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DE202013101428U1 - An ultrasonic sensor for monitoring the polymer injection molding process - Google Patents

An ultrasonic sensor for monitoring the polymer injection molding process Download PDF

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DE202013101428U1 DE201320101428 DE202013101428U DE202013101428U1 DE 202013101428 U1 DE202013101428 U1 DE 202013101428U1 DE 201320101428 DE201320101428 DE 201320101428 DE 202013101428 U DE202013101428 U DE 202013101428U DE 202013101428 U1 DE202013101428 U1 DE 202013101428U1
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Abstract

Ein Ultraschallsensor zum Überwachen des Polymer-Spritzgussverfahrens, der folgende Teile aufweist: ein Metallbrett (1), ein Polyimidenbrett (2), zwei Fixierungsschrauben (3, 7), eine piezoelektrische Dünnschicht (4), eine von der piezoelektrischen Dünnschicht (4) polarisierte Elektrode (5), ein Elektrodenkabel (6), einen Erdleiter (8), wobei die Teile wie folgt miteinander verbunden sind: Die piezoelektrische Dünnschicht (4) ist auf der einen Seite des Metallbretts (1) aufgetragen; die von der piezoelektrischen Dünnschicht (4) polarisierte Elektrode (5) befindet sich auf der Oberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht (4) und ist mit dem Elektrodenkabel (6) verbunden; das Polyimidenbrett (2) ist auf dem Elektrodenkabel (6) aufgedrückt und mit zwei Fixierungsschrauben (3, 7) an dem Metallbrett (1) befestigt; und der Erdleiter (8) ist an einer der zwei Fixierungsschrauben (3, 7) angeschlossen.An ultrasonic sensor for monitoring the polymer injection molding method, comprising: a metal board (1), a polyimide board (2), two fixing screws (3, 7), a piezoelectric thin film (4), one polarized by the piezoelectric thin film (4) Electrode (5), an electrode cable (6), a ground conductor (8), wherein the parts are connected together as follows: The piezoelectric thin film (4) is applied on one side of the metal board (1); the electrode (5) polarized by the piezoelectric thin film (4) is located on the surface of the piezoelectric thin film (4) and connected to the electrode cable (6); the polyimide board (2) is pressed onto the electrode cable (6) and fastened to the metal board (1) with two fixing screws (3, 7); and the earth conductor (8) is connected to one of the two fixing screws (3, 7).

Description

Technisches Gebiet Technical area

Die vorliegende Erfindung gehört zum Bereich der Polymer-Spritzgusstechnik. Sie betrifft insbesondere einen Ultraschallsensor zum Überwachen des Polymer-Spritzgussverfahrens. The present invention belongs to the field of polymer injection molding technology. In particular, it relates to an ultrasonic sensor for monitoring the polymer injection molding process.

Technischer Hintergrund Technical background

Polymerstoffe, zum Beispiel Plastik, haben vergleichsweise geringe Dichte, gute Verschleißbeständigkeit, niedrige Wärme- und Stromübertragungsfähigkeit. Ferner sind sie leicht zu formen. Daher finden sie in vielen Bereichen wie Industrie, Landwirtschaft, Verteidigung, Chemie, Biotechnik usw. breite Verwendung. Viele Polymerstoffe werden mittels Spritzgusstechnik verarbeitet. Im Vergleich zu Metall, Keramik oder Glas haben Polymerstoffe einen niedrigeren Schmelzpunkt. Die geschmolzene Flüssigkeit wird in die Gussform mit Druck gespritzt. Das Arbeitsverfahren ist vergleichsweise einfach und die Kosten sind vergleichsweise niedrig. Die Spritzgusstechnik ist heutzutage schon die meistverwendete Plastikverarbeitungstechnik. Die Qualität des Plastiks hängt sehr von der Überwachung und Kontrolle des Spritzgussvorgangs ab. Viele Parameter während des Spritzgussvorgangs wie Temperatur, Druck usw. haben großen Einfluss auf den Verarbeitungsvorgang und somit auf die Qualität des Plastiks. Die Überwachung des Spritzgussvorgangs ist daher sehr wichtig. Zurzeit gibt es bereits mehrere Überwachungsmethoden wie zum Beispiel die Thermoanalyse, die Thermo-Gewichts-Analyse, die optische Methode, die Stromimpuls-Methode, wobei die ersteren zwei Methoden den Wärmestrom und die Viskosität der geschmolzenen Flüssigkeit, und die letzteren zwei Methoden eher die mechanische Energie von Plastik messen. Solche Überwachungsmethoden können jedoch nur vergleichsweise wenige Informationen gewinnen und unterliegen deshalb gewissen Einschränkungen. Polymeric materials, for example plastics, have comparatively low density, good wear resistance, low heat and current transfer capability. Furthermore, they are easy to shape. Therefore, they are widely used in many fields such as industry, agriculture, defense, chemistry, biotechnology, and so on. Many polymer materials are processed by means of injection molding technology. Polymeric materials have a lower melting point compared to metal, ceramic or glass. The molten liquid is injected into the mold with pressure. The working procedure is relatively simple and the costs are comparatively low. Today, injection molding technology is the most widely used plastic processing technology. The quality of the plastic depends very much on the monitoring and control of the injection molding process. Many parameters during the injection molding process such as temperature, pressure, etc. have a great influence on the processing process and thus on the quality of the plastic. Monitoring the injection molding process is therefore very important. At present, there are already several monitoring methods such as the thermal analysis, the thermal weight analysis, the optical method, the current pulse method, the former two methods the heat flow and the viscosity of the molten liquid, and the latter two methods rather mechanical Measure energy of plastic. However, such monitoring methods can only gain comparatively little information and are therefore subject to certain restrictions.

