DE3631164A1 - Verfahren und einrichtung zum messen und regeln der schliesskraft einer kunststoff-spritzgiessmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen und Regeln der Schliesskraft einer Kunststoff-Spritzgiessmaschine mit zentralverstellbarem, der Schliesskrafterzeugung dienendem Kniehebelwerk, sowie eine Einrichtung zur Durchführung die­ ses Verfahrens.

Bei einem z. B. aus der DE-OS 29 10 931 bekannten Verfahren dieser Art wird bei jedem Arbeitszyklus der Istwert der Schliesskraft gemessen und mit zwei vorgewählten Toleranz­ grenzen des Sollwerts verglichen; über- bzw. unterschreitet der Istwert die eine bzw. andere dieser Toleranzgrenzen er­ folgt über einen entsprechend gesteuerten Stellmotor eine Aenderung der Formhöhe, also der Schliesskraft für den näch­ sten Zyklus. Die Aenderung erfolgt in zeitlich vorbestimmten Schritten. Diese Art der Schliesskraftregelung kann nicht nur zu einer Vielzahl von Regelschritten führen, sondern berücksichtigt auch nicht ob es sich jeweils nur um eine Ausnahmeabweichung handelt, oder tatsächlich um ein tendenz­ mässiges Herauslaufen der Schliesskraftwerte sich folgender Arbeitszyklen, aus der Toleranzzone.

Die vorliegende Erfindung schlägt demgegenüber ein Verfahren vor, bei welchem nicht jede Zufallsabweichung der Schliess­ kraft aus der Toleranzzone heraus zwangsläufig zu einer Schliesskraftänderung führen muss und wobei der Entscheid, ob eine Regelung und damit Aenderung der Einbauhöhe erfolgen soll oder nicht, nicht nach jedem Arbeitszyklus getroffen wird, wodurch eine unerwünscht hohe Zahl von Regeleingriffen vermieden wird.

Zu diesem Zweck ist das erfindungsgemässe Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens während eines Teils der Be­ triebszeit der Maschine die Schliesskraft für jeden Arbeits­ zyklus einer durch die Zahl der Zyklen vorbestimmten Be­ triebsperiode gemessen und aus den Messwerten ein mittlerer Wert berechnet wird, und dass eine Regelung nur erfolgt, wenn dieser mittlere Wert in einer Schliesskraft-Regelzone ausserhalb einer den vorgegebenen Sollwert der Schliesskraft einschliessenden Toleranzzone liegt, wobei die Regelung in Schliesskraftänderungsschritten erfolgt, und wobei für jeden auf diese Aenderungsschritte folgenden Arbeitszyklus eine Messung erfolgt und die nächste der Bestimmung des mittleren Wertes dienende Betriebsperiode erst wieder beginnt, wenn die Messung nach einem Schliesskraftänderungsschritt einen innerhalb der Toleranzzone liegenden Wert ergibt.

Es ist ohne weiteres möglich, dieses Verfahren während der ganzen Betriebszeit oder nur während der Anfahrphase oder nur während der anschliessenden, normalen Arbeitsphase (in welcher in der Maschine thermisches Gleichgewicht erreicht ist) anzuwenden. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Zahl der Arbeitszyklen pro Betriebsperiode der Anfahr­ phase kleiner zu wählen als jene der Betriebsperioden der normalen Arbeitsphase. Damit kann meist erheblich grösseren und zeitlich schneller aufeinanderfolgenden Schliesskraft­ abweichungen vom Sollwert während der Anfahrphase Rechnung getragen werden.

Die ebenfalls Erfindungsgegenstand bildende Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist relativ einfach aufgebaut; sie besitzt eine Messvorrichtung zur Messung des Schliess­ kraft-Istwertes, deren Ausgang über einen Verstärker an ein Rechenwerk angeschlossen ist und eine ebenfalls an das Re­ chenwerk angeschlossene Positionsmessvorrichtung zur Abgabe eines der Position des beweglichen Formträgers entspre­ chenden Signals, wobei der Ausgang des Rechenwerks mit einem Stellmotor zur Formhöhenverstellung verbunden ist, und wo­ bei eine an das Rechenwerk angeschlossene Programmiervor­ richtung vorgesehen ist, an welcher die Zyklenzahl pro Be­ triebsperiode, die Grösse der Toleranzzone, die Grösse der Schliesskraftänderungsschritte und der Zeitpunkt des Regel­ eingriffs durch den Stellmotor einstellbar sind.

