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KR20210042985A - 사출 성형 시스템을 제어하는 방법 - Google Patents

사출 성형 시스템을 제어하는 방법 Download PDF

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KR20210042985A
KR20210042985A KR1020217008295A KR20217008295A KR20210042985A KR 20210042985 A KR20210042985 A KR 20210042985A KR 1020217008295 A KR1020217008295 A KR 1020217008295A KR 20217008295 A KR20217008295 A KR 20217008295A KR 20210042985 A KR20210042985 A KR 20210042985A
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tempering
cavities
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커티스 크릭
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키스틀러 홀딩 아게
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Abstract

사출 성형 시스템을 제어하는 방법이 제공되고, 사출 성형 시스템은 내부 표면 및 내부 표면에 의해 한정되는 적어도 2 개의 캐비티 그룹(groups of cavities) - 각 캐비티 그룹은 정확히 하나의 캐비티를 포함함 - 을 갖는 몰드(mold)를 포함하고, 캐비티 그룹은 각 캐비티 그룹의 영역에서 내부 표면에 배치되는 정확히 하나의 압력 센서를 더 가지며, 각 캐비티 그룹은 템퍼링 유닛(tempering unit)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인다. 상기 방법은 적어도 2 개의 캐비티 그룹의 각 캐비티 그룹에서 압력을 결정하는 단계, 각 캐비티 그룹에 대한 기준 압력을 결정하는 단계, 적어도 하나의 캐비티 그룹의 기준 압력과 압력 사이의 차이를 결정하는 단계, 및 템퍼링 유닛의 에너지 흐름을 조작함으로써 차이가 최소가 되도록 제어하는 단계를 포함한다.

Description

사출 성형 시스템을 제어하는 방법
본 발명은 내부 표면 및 적어도 2 개의 캐비티 그룹(groups of cavities)을 갖는 몰드를 구비하는 사출 성형 시스템을 제어하는 방법에 관한 것으로서, 각 캐비티는 내부 표면에 의해 한정된다. 캐비티 그룹은 각 캐비티 그룹의 영역에서 내부 표면에 배치되는 정확히 하나의 압력 센서를 추가로 가지고 있다. 각 캐비티 그룹은 템퍼링 유닛(tempering unit)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸여 있다. 상기 방법은 적어도 2 개의 캐비티 그룹의 각 캐비티 그룹의 적어도 하나의 캐비티에서 압력을 결정하는 단계, 각 캐비티 그룹에 대한 기준 압력을 결정하는 단계, 적어도 하나의 캐비티 그룹에서의 기준 압력과 압력 사이의 차이를 결정하는 단계, 및 차이가 최소가 되도록 제어하는 단계를 포함한다. 본 발명은 또한 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 제어기에 관한 것이다. 본 발명은 또한 본 발명에 따른 제어기의 사용에 관한 것이다. 본 발명은 또한 본 발명에 따른 제어기를 포함하는 사출 성형 시스템에 관한 것이다.
종래의 사출 성형 시스템은 복수의 물품을 동시에 생산하기 위해 복수의 캐비티를 구비하는 몰드를 자주 포함한다. 이를 위해, 종종 수지라고 하는 용융된 재료가 러너(runner)라고 언급되는 관형 통로에 로딩된다. 일반적으로, 러너는 내부의 재료를 가공 가능한 형태로 유지하기 위해 템퍼링된다. 가공 가능한 재료는 러너로부터, 노즐이라고도 언급되는 게이트 밸브를 통해 몰드의 캐비티 내로 흐른다. 재료 형태가 러너로부터 게이트 밸브를 통해 몰드의 캐비티 내로 통과될 수 있는 경우 재료는 가공될 수 있다. 재료에 따라, 템퍼링 러너의 온도 범위가 상이하다. 캐비티 내의 재료는 이 경우 템퍼링되고 경화되어 물품을 형성한다. 열가소성 수지의 경우, 캐비티에서 재료의 템퍼링은 용융된 플라스틱의 냉각을 의미하며, 고무 또는 열경화성 재료가 열에 의해 경화되는 경우, 템퍼링은 캐비티에서 재료의 가열을 의미한다. 몰드가 개방되고, 물품이 배출된다. 복수의 캐비티를 갖는 이러한 사출 성형 시스템의 특정 과제는 몰드의 복수의 캐비티 각각에서 균일한 외부 및 내부 상태의 물품을 생산하는 것이다. 외부 및 내부 상태는 예를 들어 물품의 크기, 중량, 밀도, 밀도 분포, 및 다른 상태 또는 특성을 의미한다.
US 5,518,389는 캐비티에 충전된 수지의 양을 캐비티마다 균일하게 하기 위해 독립적으로 제어되는 가열 러너를 구비하는 다중 캐비티 몰드를 개시하고 있다. 각 성형 물품의 중량은 성형 물품의 평균 중량과 비교된다. 이 차이는 가열 러너의 온도를 조정하는데 사용된다. 예를 들어, 성형 물품의 중량이 성형 물품의 평균 중량보다 작으면, 더 많은 수지가 다중 캐비티 몰드의 해당 캐비티 내로 흐르도록 해당 가열 러너의 온도가 증가된다. 그러나, 물품의 중량은 물품이 성형되는 동안 측정될 수 없고 오히려 물품이 성형된 후에 측정될 수 있기 때문에, 가열 러너의 온도를 조정하는 공정은 여러 개의 성형 주기를 필요로 하며, 중량 허용 범위를 벗어나는 물품의 생산이 방지되지 못 한다. 또한, 몰드를 통해 흐르는 냉각수의 순환 및 온도를 제어하는 제어 유닛, 즉 냉각수의 온도 및 유량을 설정 및 제어하는 제어 유닛을 제공하는 것이 제안된다.
