專利名稱：用于控制或調節注入過程的方法
技術領域：
本發明涉及一種在制造成型件時控制或調節注入過程的方法，在該方法中， 熔化物料由至少一個注入單元通過至少一個噴嘴注入到至少一個由模具圍成的型腔 (Kavitat)中。
背景技術：
注塑過程中的控制和調節通常包括注入階段，用以將熔體填充到模具中的型腔中；保壓階段(Nachdruckphase)，用以補償材料收縮；以及最后的冷卻階段，在該階段中， 熔體最后固化成所需要的成型件，直到最終可以打開模具并將已制成的成型件取出。在所有這些階段中都需要進行過程控制和調節，這將確保所制成的成型件具有統一、可重復的質量。在另一種生產過程中使用注入擠壓技術，擠壓過程位于注入過程之后。相反，在流體噴射技術或拋射技術(Projektiltechnik)中是利用空腔制造成型件。在這些生產過程中，跟在注入過程之后的是其他的工藝步驟，其中，熱的塑料熔體被流體擠出。在所有這些和其他的過程中，必須在注入階段通過控制和調節特別是確保最佳地充滿型腔。例如，在注塑過程中，型腔應該被完全充滿但不滿溢。如果存在多個型腔，這當然也同時適用于所有的型腔。型腔中的填充量取決于注入螺桿的注入速度以及在向型腔注入之前噴嘴的溫度。 它們權威性地決定了會影響流動性能的塑料熔體的粘度。最后，必須在正確的時間點停止該填充過程。專利文獻DE 2358911提出了一種方法，該方法根據壓力和溫度測量描述了注塑機的一種調節裝置。根據在不同地點所做的溫度測量確定流動前端速度 (Fliessfrontgesctwindigkeit)，并最終根據該流動前端速度為下一個周期調整調節閥。由專利文獻EP 897786同樣可知一種用于調節注塑設備的方法。該方法同樣在壓力測量的基礎上為下一個周期調節不同的調節參數。所有這些方法都是極其復雜的并需要用于連續檢測測量值的傳感器，對這些測量值必須進行評估和處理。在另一種方法中，通過壓力或溫度傳感器確定熔體前端的到達。為此目的，例如在專利文獻WO 2010017940以及JP 63239011中使用了壓力傳感器，在專利文獻WO 200600041 UffO 02081177以及OE 2358911中使用了一個或多個溫度傳感器。在專利文獻 AT328173中，利用傳感器對確定流動前端方向，在此，由傳感器提供溫度曲線或壓力曲線。在此需要注意的是，在這些方法中，每個方法都必須檢測完整的測量曲線，并且必須對各種情況進行解讀。在進行溫度測量時必須為此設置依賴于模具溫度和熔化溫度的觸發器。因此，溫度傳感器可以在由專業人員進一步設置之后僅作為流動前端識別傳感器使用。在改變模具溫度時必須與溫度閾值相適應。還可以預先設定固定的溫度差，在注入時必須實現該溫度差，以便指出流動前端的到達。這其中還包括解讀和評估，因為在可以指明流動前端到達之前，必須對已接收到的測量值相對于溫度曲線進行換算并相互比較。利用溫度傳感器實現的流動前端識別總是需要進行評估和/或與模具溫度相適應，這樣做的成本是很高的。就壓力傳感器而言，一方面，模具內部壓力傳感器的問題在于，需要將其與型腔壁前部齊平地安裝在朝向型腔開放的穿孔中。由于為了不在鑄成品上留下壓痕，故此對表面一致性的要求很高，因此這是非常昂貴的。另一方面，還存在所謂的測量銷(MessdUbel)，其可從型腔向后移動地設置在模具壁中。這種測量銷在其穿孔中被夾緊，其測量信號也必須在大量的與各自的安裝要求相符的預測試中進行解讀和評估，由此能夠可靠地確定已到達傳感器前端。此外，這種測量銷基本上不比所提到的模具內部壓力傳感器便宜，因此仍然是太過昂貴的。無論是利用壓力傳感器還是溫度傳感器都可以不間斷地對隨時間變化的測量曲線進行檢測和評估。這不僅要求高品質的傳感器，也需要高水平的評估軟件，并且在軟件中進行個別設置。這是比較昂貴和復雜的。在專利文獻CH 667843中，在型腔表面上安裝光波發送器，在此，在相對的型腔表面上安裝光波接收器，用于在信號缺失時確定流動前端的到達。這種設計的不利之處在于， 必須將兩個穿孔導入型腔中，這兩個穿孔都必須被與表面一致地封閉。這種方法不適用于透明材料。此外，這種方法成本過高、不可靠、昂貴并且復雜。