Anhand der beiliegenden Zeichnung, die ein Ausführungsbei­ spiel der erfindungsgemässen Einrichtung zeigt, ist im fol­ genden das Verfahren nach der Erfindung beispielsweise er­ läutert.

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 schematisch eine Kunststoff-Spritzgiessmaschine mit Schliesskraft-Mess- und Regeleinrichtung nach der Erfindung, und

Fig. 2 ein Arbeitsdiagramm der Mess- und Regeleinrichtung nach Fig. 1.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Kunststoff-Spritzgiess­ maschine besitzt eine auf dem Maschinengestell 1 abgestützte feststehende Formträgerplatte 2 und eine auf Holmen 3 längs­ verschiebbar geführte bewegliche Formträgerplatte 4. Die bei­ den Formträgerplatten 2, 4 tragen je eine Formhälfte 5 a bzw. 5 b. Die bewegliche Formträgerplatte 4 ist über ein Kniehe­ belwerk 7 mit einem Gelenkschild 8 mit einer vom Gestell 1 getragenen Stütze 6 verbunden, an der ein Stellmotor 9 mon­ tiert ist.

Dieser an sich bekannte Aufbau der Spritzgiessmaschine er­ möglicht mittels des Stellmotors 9 die Zentralverstellung der Stütze 6 und damit eine Einstellung der mittels des in nicht näher dargestellter Weise antreibbaren Kniehe­ belwerks 7 in Schliesslage der Form 5 a, 5 b erzeugten Schliesskraft. Zu diesem Zweck ist der Stellmotor 9 an den Ausgang eines ein Aktivierungssignal erzeugendes Rechenwerk 10 angeschlossen, das mittels einer Programmiervorrichtung 11 programmierbar ist. An allen Kniehebeln des Kniehebel­ werks 7 sind Dehnungsmessaufnehmer 12 angebracht, deren Signale gemittelt und über einen Vorverstärker 13 und einen Wandler 14 dem Rechenwerk 10 zugeführt werden. Zwischen der feststehenden Stütze 6 und der beweglichen Formträgerplatte 4 ist ferner ein Wegmessgerät 15 angeordnet, das ein der jeweiligen Position der beweglichen Formträgerplatte 4 ent­ sprechendes Signal erzeugt, das ebenfalls dem Rechenwerk 10 zugeführt wird.

Mit dieser Einrichtung 9-15 wird beim vorliegenden Beispiel das im folgenden anhand von Fig. 2 beschriebene und mittels der Programmiervorrichtung 11 festgelegte Mess- und Regel­ verfahren durchgeführt.

Es wird vorausgesetzt, dass aufgrund der gegebenen Maschinen­ daten und des daraus abgeleiteten Sollwertes So der Schliess­ kraft K bei verriegelter Form eine Grundeinstellung der Ma­ schine erfolgt ist. Wird nun die Maschine in Betrieb ge­ setzt, so wird sie erst nach einer gewissen Anfahrphase, die eine Stunde und mehr dauern kann, ihr thermisches Gleich­ gewicht erreichen. Diese Anfahrphase umfasst somit eine re­ lativ grosse Zahl von Arbeitszyklen Z (Schliessen und Ver­ riegeln der Form, Halten der Form in Verriegelungslage und Oeffnen der Form), wobei sich die Schliesskraft K relativ oft bezüglich des Sollwerts So nach der einen und/oder anderen Seite hin ändern kann. Da es praktisch überhaupt kaum möglich und auch nicht erforderlich ist, den exakten, berechneten Sollwert So der Schliesskraft S einzuhalten, wird eine den je­ weiligen Verhältnissen angepasste Toleranzzone T angenom­ men, die jene Schliesskraftabweichungen des Istwerts Si der Schliesskraft S vom Sollwert So umfasst, die ohne Regelein­ griff zulässig sein sollen. Anderseits soll ein Regelein­ griff auch dann nicht erfolgen, wenn der Istwert Si über eine grössere Zahl von Zyklen Z nur einmal ausserhalb dieser Toleranzzone liegt, da solche Ausnahmeabweichungen, sofern sie ein bestimmtes Mass nicht überschreiten, ebenfalls to­ lerierbar sind. Damit aber dieses Mass nicht überschritten wird, ist die beidseits der Toleranzzone T liegende Regel­ zone R innerhalb welcher die Schliesskraft ohne Gefahr für die Maschine durch Zentralverstellung in die Toleranzzone zurückgebracht werden soll durch eine Alarmgrenze A begrenzt. Ueberschreitet der Istwert Si der Schliesskraft S diese Grenzen und verbleibt trotz sofortigem Regeleingriff darin, dann soll Alarm ausgelöst und/oder die Maschine abgestellt werden.