US 6 090 318 A는 다중 캐비티 사출 몰드의 핫-러너 가열을 제어하기 위한 공정을 개시하고 있다. 모든 캐비티를 동시에 충전하기 위해, 모든 캐비티의 압력 패턴은 물론, 충전 시작부터 각 캐비티에 대해 선택된 기준 압력에 도달할 때까지의 시간이 검출된다. 개별 핫-러너의 개별 가열 시스템의 온도는 개별 캐비티의 지속 시간을 더 일치시키도록 제어된다. 먼저 충전된, 즉, 압력 패턴에서 먼저 존재하는 캐비티의 핫-러너 온도를 낮추고, 및/또는 마지막으로 충전된 해당 캐비티의 핫-러너 온도를 상승시킴으로써 몰드 충전에 대한 간단하지만 시간이 소모되는 제어가 달성될 수 있다. 오류를 줄이기 위해, 각 캐비티에 대해 결정된 압력-시간 적분이 핫-러너 온도를 제어하기 위해 고려될 수 있다. 추가 최적화에는 각 캐비티의 최대 압력을 추가로 검출하고, 이를 핫-러너 온도 제어에서 고려하는 것이 포함된다. 모든 캐비티의 빠른 충전을 달성하기 위해, 위에서 언급된 기간, 적분 및 최대값의 평균값이 결정되고, 연속 측정된 값들에 대한 차이가 최소가 되도록 제어된다. 개시된 공정의 궁극적인 효과는 개별 캐비티의 충전 시간을 서로 매우 가깝게 하여, 여러 개의 캐비티에 대한 압력 패턴이 거의 일치하도록 하는 것이다. 그러나, 이러한 종류의 제어는 모든 압력 패턴이 일치하도록 보장하지 않는다. 이러한 문제를 극복하기 위해, 퍼지 논리 방법(fuzzy logic methods)의 적용이 제안된다.
그러나, 상기 언급된 장치 및 공정을 사용하여 생산된 물품의 균일성은 여전히 항상 만족스러운 것은 아니다.
본 발명의 목적은 이에 의해 제조된 물품의 개선된 균일성을 허용하는 처음에 언급된 기술 분야에 속하는 방법을 생성하는 것이다. 또한, 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 제어기를 생성하는 것도 본 발명의 목적이다.
본 발명의 해결책은 본원의 청구항 제 1 항의 특징에 의해 특정된다. 본 발명에 따르면, 사출 성형 시스템을 제어하는 방법은 여러 단계를 포함한다. 사출 성형 시스템은 내부 표면 및 이러한 내부 표면에 의해 한정되는 적어도 2 개의 캐비티 그룹을 갖는 몰드를 포함한다. 캐비티 그룹은 적어도 하나의 캐비티를 포함한다. 캐비티 그룹은 각 캐비티 그룹의 캐비티의 영역에서 내부 표면에 배치된 정확히 하나의 압력 센서를 추가로 가지고 있다. 압력 센서는 캐비티 그룹에 대한 압력을 결정한다. 각 캐비티 그룹은 템퍼링 유닛으로 적어도 부분적으로 둘러싸여 있다. 본 방법은:
a) 적어도 2 개의 캐비티 그룹의 각 캐비티 그룹의 캐비티에서 압력을 결정하는 단계,
b) 각 캐비티 그룹에 대한 기준 압력을 결정하는 단계,
c) 적어도 하나의 캐비티에서의 기준 압력과 압력 사이의 차이를 결정하는 단계, 및
d) 차이가 최소가 되도록 제어하는 단계
를 포함하고,
e) 단계 d)는 템퍼링 유닛의 에너지 흐름을 조작함으로써 수행된다.
본 발명에 따른 방법은 사출 성형 시스템에 의해 동시에 생산되는 복수의 물품의 수축에 대한 우수한 균형을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 결과적으로, 동시에 생산되는 제품의 균일성이 향상된다. 특히, 본 발명에 따른 방법은 각각의 캐비티 그룹과 관련된 교란의 보상을 허용한다.
사출 성형 시스템의 몰드는 2 개의 절반부로 구성될 수 있다. 몰드가 폐쇄될 때, 즉 2 개의 절반부가 함께 배치될 때, 몰드의 내부 표면은 적어도 하나의 캐비티를 각각 포함하는 적어도 2 개의 캐비티 그룹을 한정한다. 하나 초과의 캐비티를 포함하는 캐비티 그룹의 경우, 캐비티들은 형상 및 크기가 동일하다. 캐비티 그룹에 포함된 캐비티의 개수는 항상 균등하게 분포되지 않을 수 있다. 예를 들어, 적어도 2 개의 캐비티 그룹의 하나의 캐비티 그룹은 제 1 개수의 캐비티를 포함할 수 있는 반면, 적어도 2 개의 캐비티 그룹의 다른 캐비티 그룹은 제 1 개수의 캐비티와 다른 개수의 캐비티를 포함할 수 있다.
