KR102538009B1 - 사출-성형 프로세스에서 사출-성형가능한 화합물의 실제 체적을 판정하기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사출-성형 프로세스 동안 사출-성형가능한 화합물의 실제 체적(V_r)을 판정하기 위한 방법에 관한 것이며, 여기서 사출-성형가능한 화합물이 금형의 적어도 하나의 공동 내로 도입되며, 본 방법은: a) 적어도 사출 프로세스의 충전 단계 동안 프로세스 변수들로부터 이론적인 체적(V_t)을 판정하는 단계, b) 적어도 하나의 화합물 압력(p_M)을 위한 적어도 하나의 값을 판정하고 그리고/또는 측정하는 단계를 포함하며, c) 상기 사출-성형가능한 화합물의 p_M의 값에 대응하는 재료-특정 압축(k(p))을 선택하는 단계, 및 d) 압축(k(p))을 고려함으로써 실제 체적(V_r)을 계산하는 단계에 의해 특징된다.

Description

사출-성형 프로세스에서 사출-성형가능한 화합물의 실제 체적을 판정하기 위한 방법

본 발명은 제1 항의 전제부에 따라 사출-성형가능한 화합물을 포함하는 사출 금형의 공동의 실제 충전 체적을 판정하기 위한 방법에 관한 것이다.

사출 성형 기계들은 모든 축들(axes)의 운동들을 허용하고, 매우 높은 정확도로 구동한다. 예컨대, 용융된 열가소성 플라스틱(용융물들)을 금형의 공동 내로 도입하기 위한 특히 병진의(translatory) 스크류 운동이 큰 정도로 조절되고, 특히 전기 사출 성형 기계들의 경우에 재현될 수 있다. 그러나, 기계 관련되지 않은(non-machine-related) 변동들, 예컨대 환경 변동들 및 시동(start-up) 효과들은 사출 성형된 부품들의 제조에 응답하여 사출 성형 프로세스의 재현성(reproducibility)에 부정적인 영향을 가진다. 성형된 부품 품질을 안정화시키기 위해 종래 기술에서 일반적으로 사용되는 접근법은 제조 시간에 걸쳐 가능한 한 일정하게 온도들, (스크류의) 가속들, 속도들 등을 유지하는 것이다.

그러나, 이러한 측정들은 재료에서 발생하는 변동들 또는 변경들, 기계의 온도 환경 또는 (예를 들어, 과립 수집 또는 비복귀(non-return) 밸브의 효과들과 같은) 다른 외부에서 발생하거나 기계-물리적 효과들에 대해 항상 보상할 수는 없다. 항상 동일한 프로세스 제어에도 불구하고, 이러한 변동들 또는 변화들은 상이한 금형 충전으로 그리고 따라서 성형된 부품들의 상이한 품질로 이어질 수 있다.

사출 프로세스를 측정하고 조절하기 위해, 종래 기술은 순수 기계 변수들에 의지한다. 대개, 예를 들어, 속도는 사출 단계(phase)에서 일정하게 유지되며, 그리고 화합물 압력은 유지 압력 단계들에서 일정하게 유지된다. 기계들의 대부분에서, 사출 체적이 측정되고 디스플레잉될 수 있다. 그러나, 이는 이론적인 사출 체적이며, 이는 실제로 수행되는 스크류 스트로크로 및 스크류 횡단면적으로부터 간단한 계산을 초래한다. 이러한 점에서, 종래 기술에서 사용되는 사출 체적은, 따라서, 이론적인 체적이도록 고려될 수 있다. 그러나, 사용되는 사출-성형가능한 재료의 실제로 존재하는 압축률은 고려되지 않는다.

용융물의 재료 압축률을 측정하는 것 그리고 2개의 재료 컴포넌트들의 혼합 비율을 판정하기 위해 이 압축률을 사용하는 것 또는 이에 의해 이 압축률을 고려하는 것이 DE 10 2007 030 637 B4로부터 공지되어 있다.

유지 압력 시간을 조정하는 것이 DE 10 2005 016 617 B1로부터 공지되어 있으며, 여기서 사출 성형 프로세스는 플라스틱 체적 유동의 감소에 의해 제어된다. 플라스틱 체적 유동은 또한, 여기서 스크류 스트로크로부터 또한 판정되며, 그리고 따라서, 압력 레벨에 따라 유지 압력 단계 동안 상이한 정도들로 압축될 수 있는 이론적 체적에 대응한다.

