具有调节系统的用于在注射成型工艺中生产部件的设备的制作方法

现有技术

注射成型工具的注射喷嘴部分配备有闭锁针(verschlussnadel)，以便截断材料流。用于注射成型工具的这种针闭锁系统被气动、电动或液压驱动。

在多腔工具的注射过程中会出现各个腔的不同填充高度，这是由于流动特性、不同的通道长度和制造差异或公差产生的。

为了能够同时填充所制造的部件，使用单独减少每个喷嘴的材料量的调节系统。根据目前的现有技术，机器操作者在注射周期之后基于所制造的部件对各个腔的填充度进行评估并根据其自身的判断设定调节，以获得均匀的填充或制造出无瑕疵的产品。由于各个腔的调节相互影响，因此手动调节过程很长并且需要操作者有经验。

原则上划分为以下类型的调节：

-借助节流来进行调节

-通过在时间上对针运动进行控制来进行调节

借助节流进行的调节可以通过在材料流中引入额外的节流段(drosselstrecke)非常容易就得以实现。在这里，所有针都可以同时打开和闭合。通过节流点的不同压力下降进行调节。

但是，当流速极低时，利用机械操作的节流系统(节流段)不再能够过程可靠地对小的射出量进行调节。

通过在时间上对针运动进行控制(级联)的调节更复杂。在进行级联的气动或液压控制时，每个针都通过自己的阀进行控制。因此，交错地打开和闭合针是可行的。这种实现方式需要数量非常多的用于注射成型设备中的介质管路(medienleitung)的通道。这种调节通过针和与此相关的填充时间的不同的打开时间进行调节。时间控制的系统独立于流速工作，并且也可以在射出量最小时使用。

本发明的任务是一种简单的系统，该系统可以在针闭锁系统中使各个腔的填充水平多样化。该系统应在现有系统中可容易地进行改造。各个腔之间的间距应减少到最小并且不通过调节系统增大。

根据本发明，这通过以下方式得以实现，即提供一种设备，该设备包括：

至少一个腔，该腔用于模制相应产品，

至少一个注射喷嘴，材料通过该注射喷嘴注入腔中，

脱模装置，

分配通道，

介质供应装置，

排气通道或回流通道，

至少一个闭锁针，该闭锁针与活塞力配合或形状配合地连接并且被引入到注射喷嘴中，

至少一个用于打开针的阀，以及

至少一个用于闭合针的阀，

其中，

用于打开针的阀和用于闭合针的阀直接紧邻闭锁针布置，并且

用于打开针的阀和用于闭合针的阀的控制单元被设置。

本发明包括由直接位于闭锁针上(直接在致动器上)的小型阀对针闭锁系统进行的控制。致动器的响应通过短的控制路径被降至最低。此外，空间需求相对于现有的机械节流系统较低，并且喷嘴间距可以减少到最小。

阀例如可以是3/2换向阀-或5/2换向阀，其中数字指“通路/途径”(“3/2换向阀”例如表示具有3个通路和2个途径的阀；通路例如可以是供应通道、工作通道和排气通道或回流通道；途径例如可以是“打开”或“闭合”)。

市面上有级联的针闭锁系统。但是阀远离致动器(在注射成型工具的外部)。各个针的数量由用于供应活塞的工作线路的必要的横向孔限制。这些孔是消耗劳力的。除此之外，在工具外部还需要大量的介质管路。这些工具的维护和配备很复杂且容易出错。

与带有外部阀的级联的针闭锁系统相比，具有以下优点：

-因为省略了用于控制通道的横向孔，所以成套模具的间距(nestabstand)最小是可行的

-可易于在现有系统上进行改造

-因为阀直接安装在板上，所以最易于维护

与具有电驱动的针或开启行程限制的系统相比，具有以下优点：

-更少的机械部件，更低的维护成本

-最小的空间需求/从腔到腔的间距最小

-可以调节小的射出量，其中机械节流不再过程可靠地起作用

-现有工具可以易于改装

-可以使用气动或液压系统的大功率密度

-相对于电驱动的针是过载安全的

-阀的高可支配性，无维护成本

控制的基础是气动或液压驱动的针闭锁件(nadelverschluss)。通过外部触发器(打开针闭锁件)将信号传送到控制单元。控制单元根据针闭锁喷嘴的数量具有电子输出，利用这些电子输出控制各个小型阀的线圈。电驱动线圈移动衔铁(anker)，该衔铁机械地打开介质供应通道。小型阀直接位于工具中，紧靠针闭锁系统的气动/液压活塞安装。介质可以是压缩空气或液体。如果腔生产出不良的成型件(损坏的模具嵌入件、错误的尺寸等)，或由于该腔的针闭锁件的摩擦增大造成运行缓慢，则该针闭锁件可以通过控制被闭合。在此，针保持持久闭合，并且没有材料注入腔中。