적어도 2 개의 캐비티 그룹의 캐비티들은 동일한 형상 및 크기를 갖는다. 적어도 2 개의 캐비티 그룹의 캐비티들은 서로 분리되어 있다. 그러나, 적어도 2 개의 캐비티 그룹의 캐비티들은 각 캐비티에 가공 가능한 재료를 공급할 수 있도록 하는 러너와 연결된다. 러너는 재료 소스로부터 캐비티까지의 운송 채널의 역할을 한다. 캐비티는 생산될 물품의 형태(form) 역할을 한다. 따라서 캐비티는 러너와 다르다. 재료는 각 캐비티에서 동시에 물품을 형성하기 위해 각 캐비티 내로 가압될 수 있다. "각 캐비티 내로 가압"이라는 표현은 특히 "각 캐비티 내로 압력 하에 적용" 또는 "각 캐비티 내로 압력 하에 주입"의 의미를 갖는다. 몰드가 적어도 2 개의 캐비티 그룹을 갖고, 각 캐비티 그룹이 적어도 하나의 캐비티를 포함하는 경우, 동일한 형상 및 크기를 갖는 적어도 2 개의 물품이 동시에 형성될 수 있다. 그러나, 몰드는 바람직하게는 다수의 캐비티를 가질 수 있다. 예를 들어, 몰드는 2 개, 3 개, 4 개, 10 개, 20 개, 50 개 또는 임의의 다른 자연수의 캐비티를 가질 수 있다. 이러한 경우, 2 개, 3 개, 4 개, 10 개, 20 개, 50 개 또는 임의의 다른 자연수의 물품을 동시에 생산할 수 있다. 몰드가 개방되면, 방금 형성된 모든 물품이 배출될 수 있다. 이미 언급한 바와 같이, 상기 방금 형성된 모든 물품의 균일성이 종래 기술에 비해 개선된다는 것이 밝혀졌다. 예를 들어, 물품의 크기, 중량, 밀도, 밀도 분포, 및 다른 상태 또는 특성에 대한 편차와 같은 외부 및 내부 상태의 균일성 편차가 최소화된다.
캐비티 그룹의 캐비티 내의 압력을 결정하기 위해 정확히 하나의 압력 센서가 적어도 2 개의 캐비티 그룹의 각 캐비티 그룹과 관련되어 있다. 캐비티 그룹의 캐비티에서 결정된 이러한 압력을 "캐비티 그룹의 압력"이라고 한다. 몰드의 일부 캐비티에 의해 생산된 물품은 생산된 물품에서 만족스러운 균일성을 나타내는 것으로 알려져 있다. 생산된 물품에서 만족스러운 균일성을 나타내는 캐비티들이 식별되면, 이러한 캐비티들은 캐비티 그룹으로 그룹화될 수 있다. 이러한 캐비티 그룹의 경우, 캐비티 그룹의 캐비티 중 임의의 것에 배치된 정확히 하나의 압력 센서에 의해 하나의 압력이 측정된다. 따라서, 주어진 몰드에 필요한 압력 센서의 개수는 몰드의 캐비티의 개수보다 적을 수 있으며, 이는 생산된 물품에서 만족스러운 균일성을 유지하면서 캐비티들을 캐비티 그룹으로 그룹화하는 것을 비용 효율적이게 할 수 있다. "만족스러운"이라는 표현은 물품의 요구 사항에 따라 다르며, 물품의 각각의 적용에 따라 다를 수 있다. 따라서, 각 캐비티 그룹의 압력은 개별적으로 결정된다. 적어도 2 개의 캐비티 그룹의 각 캐비티 그룹과 관련된 적어도 하나의 압력 센서가 존재하는 경우, 몰드는 총 적어도 2 개의 압력 센서를 포함한다. 각 압력 센서는 각 캐비티 그룹의 캐비티의 영역의 내부 표면에, 즉 내부 표면이 캐비티를 한정하는 곳에 배치된다.
일 실시예에서, 압력 센서는 각 캐비티로부터 몰드의 외부 표면까지 연장되는 보어홀에 배치될 수 있다. 각 보어홀은 다른 보오홀과 분리되어 있다. 다른 실시예에서, 압력 센서는 몰드가 개방될 때 캐비티로부터 물품을 배출하는데 사용되는 힘 센서 및 배출 핀을 포함한다. 배출 핀은 각 캐비티로부터 몰드의 외부 표면에 배치된 액추에이터로 연장된다. 힘 센서는 액추에이터와 배출 핀 사이에 배치된다. 캐비티 내부의 재료가 배출 핀에 대해 재료를 가압한다. 따라서, 캐비티 내부의 압력이 측정된다. 다른 실시예에서, 압력 센서는 거의 캐비티까지 연장되는 보어홀에서 캐비티에 가깝게 위치된 스트레인 게이지이다. 캐비티 내부의 재료는 캐비티의 영역에서 몰드의 내벽에 대해 가압되어, 캐비티의 압력에 비례하는 보어홀의 변형을 초래한다. 따라서, 캐비티 내부의 압력은 스트레인 게이지에 의해 측정된다.
"결정하는"이라는 표현은 특히 "측정하는", "감지하는" 또는 "계산하는"의 의미를 갖는다. "압력을 결정하는"이라는 표현은 특히 "압력을 측정 또는 감지하는"의 의미를 갖는데, 즉, 압력 패턴을 측정하거나 감지하기 위해 미리 결정된 시간에, 미리 결정된 시간들에, 또는 일정 기간에 걸쳐 압력을 측정하거나 감지하는 의미를 갖는다.