소위 팽창 사출 성형 프로세스가 EP 1 074 374 A1로부터 공지되어 있으며, 여기서 용융물의 압축률은 금형의 공동을 충전하는 데 사용된다. 압축된 용융물 체적은 완화(relaxation) 프로세스(감압) 동안 금형의 공동 내로 안내되고, 이에 의해 완화된다. 그러나, 예를 들어, 이를테면, 스크류의 변위에 의한 능동적 충전은 일어나지 않는다. 완전한 금형 충전이 발생하도록, 팽창 체적이 충전 체적에 대응할 필요가 있다. 위에서 언급된 공보로부터 공지된 방법의 경우에, 실제로 도입된 체적은 측정되지도 않고 기계를 제어하는 데 사용되지도 않는다.

압축된 사출 화합물의 수축(shrinking)을 평가하기 위해, 특히(among others) 사출 성형 화합물의 k-v-t-다이어그램을 사용하는 것이 JP H01-146718 A로부터 공지되어 있다.

성형된 부품의 충전 중량을 판정하기 위해 최종 사출 전후의 사출 성형 기계의 상이한 파라미터들을 판정하는 것이 US 5,260,101로부터 공지되어 있다.

열가소성 성형 화합물들의 사출 성형에 반응하여 압축 단계를 제어하기 위한 방법은 DE 36 08 973 A1로부터 공지되어 있으며, 여기서 압축 압력은 금형의 체적 충전을 통해 유지 시간을 넘어 가해진다. 이는, 러너 금형(runner mold)이 밀봉될 때까지, 금형 내로 후속 화합물 전달을 초래한다. 필요하다면, 이러한 목적을 위해 특별히 제공되는, 러너 금형 폐쇄 부재에 의해 밀봉을 초래하는 것이 제안된다.

사출 금형들의 절차 특성들을 평가하기 위한 방법은 DE 10 2013 111 328 A1에 공지되어 있다. 사출 금형들의 충전 거동의 정성적 범주화(categorization)는 이에 의해 특성 값들에 의해 발생하며, 이 값들은 학습 주기의 내용에서 판정된다.

사출 성형 프로세스에서 충전 체적을 가능한 한 일정하게 유지하려는 노력이 DE 10 2013 111 257 B3에 공지되어 있다. 이는, 예를 들어, 홀 온도(hall temperature), 프로세싱될 재료의 변동 및 재료의 점도에 영향을 주는 다른 파라미터와 같은 기계-외부 변동들을 고려한 것이다.

설명된 방법에서, 성형된 부품 체적 당량(volume equivalent)이 규정되며, 이는 전환 지점을 조정함으로써 일정하게 유지된다. 이러한 측정된 변수는 용융 유동 지수(melt flow index) 및 평균 점도의 나누기로부터 형성된다. 용융 유동 지수는 사출 프로세스의 전체 또는 일부 동안의 압력 적분이다. 점도는 충전 단계의 일부분에서 평균 압력으로부터뿐만 아니라 이러한 영역의 평균 속도로부터 형성된다. 유지 압력 레벨은 학습 프로세스에서 기준에 대한 점도 변화에 따라 조정된다.

종래 기술에서, 제안된 해결책들 중 어느 것도 금형의 공동 내로 도입될 수 있는, 성형 화합물, 즉 일부 방법으로 사출-성형가능한 화합물의 체적을 현재 측정하거나 조절하지 못한다. 열가소성 용융물들 또는 열경화성 플라스틱, 실리콘들, 바니쉬들 등 어느것이든지 사출-성형가능한 화합물들의 압축률은 본질적으로 올바른 금형 충전을 보장하는 것으로 고려되지 않는다.