發明內容
本發明的目的在于給出一種以上所述的方法，該方法不需要進行測量曲線的測量值檢測以及相應的分析，特別是不需要價格昂貴、技術先進且易發生故障的測量值檢測系統。由此，一方面使得調節所需要的測量儀器成本更低，另一方面也更加可靠。此外，該方法是可以普遍應用的，而與工藝參數無關，例如熔體溫度、模具溫度、在測量點的區域內的型腔的幾何形狀和熔體透明度。用戶也不需要進行具體過程設置。本發明的目的通過獨立權利要求的特點得以實現。根據本發明，至少一個型腔具有測量點，該測量點耦合在二進制開關(也稱為二進制檢測器)上。二進制開關或檢測器是一種可以從第一定義狀態切換到第二定義狀態的檢測器。在此，這些狀態都具有普遍性，也就是說與工藝參數無關。根據熔化物料到達測量點的時刻t，二進制開關或檢測器將其規定的時間信號從第一定義信號切換到第二定義信號，并直接轉發到控制或調節單元。本方法可以單獨根據該時間信號的變化來控制或調節至少一個注入單元的注入速度V、在至少一個噴嘴上的注入的中斷、熔化物料在注入之前的溫度T和/或啟動后續過程。這樣的后續過程例如可以是啟動其他的注入單元和/或打開其他的噴嘴。由于根據本發明的方法僅需檢測熔體到達的時刻t，因此可以使用價格低廉的元件作為二進制檢測器。與根據現有技術的方法相比，在這里不需要記錄、解讀和分析隨時間變化的測量曲線。特別是不必設置觸發值。使用這樣的數字檢測器特別是與模具和熔體的溫度以及與測量點周圍的型腔的幾何形狀無關，并且與其他具體過程的參數無關。因此不需要專業人員對特殊的值進行調整。
下面借助附圖對本發明進行詳細說明。圖1是一種根據本發明的設備的示意圖，其具有型腔和噴嘴；圖加是在事件t之前和之后檢測器的信號輸出的圖；圖2b是根據現有技術的方法的圖；圖2c是根據本發明的方法；圖2d舉例示出二進制檢測器或開關；圖3是根據本發明的設備在(a)打開和(b)關閉狀態中的示意圖，該設備具有通往型腔的噴嘴，型腔在以后受到擠壓；圖4是一種根據本發明的設備的示意圖，其具有型腔和兩個可以將不同的材料充入型腔的注入單元；圖5是根據本發明的設備在液體注入之前(a)和之后(b)的示意圖，該設備具有型腔、注入噴嘴和用于液體注入過程的液體注入裝置；圖6是一種根據本發明的設備在成型件在(a)未制成和(b)已制成狀態下的示意圖，該設備具有加熱通道和多個通往相應型腔的噴嘴以及在熔合紋旁邊的測量點，在型腔中形成具有熔合紋的成型件；圖7是如圖6所示的設備在成型件在(a)未制成和(b)已制成狀態下的示意圖， 該設備具有兩個在熔合紋旁邊的測量點；圖8是一種根據本發明的設備的示意圖，該設備具有兩個向型腔中注入不同物料的注入單元，在型腔中形成具有熔合紋的成型件；圖9是一種根據本發明的設備的示意圖，該設備具有加熱通道和多個通向同一個型腔的噴嘴；圖10示出了具有用于檢測熔體前端的到達的測量點的模具的一部分，其中，(a) 直接在型腔表面上、(b)在接近型腔表面的模具壁、(c)在評估銷或測量銷的后面檢測熔體前端的到達。