각 캐비티 그룹은 각 캐비티 그룹의 캐비티에서 내부 표면을 템퍼링하기 위한 템퍼링 유닛에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸여 있다. 각 캐비티 그룹의 캐비티에서 내부 표면의 템퍼링은 템퍼링 유닛 내에서 에너지 흐름을 조작함으로써 수행된다. "에너지 흐름"이라는 표현은 특히 "공간의 하나의 위치로부터 공간의 다른 위치로 에너지를 전달하는 것"의 의미를 가지고 있다. 공간의 하나의 위치로부터 공간의 다른 위치로 흐르는 에너지는 예를 들어 일반적으로 "가열"이라고 하는, 각 캐비티 그룹의 캐비티의 내부 표면으로 전달되는 열 에너지이거나, 또는 일반적으로 "냉각"이라고 하는, 각 캐비티 그룹의 캐비티의 내부 표면으로부터 멀리 전달되는 열 에너지이다. 이를 통해 각 캐비티 그룹의 캐비티들의 내부 표면을 개별적으로 템퍼링할 수 있다. 적어도 2 개의 캐비티 그룹의 각 캐비티 그룹과 관련된 하나의 템퍼링 유닛이 존재하기 때문에, 몰드는 총 적어도 2 개의 템퍼링 유닛을 포함한다. 각 캐비티 그룹은 템퍼링 유닛에 의해 완전히 둘러싸이거나, 적어도 본질적으로 완전히, 즉, 템퍼링 유닛이 러너 또는 러너들을 방해하지 않고 둘러싸일 수 있다. 각 템퍼링 유닛은 템퍼링 파워를 제공하도록 배치된다. "템퍼링 파워"라는 표현은 시간 단위당 공간의 하나의 위치로부터 공간의 다른 위치로 전달되는 물리적 열 에너지에 대한 척도이다. "템퍼링"이라는 표현은 특히 "냉각 및/또는 가열"의 의미를 갖는다.
"제어"라는 표현은 특히 예를 들어 PID(proportional-integral-derivative) 함수, 피드 포워드 함수, 및/또는 이들의 조합으로서, 피드백 루프에서 "제어 함수를 적용하는" 의미를 갖는다.
"차이가 최소가 되도록 제어하는"이라는 표현은 특히 "차이가 본질적으로 0이 되도록 제어하는"의 의미를 갖는데, 즉, 차이에 대한 "이상적인" 제어는 0의 차이를 얻을 수 있지만, 차이에 대한 실제 제어는 0과 약간 다른 값, 즉 최소값을 얻을 수 있다.
"기준 압력"이라는 표현은 특히 "설정값 압력"의 의미를 갖는데, 즉, 설정값 압력은 압력 제어 기능부의 입력, 또는 더 정확하게 말하면, 제어 기능부보다 앞서 있는 감산기의 입력이다.
캐비티 그룹의 캐비티 내의 압력은, 재료가 존재하는 경우, 캐비티 내의 재료의 압력과 일치한다.
정확히 2 개의 캐비티 그룹을 갖는 몰드의 특수한 경우, 2 개의 캐비티 그룹 중 제 1 캐비티 그룹의 캐비티에서 측정된 압력을 2 개의 캐비티 그룹 중 제 2 캐비티 그룹에 대한 기준 압력으로 사용할 수 있다. 따라서, 제 1 캐비티 그룹에서 기준 압력과 실제 압력 사이의 차이는, 최소가 되도록 제어되지 않더라도, 항상 0이다. 이러한 특별한 경우에, 제 2 캐비티 그룹에서 기준 압력과 압력 사이의 차이를 결정하고, 상기 차이를 최소가 되도록 제어하기만 하면 된다. 즉, 제 2 캐비티 그룹의 압력은 제 1 캐비티 그룹의 압력을 따른다.
예를 들어 2 개 초과의 캐비티 그룹을 갖는 몰드의 경우, 제 1 캐비티 그룹 내의 압력을 제외한 모든 캐비티 그룹의 압력은 제 1 캐비티 그룹의 압력을 따를 수 있다. 이러한 맥락에서, "적어도 하나의 캐비티 그룹의 기준 압력과 압력 사이의 차이를 결정하는" 단계 c)는 특히 "제 1 캐비티 그룹을 제외한 모든 캐비티 그룹의 기준 압력과 압력 사이의 차이를 결정하는 단계"의 의미를 가질 수 있다(이에 의해 제 1 캐비티 그룹은 기준 캐비티 그룹, 즉 다른 캐비티 그룹에 대한 기준 압력으로 작용하는 압력을 갖는 캐비티 그룹으로 작용함).
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, "적어도 하나의 캐비티 그룹의 기준 압력과 압력 사이의 차이를 결정하는" 단계 c)는 "각 캐비티 그룹의 기준 압력과 압력 사이의 차이를 결정하는" 단계를 포함하고, "템퍼링 유닛의 에너지 흐름을 조작함으로써 차이가 최소가 되도록 제어하는" 단계 d) 및 e)는 "각 템퍼링 유닛의 에너지 흐름을 조작함으로써 각 차이를 최소가 되도록 제어하는" 단계를 포함한다.
이것은 캐비티 그룹 내의 임의의 압력과 상이할 수 있는 기준 압력을 허용한다. 본 발명에 따른 방법은 이 경우 모든 캐비티 그룹의 압력이 상기 기준 압력을 따르는 것을 보장한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, "차이가 최소가 되도록 제어하는" 단계 d)는 "미리 결정된 시간에 차이가 최소가 되도록 제어하는" 단계를 포함한다.
미리 결정된 시간은 그에 의해 생산되는 물품의 수축을 대표하는 사출 성형 공정 중의 임의의 시간일 수 있다. 예를 들어, 미리 결정된 시간은, 물품이 몰드로부터 배출되기 전, 몰드의 템퍼링 단계가 끝날 때의 시간일 수 있다.
그러나, 미리 결정된 시간은 또한 임의의 다른 시간, 바람직하게는 캐비티 그룹 내의 압력이 감소하는 동안 임의의 시간일 수 있다.