예를 들어, 스크류 직경 및 스크류 스트로크와 같은 기하학적 경계 조건들으로부터 지금까지 판정되었던 이론적 체적 및 이론적 체적 유동을 통한 디스플레이 및 제어는 압축에 더 민감하다. 이는, 예를 들어, 스크류가 1bar의 압력에서의 100cm³의 체적으로부터 1000bar의 합성 압력에서의 60cm³의 포지션으로 이동될 때, 금형에서의 충전 체적(그리고 따라서 또한 충전 화합물)은, 화합물 압력이 오직 500bar까지만 상승할 때와 상이한 것을 의미한다. 화합물 압력의 1000bar 당 5%의 이론적 압축률의 경우에, 63.1cm³의 체적이 압력 완화 후의 제1 경우의 스크류 앤티챔버(screw antechamber)에 존재하며, 제2 경우에, 61.5cm³의 체적만이 스크류 앤티챔버에 존재하는 것이 예시적 방식으로 언급되어야 한다. 이는, 제2 경우에는, 1.6cm³ 초과의 압축되지 않은 용융물이 공동 내로 도입되었음을 의미한다. 이는 도 1에 개략적으로 예시된다. 사출 프로세스가 따라서 동일한 스크류 스트로크로 동일한 체적 또는 당량으로 종료된다면, 상이한 성형된 부품 화합물들이 상이한 압력들로 도입된다. 그러나, 압력 차이들은 재료의 온도 변동들 및 점도 변화들의 결과로서 나타나며, 그리고 따라서, 컴포넌트 품질 및 마무리된 성형 부품의 일정한 중량에 영향을 준다.

이미 위에서 설명한 바와 같이, 성형된 부품 체적은 DE 10 2013 111 257 B3에서 측정된다. 그러나, 이는 "성형된 부품 체적 당량"을 통해 직접적이 아닌 간접적으로 발생한다.

이러한 "성형된 부품 체적 당량"은 또한, 유지 압력 전환 지점을 판정하는 데 사용된다. 본 방법은 명확하게, 유사한 화합물 압력 곡선 진행을 요구한다.

또한, 가소화 또는 기계 변경의 형태로의 "간섭"은 각각 적응 프로세스 제어를 위한 적용일 것이다. 이는 특히, 스크류 직경으로부터 측정된 값들의 독립성을 요구한다. 이러한 특성은 사출 시간 및 따라서 성형된 부품 체적 당량을 통해 압력 적분을 통한 용융 유동 지수의 판정에 응답하여 존재하지 않는다.

따라서, 본 발명의 목적은 사출 성형 프로세스 동안 사출-성형가능한 화합물의 실제 체적을 판정하는 방법을 특정하는 것이다. 또한, 이러한 방법은 컴포넌트 품질, 특히 컴포넌트 체적 및 금형 충전이 특정 정도로 일정하게 유지될 수 있는 것을 보장하는 것이다. 또한, 동일한 금형이 간단히 사출 성형 기계의 특성 변수들에 기초하여 감소된, 특히 매우 감소된 후퇴(retracting) 노력으로 상이한 사출 성형 기계로 전달될 수 있는 것, 그리고 상기 사출 성형 기계가 이러한 금형으로 비용-효율적인 방식으로 작동될 수 있는 것이 보장되어야 한다.

이러한 목적들은, 제1 항의 특징들을 포함하는 방법에 의해 해결된다. 유리한 실시예들은 종속항들에 특정된다.

사출 성형 프로세스(injection molding process) 동안 사출-성형가능한 화합물의 실제 체적(V_r)을 판정하기 위한 방법으로서, 사출-성형가능한 화합물은 금형의 적어도 하나의 공동 내로 도입되며, 본 방법은:

a) 적어도 사출 성형 프로세스의 충전 단계 동안 프로세스 변수들로부터 이론적인 체적(V_t)을 판정하는 단계,

b) 적어도 하나의 화합물 압력(p_M)을 위한 적어도 하나의 값을 판정하고 그리고/또는 측정하는 단계를 포함하며,

이러한 방법은 다음 단계들에 의해 본 발명에 따라 추가적으로 개량된다:

c) 사출-성형가능한 화합물의 p_M의 값에 대응하는 재료-특정 압축(k(p))을 선택하는 단계, 및

d) 압축(k(p))을 고려함으로써 실제 체적(V_r)을 계산하는 단계.

