weise durch automatische Verarbeitung der vom Messwertgeber ermittelten, rheologischen Daten in der Maschinensteuerung.Docking and uncoupling the transmitter to or from the injector is significantly simplified in that the transmitter between the gate of the mold and the injection nozzle of the injection molding machine can be used is, where the measuring channel opens on the outlet side, so is under ambient pressure. This has the advantage that, on the one hand only a single pressure sensor arranged on the inlet side of the measuring channel required to determine the pressure loss of the injection molding compound in the measuring channel and that on the other hand the injection molding compound is not during the measuring process comes into contact with the molding tool and then in awkward Way must be removed again. The evaluation of the measurement result for the injection molding process following the measuring process is carried out in a particularly preferred manner by automatic processing of the rheological data determined by the sensor in the machine control.

Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen in stark schematisierter Darstellung:The invention will now be described using an exemplary embodiment in conjunction with the drawing nations explained in more detail. These show in a highly schematic representation:

1 einen zwischen Einspritzdüse und Formwerkzeug einer Spritzgießmaschine eingesetzten Messwertgeber nach der Erfindung im Längsschnitt; und 1 a between the injection nozzle and mold of an injection molding machine transmitter according to the invention in longitudinal section; and

2 den Messwertgeber nach 1 im Querschnitt mit einer zur Änderung der Messkanalgeometrie modifizierten Austauschplatte. 2 the transmitter 1 in cross-section with a replacement plate modified to change the measurement channel geometry.

Die in 1 ausschnittsweise dargestellte Spritzgießmaschine enthält in üblicher Weise ein an einer festsehenden Formaufspannplatte 1 befestigtes Werkzeugteil 2 sowie einen Plastifizierzylinder 3 mit einer Plastifizierschnecke 4 und einer Einspritzdüse 5, welche während des Spritzgießprozesses durch entsprechende Hubsteuerung des Plastifizierzylinders 3 gegen die Angussöffnung 6 des Werkzeugteils 2 verfahren wird, woraufhin die im Schneckenvorraum 7 befindliche Polymerschmelze infolge der dann eingeleiteten Vorschubbewegung der Plastifizierschnecke 4 über den Düsenkanal 8 und die Angussöffnung 6 in die Formkavität des Formwerkzeugs eingespritzt wird.In the 1 Injection molding machine shown in sections contains in the usual way one on a fixed platen 1 attached tool part 2 and a plasticizing cylinder 3 with a plasticizing screw 4 and an injector 5 which during the injection molding process by appropriate stroke control of the plasticizing cylinder 3 against the gate 6 of the tool part 2 is moved, whereupon the in the snail vestibule 7 polymer melt located due to the then initiated feed movement of the plasticizing screw 4 over the nozzle channel 8th and the gate 6 is injected into the mold cavity of the mold.

Zur Messung der rheologischen Daten der Schmelze wird ein insgesamt mit 9 bezeichneter Messwertgeber mit einer Montageplatte 10 vor der Angussöffnung 6 an die Formaufspannplatte 1 angesetzt. Der Messwertgeber 9 besteht aus einer Ober- und einer mit dieser verschraubten Unterplatte 11, 12. Die Unterplatte 12 ist mit einer in ihre oberplattenseitige Deckfläche eingefrästen und anschließend exakt vermessenen Längsnut 13 versehen, derart, dass die beiden Platten 11, 12 im zusammengebauten Zustand einen im Querschnitt flach rechteckförmigen, auf die Größe des Spritzaggregats 3, 4, 5 abge stimmten Messkanal 14 begrenzen, welcher einlassseitig an eine an dem dem Messkanal 14 gegenüberliegenden Ende formgleich zur Angussöffnung 6 ausgebildete Übergangsbohrung 15 in der Oberplatte 11 angeschlossen ist und auslassseitig ins Freie mündet. An der Oberplatte 11 befindet sich ferner eine Drucksensorik in Form zweier, in Messkanal-Strömungsrichtung voneinander beabstandeter Druckaufnehmer 16, 17 sowie ein Temperaturfühler 18 zur Temperaturmessung der den Messkanal 14 durchströmenden Polymerschmelze. Auf den auslassseitigen Druckaufnehmer 17 kann gegebenenfalls verzichtet werden und stattdessen der Druckverlust der Schmelze mit dem Umgebungsdruck als unterer Druckwert berechnet werden.In order to measure the rheological data of the melt, a measuring transducer, designated overall by 9, with a mounting plate is used 10 in front of the gate 6 to the platen 1 stated. The sensor 9 consists of an upper and a lower plate screwed to this 11 . 12 , The lower plate 12 is milled into its top surface on the top side and then precisely measured longitudinal groove 13 provided such that the two plates 11 . 12 in the assembled state a flat rectangular in cross section, to the size of the injection unit 3 . 4 . 5 coordinated measuring channel 14 limit which one on the inlet side to the one on the measuring channel 14 opposite end of the same shape as the sprue opening 6 trained transition bore 15 in the top plate 11 is connected and leads to the outside on the outlet side. On the top plate 11 there is also a pressure sensor system in the form of two pressure sensors spaced apart from one another in the measuring channel flow direction 16 . 17 as well as a temperature sensor 18 for temperature measurement of the measuring channel 14 flowing polymer melt. On the outlet side pressure sensor 17 can optionally be dispensed with and instead the pressure loss of the melt can be calculated with the ambient pressure as the lower pressure value.