또한, 예를 들어 캐비티 그룹 내의 압력이 감소하는 동안 여러 개의 미리 결정된 시간과 같이, 여러 개의 미리 결정된 시간에 차이가 최소가 되도록 제어하는 것도 가능하다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, "차이가 최소가 되도록 제어하는" 단계 d)는 "미리 결정된 기간에 걸쳐 차이가 최소가 되도록 제어하는" 단계를 포함한다.
이에 의해, 동시에 생산되는 물품의 수축에 대한 균형을 더욱 개선시킬 수 있다.
미리 결정된 기간 동안, 본 발명에 따른 방법의 모든 단계 a) 내지 e)는 여러 번 수행될 수 있다. 즉, 제어 피드백 루프는 제어될 압력 차이의 주파수보다 더 빠른 주파수를 가질 수 있다.
대안적으로, 전술한 바와 같이, 캐비티 그룹의 압력의 차이가 최소가 되도록 제어하는 단계는 미리 결정된 시간에만 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, "각 캐비티 그룹에 대한 기준 압력을 결정하는" 단계 b)는 "각 캐비티 그룹의 압력을 평균화함으로써 기준 압력을 결정하는" 단계를 포함한다.
이러한 방식으로 결정된, 즉 계산된 기준 압력은 각 캐비티 그룹 내의 압력과 기준 압력 사이에 더 작은 차이를 허용하여, 결과적으로 차이가 최소가 되도록 제어하는 것에 대한 노력을 덜어주므로, 이에 따라, 사출 성형 시스템을 제어하는 매우 신뢰할 수 있는 방법을 달성할 수 있다.
대안적으로, 기준 압력은 각 캐비티 그룹에서 압력의 RMS(root mean square) 값을 계산함으로써 결정될 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 방법은 "메모리에 기준 압력을 저장하는" 단계 f)를 더 포함한다.
이것은 기준 압력을 한 번 결정하고 그 후 메모리에 기준 압력을 저장하여, 제어 루프가 수행될 때마다 기준 압력을 다시 재-결정할 필요 없이 향후 제어 루프에 대해 기준 압력을 사용할 수 있게 한다. 또한, 예를 들어 사출 성형 시스템의 스위치-오프 후에, 본 발명에 따른 방법은, 달리 결정된 기준 압력이 이용 가능할 수 있기 전에, 생산 공정의 바로 초기에 합리적인 기준 압력이 이용 가능하게 되는 것을 허용한다.
메모리는 RAM(random access memory) 및/또는 메모리, 예를 들어 EEPROM(전기적으로 소거 가능한 프로그래밍 가능한 읽기 전용 메모리)일 수 있으며, 이는 스위칭-오프되어 있을 때에도 기준 압력을 저장할 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, "템퍼링 유닛의 에너지 흐름을 조작함으로써 차이가 최소가 되도록 제어를 수행하는" 단계 e)는 "템퍼링 유닛의 템퍼링 에너지 흐름을 조작하는" 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 방법은 특히 템퍼링 유닛에 의해 몰드의 내부 표면이 템퍼링되는 기간 동안 잘 작동한다는 것이 밝혀졌다. 물품을 형성하는데 사용되는 재료에 따라, "템퍼링되는"이라 함은 "가열되는" 또는 "냉각되는"의 의미를 가질 수 있다.
그러나, 본 발명에 따른 방법은 또한 임의의 다른 기간 동안 수행될 수도 있는데, 예를 들어 몰드의 내부 표면이 템퍼링 유닛에 의해 템퍼링되지 않을 때, 또는 몰드의 내부 표면이 템퍼링 유닛에 의해 템퍼링될 때에도 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, "템퍼링 유닛의 에너지 흐름을 조작함으로써 차이가 최소가 되도록 제어를 수행하는" 단계 e)는 "템퍼링 유닛을 통한 템퍼링 매체의 흐름을 조작하는" 단계를 포함한다.
예를 들어 액체와 같은 템퍼링 매체는 에너지 흐름을 제공하는 매우 효율적이고 효과적인 수단이다. 템퍼링 매체는 템퍼링 유닛에서 순환할 수 있다. 템퍼링 매체는 에너지 흐름이 즉시 사용될 수 있도록 미리 템퍼링되고(예열 또는 예냉되고) 및/또는 저장될 수 있다. 또한, 에너지 흐름의 일시적인 빠른 변화가 가능하여, 템퍼링 온도의 일시적인 빠른 변화를 발생시킨다. 이러한 일시적인 빠른 변화는 예를 들어 가열로부터 냉각으로, 또는 예를 들어 중간 냉각으로부터 극한 냉각으로 일시적으로 빠른 변화일 수 있다. "일시적으로 빠른"이라는 표현은 템퍼링 매체가 순환되는 템퍼링 유닛의 요소들의 치수 및 물리적 특성 그리고 몰드의 치수 및 물리적 특성에 따라 달라지며, 몇 밀리 초 내지 몇 분 사이의 시간 단위를 나타낸다.
대안적으로 또는 추가적으로, 전기 가열 및/또는 열전 냉각이 사용될 수 있다. 템퍼링 유닛은 예를 들어 펠티에 히트 펌프에 의한 열전 냉각을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 템퍼링 유닛은 예를 들어 가열 전력을 제공하는 전기 히터를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, "템퍼링 유닛의 에너지 흐름을 조작함으로써 차이가 최소가 되도록 제어를 수행하는" 단계 e)는 "템퍼링 유닛의 밸브를 조작하는" 단계를 포함한다.
밸브는 템퍼링 매체의 유량을 조작하기 위한 매우 효율적이고 효과적인 수단이다.