본 발명에 따른 방법의 경우에, 압력 하에서의 사출-주입가능한(pourable) 화합물의 실제로 존재하는 압축은 이제 처음에 사용되는데, 왜냐하면 사출 성형 동안 실제 체적(V_r)의 판정을 위해 관련되기 때문이다. 본 발명을 사용하여, 따라서, 종래 기술에 비해 금형 충전들을 적어도 상당히 균질화하기 위해 여러 번의 사출 성형 프로세스들에 걸쳐 금형 충전들을 일정하게 유지하는 것이 처음에 가능한데, 왜냐하면 사출-성형가능한 재료의 압축이 금형에서의 공동의 충전에 대해 상당한 영향을 가지고, 따라서 컴포넌트 품질에 임펙트들(impacts)을 가지는 것이 인지되어 있기 때문이다. 설명의 목적들을 위해, 용어 “충전 단계”가, 이 용어가 위에서 언급된 특징 a)에서 그리고 전체 적용에서 사용됨에 따라, 사출 성형 프로세스의 사출 단계 및 유지 압력 단계, 따라서 성형 화합물이 공동 내로 도달하는 전체 시간 기간인 것으로 이해될 수 있는 것이 언급된다.

본 발명에 따른 방법의 유리한 실시예에서, 사출 성형 기계의 기계 파라미터들의 조정이 수행되며, 이는, 본 방법의 압축(k(p))(단계 d)을 고려하여 실제 체적(V_r)의 계산 후에, 적어도 하나의 공동의 이상적인 실제 충전 체적(ΔV_ri)의 도달이 발생하는 방식으로 발생한다. 이러한 이상적인 실제 충전 체적(ΔV_ri)은, 예를 들어, 대다수에 연결되어, 또한 가능한 한 정확하게 반복적으로, 즉 어느 샷(shot)에 있어서도 도달해야 하는 목표 변수로서 규정될 수 있다.

본 발명의 추가의 유리한 실시예에서, 기계 제어기에 저장되는 사출-재료-특정 압축 곡선(k(p))으로부터, 특히 상기 기계 제어기에 저장되는 단열의 압축 곡선으로부터 사출-주입가능한(pourable) 화합물의 재료-특정 압축(material-specific compression)(k(p))의 선택이 발생한다. 사출 성형 기계에서 이러한 재료-특정 데이터 수집으로부터 각각의 현재 존재하는 압력 값(p_M)에 대해, 예컨대 % 단위의 대응하는 압축을 판독하는 것, 그리고 이에 의해 실제 체적(V_r)을 계산하는 것이 가능하다.

예를 들어, 실린더에서 화합물 압력(p_M)으로서 화합물 압력 또는 성형 화합물(사출-성형가능한 화합물)의 내부 금형 압력 또는 스크류 앤티챔버에서의 성형 화합물 압력을 사용하는 것은 그 가치가 입증되어 있다. 유리하게는, 화합물 압력(p_M)의 적어도 2개의 값들(A 및 B)은 규정된 프로세스 윈도우(window) 동안 판정되고 그리고/또는 측정된다. 2개의 값들(A 및 B)은 바람직하게는, 높은 비교가능성(comparability) 또는 희석성(reducibility)을 각각 이룰 수 있도록, 동일한 화합물 압력 유형에 의해 측정된다.

필요하다면, 화합물 압력(p_M)의 수개의 개별적 측정된 값들을 통해 평균 값들로서 값들(A 및/또는 B)을 판정하는 것이 또한 유리할 수 있다.

또한, 포지션들(A 및 B) 사이에서 압축-조절된 체적들(V_rA 및 V_rB)과의 차이에 대응하는 실제 충전 체적(Δ_r)은 유리하게는, 공식에 따라 계산될 수 있다:

이러한 압축-조절된 실제 충전 체적(ΔV_r)은 상이한 포지션들(A 및 B)의 압력(p_M)에서 사출-성형가능한 화합물의 압축률을 고려하며, 이에 의해

p_FB는 포지션(B)에서 성형 화합물 압력이며,

p_FA는 포지션(A)에서 성형 화합물 압력이며,

p_SA는 포지션(A)에서의 스크류 앤티챔버에서 성형 화합물 압력이며,

p_SB는 포지션(B)에서의 스크류 앤티챔버에서 성형 화합물 압력이다.

