DE2940152C2

DE2940152C2 - Verfahren zum Einstellen des Rückdruckes einer drehbaren und durch eine Hydraulikeinrichtung verschiebbaren Schnecke einer Kunststoff-Spritzgießmaschine sowie Einspritzeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2940152C2
Application number: DE2940152A
Authority: DE
Inventors: Hideo Mishima Shizuoka Banzai; Shigeru Numazu Shizuoka Fujita; Takashi Numazu Shizuoka Goto
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1978-10-05
Filing date: 1979-10-03
Publication date: 1986-09-25
Also published as: US4256678A; JPS6260252B2; DE2940152A1; GB2035879A; GB2035879B; JPS5549238A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen des Rückdruckes einer drehbaren und durch eine Hydraulikeinrichtung verschiebbaren Schnecke einer Kunststoff-Spritzgießmaschine, entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE-OS 23 36 529 und der Zeitschrift »Kunststoffe-Plastics« 1973, Heft 5, Seite 31, 32 ist es bekannt, die Einstellung des Staudrucks bzw. Rückdrucks während des Plastifizierhubs der Schnecke so auszuführen, daß mindestens zwei an der Programmeinheit bzw. an einem Bedienungstableau eingestellte Drucksollwerte in LJbereinstmmung mit den zurückgelegten Schnckken-lstwegen. gemessen durch einen Weg-Istwertgeber, mit an der Programmiereinheit b/w. am Bedienungstableau eingestellten Schnecken-Sollwegen durch Betätigung eines Servoventils mittels eines Druckreglers die Änderung des Hydraulikdi uckes in der Hydraulikleitung zum Schneckenzylinder zur Einstellung des gewünschten Stau- bzw. Rückdrucks der Schnecke bewirken.

Bei der Vorrichtung nach der DE-OS 23 36 529 unterscheiden sich die erforderlichen Steuerprogramme cnisprechend den zu verarbeitenden Kunststoffen oder den Dosierhüben, d. h. entsprechend der Änderung der effektiven Länge der Schnecke während des Plasiifizierens, so daß es notwendig ist, die Programmfunklion für den Schneckenrückdruck zusätzlich einzustellen. Dies bedeutet, daß die Regelung durch Änderung einer Vielzahl von einstellbaren Hydraulikventilen für den Rückdruck vorgenommen wtxden kann und daß elektrisch regelbare Hydraulikventile erforderlich sind, mit denen der hydraulische Druckpegel zusätzlich durch elektrisehe Signale eingestellt werden kann. Des weiteren ist ein Regler erforderlich, der die zusätzliche Einstellung einer Vielzahl von hydraulischen Druckpegeln und Druckänderungspositionen ermöglicht. Es erfolgt hierbei eine gestufte Staudruck- bzw. Rückdruckregelung.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, daß ein mit dem Stand der Technik vergleichbarer Plastifizierverlauf bei verkürzter Zykluszeit mit einer einfacheren Einrichtung erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Einstellung des Rückdrucks längs des gesamten Rückhubweges der Schnecke abwechselnd nach einer vorgegebenen Folge vom ersten Druckwert auf den zweite Druckwert und wieder auf den ersten Druck weil umgeschaltet wird.