바람직하게는, 밸브는 서보 밸브이다. 서보 밸브를 사용하면 제어기의 출력 신호에 직접 연결할 수 있다. 서보 밸브는 전기적으로 제어 가능할 수 있다. 바람직하게는, 밸브는 몰드 외부 및/또는 제어기에 인접하게 배치된다.
밸브에 대안적으로 또는 추가적으로, 템퍼링 매체의 유량을 조작하기 위해 펌프가 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 방법은 "적어도 2 개의 캐비티 그룹 중 각 캐비티 그룹의 캐비티 내의 재료의 온도 또는 적어도 2 개의 캐비티 그룹 중 하나의 캐비티 그룹의 템퍼링 유닛의 템퍼링 매체의 온도 또는 적어도 2 개의 캐비티 그룹 중 하나의 캐비티의 내부 표면의 온도를 결정하는" 단계 g)를 더 포함한다.
각 캐비티 그룹의 캐비티 내의 재료 또는 각 캐비티 그룹의 캐비티의 템퍼링 유닛의 템퍼링 매체 또는 적어도 2 개의 캐비티 그룹의 캐비티의 내부 표면의 온도를 결정하는 단계는 피드 포워드 제어를 가능하게 한다. 내부 표면의 온도가 물품의 수축에 상당한 영향을 미치기 때문에, 상기 온도는 압력 제어의 품질을 지원하는 피드 포워드 기능으로 사용될 수 있다.
상기 온도를 결정하는 것은 또한 캐스케이드 제어가 가능하다는 이점을 갖는다. 캐스케이드 제어는 하나의 제어기가 다른 하나의 설정값을 제어하도록 배치되는 2 개의 제어(제어기 또는 제어 기능부), 예를 들어 2 개의 PID 제어가 있다는 것을 의미한다. 예를 들어, 템퍼링 유닛을 조작하기 위한 압력 제어기는 캐비티의 압력을 제어하는 외부 루프 제어기의 역할을 한다. 다른 제어기, 예를 들어 온도 제어기 또는 유량 제어기는 내부 루프 제어기의 역할을 하고, 이는 외부 루프 제어기의 출력을 설정값으로 판독하고, 템퍼링 유닛을 조작하고 특히 템퍼링 유닛에서 템퍼링 매체의 유량을 조작하기 위한 신호를 출력으로서 제공한다.
제어 기능부 또는 제어기의 작동 주파수는 증가하고 제어되는 대상의 시정수는 캐스케이드 PID 제어기를 사용함으로써 감소되는 것으로 밝혀졌다.
상기 온도를 결정하는 것은 또한 템퍼링 매체의 입구 온도가 제어될 수 있다는 이점을 갖는다.
바람직한 실시예에서, 템퍼링 유닛은 0 ℃ 내지 472 ℃의 온도 범위에서 작동된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 제어기는 다음을 포함한다:
a) 사출 성형 시스템의 몰드의 적어도 2 개의 캐비티 그룹의 각 캐비티 그룹의 캐비티의 압력을 수신하기 위한 입력부 - 각 캐비티 그룹은 적어도 하나의 캐비티를 포함함 - ,
b) 각 캐비티 그룹에 대한 기준 압력을 각각 수신 및/또는 계산하기 위한 입력부 및/또는 계산기,
c) 적어도 하나의 캐비티 그룹의 기준 압력과 압력 사이의 차이를 계산하기 위한 감산기,
d) 차이가 최소가 되도록 제어하는 제어 기능부, 및
e) 템퍼링 유닛의 에너지 흐름을 조작하기 위한 출력.
이러한 제어기는 본 발명에 따른 방법을 수행하는데 매우 적합하다. 제어기는 종래의 아날로그 제어기로 구현될 수 있고, 및/또는 제어기는 마이크로 제어기, 마이크로 프로세서 및/또는 디지털 신호 프로세서를 포함하는 디지털 제어기로 구현될 수 있다. 후자의 경우, 제어기는 소프트웨어를 더 포함할 수 있다. 특히, 제어기의 제어 기능은 마이크로 제어기, 마이크로 프로세서 및/또는 디지털 신호 프로세서의 메모리에서 저장 및/또는 실행될 수 있는 소프트웨어의 형태로 구현될 수 있다.
특히, 디지털 제어기는 기존 사출 성형 시스템을 쉽고 간단하게 개조할 수 있다. 기본적으로, 차이가 최소가 되도록 제어하기 위한 제어 기능부의 교환 또는 업데이트가 필요한데, 즉, 필요한 하드웨어가 이미 존재하는 경우, 소프트웨어 업데이트가 필요하다. 필요한 하드웨어는 위에서 설명한 바와 같이 압력 센서 및 템퍼링 유닛뿐만 아니라 적어도 2 개의 캐비티 그룹도 갖는 몰드를 포함한다.
따라서, 본 발명의 다른 양태에 따르면, 제어 기능부는 템퍼링 유닛의 에너지 흐름을 조작함으로써 캐비티 그룹의 기준 압력과 압력 사이의 차이가 최소가 되도록 제어하도록 구성된다.
바람직하게는, 제어기는 사출 성형 시스템 내부에 그리고 몰드 외부에 배치된다.
제어기는 본 발명에 따른 방법의 모든 단계들, 또는 단계들의 일부를 임의의 조합으로 그리고 임의의 특정 순서로 수행하도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명에 따른 제어기는 사출 성형 시스템에서 사용된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 사출 성형 시스템은 본 발명에 따른 제어기 및 몰드를 포함하고, 상기 몰드는:
a) 내부 표면,
b) 각각 내부 표면에 의해 한정되는 적어도 2 개의 캐비티 그룹 - 각 캐비티 그룹은 적어도 하나의 캐비티를 포함함 - ,
c) 각 캐비티 그룹의 영역에서 내부 표면에 배치되는 적어도 하나의 압력 센서,
d) 적어도 2 개의 템퍼링 유닛 - 각 캐비티 그룹은 하나의 템퍼링 유닛에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이고, 각 템퍼링 유닛은 템퍼링 파워를 제공하도록 배치됨 -
을 갖는다.