Ferner gibt es eine Ultraschallüberwachungsmethode. Das ist eine Echtzeit- und Online-Messmethode, die die physikalischen und rheologischen Eigenschaften der Polymerstoffe misst. Es werden über Sensoren hauptsächlich folgende Informationen des Ultraschalls empfangen: die Geschwindigkeit, die Dämpfungsrate, die Reflexion und die Streuung des Ultraschalls. Diese Informationen haben korrespondierende Beziehung zu den dynamischen und physikalischen Eigenschaften eines Polymerstoffes während des Spritzguss-Verarbeitungsvorgangs. So zum Beispiel spiegeln die Geschwindigkeit und die Dämpfungsrate des Ultraschalls die Eigenschaften eines Polymerstoffes während des Verschmelzungs-, Gerinnungs- und Kristallisationsvorgangs wider. Die Reflexionssignale spiegeln die Wellenhöhe und die Falten der Oberfläche wider. There is also an ultrasound monitoring method. This is a real-time and online measurement method that measures the physical and rheological properties of polymer materials. Sensors mainly receive the following information about the ultrasound: the speed, the rate of attenuation, the reflection and the scattering of the ultrasound. This information has a correspondence with the dynamic and physical properties of a polymeric material during the injection molding processing operation. For example, the rate and rate of attenuation of ultrasound reflect the properties of a polymeric material during the coalescence, coagulation, and crystallization process. The reflection signals reflect the wave height and the wrinkles of the surface.

1 zeigt das Arbeitsprinzip, nach dem der Arbeitsvorgang des Polymer-Spritzgießens mit Hilfe von Ultraschall überwacht wird: Der Ultraschallsensor 12 sendet Ultraschallsendesignale 11 aus. Die Gussform 9 und die darin befindliche Spritzgussflüssigkeit 10 sind verschiedene Medien. Die Ultraschallsendesignale werden sowohl an der Grenzfläche verschiedener Medien als auch an der Grenzfläche verschiedener Phasen ein und desselben Mediums reflektiert. An diesen Stellen entstehen Ultraschallreflexionssignale 13. Durch die Berechnung mit den Wellenlängen und Amplituden der Ultraschallsendesignale und der Ultraschallreflexionssignale lassen sich die physikalischen Eigenschaften der Medien auf den Grenzflächen ermitteln. 1 shows the principle of operation, by which the process of polymer injection molding is monitored by means of ultrasound: The ultrasonic sensor 12 sends ultrasound broadcast signals 11 out. The mold 9 and the injection molding liquid therein 10 are different media. The ultrasonic transmission signals are reflected both at the interface of different media and at the interface of different phases of one and the same medium. Ultrasonic reflection signals are generated at these points 13 , By calculating the wavelengths and amplitudes of the ultrasonic transmission signals and the ultrasonic reflection signals, the physical properties of the media can be determined on the interfaces.

In den letzten Jahren hat sich die so genannte MEMS-Technik (auf Englisch: Microelectromechanical Systems) stark entwickelt und verbreitet. Die Polymer-Spritzgusstechnik findet auch immer mehr Anwendung in diesem Bereich. Die Tendenz in diesem Bereich ist, dass die Produkte von der Größe her immer kleiner und von der Form her immer verschiedenartiger werden und die Verarbeitungstemperatur immer höher wird. Daher wird ein Überwachungssensor für Polymer-Spritzgusstechnik benötigt, das dieser Tendenz entspricht. In recent years, the so-called MEMS technology (Microelectromechanical Systems) has developed and spread widely. Polymer injection molding technology is also finding increasing application in this area. The trend in this area is that the size of the products becomes smaller and smaller in shape, and the processing temperature becomes higher and higher. Therefore, a monitoring sensor for polymer injection molding technology is needed, which corresponds to this tendency.