Nach der Befestigung des Messwertgebers 9 an der Formaufspannplatte 1 wird das Spritzgießaggregat 3, 4, 5 mit der Einspritzdüse 5 kraftbegrenzt gegen die zur Angussöffnung 6 koaxial ausgerichtete Einlassöffnung der Übergangsbohrung 15 verfahren und anschließend die unter Prozessbedingungen in den Schneckenvorraum 7 geförderte Kunststoffschmelze durch die Vorschubbewegung der Schnecke 4 über die Einspritzdüse 5 und den Messkanal 14 ins Freie gespritzt, wobei der Messwertgeber 9 durch eine – nicht gezeigte – Heizeinrichtung auf Prozesstemperatur gehalten wird. Gleichzeitig werden die rheologisch relevanten Daten, also die Druck- und Temperatursignale der Sensoren 16, 17, 18 sowie die Wegsignale der Plastifizierschnecke 4 erfasst. Durch mehrere Einspritzgeschwindigkeiten der Plastifizierschnecke 4 werden unterschiedliche Volumenströme im Messkanal 14 erzeugt und so zumindest einige, für den Spritzgießprozess wichtige Messpunkte auf der Materialfließkurve der Schmelze ermittelt. Diese rheologischen Daten können dann automatisch ausgewertet und nach dem Entfernen des Messwertgebers 9 im nachfolgenden Spritzgießprozess auf dem Weg über die Maschinensteuerung zur Korrektur der Prozessparameter weiterverarbeitet werden.After attaching the transmitter 9 on the platen 1 becomes the injection molding unit 3 . 4 . 5 with the injector 5 limited force against the gate opening 6 coaxially aligned inlet opening of the transition bore 15 and then into the screw antechamber under process conditions 7 conveyed plastic melt by the feed movement of the screw 4 via the injector 5 and the measuring channel 14 sprayed outdoors, with the transmitter 9 is kept at process temperature by a heating device (not shown). At the same time, the rheologically relevant data, i.e. the pressure and temperature signals from the sensors 16 . 17 . 18 as well as the path signals from the plasticizing screw 4 detected. Through multiple injection speeds of the plasticizing screw 4 different volume flows in the measuring channel 14 generated and thus determined at least some measuring points important for the injection molding process on the material flow curve of the melt. This rheological data can then be evaluated automatically and after the sensor is removed 9 in the subsequent injection molding process on the way via the machine control to correct the process parameters.

Der beschriebene Messwertgeber 9 gestattet ferner eine einfache Anpassung des Messkanalquerschnitts an unterschiedliche Maschinentypen. Zu diesem Zweck kann die Unterplatte 12 gegen zumindest eine weitere Unterplatte 12' (2) ausgewechselt werden, welche auf der Oberseite mit einer ebenfalls flach rechteckförmigen, im Querschnitt jedoch auf einen anderen Spritzgießmaschinentyp abgestimmten Nut 13 versehen und im Übrigen baugleich zur Unterplatte 12 ausgebildet ist. Nach dem Austausch der Unterplatten 12, 12' besitzt der Messwertgeber 9 einen veränderten Messkanalquerschnitt und ist in ansonsten gleicher Weise für einen anderen Maschinentyp verwendbar.The sensor described 9 also allows easy adjustment of the measuring channel cross-section to different machine types. For this purpose, the lower plate 12 against at least one other subplate 12 ' ( 2 ) are replaced, which on the upper side also has a flat, rectangular-shaped groove, but the cross-section is matched to another type of injection molding machine 13 provided and otherwise identical to the base plate 12 is trained. After replacing the lower plates 12 . 12 ' the transmitter has 9 a modified measuring channel cross-section and can otherwise be used for another machine type.