In weiterer verfahrensmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist die vorgegebene Einwirkzeit des zweiten Druckwertes kürzer als die des ersten Druckwertes.
Die Einspritzeinrichtung zur Durchführung des Vcrfahrens umfaßt einen Plastifizierzylinder, eine in diesem drehbare und durch eine Hydraulikeinrichtung verschiebbare Schnecke, einen Vergleicher zum Vergleich der von einem Detektor gemessenen Istwerte des Rückhubweges der Schnecke mit an einer Vorcinslelleinrichtung entsprechend vorgewählten Stellen des Rückhubweges eingestellten Sollwerten und Abgabe eines Ausgangssignals bei Übereinstimmung der Istwerte mit den eingestellten Sollwerten sowie eine Ventilanordnung zum Einstellen der unterschiedlichen Druckwerte für den Rückdruck der Schnecke in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Vergleichers. Die Einspritzeinrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß die Ventilanordnung ein erstes und ein zweites Druckregelventil zum Einstellen des ersten bzw. zweiten Druckwertes für den Rüekdruck sowie ein Umschaltventil aufweist, welches das erste und das zweite Druckregelventil in Übereinstimmung mit dem Ausgangssignal des Vergleichers schaltet.
Gegenüber der bekannten Vorrichtung aus der DE-OS 23 36 529 wird bei der erfindungsgemäßen Einspritzeinrichtung der Staudruck bzw. Rückdruck durch das Aufschalten der Druckregelventile b/w. durch Einstellen des Proportionalventils eingestellt bzw. gesteuert, nicht jedoch geregelt, da keine Rückführung des tatsächlich im Hydraulikzylinder der Plastifizierschnckke vorliegenden Istwertes des Staudrucks zur Druckcinstellvorrichtung vorhanden ist. Die Einstellung des Staudrucks erfolgt in der Weise, daß die eingestellten Druck-

Sollwerte, eingestellt an den Druckregelventilen in Übereinstimmung mit den zurückgelegten Schnecken-Istwegen, gemessen durch einen Detektor, mit in den Voreinstelleinrichtungen eingestellten Schneckensollwegen durch Betätigung eines Umschaltventils bzw. durch Ansteuerung des Proportionalventils mittels der Schalteinrichtung die Änderung des Hydraulikdruckes in der Hydraulikleitung zum Schneckenzylinder zur Einstellung des gewünschten Staudrucks bewirken.

Mit der Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß mit nur zwei Staudrücken eine Druckregelung entsprechend einer Anzahl von drei oder vier unterschiedlichen Staudrücken erhalten wird, indem der erste und zweite Staudruck nach Bedarf der Schnecke alternierend eingeschaltet wird.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von zwei zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen einer Einspritzeinrichtung gemäß der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 — die schematische Ansicht einer Einspritzeinrichtung,

F i g. 2 -- in einem Diagramm die Beziehung zwischen dem Rückdruck und der Position der Schnecke der Spritzgießmaschine nach Fig. 1,

Fig.3 — in einem Diagramm das Ergebnis von ausgeführten Tests nach dem oben beschriebenen Verfahren und nach einem bekannten Verfahren, und

Fig.4 — eine Blockdarstellung einer anderen Ausführungsform der Einspritzeinrichtung.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 wird ein Rohmaterial, wie beispielsweise ein thermoplastisches Harz, von einem Behälter 1 in einen beheizbaren Schneckenzylinder 2 eingeleitet, wobei der Behälter 1 an dem Schneckenzylinder 2 einer Schnecken-Spritzgießmaschinc befestigt ist.

Der Schneckenzylinder 2 wird durch eine elektrische Heizung 3, die auf der äußeren Oberfläche des Schnekkcnzylinders 2 befestigt ist, aufgeheizt und die Heiztemperalur wird durch nicht dargestellte Einstelleinrichtungen geregelt. Innerhalb des Schneckenzylinders 2 befindet sich eine Schnecke 4, die durch einen Hydraulikzylinder 5 hin- und herbewegt und durch einen Hydraulikmotor 6 in Drehung versetzt wird. Ein elektromagnetisches Durchflußregelventil 7 ist in Reihe mit dem Hydraulikmotor 6 verbunden, urn die Durchflußmengs von unter Druck stehendem Hydrauliköl zu regeln, die den Hydraulikmotor 6 betätigt, wodurch die Drehgeschwindigkeit der Schnecke 45 geregelt wird.

Ein erstes und ein zweites Druckregelventil 8 und 9 sind mit dem Hydraulikzylinder 5 verbunden, um einen Rückdruck während des Normalbetriebs und einen Rückdruck zur Kompensation der Schmelztemperatur des Rohmaterials einzustellen, um eine gleichförmige Temperaturverteilung nach dem Plastifizierungsvorgang zu erhalten. Ein Umschaltventil 10, zwischen den Druckregclventilen 8 und 9 und der Hydraulikzylinder 5 geschaltet, wird betätigt, um den Schaltkreis der Druckregelventile 8 und 9 zu schalten.