具體實施例方式在附圖中保留了附圖標記。圖1示出了根據本發明的工藝設備1，用于在由模具4圍成的型腔3中制造成型件 2。在生產過程中由注入單元5供應熔化物料6，并例如通過螺桿進給將熔化物料6輸送到噴嘴8，噴嘴8通過通道9與型腔3相連接。熔化物料6流入型腔3中，直至型腔3被完全充滿。現在，控制器或調節器10根據承受壓力(Nachdruck)對過程進行切換。位于噴嘴8的區域內的加熱模塊10可以影響噴嘴8中的熔體的溫度，并因此改變熔體的粘度。越熱的熔體粘度越低，并因此在型腔3中流動得快于較冷的熔體。因此可以通過噴嘴8上的溫度來控制流速。另一方面，螺桿進給速度對于流速也是有影響的。最后， 該設備還可以具有在噴嘴8和型腔3之間的、能夠使注入中斷的滑塊12，該滑塊是封閉的。根據本發明，工藝設備1擁有至少一個與二進制檢測器14相耦合的測量點13。檢測器14被設計為，該檢測器在熔體前端15到達測量點13的時刻t改變其狀態。由于其是二進制檢測器，因此它只能采取兩種狀態。控制或調節單元10根據這樣的狀態變化對注入進行控制或調節。這種變化特別可以是注入單元的注入速度的改變，其關系到在注入前對熔化物料6的溫度的調節，和/或例如通過滑塊12中斷向噴嘴8的注入。在該實施例中，優選將測量點13設置在熔化物料6的流動路徑的結束位置的附近，也就是在型腔3的端部。因此在確定熔體前端15到達時可以斷定型腔3已完全被充滿， 由此例如可以結束填充階段的過程并開始保壓階段。熔體前端15到達測量點13可以通過二進制檢測器14在不同的位置上進行檢測。 特別是可以通過毗鄰型腔3或位于接近型腔3的型腔壁中的測量元件來進行檢測。另一方面，還可以將適當的測量元件設置在評估銷18的后面或測量銷18的后面。即使將測量元件設置得距離型腔3較遠，測量點13，也就是熔體前端15必須經過以使檢測器14轉換到另一狀態的設定地點，仍然始終直接位于型腔壁上。對于在此提到的檢測器14重要的是，不必如在現有技術中那樣必須確定、記錄并解讀在一定時間段內的測量值，而是僅需檢測二進制檢測器14的變化。與利用熱電偶進行溫度測量的區別在于，后者必須使用特殊的熱電偶材料，例如鎳鉻/鎳和/或相應的補償導線(Ausgleichsleitimg)來作為導線和連接，以獲得確切的測量值，在當前情況下常規的單芯或雙芯絕緣銅導線就足夠了。同樣對于壓力測量也適用對于壓電式壓力測量，為了能夠防止干擾，需要具有至少10~12歐姆絕緣護套的高度絕緣的導線和連接件。但是對于檢測器14的目標來說，原則上只需要能夠區分兩種狀態。因此對于用于壓力測量元件的導線和連接件不需要特殊的要求，簡單的絕緣的單芯或雙芯銅導線以及市售的連接件就完全足夠了。因此，使用二進制檢測器14原則上要比對與時間相關的測量數據進行分析更加便宜、簡單。圖加舉例示出了信號在時刻t的變化。在這里，檢測器14的輸出信號從0變化到1。在圖2b中示出了根據現有技術的方法傳統的測量傳感器21在模具4中接近或直接設置在型腔3上。該測量傳感器21通常是溫度或壓力傳感器。測量值導線25將該測量傳感器21與測量值分析和解讀裝置22相連接。測量值導線必須根據所使用的測量元件的類型進行特殊設計。特別是在進行溫度測量時要使用熱電偶絲導線，例如MCr/M或相應的代用導線；或者在進行壓力測量時使用高度絕緣的導線。對于光學測量來說，其必須是相應的光導體。由于模具通常由未示出的模具架圍繞，因此通常在過渡處需要有在此未示出的連接插頭。該連接插頭又受到與連接在該連接頭上的導線25相同的關于材料和絕緣值的要求的制約。所有這些都使得除了昂貴的測量傳感器21之外測量裝置更加昂貴。在測量值分析和解讀裝置22上對所有檢測到的測量值進行轉換、解讀和分析。由熱電偶的溫度信號得到的測量信號必須在補償點(Kompensationsstelle)(在該補償點上重新測量溫度)上進行檢測，并根據表格加以解釋。