Claims (8)

Rheologische Messeinrichtung für eine Spritzgießmaschine, mit mindestens einem Messkanal für die aus der Einspritzdüse der Spritzgießmaschine ausgetriebene Spritzgießmasse sowie einer den Druckverlust der Spritzgießmasse in Messkanal-Strömungsrichtung ermittelnden Drucksensorik, gekennzeichnet durch einen mobilen, selektiv an das Auslassende der Einspritzdüse (5) andockbaren, den Messkanal (14) und die Drucksensorik (16, 17) enthaltenden Messwertgeber (9).Rheological measuring device for an injection molding machine, with at least one measuring channel for the injection molding compound expelled from the injection nozzle of the injection molding machine as well as a pressure sensor system that determines the pressure loss of the injection molding compound in the measuring channel flow direction, characterized by a mobile, selective to the outlet end of the injection nozzle ( 5 ) dockable, the measuring channel ( 14 ) and the pressure sensor system ( 16 . 17 ) containing transmitter ( 9 ). Rheologische Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertgeber (9) aus einer mit der Drucksensorik (16, 17) versehenen Ober- und einer mit dieser den Messkanal (14) begrenzenden Unterplatte (11, 12) besteht.Rheological measuring device according to claim 1, characterized in that the sensor ( 9 ) from one with the pressure sensor system ( 16 . 17 ) provided upper and one with this the measuring channel ( 14 ) limiting subplate ( 11 . 12 ) consists. Rheologische Messeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für unterschiedliche Kanalgeometrien mehrere, jeweils auswechselbar an der Oberplatte (12) befestigte und an der an dieser anliegenden Kontaktfläche entsprechend der jeweiligen Kanalgeometrie schlitzförmig genutete Unterplatten (12, 12') vorgesehen sind.Rheological measuring device according to claim 2, characterized in that for different channel geometries several, each interchangeable on the top plate ( 12 ) attached and slotted on the contact surface on this contact surface according to the respective channel geometry 12 . 12 ' ) are provided. Rheologische Messeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Anfahren unterschiedlicher Volumenströme die Vorschubgeschwindigkeit der Plastifizierschnecke (4) während des Andockens des Messwertgebers (9) automatisch veränderbar ist.Rheological measuring device according to one of the preceding claims, characterized shows that the feed rate of the plasticizing screw ( 4 ) while docking the sensor ( 9 ) can be changed automatically. Rheologische Messeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine den Messwertgeber (9) auf Prozesstemperatur haltende Heizeinrichtung.Rheological measuring device according to one of the preceding claims, characterized by a sensor ( 9 ) Heating device maintaining process temperature. Rheologische Messeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertgeber (9) mit einem Temperaturfühler (18) zur Temperaturmessung der den Messkanal (14) passierenden Spritzgießmasse versehen ist.Rheological measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring value transmitter ( 9 ) with a temperature sensor ( 18 ) for temperature measurement of the measuring channel ( 14 ) passing injection molding compound is provided. Rheologische Messeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertgeber (9) zwischen die Angussöffnung (6) des Formwerkzeugs (2) und die Einspritzdüse (5) der Spritzgießmaschine einsetzbar und mit einem auslassseitig ins Freie mündenden Messkanal (14) versehen ist.Rheological measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring value transmitter ( 9 ) between the gate opening ( 6 ) of the mold ( 2 ) and the injector ( 5 ) of the injection molding machine can be used and with a measuring channel opening to the outlet ( 14 ) is provided. Rheologische Messeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch automatische Verarbeitung der vom Messwertgeber (9) ermittelten, rheologischen Daten in der Maschinensteuerung.Rheological measuring device according to one of the preceding claims, characterized by automatic processing of the data from the sensor ( 9 ) determined, rheological data in the machine control.
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