气动或液压驱动的针闭锁活塞在系统相关的响应时间内打开。该相应时间在正常情况下总是一样的。但是，如果机械系统中的摩擦由于密封件的磨损或系统中的泄漏(或由于机械问题)增加或减少，则在生产过程中可以延长或可能减少该打开时间(例如，当气压或液压升高时)。

在另一种实施形式中，提供一种设备，该设备包括：

至少两个腔，这些腔用于模制相应产品，

至少两个注射喷嘴，材料通过这些注射喷嘴注入相应的腔中，

脱模装置，

分配通道，

介质供应装置，

排气通道或回流通道，

至少两个闭锁针，这些闭锁针与活塞力配合或形状配合地连接并且被引入到相应的注射喷嘴中，

至少两个用于打开相应的针的阀，以及

至少两个用于闭合相应的针的阀，

其中，

用于打开相应的针的阀和用于闭合相应的针的阀直接紧邻相应的闭锁针布置，并且

用于打开相应的针的阀和用于闭合相应的针的阀的控制单元被设置。

利用这样的设备可以同时生产多个物品。

在一种实施形式中，设备可以包括至少一个传感器，该传感器布置在活塞或闭锁针的运动区域中。在另一种实施形式中，设备包括至少两个传感器，这些传感器布置在活塞或闭锁针的运动区域中。

针的“打开”位置和“闭合”位置利用这些传感器得以检测。通过测量每个针闭锁系统的打开时间可以测量不同的打开时间，并且由致动器补偿不同的打开时间。进行用于预防性维护的评估是可行的。在发生故障的情况下，如果致动器不再开启，则可以发出警告。在监测“闭合”位置时可以检测故障。运行时间监测可以如同“打开”一样应用于闭合。活塞的“打开”位置通过传感器确定。可行的传感器类型例如为机械开关触点、电感或电容传感器(取决于活塞或致动器的材料)或霍尔传感器。其它的传感器类型也是可行的，例如光学传感器。打开时间常数可以通过计算阀的致动时间和传感器的响应之间的时间延迟计算得出。打开时间常数可用于补偿不同的打开时间。即使在生产过程中延长或缩短打开时间，控制器也会校正该时间，并且针闭锁件以未改变的节流保持运行。另外，基于该时间常数可以确定针闭锁系统的维护状态。如果存在测量“打开”位置的传感器，并且存在测量“闭合”位置的传感器，则也可以检测针是否卡在“打开”位置和“闭合”位置之间的中间位置。

在本发明的一种实施形式中，设备可以包括至少一个传感器，该传感器与腔相关联。在本发明的一种实施形式中，设备可以包括至少两个传感器，这些传感器与相应的腔相关联。利用这些传感器可以确定腔中的注射量。如果这些注射量与计算的值不匹配，则可以基于传感器数据调整这些注射量。

在本发明的一种实施形式中，设备可以包括至少一个传感器，该传感器在注射喷嘴之前布置在分配通道中。在本发明的一种实施形式中，设备可以包括至少两个传感器，这些传感器在相应的注射喷嘴之前布置在分配通道中。利用这些传感器可以测量注射喷嘴中的注射量。如果这些注射量与计算的值不匹配，则可以基于传感器数据调整这些注射量。

在本发明的一种实施形式中，布置在活塞或闭锁针的运动区域中的传感器可以是电容传感器、电感传感器、霍尔传感器、磁性传感器或开关触点。这些传感器非常适合用于确定闭锁针的位置。

在本发明的一种实施形式中，与相应的腔相关联的传感器可以是压力传感器或温度传感器。因此，腔中的压力可以被测量并且可以相应地控制注射量。然而，传感器也可以是温度传感器，该温度传感器检测冷注射量。