在分析之后，例如在確定預定義的溫度跳躍或壓力升高之后，最后通過控制值導線26(其在此可以是傳統的銅導線)將信號傳遞到控制或調節單元10。控制或調節單元10最終根據信號沈的到達按照要求通過發出控制或調節命令 24來控制或調節注塑成型過程的后續過程。測量值分析和解讀裝置置22和控制或調節單元可以一起安放在能包含兩個裝置的殼體27中，但是在此無法簡化。在圖2c中示出了根據本發明的方法二進制檢測器14例如在模具4中接近型腔 3設置或設置在型腔3上。由于該檢測器14是只能采取兩種狀態的檢測器，因此設置簡單的單芯或雙芯銅導線作為控制值導線沈，該控制值導線沈將檢測器14與控制或調節單元 10相連接。控制或調節單元10最終根據信號沈的到達按照要求通過發出控制或調節命令 24來控制或調節注塑成型過程的后續進程。如圖2d所示，二進制檢測器14例如可以具有前端薄膜觀，其在熔體前端到達時被熔體輕微地向后推動。在該薄膜觀的后面可以在非常微小的間隙距離之后安裝具有絕緣體四的導體26，該導體在熔體到達時與向后移動的薄膜發生電接觸，并由此將信號“1”輸送到控制或調節單元10。在這種情況下，在模具內部設置單芯控制線沈就足夠了，因為電流回路可以通過檢測器14的薄膜28以及例如通過從檢測器到模具4的線圈(Gewinde)封閉。最后，在模具之外接地線23被引向控制或調節單元。在一個實施例中，二進制傳感器對壓力做出反應。但是其在原理上與壓力傳感器有所不同，因為它只能采取兩個狀態，并且不提供壓力的高度值，特別是沒有測量曲線。因此相應地也沒有必須對測量值進行分析和解讀的第二步驟，而這在已知的方法中是必需的。在控制或調節單元10中，在控制值導線沈的兩個接頭之間施加電壓。只要該電壓保持存在，流動前端就尚未到達。當該電壓下降到零時，流動前端已經到達。現在由控制或調節單元10發出控制或調節命令M。本發明并不局限于在這里所提到的二進制檢測器的實施例。還可以容易地對其他符合上述要求的二進制檢測器或開關進行描述。二進制檢測器14特別是可以包括在時刻 t進行機械、光學、熱、電容、電感、電磁、電或化學地檢測的測量元件。在這里所描述的二進制檢測器14不必齊平地安裝在型腔上。如果鉆孔不是貫穿地到達型腔3而是與型腔之間尚存在一個薄壁，則二進制檢測器14也可以安裝在這樣的鉆孔中。最后，壓力由該薄壁傳遞給薄膜觀。在圖3中示出了一種注射壓縮的方法。在該方法中，如同注塑一樣在第一步將熔化物料6注入到型腔3中，但是并不完全將型腔3裝滿。圖3示出了在第一階段最后的充盈狀態的實施例。在第二步中，兩個圍繞型腔3的半模具4為了擠壓過程最終移動到一起。 如圖北所示，熔化物料6現在分布在整個型腔3中。重要的是，在第一步之后的充盈狀態無疑已經足以在第二步中裝滿模具，但是另一方面也不會滿溢。為此目的，根據本發明可以將二進制檢測器14與適宜的測量點13相耦合，該檢測器可以識別出最佳充盈狀態。在到達時刻t時，控制或調節單元中斷對型腔3的填充，并使半模具4關閉。在圖4中給出了制造多組件成型件2的其他實施例。在此也停止注入過程并接著開始下一個方法步驟。該方法步驟是啟動另一注入單元，在此例如使用其他材料或的具有其他特性(例如顏色)的同一種材料作為熔化物料6。在此也可以通過借助于二進制檢測器14對熔體前端15的確定獲得最優的充盈狀態，并因此獲得停止第一注入單元5和啟動后續過程的正確的時間點t。在圖5中舉例示出了流體注射過程。在該例中，也向型腔3中注入一定數量的熔化物料6，如圖fe所示。在隨后的階段中，最終通過液體注入裝置19將液體注入到熔化物料6中，由此將熔化物料6擠壓在型腔3的邊緣上。在此也是通過二進制檢測器14確定充盈狀態。