다른 유리한 실시예 및 특징의 조합은 아래의 상세한 설명 및 청구 범위 전체로부터 개시된다.
실시예를 설명하기 위해 사용되는 도면들은 다음과 같다.
도 1은 사출 성형 시스템을 도시한다.
도 2는 2 개의 캐비티 그룹, 압력 센서 및 템퍼링 유닛을 구비하는 몰드를 도시한다.
도 3은 종래 기술에 따른 시간에 따른 몰드의 상이한 캐비티 그룹에 대한 전형적인 압력 분포를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 몰드의 상이한 캐비티 그룹에서 압력을 제어하는 방법을 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 시간에 따른 몰드의 상이한 캐비티에 대한 압력 분포를 도시한다.
도면들에서, 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 부호가 주어진다.
도 1은 몰드(2) 및 제어기(30)를 포함하는 사출 성형 시스템(1)을 도시한다. 제어기(30)는 사출 성형 시스템(1)을 제어하고, 몰드(2) 외부에 배치된다.
도 2는 폐쇄된 구성의 몰드(2)를 도시한다. 몰드는 몰드(2)의 내부 표면(4)에 함께 배치된 2 개의 절반부를 포함할 수 있다. 내부 표면(4)은 각각 적어도 하나의 캐비티(8)를 포함하는 2 개의 캐비티 그룹(3)을 한정하고, 캐비티(8)는 서로 분리되고 이격된다. 각 캐비티 그룹(3)은 각각의 캐비티(8)를 갖는 캐비티 그룹(3)을 개별적으로 템퍼링하기 위한 템퍼링 유닛(5)에 의해 둘러싸여 있다. 각 캐비티 그룹(3)의 영역에서 내부 표면(4)에는, 즉 각 캐비티 그룹(3)의 하나의 캐비티(8)의 내부 표면(4)에는, 압력 센서(6) 및 선택적인 온도 센서(7)가 각 캐비티 그룹(3) 내의 재료의 압력 및 온도를 측정하기 위해 배치된다. 가공 가능한 재료는 러너(도시되지 않음) 및 노즐(도시되지 않음)을 통해 각 캐비티(8) 내로 가압되어 동시에 적어도 2 개의 물품(도시되지 않음)을 형성할 수 있다. 몰드(2)의 개방 구성(도시되지 않음)에서, 몰드(2)의 2 개의 절반부는 2 개의 물품을 배출하기 위해 서로 분리된다.
도 3은 종래 기술에 따른 종래의 사출 성형 공정 동안 시간(20)에 따른 몰드(2)의 상이한 캐비티 그룹(3)에 대한 전형적인 압력(10) 분포를 도시한다. 재료가 각 캐비티 그룹의 압력 센서를 포함하는 캐비티 내로 가압될 때, 몰드(2)의 제 1 캐비티 그룹의 압력(11), 동일한 몰드(2)의 제 2 캐비티 그룹의 압력(12), 및 동일한 몰드(2)의 제 3 캐비티 그룹의 압력(13)은 동일한 초기 상승 시간(21)에서 상승하기 시작한다. 그러나, 압력(11, 12, 13)은 약간 상이한 피크 시간(22)에서 그들의 피크 값에 도달한다. 또한, 미리 정의된 시간(23)에서, 압력(11, 12, 13)은 상이한 값들을 갖는다.
도 4는 몰드(2)의 상이한 캐비티 그룹(3)에서 압력(11, 12, 13)을 제어하기 위한 방법 및 제어기(30)의 형태에서의 방법의 구현을 도시한다. 기준 압력(31)으로부터, 실제 측정된 압력(11, 12, 13)은 감산기(32)에 의해 감산되어, 실제 측정된 압력(11, 12, 13)과 기준 압력(31) 사이의 차압(33)을 결정한다. 차압(33)의 번들, 즉 각각의 측정된 압력(11, 12, 13)에 대한 하나의 차압(33)을 가질 수 있다. 차압(33)은 예를 들어 PID 함수와 같은 제어 기능부(34)의 입력이다. 제어 기능부(34)는 템퍼링 매체의 의도된 유량(35)을 출력한다. 의도된 유량(35)은 출력된 의도된 유량(35)에 대응하여 템퍼링 매체의 실제 유량을 설정하도록 구성된 밸브(36)의 입력을 형성한다. 각 캐비티 그룹(도시되지 않음)의 캐비티(8)에 배치된 압력 센서(도시되지 않음)는 각 캐비티 그룹에서 실제 압력(11, 12, 13)을 측정한다. 실제로 측정된 압력(11, 12, 13)은 이미 언급된 바와 같이 감산기(32)의 입력으로 언급된다.
도 5는 본 발명에 따른 시간(20)에 따른 상이한 캐비티 그룹(3)(도시되지 않음)에 대한 압력(11, 12, 13) 분포를 도시한다. 차압(33)(도 4 참조)이 최소가 되도록 제어됨에 따라, 기준 압력(31)의 패턴 및 측정된 압력(11, 12, 13)의 패턴은 본질적으로 동일하다.
요약하면, 본 발명의 상이한 양태들 및 그의 상이한 실시예들은 본 발명의 목적을 잘 달성한다는 점에 유의해야 한다.