在本发明的一种实施形式中，在相应的注射喷嘴之前布置在分配通道中的传感器可以是压力传感器。通过测量压力可以推断出注射量和调节。

在本发明的一种实施形式中，设备可以在分配通道的入口处包括传感器，优选为压力传感器。由此可以测量进入到设备中的入口压力(eingangsdruck)。分配通道中的压力可以用于优化节流位置。

另一方面，本发明涉及如上定义的用于生产注射成型件的设备的应用。由于精确地控制加工过程是可行的，因此借助这种设备可以生产出具有最小公差和波动的均匀部件。

附图简要说明

在附图和实施例中使用以下附图标记：

1a腔la

lb腔lb

2a腔1a的传感器

2b腔lb的传感器

3a腔1a的注射喷嘴

3b腔lb的注射喷嘴

4脱模装置

5a腔1a的分配通道的传感器

5b腔lb的分配通道的传感器

6a腔1a的带有活塞的闭锁针

6b腔lb的带有活塞的闭锁针

7a腔1a的“针打开”阀

7b腔lb的“针打开”阀

8a腔1a的“针闭合”阀

8b腔lb的“针闭合”阀

9分配通道输入端的传感器

10分配通道输入端

11介质供应装置

12排气通道或回流通道

13a腔1a针位置闭合的传感器

13b腔lb针位置闭合的传感器

14a腔1a针位置打开的传感器

14b腔lb针位置打开的传感器

图1示出了本发明的具有两个腔的实施形式。

实施例

实施例1：具有至少一个腔1a的设备

用于在注射成型工艺中生产部件的设备如下构造并且包括：

至少一个腔1a，该腔用于模制相应产品，

至少一个注射喷嘴3a，材料通过该注射喷嘴注入腔1a中，

脱模装置4，

分配通道10，

介质供应装置11，

排气通道或回流通道12，

至少一个闭锁针6a，该闭锁针与活塞力配合或形状配合地连接并且被引入注射喷嘴3a中，

至少一个用于打开针6a的阀7a，以及

至少一个用于闭合针6a的阀8a，

其中

阀7a和阀8a直接紧邻闭锁针6a布置，并且

用于阀7a和阀8a的控制单元被设置。

针闭锁系统的控制通过直接位于闭锁针6a上(直接在致动器上)的小型阀7a、8a进行。通过短的控制路径将致动器的响应降至最低。此外，空间需求相对于现有的机械节流系统较小，并且喷嘴距离可以减少到最小。

与带有外部阀的级联的针闭锁系统相比，具有以下优点：

-因为省略了用于控制通道的横向孔，所以成套模具间距最小是可行的

-可易于在现有系统上进行改造

-因为阀直接安装在板上，所以最易于维护

与具有电驱动的针或开启行程限制的系统相比，具有以下优点：

-更少的机械部件，更低的维护成本

-最小的空间需求/从腔到腔的距离最小

-可以调节小的射出量，其中机械节流不再过程可靠地起作用

-现有工具可以易于改装

-可以使用气动或液压系统的大功率密度

-相对于电驱动的针是过载安全的

-阀的高可支配性，无维护成本

针6a可以气动地或液压地打开和闭合。通过外部触发器(打开针闭锁件)将信号传送到控制单元。该控制单元根据针闭锁喷嘴的数量具有电子输出，各个小型阀7a、8a的线圈借助这些电子输出被驱动。电驱动的线圈移动衔铁，该衔铁机械地打开介质供应通道11。小型阀7a、8a直接位于工具中，靠近针闭锁系统的气动/液压活塞安装。介质可以是压缩空气或液体。

如果闭锁针6a破损，则闭锁针6a与活塞的力配合或形状配合的连接使得更换针成为可能。

如果腔1a生产出不良的成型件(损坏的模具嵌入件、错误的尺寸等)，或由于该腔1a的针闭锁件的摩擦增大造成运行缓慢，则该针闭锁件可以通过控制闭合。在此，针6a保持持久闭合，并且没有材料注入腔1a中。

气动或液压驱动的针闭锁活塞在与系统相关的响应时间内打开。该响应时间在正常情况下总是一样的。但是，如果机械系统中的摩擦由于密封件的磨损或系统中的泄漏(或由于机械问题)增加，则在生产过程中可以延长或可能减少该打开时间(例如，当气压或液压升高时)。