Die vorgenannten Bedingungen werden nun durch folgende durch die Programmiervorrichtung eingegebenen Massnahmen er­ reicht: Nach jedem Arbeitszyklus (bei verriegelter Form) wird der Istwert Si am Kniehebelwerk 7 gemessen und das entsprechende Signal des gemittelten Wertes dem Rechenwerk zugeführt. Nach einer durch die Programmiervorrichtung 11 festgelegten, durch eine vorbestimmte Zyklenzahl definierten Betriebsperiode B wird aus den gespeicherten Istwerten Si dieser Periode ein mittlerer Wert, z.B. das arithmetische Mittel errechnet. Liegt dieser mittlere Wert innerhalb der Toleranzzone T, erfolgt keinerlei Regeleingriff, und es be­ ginnt eine neue Betriebsperiode Ba gleicher Zyklenzahl mit Einzelmessung der Istwerte, Errechnung eines mittleren Wer­ tes und Entscheid darüber, ob ein Regeleingriff erfolgen soll oder nicht. Bei dem in Fig. 2 angedeuteten Betriebs­ zustand ist ersichtlich, dass die letzten Messungen der zweiten Betriebsperiode B (von links in Fig. 2) geringfügig ausserhalb der Toleranzzone T liegen; dies führt jedoch noch keineswegs zu einem ausserhalb dieser Toleranzzone T liegenden mittleren Wert der Messwerte aller Zyklen dieser Periode, so dass auch jetzt kein Regeleingriff erfolgt. Zeigt sich nun, dass der mittlere Istwert der nächstfolgenden Be­ triebsperiode B (dritte von links in Fig. 2) tatsächlich ausserhalb der Toleranzzone T, jedoch innerhalb einer mit R bezeichneten Regelzone liegt, gibt das Rechenwerk 10 an den Stellmotor 9 den Befehl zum Regeleingriff. Dieser Stellmotor 9 verschiebt in der Folge die Stütze 6 um einen durch die Pro­ grammiervorrichtung 11 festgelegten Betrag im gewünschten Aenderungssinn, wodurch die Einbauhöhe der Form und damit die Schliesskraft für den nächstfolgenden Arbeitszyklus entspre­ chend geändert wird. Zu beachten ist, dass diese Schliess­ kraftänderung bei statisch entlasteter Schliesseinrichtung, also bei fehlender Schliesskraft, und besonders vorteilhaft bei dynamisch belasteter Schliesseinrichtung, also während der Oeffnungs- bzw. Schliessbewegung der Form, je nachdem ob die Schliesskraft vermindert (also in Fig. 2 aus der oberen Regelzone R) oder erhöht (also in Fig. 2 aus der unteren Regelzone R) und damit in die Toleranzzone T zurückgeführt werden soll. Den für die Abgabe des Signals zum Regelein­ griff richtigen Zeitpunkt liefert das Wegmessgerät 15. Die Aenderungsschritte, die der Stellmotor 9 aufgrund des Signals des Rechenwerks durchführt sind beim gezeichneten Beispiel kleiner als die Bandbreite der Toleranzzone T. Zeigt die Messung nach dem auf den Regeleingriff folgenden Arbeits­ zyklus (in Fig. 2 im Bereich B ₁ angedeutet), dass der Ist­ wert immer noch ausserhalb der Toleranzzone T liegt, erfolgt ein weiterer Regeleingriff um einen (oder mehrere) Aende­ rungsschritt, bis die erneute Messung zeigt, dass der Istwert in der Toleranzzone T liegt. Nun erst beginnt wieder eine Be­ triebsperiode B mit vorgegebener Zyklenzahl, wonach analog dem eingangs beschriebenen Verfahren der mittlere Wert der Istwerte Si dieser Periode auf seine Lage innerhalb bzw. ausserhalb der Toleranzzone T überprüft wird.