Eine Vorstelleinrichtung 11 dient zum Einstellen der Positionen, an denen der Rückdruck der Schnecke 4 geändert werden soll und zwei oder mehrere Positionen können je nach Bedarf in dieser Voreinstelleinrichtung 11 für die einzelnen Positionen eingestellt werden. Die Stellung der Schnecke 4 während ihrer Bewegung wird kontinuierlich durch einen Detektor 13 festgestellt. Der Detektor 13 wird durch die Schnecke 4 angetrieben und umfaßt ein nicht gezeigtes Potentiometer, das ein Signal entsprechend der jeweiligen Schneckenposition erzeugt. Dieses Signal wird einem Vergleiclier 12 zugeführt, der das Signal des Potentiometers des Detektors 13 mit einem Signal von der Voreinstelleinrichtung 11 vergleicht und zu dem Zeitpunkt ein Signal erzeugt, in welchem die beiden Signale übereinstimmen, wodurch das Umschaltventil 10 geschaltet wird, um den Rückdruck der Schnecke 4 zu regeln.

Die Arbeitsweise der in Fig. 1 geeig'en Einrichtung wird unter Bezugnahme auf F i g. 2 beschrieben,
ίο Wenn der Plastifizierungsvorgang für das Harz beginnt, wird der Rückdruck der Schnecke 4 auf einen Druck Pi (F i g. 2) eingestellt, mit dem das Harz während eines üblichen Plastfizierungsvorgangs beaufschlagt wird, wobei sich die Schnecke 4 dreht und zurückbewegt wird. Wenn die Schnecke 4 eine Position x\ erreicht, die durch die Voreinstelleinrichtung 11 voreingestellt ist, wird ein Signal von dem Vergleicher 12 dem Umschaltventil 10 zugeführt, um das erste Druckregelventil 8 zu dem zweiten Druckregelventil 9 zuzuschalten, wodurch der Rückdruck P\ der Schnecke in einen Rückdruck Pi zur Kompensation der Schmelztemperatur geändert wird. Dann wird der Harzplastifizierungsprozeß fortgesetzt bis die Schnecke 4 eine Position χι erreicht, die gleichfalls durch die Voreinstelleinrichtung 11 unter dem Rückdruck Pi vorgegeben ist. Nach dem Erreichen der Position x₂ wird von dem Vergleicher 12 ein Signal erzeugt, um das Umschaltventil 10 neuerlich zu schalten, so daß sich der Rückdruck P₂ in den Rückdruck P\ ändert. Sobald die Schnecke 4 eine Position Xi erreicht und ein Signal des Potentiometers des Detektors 13 mit demjenigen Signal von der Voreinstelleinrichtung 11 übereinstimmt, wird von dem Vergleicher 12 ein Signal erzeugt, um das Umschaltventil 10 zu schalten, wodurch sich der Rückdruck der Schnecke 4 von P] nach Pi ändert. Der Harzplastifizierungsvorgang wird noch unter dem Druck P2 fortgeführt, bis die Schnecke 4 die Position xt erreicht. Nach Erreichen der Position x* wird der Druck Pi wieder in den Druck P\ geändert, und wenn die Schnecke 4 die Endposition Ais erreicht, ist der Harzplastifizierungsvorgang beendet.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, wird der gegenüber dem Druck P\ höhere Druck P2 an das Harz für eine Zeit angelegt, die erheblich kürzer ist als diejenige, während der der Druck ^pi herrscht. Dadurch können die Nacht°i-Ie, wie voranstellend beschrieben, bewirkt durch den Anstieg des Rückdrucks bei einem bekannte Verfahren in einer bekannten Vorrichtung reduziert werden.