在圖6至圖8中，分別同時利用至少兩個噴嘴8向型腔3中進行填充。因此，每一個都會在兩個液體前端相遇的位置產生熔合紋。這些位置首先是機械負載較低，其次是能夠光學識別。此外，如果使用多個注入單元5，也可以采用不同的熔化物料6，如圖8所示。 在所有這些情況下，熔合紋17都應該位于預定的位置上。為此，根據本發明可以設定具有檢測器14的第一測量點13，如圖6所示。這樣，當切換檢測器14時，例如在第一檢測器14處停止輸送熔化物料6，從而由第二噴嘴8單獨來填充型腔3的其余部分。在圖7中設置了兩個具有檢測器14的測量點13。現在可以通過第二檢測器14來確定型腔3什么時候被第二噴嘴8完全充滿。另一方面，可以通過調整噴嘴9的溫度并由此通過調整噴嘴8中的熔化物料6的粘度實現使兩個熔體前端15同時經過測量點13。還可以確保熔合紋17位于兩個測量點13之間。圖6和圖7的兩個實施例當然可以利用相同或不同的熔化物料6，也就是利用注入單元5和加熱通道20或利用兩個注入單元5實現。 如圖8所示，在存在多個注入單元5的情況下，可以通過二進制檢測器14彼此獨立地調節或控制注入速度。在圖9中給出了另一種多型腔模具4的實施例。在此，注入單元5通過加熱通道 20利用多個噴嘴8將熔化物料6注入到同樣為多個的型腔3中，在此，在各個型腔3的端部上，測量點13與檢測器14相對應。通過調節噴嘴8上的溫度可以調整不同的粘度，使得所有的型腔3同時被充滿。附圖標記列表
1工藝設備
2成型件，多組件成型件
3型腔
4模具，半模具，多型腔模具
5注入單元
6熔化物料
7螺桿
8噴嘴
9通道
10控制或調節單元
11加熱模塊
12滑塊
13測量點
14 二進制檢測器，開關
15熔體前端
17熔合紋
18評估銷或測量銷
19液體注入裝置
20加熱通道
21測量傳感器，溫度傳感器，壓力傳感器
22測量值分析和解讀裝置
23接地線
24控制或調節命令
25測量值導線
26前端識別信號線，數字輸出
27殼體
28薄膜
29絕緣體
T熔化物料溫度
V螺桿進給速度
t熔體到達時刻
權利要求
1.一種在制造成型件( 時控制或調節注入過程的方法，在該方法中，熔化物料(6)由至少一個注入單元(5)通過至少一個噴嘴(8)注入到至少一個由模具圍成的型腔(3) 中，其特征在于，所述至少一個型腔C3)具有至少一個測量點(13)，該測量點與二進制檢測器(14)相耦合，該二進制檢測器可以從第一定義狀態切換到第二定義狀態，其中，所述二進制檢測器(14)在所述熔化物料(6)到達所述測量點(1 的時刻t改變狀態，控制或調節單元(10)根據該狀態改變來控制或調節所述至少一個注入單元(5)的注入速度V、熔化物料(6)在注入之前的溫度T、在至少一個所述噴嘴(8)上注入的中斷和/或后續過程的啟動。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制或調節單元(10)根據所述檢測器 (14)的狀態改變來控制注入過程的停止和后續方法步驟的啟動，特別是保壓階段、在注塑擠壓過程中的擠壓、在制造多組件成型件的情況下啟動其他注入單元或在流體注射過程的情況下啟動液體注入。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述熔化物料(6)通過兩個或更多的噴嘴(8)同時注入同一型腔(3)中，由此在兩個相應的熔體前端(1 相遇時形成熔合紋 (17)，其中，所述控制或調節單元(10)根據所述檢測器(14)的狀態改變控制至少一個噴嘴 ⑶的注入的開始和/或中斷，以達到預先給定的所述熔合紋(17)的位置。