Inhalt der Erfindung Content of the invention

Die vorliegende Erfindung stellt einen Ultraschallsensor zum Überwachen des Polymer-Spritzgussverfahrens bereit. The present invention provides an ultrasonic sensor for monitoring the polymer injection molding process.

Der erfindungsgemäße Ultraschallsensor zum Überwachen des Polymer-Spritzgussverfahrens umfasst folgende Teile: ein Metallbrett 1, ein Polyimidenbrett 2, zwei Fixierungsschrauben 3 und 7, eine piezoelektrische Dünnschicht 4, eine von der piezoelektrischen Dünnschicht 4 polarisierte Elektrode 5, ein Elektrodenkabel 6 und einen Erdleiter 8. Der erfindungsgemäße Ultraschallsensor ist hochtemperaturbeständig. Er kann je nach Gestalt und Struktur der Gussform in verschiedenen Ausführungen hergestellt werden. The ultrasonic sensor according to the invention for monitoring the polymer injection molding process comprises the following parts: a metal board 1 , a polyimide board 2 , two fixing screws 3 and 7 , a piezoelectric thin film 4 , one of the piezoelectric thin film 4 polarized electrode 5 , an electrode cable 6 and a ground wire 8th , The ultrasonic sensor according to the invention is resistant to high temperatures. Depending on the shape and structure of the casting mold, it can be produced in various designs.

Die Form des Metallbretts 1 kann auf die Form und die Gestaltung der Gussform angepasst werde. Hier wird eine lange und flache Quaderform gewählt. Das Metallbrett 1 besteht aus dem gleichen Material wie die Gussform 9, damit es die gleiche Wärmeübertragungsfähigkeit wie die Gussform 9 besitzt. Auf der der Spritzgussflüssigkeit 10 abgewandte Seite des Metallbretts 1 ist eine piezoelektrische Dünnschicht 4 aufgetragen. Die piezoelektrische Dünnschicht 4 ist zum Senden und Empfangen von Ultraschallsignalen bestimmt. Die von der piezoelektrischen Dünnschicht 4 polarisierte Elektrode 5 befindet sich in der Mitte der Dünnschicht 4. Die Elektrode 5 ist mit einem Elektrodenkabel 6 verbunden. Auf dem Elektrodenkabel 6 ist ein dielektrisches Polyimidenbrett 2 aufgedrückt, das von zwei Fixierungsschrauben 3 und 7 auf dem Metallbrett 1 befestigt ist. Polyimide besitzt gute Isolationsfestigkeit und ist selbst bei 400°C hochtemperaturbeständig. Ein Erdleiter 8 ist mit einer der Fixierungsschrauben 3 oder 7 verbunden. The shape of the metal board 1 can be adapted to the shape and design of the mold. Here, a long and flat cuboid shape is chosen. The metal board 1 consists of the same material as the mold 9 so that it has the same heat transfer capability as the mold 9 has. On the injection molding fluid 10 opposite side of the metal board 1 is a piezoelectric thin film 4 applied. The piezoelectric thin film 4 is intended for sending and receiving ultrasound signals. That of the piezoelectric thin film 4 polarized electrode 5 is located in the middle of the thin film 4 , The electrode 5 is with an electrode cable 6 connected. On the electrode cable 6 is a dielectric polyimide board 2 pressed on, by two fixing screws 3 and 7 on the metal board 1 is attached. Polyimide has good insulation resistance and is resistant to high temperatures even at 400 ° C. An earth conductor 8th is with one of the fixing screws 3 or 7 connected.

Der erfindungsgemäße Ultraschallsensor zum Überwachen des Polymer-Spritzgussverfahrens besteht aus vergleichsweise wenigen Bestandteilen und ist von einfacher Struktur. Insbesondere kann der Ultraschallsensor in verschiedenen Formen hergestellt werden, um auf verschiedene Gussformen angepasst zu werden. Er ist auch sehr hochtemperaturbeständig. Zudem ist er leicht herzustellen und zu warten. Die Herstellungskosten sind vergleichsweise gering. The ultrasonic sensor according to the invention for monitoring the polymer injection molding process consists of comparatively few components and is of simple structure. In particular, the ultrasonic sensor can be made in various shapes to suit different molds. He is also very high temperature resistant. It is also easy to make and maintain. The production costs are comparatively low.