Fig. 3 zeigt das Ergebnis von Untersuchungen, bei welchen vier Arten von Rückdrücken angelegt wurden, um den normalen Rückdruck der Schnecke zu kompensieren. Diese Tests wurden beim Plastifizieren von Polypropylen mit einer Schnecke ausgetragen, die einen Durchmesser von 50 mm und einen Hub von 250 rnm besaß, wobei die Schnecke mit 150 U/min bei einer Schneckenzylindertemperatur von 220⁰C rotierte. Die Temperaturverteilungen des Polypropylens in diesen Tests wurden durch Messung der Temperatui des Harzes erhalten, das an einem Düsenteil am vorderen Ende des Schneckenzylinders durch Vorwärtsbewegen der Schnecke mit einer extrem niedrigen Geschwindigkeit nach Vollendung des Harzplastifiziervorgangs abgelassen wurde.

Die gemessenen Temperaturverteilungen sind in F i g. j dargestellt, wobei

1. eine Kurve 21 eine Temperaturverteilung des Harzes wiedergibt, wenn der Rückdruck der Schnecke für 23 Sekunden 2 bar während des eesamten

ίο

Harzplastifizierungsprozesses betrug, wie dies durch eine Linie 32 gezeigt ist. Wie aus Kurve 21 zu ersehen ist, weist die Temperaturverteilung eine Temperaturdifferenz von 18°C auf, die zu groß ist, um einen Spritzguß auszuführen.
Eine Kurve 22 zeigt eine Temperaturverteilung des Harzes in einem Fall, in welchem der Rückdruck der Schnecke durch eine schrittweise ansteigende Linie 32 geregelt wurde. Obwohl in diesem Falle die Temperaturdifferenz so geregelt wurde, daß sie ungefähr 4°C betrug, war eine sehr lange Zeit erforderlich, um den Rückdruck zu erhöhen, und es vergingen 41 Sekunden für das Plastifizieren des Harzes, eine Zeitspanne, die zu lange ist, um in produktiver Weise das Harz zu plastifizieren. Die Kurve 22 ist ein typisches Beispiel, welches einen Nachteil des herkömmlichen Verfahrens aufzeigt.
Die Kurven 23 und 24 zeigten Temperaturverteilungen des Harzes in den Fällen, in welchen die Rückdrücke der Schnecke durch das oben beschriebene Verfahren geregelt wurden, wie dies ourch die Diagramme 33 bzw. 34 gezeigt ist. Dem Diagramm 33 ist zu entnehmen, daß der Rückdruck der Schnecke zweimal angehoben wurde, von 2 bar auf 15 bar für eine Zeitspanne, in welcher die Schnecke um 30 mm bewegt wurde. In diesem Fall wurde die Temperaturdifferenz von 6° C gemessen, und die Harzplastifizierung dauerte 33 Sekunden. Das Diagramm 34 zeigt, daß der Rückdruck viermal angehoben wurde, von 2 bar auf 15 bar für eine Zeitspanne, in der die Schnecke um 10 mm bewegt wurde. In diesem Fall wurde eine Temperturdifferenz von 8°C gemessen und die Harzplastifizierung dauerte 28 Sekunden.

Diese Plastifizierungszeiten von 33 und 28 Sekunden in beiden Fällen sind wesentlich kürzer als die 41 Sekunden im Fall 2. Die Temperaturverteilungskurve 23 ist im wesentlichen identisch mit der Kurve 22, die eine geringe Temperaturdifferenz besitzt, und der Rückdruck der Schnecke wird gemäß dem Diagramm 34 geregelt, wenn es erforderlich ist, das Harz in einer kurzen Zeit zu plastifizieren. In einem solchen Fall beträgt die Temperaturdifferenz 8° C.