Im Vorangehenden wurde angenommen, dass es sich um Betriebs­ perioden B der Anfahrphase handelt. In diesem Fall ist die Zahl der Arbeitszyklen pro Betriebsperiode relativ klein und umfasst beispielsweise nur 10 oder 20 Zyklen. Wieviele Be­ triebsperioden zur Anfahrphase zählen, hängt natürlich davon ab, wie schnell die Maschine ihr thermisches Gleichgewicht erreicht; die Zahl dieser Anfahrperioden kann z.B. zwischen 10 und 20 liegen. Das durch die Vorrichtung 11 programmier­ bare Umschalten auf Normalbetrieb erfolgt deshalb aufgrund von Erfahrungswerten. Dieses Umschalten bedeutet aber nur, dass die Zahl der Arbeitszyklen einer zur Bildung eines mitt­ leren Istwertes der Schliesskraft dienenden Betriebsperiode wesentlich erhöht wird, z.B. auf 100 und mehr Zyklen.

Das Verfahren selbst wird in gleicher Weise wie vorbeschrie­ ben weitergeführt.

Wenn sich nun (ob in der Anfahrphase oder in der normalen Ar­ beitsphase bei thermischem Gleichgewicht) zeigt, dass ein während einer Betriebsperiode gemessener Istwert wie im Bereich B ₂ in Fig. 2 angedeutet, ausserhalb der im Programm festgelegten Regelzone T liegt und damit eine Alarmgrenze A überschritten hat, so erfolgt sofort ein Regeleingriff, ohne dass das Ende dieser Betriebsperiode abgewartet und ein mitt­ lerer Wert berechnet wird. Gelingt es nicht, durch den oder einige wenige, höchstens z. B. 5, so ausgelösten Aenderungs­ schritte den Istwert der nächstfolgenden Arbeitszyklen in die Regelzone R zurückzuführen, so wird ein Alarmsignal (sicht­ oder hörbar) abgegeben und/oder die Maschine abgestellt. Liegt aber dieser Istwert (und die folgenden), wie im Bereich B ₂ in Fig. 2 angedeutet, wieder in der Regelzone R, so gilt die laufende Betriebsperiode B als nicht unterbrochen, d.h. erst am Ende dieser Betriebsperiode wird wieder ein mittlerer Wert berechnet, um zu entscheiden, ob ein Regeleingriff erfolgen soll oder nicht. Da dieser mittlere Wert aber praktisch in jedem Fall ausserhalb der Toleranzzone T liegt, erfolgt somit unmittelbar ein Regeleingriff und anschliessend weitere (wie in Fig. 2 im Bereich B ₃) angedeutet), bis der jeweils gemessene Istwert der Schliesskraft wieder in der Toleranzzone T liegt. Erst anschliessend wird wieder mit einer Betriebsperiode B über die vorgegebene Zyklenzahl begonnen.

Mit dem vorbeschriebenen Verfahren ist es möglich, sowohl in der Anfahrphase als auch in der normalen Arbeitsphase (nach Erreichen des thermischen Gleichgewichts) der Maschine mit relativ wenigen Regeleingriffen auszukommen.

In der Praxis hat sich gezeigt, dass die Toleranzzone T etwa zwischen +/-0,5 bis 2% des Sollwerts So der Schliesskraft liegen kann und die die Regelzone R nach aussen begrenzenden Alarmgrenzen etwa bei +/-2 bis 100% des Sollwerts angenommen werden können. Die durch den Stellmotor bewirkten Aenderungs­ schritte betragen vorteilhaft mindestens den halben Wertbe-­ reich der Toleranzzone und liegen zweckmässig zwischen +/-0,5 bis 0,9% des Sollwerts. Diese Aenderungsschritte kön­ nen natürlich anstatt genau festgelegt, auch variabel sein, z. B. in Abhängigkeit von der Grösse der berechneten Abweichung; ihre zeitliche Dauer muss aber stets kleiner sein als die Formschliess- bzw. Oeffnungszeit eines Arbeitszyklus. Als mittlerer Wert der gemessenen Istwerte kann wie erwähnt das arithmetische Mittel der während einer Betriebsperiode gemessenen Istwerte benützt werden. Es ist aber auch möglich, diesen Wert durch Einbezug des mittleren Wertes der vorange­ gangenen Betriebsperiode zu korrigieren, um so die in den sich folgenden Betriebsperioden zeigende Tendenz der Abwei­ chungen der Schliesskraft vom Sollwert mitzuberücksichtigen. Aber auch andere Methoden der Bestimmung des mittleren Wertes sind denkbar; so könnte auch der in der Mitte zwischen der grössten und der kleinsten Schliesskraftabweichung vom Sollwert innerhalb einer Betriebsperiode als für den Regeleingriffentscheid massgebende mittlere Wert benützt werden.