Der erfindungsgemäße Ultraschallsensor ist daher insbesondere geeignet, in solchen Polymer-Spritzgussverfahren eingesetzt zu werden, bei denen Produkte von kleinem oder sogar Mikro-Format hergestellt werden und/oder bei denen häufig hohe Betriebstemperaturen anzutreffen sind. The ultrasonic sensor according to the invention is therefore particularly suitable for use in such polymer injection molding processes in which products of small or even micro-format are produced and / or in which high operating temperatures are frequently encountered.

Erläuterung der Zeichnungen Explanation of the drawings

Darin zeigen: Show:

1 eine schematische Darstellung des Arbeitsprinzips, nach dem der Arbeitsvorgang des Polymer-Spritzgießens mit Hilfe von Ultraschall überwacht wird; 1 a schematic representation of the working principle, after which the operation of the polymer injection molding is monitored by means of ultrasound;

2 die Struktur des erfindungsgemäßen Ultraschallsensors; 2 the structure of the ultrasonic sensor according to the invention;

3 ein Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ultraschallsensors. 3 an application example of the ultrasonic sensor according to the invention.

Ausführungsbeispiel embodiment

Im Folgenden wird anhand der Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher erläutert. In the following an embodiment of the present invention will be explained in more detail with reference to the drawings.

2 zeigt die Struktur des erfindungsgemäßen Ultraschallsensors: Das Metallbrett 1 des Ultraschallsensors ist von langer und flacher Quaderform und besteht aus dem gleichen Material wie die Gussform, damit es die gleiche Wärmeübertragungsfähigkeit wie die Gussform besitzt. Die Länge, Breite und Höhe des Metallbretts 1 betragen jeweils 50 mm, 25 mm und 12 mm. Auf der der Spritzgussflüssigkeit abgewandten Seite des Metallbretts 1 ist eine piezoelektrische Dünnschicht 4 aus Bismut-Titanat durch Spray-Verfahren aufgetragen, wobei die Dünnschicht 4 die Oberfläche des Metallbretts 1 nicht ganz abdeckt. Vielmehr hat die piezoelektrische Dünnschicht 4 bis zu den Rändern des Metallbretts 1 jeweils noch einen 5 mm breiten Abstand. Die Dichte der Dünnschicht beträgt 90 µm. Die piezoelektrische Dünnschicht 4 ist zum Senden und Empfangen von Ultraschallsignalen bestimmt. Die von der piezoelektrischen Dünnschicht 4 polarisierte Elektrode 5 befindet sich in der Mitte der Dünnschicht 4. Der Durchmesser der Elektrode 5 beträgt 10 mm und ihre Dichte beträgt 10 µm. 2 shows the structure of the ultrasonic sensor according to the invention: The metal board 1 The ultrasonic sensor is of a long and flat parallelepiped shape and is made of the same material as the mold so that it has the same heat transfer capability as the mold. The length, width and height of the metal board 1 are each 50 mm, 25 mm and 12 mm. On the side facing away from the injection molding liquid of the metal board 1 is a piezoelectric thin film 4 from bismuth titanate applied by spray method, the thin layer 4 the surface of the metal board 1 not completely covering. Rather, the piezoelectric thin film has 4 to the edges of the metal board 1 each still a 5 mm wide distance. The density of the thin film is 90 μm. The piezoelectric thin film 4 is intended for sending and receiving ultrasound signals. That of the piezoelectric thin film 4 polarized electrode 5 is located in the middle of the thin film 4 , The diameter of the electrode 5 is 10 mm and its density is 10 μm.

Die Elektrode 5 ist mit einem Elektrodenkabel 6 verbunden. Auf dem Elektrodenkabel 6 ist ein dielektrisches Polyimidenbrett 2 aufgedrückt, das von zwei Fixierungsschrauben 3 und 7 auf dem Metallbrett 1 befestigt ist. Ein Erdleiter 8 ist mit der Fixierungsschraube 7 verbunden. The electrode 5 is with an electrode cable 6 connected. On the electrode cable 6 is a dielectric polyimide board 2 pressed on, by two fixing screws 3 and 7 on the metal board 1 is attached. An earth conductor 8th is with the fixing screw 7 connected.