F i g. 4 zeigt eine Abwandlung der Rückdruck-Regeleinheit, in Fig. 1 durch einen gstrichelten Block Zdargestellt, einer Schnecken-Spritzgießmaschine, in welcher ein elektromagnetisches Proportionaldruckregelventii 14 durch eine Einrichtung 15 zum Einstellen des Wertes des normalen Rückdruckes der Schnecke und durch eine Einrichtung 16 zur Kompensation der Schmelztemperatur geregelt wird. Des weiteren ist eine Einrichtung 17 zur Positionseinstellung vorgesehen, die den Rückdruck der Schnecke schaltet und nach Bedarf so eingestellt wird, daß zwei oder mehrere Positionen geschaltet werden können. Ein Vergleicher 18 vergleicht ein Positionssignal, erzeugt von dem Potentiometer des Detektors 13 mit einem Signal von der Schaltposition-Einstelleinrichtung 17 und wenn diese Signale übereinstimmen, wird ein Ausgangssignal des Vergleichers 18 einer Signaischalt-Einrichtung 20 zugeführt. Dann schaltet die Signaischalt-Einrichtung 20 die Positionseinstelleinrichtung 15 zu der Einrichtung 16 hinzu oder trennt sie davon und erzeugt ein Signal, um das elektromagnetische Ventil 14 zu regeln, wodurch der Rückdruck der Schnecke geregelt wird.

Für den Fachmann ist es ersichtlich, daß der Rückdruck der Schnecke als Funktion der Zeit bzw. des Hubs präzise geregelt werden kann.

Die beschriebene Einspritzeinrichtung ermöglicht es, die Temperaturverteilung des Harzes nach dem Harzplastifizierungsvorgang durch Regelung des Rückdrukkes der Schnecke im wesentlichen gleichförmig zu gestalten. Hierzu ist zusammenfassend festzustellen, daß eine Position der Schnecke kontinuierlich in Übereinstimmimg mit deren Bewegung festgestellt wird und eine Regelfunktion durch einen Rückdruck der Schnekke bestimmt wird, der kompensiert wird, indem die Harzaufheiz- und die Scherenergie berücksichtigt werden, welche die Temperaturverteilung des einzuspritzenden Harzes bestimmen. Die Arbeitsweise, insbesondere die Anzahl der Umdrehungen und der Rückdruck der Schnecke, werden auf der Basis der Schneckenposition geregelt, um die Temperaturverteilung des Harzes möglichst gleichförmig zu gestalten.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Einstellen des Rückdruckes einer drehbaren und durch eine Hydraulikeinrichtung verschiebbaren Schnecke einer Kunststoff-Spritzgießmaschine zum Erzielen einer gleichmäßigen Temperaturverteilung in dem beim Rückhub der Schnecke plastifizierten, für einen Einspritzhub im Raum vor der Schneckenspitze gespeicherten Kunststoff, bei dem der Rückhubweg der Schnecke durch einen Ist-Sollwert-Vergleich geregelt und bei dem der auf die Schnecke einwirkende hydraulische Rückdruck an vorwählbaren Stellen des geregelten Rückhubweges mindestens von einem niedrigeren ersten Druckwert auf einen höheren zweiten Druckwert und anschließend wieder auf einen niedrigeren Druckwert eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Einstellung des Rückdruckes längs des gesamten Rückhubweges der Schnecke abwechselnd nach einer vorgegebenen Folge vom ersten Druckwert auf den zweiten Druckwert und wieder auf den ersten Druckwert umgeschaltet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Einwirkzeit des zweiten Druckwertes kürzer als die des ersten Druckwertes ist.

3. Einspritzeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1 oder 2,

mit einem Plastifizierzylinder, einer in diesem drehbaren und durch eine Hydraulikeinrichtung verschiebbaren Schnecke,

mit einem Vergleicher (12; 18) zum Vergleich der von einem Detektor (13) gemessenen Istwerte des Rückhubweges der Schnecke (4) mit an einer Voreinstelleinrichtung(ll, 17) entsprechend vorgewählten Stellen des Rückhubweges eingestellten Sollwerten und Abgabe eines Ausgangssignals bei Übereinstimmung der Istwerte mit den eingestellten Sollwerten

sowie mit einer Ventilanordnung zum Einstellen der unterschiedlichen Druckwerte für den Rückdruck der Schnecke in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Vergleichers, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung ein erstes und ein zweites Druckregelventil (8, 9) zum Einstellen des ersten bzw. zweiten Druckwerts für den Rückdruck sowie ein Umschaltventil (10) aufweist, welches das erste und das zweite Druckregelventil (8; 9) in Übereinstimmung mit dem Ausgangssignal des Vergleichers (12) schaltet.