4.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述熔化物料(6)通過兩個或更多的噴嘴(8)同時注入同一型腔(3)中，由此在兩個相應的熔體前端(1 相遇時形成熔合紋 (17)，其中，在兩個或更多的測量點(1 上耦合地安裝兩個或多個二進制檢測器(14)，這些二進制檢測器在所述熔體前端(1 經過所述測量點(1 時改變狀態，在此，所述控制或調節單元(10)根據所述二進制檢測器(14)的狀態變化來調節所述熔化物料(6)在注入之前的溫度T，從而達到所述熔合紋(17)的預定位置。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，這樣調節所述熔化物料(6)在注入之前的溫度T，使所述熔體前端(15)同時到達測量點(13)。
6.如前面任一項權利要求所述的方法，其特征在于，兩個或更多的注入單元(5)分別在每至少一個噴嘴(8)中注入相同或不同的熔化物料(6)。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述控制或調節單元(10)控制所述注入單元(5)的注入速度V。
8.如前面任一項權利要求所述的方法，其特征在于，所述熔化物料(6)通過兩個或更多的噴嘴(8)同時注入兩個或更多的型腔C3)中，其中，每個型腔C3)都具有至少一個測量點(13)，在該測量點(1 上分別耦合有二進制檢測器(14)，其中，所述二進制檢測器(14) 在所述熔體前端(1 到達各測量點(1 的時刻改變狀態，所述控制或調節單元(10)據此中斷在至少一個噴嘴(8)上的注入和/或調節所述熔化物料(6)在注入之前的溫度T。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，調節所述熔化物料(6)的溫度T，使所述熔體前端(15)同時到達所有的測量點(13)。
10.如前面任一項權利要求所述的方法，其特征在于，所述二進制檢測器(14)具有測量元件，該測量元件在所述時刻t機械、光學、熱、電容、電感、電磁、電動或化學地進行檢測。
11.如前面任一項權利要求所述的方法，其特征在于，所述二進制檢測器(14)在所述模具⑷中在直接毗鄰所述型腔(3)、在接近所述型腔(3)的模具壁⑷中、在評估銷后面或在測量銷(18)后面的測量點(1 上檢測所述熔體前端(1 的到達。
12.如前面任一項權利要求所述的方法，其特征在于，至少一個測量點(13)設置在所述熔化物料(6)流動路徑的結束處附近。
13.如前面任一項權利要求所述的方法，其特征在于，所述檢測器(14)通過簡單的絕緣的銅導線向所述控制或調節單元(10)傳輸信號。
全文摘要
本發明涉及一種在制造成型件(2)時控制或調節注入過程的方法，在該方法中，熔化物料(6)由至少一個注入單元(5)通過至少一個噴嘴(8)注入到至少一個由模具(4)圍成的型腔(3)中。根據本發明，至少一個型腔(3)具有至少一個測量點(13)，該測量點在與二進制檢測器(14)相耦合，二進制檢測器可以從第一定義狀態切換到第二定義狀態。在此，二進制檢測器(14)在熔化物料(6)到達測量點(13)的時刻t改變狀態。控制或調節單元(10)根據該狀態變化控制或調節至少一個注入單元(5)的注入速度V、熔化物料(6)在注入之前的溫度T、在至少一個噴嘴(8)上注入的中斷和/或后續過程的啟動。
文檔編號B29C45/76GK102574318SQ201080046228
公開日2012年7月11日 申請日期2010年10月8日 優先權日2009年10月12日
發明者胡安·格魯貝爾, 馬克思·P·韋澤爾 申請人:基斯特勒控股公司