阀7a、8a例如可以是3/2换向阀-或5/2换向阀，其中数字指“通路/途径”(“3/2换向阀”例如表示具有3个通路和2个途径的阀；通路例如可以是供应通道、工作通道和排气通道或回流通道；途径例如可以是“打开”或“闭合”)。介质(例如压缩空气或液体)通过供应通道供给，以便关闭活塞。介质(例如压缩空气或液体)通过排气通道或回流通道在打开时再次排出。

实施例2：具有至少一个腔1a的设备，该设备包括至少一个传感器13a、14a，该传感器被布置在活塞或闭锁针6a的运动区域

在实施例1中描述的设备的基础上，该设备可以包括至少一个传感器13a、14a，该传感器被布置在活塞或闭锁针6a的运动区域。

针6a的“打开”位置和“闭合”位置利用这些传感器13a、14a进行检测。通过测量每个针闭锁系统的打开时间可以测量不同的打开时间，并且由致动器补偿不同的打开时间。进行用于预防性维护的评估是可行的。在发生故障的情况下，如果致动器不再开启，则可以发出警告。在监测“闭合”位置时可以检测故障。运行时间监测可以如同“打开”一样应用于闭合。活塞的“打开”位置借助传感器确定。可行的传感器类型例如为机械开关触点、电感或电容传感器(取决于活塞或致动器的材料)、磁性传感器或霍尔传感器。其它的传感器类型也是可行的，例如光学传感器。打开时间常数可以通过计算阀7a、8a的致动时间和传感器13a、14a的响应之间的时间延迟计算得出。该打开时间常数可以用于补偿不同的打开时间。即使在生产过程中延长或缩短打开时间，控制器也会校正此时间，并且针闭锁件以未改变的节流保持运行。另外，根据该时间常数可以确定针闭锁系统的维护状态。如果存在测量“打开”位置的传感器13a，并且存在测量“闭合”位置的传感器14a，则也可以检测针是否卡在“打开”位置和“闭合”位置之间的中间位置。设备可以仅设置有传感器13a或仅设置有传感器14a，或者也可以设置有传感器13a、14a两者。

实施例3：具有至少一个腔1a的设备，该设备包括至少一个传感器2a，该传感器与腔1a相关联

在实施例1或实施例2中描述的设备的基础上，该设备可包括至少一个传感器2a，该传感器与腔1a相关联。

利用该传感器2a可以确定腔1a中的注射量。如果注射量与计算的值不一致，则可以基于传感器数据调整注射量。传感器2a可以是压力传感器或温度传感器。因此，腔1a中的压力可以得到测量并且可以相应地控制注射量。然而，传感器2a也可以是温度传感器，该温度传感器检测冷注射量。

实施例4：具有至少一个腔1a的设备，该设备包括至少一个传感器5a，该传感器5a在注射喷嘴3a之前布置在分配通道10中

在实施例1或实施例2或实施例3中描述的设备的基础上，该设备可以包括至少一个传感器5a，该传感器5a在注射喷嘴3a之前布置在分配通道10中。利用该传感器5a可以测量注射喷嘴3a之前的压力。如果这与计算的值不一致，则可以基于传感器数据调整注射量。传感器5a可以是压力传感器。注射喷嘴之前的压力可以用于优化节流位置。

实施例5：具有至少一个腔1a的设备，该设备包括在分配通道10的入口处的传感器9

在实施例1或实施例2或实施例3或实施例4中描述的设备的基础上，该设备可以包括在分配通道10的入口处的传感器9。由此可以测量进入设备中的入口压力。传感器9可以是压力传感器。因此，可以测量分配通道10中的压力。分配通道10中的压力可以用于优化节流位置。

实施例6：具有至少一个腔1a的设备，该设备具有外部称量装置

在前述实施例中的任一个实施例所描述的设备的基础上，也可以存在外部称量装置。对排出的物料进行称量并与设定值进行比较。控制单元向阀7a、8a发出与打开时间相匹配的指令，以达到设定值。

实施例7：具有至少两个腔1a、1b的设备

在前述实施例中的任一个实施例所描述的设备的基础上，还可以存在至少两个腔1a、1b，其中所有其他描述的元件，即闭锁针6a、6b、注射喷嘴3a、3b、阀7a、7b，阀8a、8b、传感器13a、13b、传感器14a、14b、传感器2a、2b、传感器5a、5b，至少存在两次。相应的元件也可以存在三次、四次、五次或更多次。次数越多，可以同时生产的物品就越多。在上述实施例1至6中列出的性质和优点也适用于具有至少两个腔1a、1b的设备。