Wie 3 zeigt, werden in diesem Ausführungsbeispiel gleichzeitig zwei Abschnitte der Gussform 9 überwacht. Daher werden gleichzeitig zwei Ultraschallsensoren A und B (14, 15) eingesetzt. Die der Spritzgussflüssigkeit 10 zugewandte Seite des jeweiligen Metallbretts 1 der zwei Ultraschallsensoren A und B (14, 15) befindet sich auf der gleichen Ebene wie die innere Wandoberfläche der Gussform 9, so dass das jeweilige Metallbrett 1 von innen gesehen einen Teil der Gussform 9 bildet. As 3 shows, in this embodiment simultaneously two sections of the mold 9 supervised. Therefore, two ultrasonic sensors A and B are simultaneously ( 14 . 15 ) used. The injection molding fluid 10 facing side of the respective metal board 1 of the two ultrasonic sensors A and B ( 14 . 15 ) is on the same plane as the inner wall surface of the mold 9 so that the respective metal board 1 seen from inside a part of the mold 9 forms.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1
Metallbrett metal board
2 2
Polyimidenbrett Polyimidenbrett
3 3
erste Fixierungsschraube first fixation screw
4 4
piezoelektrische Dünnschicht piezoelectric thin film
5 5
von der piezoelektrischen Dünnschicht polarisierte Elektrode electrode polarized by the piezoelectric thin film
6 6
Elektrodenkabel electrode cable
7 7
zweite Fixierungsschraube second fixation screw
8 8th
Erdleiter ground wire
9 9
Gussform mold
10 10
Spritzgussflüssigkeit injection liquid
11 11
Ultraschallsendesignale Ultrasonic transmitting signals
12 12
Ultraschallsensor ultrasonic sensor
13 13
Ultraschallreflexionssignale Ultrasonic reflection signals
14 14
Ultraschallsensor A Ultrasonic sensor A
15 15
Ultraschallsensor B Ultrasonic sensor B

Claims (3)

Ein Ultraschallsensor zum Überwachen des Polymer-Spritzgussverfahrens, der folgende Teile aufweist: ein Metallbrett (1), ein Polyimidenbrett (2), zwei Fixierungsschrauben (3, 7), eine piezoelektrische Dünnschicht (4), eine von der piezoelektrischen Dünnschicht (4) polarisierte Elektrode (5), ein Elektrodenkabel (6), einen Erdleiter (8), wobei die Teile wie folgt miteinander verbunden sind: Die piezoelektrische Dünnschicht (4) ist auf der einen Seite des Metallbretts (1) aufgetragen; die von der piezoelektrischen Dünnschicht (4) polarisierte Elektrode (5) befindet sich auf der Oberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht (4) und ist mit dem Elektrodenkabel (6) verbunden; das Polyimidenbrett (2) ist auf dem Elektrodenkabel (6) aufgedrückt und mit zwei Fixierungsschrauben (3, 7) an dem Metallbrett (1) befestigt; und der Erdleiter (8) ist an einer der zwei Fixierungsschrauben (3, 7) angeschlossen. An ultrasonic sensor for monitoring the polymer injection molding process, comprising: a metal board ( 1 ), a polyimide board ( 2 ), two fixing screws ( 3 . 7 ), a piezoelectric thin film ( 4 ), one of the piezoelectric thin film ( 4 ) polarized electrode ( 5 ), an electrode cable ( 6 ), a ground wire ( 8th ), the parts being connected together as follows: The piezoelectric thin film ( 4 ) is on one side of the metal board ( 1 ) applied; that of the piezoelectric thin film ( 4 ) polarized electrode ( 5 ) is located on the surface of the piezoelectric thin film ( 4 ) and is connected to the electrode cable ( 6 ) connected; the polyimide board ( 2 ) is on the electrode cable ( 6 ) and with two fixing screws ( 3 . 7 ) on the metal board ( 1 ) attached; and the earth conductor ( 8th ) is on one of the two fixing screws ( 3 . 7 ) connected. Ein Ultraschallsensor zum Überwachen des Polymer-Spritzgussverfahrens nach Anspruch 1, wobei die piezoelektrische Dünnschicht (4) aus Bismut-Titanat besteht. An ultrasonic sensor for monitoring the polymer injection molding method according to claim 1, wherein the piezoelectric thin film ( 4 ) consists of bismuth titanate. Ein Ultraschallsensor zum Überwachen des Polymer-Spritzgussverfahrens nach Anspruch 1, wobei die von der piezoelektrischen Dünnschicht (4) polarisierte Elektrode (5) sich in der Mitte der piezoelektrischen Dünnschicht (4) befindet. An ultrasonic sensor for monitoring the polymer injection molding method according to claim 1, wherein the surface of the piezoelectric thin film ( 4 ) polarized electrode ( 5 ) in the middle of the piezoelectric thin film ( 4 ) is located.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112083063A (en) * 2019-06-12 2020-12-15 千竣科技有限公司 Ultrasonic sensor

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