1 사출 성형 시스템
2 몰드
3 캐비티 그룹
4 내부 표면
5 템퍼링 유닛
6 압력 센서
7 온도 센서
8 캐비티
10 압력
11 제 1 캐비티의 압력
12 제 2 캐비티의 압력
13 제 3 캐비티의 압력
20 시간
21 초기 상승 시간
22 피크 시간
23 미리 결정된 시간
24 미리 정의된 기간
30 제어기
31 기준 압력
32 감산기
33 차이
34 제어 기능부
35 템퍼링 매체의 유량
36 밸브

Claims (13)

  1. 내부 표면(4) 및 상기 내부 표면(4)에 의해 한정되는 적어도 2 개의 캐비티 그룹(groups of cavities; 3) - 각 캐비티 그룹(3)은 적어도 하나의 캐비티(8)를 포함함 - 을 갖는 몰드(2)를 구비하는 사출 성형 시스템(1)을 제어하는 방법으로서, 상기 캐비티 그룹(3)은 각 캐비티 그룹(3)의 캐비티(8)의 영역에서 상기 내부 표면(4)에 배치되는 정확히 하나의 압력 센서(6)를 더 가지며, 각 캐비티 그룹(3)은 템퍼링 유닛(tempering unit; 5)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이고, 상기 방법은:
    a) 상기 적어도 2 개의 캐비티 그룹(3)의 각 캐비티 그룹(3)에서 압력(11, 12, 13)을 결정하는 단계,
    b) 각 캐비티 그룹(3)에 대한 기준 압력(31)을 결정하는 단계,
    c) 적어도 하나의 캐비티 그룹(3)의 상기 기준 압력(31)과 상기 압력(11, 12, 13) 사이의 차이(33)를 결정하는 단계,
    d) 상기 차이(33)가 최소가 되도록 제어하는 단계
    를 포함하는, 상기 방법에 있어서,
    e) 단계 d)는 상기 템퍼링 유닛(5)의 에너지 흐름을 조작함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    단계 c)는 각 캐비티 그룹(3)의 상기 기준 압력(31)과 상기 압력(11, 12, 13) 사이의 차이(33)를 결정하는 단계를 포함하고, 단계 d)는 각 차이(33)가 최소가 되도록 제어하는 단계를 포함하고, 단계 e)는 각 템퍼링 유닛(5)의 에너지 흐름을 조작함으로써 수행되는 것인, 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    단계 d)는 미리 결정된 시간(23)에 상기 차이(33)가 최소가 되도록 제어하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 d)는 미리 결정된 기간(24)에 걸쳐 상기 차이(33)가 최소가 되도록 제어하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 b)는 각 캐비티 그룹(3)의 상기 압력(11, 12, 13)을 평균화함으로써 기준 압력(31)을 결정하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    f) 메모리에 상기 기준 압력(31)을 저장하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 e)는 상기 템퍼링 유닛(5)의 템퍼링 에너지 흐름을 조작하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 e)는 상기 템퍼링 유닛(5)을 통한 템퍼링 매체의 유량(flow rate; 35)을 조작하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    단계 e)는 상기 템퍼링 유닛(5)의 밸브(36)를 조작하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    g) 상기 적어도 2 개의 캐비티 그룹(3) 중 각 캐비티 그룹(3)의 캐비티 내의 재료의 온도 또는 상기 적어도 2 개의 캐비티 그룹(3) 중 하나의 캐비티 그룹(3)의 상기 템퍼링 유닛(5)의 상기 템퍼링 매체의 온도 또는 상기 적어도 2 개의 캐비티 그룹(3) 중 하나의 캐비티 그룹(3)의 상기 내부 표면(4)의 온도를 결정하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위한 제어기(30)로서,
    a) 사출 성형 시스템(1)의 몰드(2)의 적어도 2 개의 캐비티 그룹(3)의 각 캐비티 그룹(3)의 압력(11, 12, 13)을 수신하기 위한 입력부 - 각 캐비티 그룹(3)은 적어도 하나의 캐비티(8)를 포함함 - ,
    b) 각 캐비티 그룹에 대한 기준 압력(31)을 각각 수신 및/또는 계산하기 위한 입력부 및/또는 계산기,
    c) 적어도 하나의 캐비티 그룹(3)의 상기 기준 압력(31)과 상기 압력(11, 12, 13) 사이의 차이(33)를 계산하기 위한 감산기(32), 및
    d) 상기 차이(33)가 최소가 되도록 제어하는 제어 기능부(34)
    를 포함하는, 상기 제어기(30)에 있어서,
    e) 상기 제어기(30)는 템퍼링 유닛(5)의 에너지 흐름을 조작하기 위한 출력을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제어기.
  12. 사출 성형 시스템(1)에서 제 11 항에 따른 제어기(30)의 사용.
  13. 제 11 항에 따른 제어기(30) 및 몰드(2)를 포함하는 사출 성형 시스템(1)으로서,
    상기 몰드는
    a) 내부 표면(4),
    b) 각각 상기 내부 표면(4)에 의해 한정되는 적어도 2 개의 캐비티 그룹(3) - 각 캐비티 그룹(3)은 적어도 하나의 캐비티(8)를 포함함 - ,
    c) 각 캐비티 그룹(3)의 영역에서 상기 내부 표면(4)에 배치되는 정확히 하나의 압력 센서(6), 및
    d) 적어도 2 개의 템퍼링 유닛(5) - 각 캐비티 그룹(3)은 하나의 템퍼링 유닛(5)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이고, 각 템퍼링 유닛(5)은 템퍼링 파워를 제공하도록 배치됨 -
    을 갖는, 사출 성형 시스템.
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