实施例8：如实施例1至7中任一个实施例所描述的用于生产注射成型件的设备的应用

在本实施例中使用实施例1至7中任一个实施例所描述的设备。

原料经由分配通道10被引入注射喷嘴3a。闭锁针6a通过打开阀7a被打开并将原料引入腔1a。固化后，排出物品。此后，工序从头开始。由此，可以根据存在多少个腔1a来生产一个或更多个物品。可选的传感器13a、14a、2a、5a和9可以如上所述测量注射的原料的量。如果检测到与设定值有偏差，则可以通过更改闭锁针6a的打开时间来应对。

注射成型件的评价标准

未充满

·部件重量减小

·尺寸，例如长度尺寸减小

·流动点

·缺口

·不清楚的表面

·未填充的过渡，如果有的话过度注射

·部件上的毛刺

·部件重量增加

·部件的尺寸，例如长度尺寸变大测量评估标准的途径

·通过相机系统以光学方式进行

·通过测量装置(例如称量装置)测量部件重量

·由机器操作员以视觉方式进行

·以触觉方式进行将评估程序与控制相结合

·通过接口全自动进行

·由操作员通过hmi半自动输入数值(部件被手动称量或评估并直接输入至用户界面，节流的最佳设置自动计算得出并进行设定)

·手动

接口

·串联

·并行

·总线系统(例如asi、以太网、profibus等)

·hmi

控制回路

·通过反馈初始变量(部件的填充水平)的闭环控制回路(参见以下实施例)

实施例9：如实施例1至7中任一个实施例所描述的用于生产注射成型件的设备根据“控制回路功能原理”的应用

在实施例1至7的设备的基础上并基于实施例8的应用根据“控制回路功能原理”进行生产。闭环控制回路能够实现针闭锁节流系统的快速协调。借助光学准则或物理准则自动地或手动地对生产的部件进行评估，并用于后续的注射过程，以便校准喷嘴调节器。集成的控制器(例如状态控制器或pid控制器)在几个循环内优化喷嘴设置。投产(inbetriebnahme)被缩短，在生产操作中可以通过对生产的部件进行全自动的评估来实现恒定的部件质量。

实施例10：如实施例1至7中任一个实施例所描述的用于生产注射成型件的设备根据功能原理“闭环控制回路”的应用

在实施例1至7的设备的基础上并基于实施例8或9的应用根据功能原理“闭环控制回路”进行生产。成型件被注射而成并在注射过程后进行评估，例如重量、尺寸、在光学上识别示踪物。该信息回流至控制单元并延长或缩短该腔的针闭锁件的“打开”位置。

另一种可能性是测量腔内的压力或温度，这在热塑性工具中是常见的。通过该信息，若部件填满，可以对各个腔的平衡产生影响。

另一种可能性在于光学控制部件并改变致动器的开启时间。

实施例11：如实施例1至7中任一个实施例所描述的用于生产注射成型件的设备根据功能原理“称量装置”的应用

在实施例1至7的设备的基础上并基于实施例8、9或10的应用根据功能原理“称量装置”进行生产。

由于注射成型工具的分配系统中的制造技术的不稳定性，在多腔工具中可能会发生各个腔比其他腔更快地被填充。这样的结果使部件不具有相同的填充水平并且会具有太小或太大的尺寸或具有缺陷。

通过调节系统(针闭锁系统的级联)可以调整每个腔的填充水平。

解决方案：借助称量装置测量每个单独的成型件。将由此获得的每个注射成型件的重量信息传递到控制单元(手动或自动)。控制单元计算平均重量和由此所需的每个腔的延迟时间。通过多次循环该调节方法调整最佳设置。称量装置可以在内部或外部。

实施例12：如实施例1至7中任一个实施例所描述的用于生产注射成型件的设备根据功能原理“总射出量”的应用

在实施例1至7的设备的基础上并基于实施例8、9、10或11的应用根据功能原理“总射出量”进行生产。

通过调节系统可以调节每个腔的填充水平。然而，注射成型机决定注射材料的总量。通过同时减小或增加“节流位置”或打开时间点仅可以略微改变总射出量。

解决方案：控制单元将获得的总射出量传递至注射成型机，或在控制单元中存储最佳的总射出量，并将所需的值传递至注射成型机。