Fallstudie: Entwicklung eines individuellen Reglers für Spritzgussanwendungen

Die Verwendung beheizbarer Kanäle und Düsen beim Spritzgießen von Kunststoffen folgt vor allem dem Wunsch, kurze Zykluszeiten und eine hohe Teilequalität zu erreichen. Eine besondere Bedeutung kommt dabei der Temperaturregelung zu.

Hohe Schmelzetemperaturen ergeben zwar kurze Fließzeiten und einen guten Füllgrad der Kavitäten, erfordern jedoch eine hohe Kühlleistung während der Abkühlphase. Bei teilkristallinen Thermoplasten ist zudem noch die Kristallisationswärme abzuführen. Die in raschem Wechsel erfolgenden großen Temperaturänderungen an den Oberflächen der Kavitäten führen jedoch zu erhöhten thermischen Spannungen im Werkzeug. Die Neigung zur Rissbildung und der Werkzeugverschleiß steigen.

Wichtig: Die Einhaltung des Temperaturbereichs

Übertemperaturen begünstigen zudem die Neigung zur molekularen Zersetzung einiger Werkstoffe. Ein Unterschreiten der Fließtemperatur bewirkt dagegen eine progressive Erhöhung der Schmelzeviskosität und damit verbunden einen starken Druckanstieg im Werkzeug. Auch dies führt zu erhöhtem Verschleiß in Werkzeug und Maschine.

Moderne elektronische Mehrzonenregler wie Elotechs R 4000, R 2500, R 2400 und R 2200 unterstützen die Temperaturregelung in Heißkanalsystemen mit besonderen Regelstrategien:

  1. Softstart

    In der Anfahrphase wird der Prozess mit reduzierter Heizleistung auf eine wählbare Zwischentemperatur aufgeheizt um die Eigenspannungen im Werkzeug zu reduzieren.

  2. Angepasster Regelalgorithmus mit Selbstoptimierung

    Nach Ermittlung der PID-Parameter xp, Tv und Tn während der Selbstoptimierungsphase wird die Schaltzykluszeit für Heizen mit h = 0,5 Tn festgelegt, die Schaltzykluszeit für Kühlen mit k = 0,3 Tn. Diese Werte stellen Ausgleich zwischen den Anforderungen schnelle Temperaturänderung einerseits und Schonung von Werkzeug und Heizelementen andererseits dar.

  3. Einstellbares Deadband für Heizen und Kühlen

    Mit diesem Parameter wird das gleichzeitige Wirken von Heizung und Kühlung vermieden und so der Verbrauch an elektrischer Energie messbar reduziert.

  4. Frei parametrierbare Stellgradbegrenzung

    Dies verhindert bei zu großzügig ausgelegten Heizsystemen ein Überschwingen der Temperatur.

  5. Prozessüberwachung

    Ein Überspritzen der Kavität führt zu Schmelzeaustritt und Temperaturabfall infolge erhöhter Wärmeabfuhr an das Werkzeug. Eine Leckage der Werkzeugkühlung kann den Verlust von Kühlleistung bewirken. Elotech Temperaturregler überwachen die zulässigen Grenzwerte für Minimal- und Maximaltemperatur und geben bei Verlassen des gewählten Temperaturbands ein Alarmsignal aus. Das Versagen eines Temperaturfühlers (Fühlerbruch) und der Ausfall des Heizstroms werden ebenfalls überwacht und im Störungsfall durch ein Alarmsignal signalisiert.

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