Im Vorangehenden ist angenommen, dass das erfindungsgemässe Verfahren sowohl in der Anfahrphase als auch in der normalen Arbeitsphase bei thermischem Gleichgewicht durchgeführt wird. Es versteht sich aber, dass es auch möglich ist, dieses Mess­ und Regelverfahren nur während der einen oder der anderen dieser Phasen durchzuführen.

Claims (6)

1. Verfahren zum Messen und Regeln der Schliesskraft einer Kunststoff-Spritzgiessmaschine mit zentralverstellbarem, der Schliesskrafterzeugung dienendem Kniehebelwerk, da­ durch gekennzeichnet, dass wenigstens während eines Teils der Betriebszeit der Maschine die Schliesskraft (K) für jeden Arbeitszyklus (2) einer durch die Zahl der Zyklen vorbestimmten Betriebsperiode (B) gemessen und aus den Messwerten ein mittlerer Wert berechnet wird, und dass eine Regelung nur erfolgt, wenn dieser mittlere Wert in einer Schliesskraft-Regelzone (R) ausserhalb einer dem vorgegebenen Sollwert (So) der Schliesskraft einschliessenden Toleranzzone liegt, wobei die Regelung in Schliesskraftänderungsschritten erfolgt und wobei für jeden auf diese Aenderungsschritte folgenden Arbeits­ zyklus eine Messung erfolgt und die nächste der Bestim­ mung des mittleren Wertes dienende Betriebsperiode erst wieder beginnt, wenn die Messung nach einem Schliess­ kraftänderungsschritt einen innerhalb der Toleranzzone liegenden Wert ergibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung des Istwerts (Si) der Schliesskraft (K) sich aus Messungen auf allen Kniehebeln des Kniehebelwerks (9) zusammensetzt und der Mittelwert dieser Messungen einem programmierbaren Rechenwerk (10) zum Entscheid über die Abgabe des den Regeleingriff auslösenden Sig­ nals zugeführt wird, wobei ein Regeleingriff nur bei statisch entlastetem, und vorzugsweise bei dynamisch belasteten Kniehebelwerk erfolgen kann.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sowohl in der Anfahrphase als auch in der Ar­ beitsphase nach Erreichen des thermischen Gleichgewichts durchgeführt wird, wobei die Zyklenzahl der Betriebs­ perioden (B) während der Anfahrphase mehrfach kleiner ist, als jene der Betriebsperioden der normalen Arbeitsphase.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, dass wenn eine Messung einen die Alarmgren­ ze (A) überschreitenden Istwert (Si) ergibt, sofort ein Regeleingriff erfolgt und dass, sofern die Messung des Istwerts nach höchstens einigen wenigen Arbeitszyklen wieder einen in der Regelzone (R) liegenden Wert ergibt, die der Bestimmung des mittleren Wertes dienende Be­ triebsperiode (B) nicht unterbrochen wird, während beim Verbleiben dieses Istwerts jenseits der Alarmgrenze ein Alarmsignal und/oder ein Abstellen der Maschine erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Toleranzzone (T) Istwerte zwischen 0,5 und 2% des Sollwerts (So) der Schliesskraft (K) um­ fasst, während die Alarmgrenzen (A) zwischen +/- 2 bis 100% des Sollwerts der Schliesskraft liegen, wobei die Schrittgrösse eines Regeleingriffs minimal eine halbe Toleranzzone beträgt.

6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Messvorrichtung (12) zur Messung des Schliesskraft-Istwertes (Si), deren Ausgang über einen Verstärker (13) an ein Rechenwerk (10) ange­ schlossen ist und eine ebenfalls an das Rechenwerk (10) angeschlossene Positionsmessvorrichtung (15) zur Abgabe eines der Position des beweglichen Formträgers entspre­ chenden Signals, wobei der Ausgang des Rechenwerks (10) mit einem Stellmotor (9) zur Formhöhenverstellung verbun­ den ist, und wobei eine an das Rechenwerk angeschlossene Programmiervorrichtung (11) vorgesehen ist, an welcher die Zyklenzahl pro Betriebsperiode (B), die Grösse der Toleranzzone (T), die Grösse der Schliesskraftänderungs­ schritte und der Zeitpunkt des Regeleingriffs durch den Stellmotor (9) einstellbar sind.