본 발명에 따라, 따라서, 공동 내의 실제 충전 체적들(ΔV_r)에 대한 비율들이, 예컨대 스크류 앤티챔버의 영역에서 압력 비율들에 의해 압축-조절되도록 판정될 수 있는 것이 인지되어 있다. 스크류 앤티챔버에서의 압력 값들(p_SA 또는 p_SB)은, 특히 사출 성형 기계들 상에 존재하는 측정 수단에 의한 금형 충전 동안, 금형 내의 압력 비율들보다 상당히 더 용이하게 그리고 특히 더 정확하게 판정될 수 있다. 따라서, 스크류 앤티챔버에서 압력(p_S)을 모니터링함으로써 공동 내에 실제 충전 체적(ΔV_r)에 대한 신뢰가능한 정보를 획득하는 것이 가능하다.

대안적으로 또는 점증적으로, 실제 충전 체적 유동(

)은 또한, 예컨대 다음 공식으로부터 시간 기간 동안 시간(t) 후에 실제 충전 체적(ΔV_r)을 유도함으로써 판정될 수 있다:

시간(t_B 및/또는 t_A)에서의 지점들 대신에, 스크류 속도(v_S)는 또한, 실제 충전 체적 유동(

)을 계산하기 위해 사출 프로세스 동안 또는 유지 압력 단계 동안 실제 충전 체적 유동(

)의 판정에 응답하여 사용될 수 있다.

이러한 실제 체적 유동(

) 또는 실제 충전 체적(ΔV_r)은 충전 단계 동안 실제 충전 체적(ΔV_rR) 및/또는 실제 체적 유동(

)의 기준 곡선과 비교될 수 있다. 적어도 하나의 공동의 충전에 응답하는 붕괴들은, 따라서, 기준으로부터의 편차에 의해 식별될 수 있다. 케스케이드(cascade) 또는 고온 러너 노즐(hot runner nozzle)이 폐쇄된다면, 예컨대, 사출 프로세스는, 따라서, 손상되는 것에 대해 공구를 보호하도록 불연속적일 수 있다.

정확도를 증가시키기 위해, 모든 측정된 이론적인 체적(V_t) 이외에도, 부가의 일정한 체적(V_t*)은 계산들을 위해 부가될 수 있다. 따라서, 스크류 또는 피스톤 스트로크에 의해 포착되지(captured) 않는 체적들이 고려될 수 있다. 이들은, 예를 들어, 노즐 또는 고온 러너 시스템에 존재한다.

특히 높은 정확도를 위해 그리고 사출 성형 프로세스에서 사출 프로세스의 또는 전체 제조 주기의 특히 양호한 상세 가관측성(observability)을 위해, 연속 방식으로 전체 충전 프로세스 동안 실제 충전 체적(ΔV_r)을 판정하는 것 그리고/또는 미리 정해진 체적 유동 프로파일을 추적하도록 공동을 충전하기 위한 사출 운동에 영향을 주는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 스크류 이송에 영향을 주는 속도가 사출 단계에서의 사출 운동으로서 발생한다. 압력 제어 또는 유지 압력에 영향을 주는 압력은, 예를 들어, 유지 압력 단계에서 유리할 수 있다.

본 발명에 따른 본 방법은 사출 성형 기계의 학습 주기(L)에서 실제 전환 충전 체적(Δ_VrXfrL)을 판정하는 것을 가능하게 하며, 여기서 유지 압력 단계로의 전환이, 실제 전환 충전 체적(Δ_VrXfrL)에 도달할 때, 이러한 학습 주기(L)에서 발생한다. 학습 주기(L)가 양호한 부품을 초래하고 있는 경우, 이러한 실제 전환 충전 체적(Δ_VrXfrL)이 계산되고 저장된다. 이러한 목적을 위해, 이론적인 전환 체적(Δ_VrXfrL) 및 대응하는 전환 압력(p_XfrL)은 전환 지점에 학습 프로세스(L)에서 측정된다.

또한, 이론적인 기준 체적(V_tRefL)은 이론적인 기준 압력 값(p_Ref)에 학습 주기(L)에서 판정될 수 있다. 압력(p_Ref)은 바람직하게는, 예를 들어, 폐쇄 또는 비복귀 밸브 등과 같은 스타트-업(start-up) 효과들이 신뢰가능하게 억제되는 방식으로 선택된다.

학습 주기(L)에서, 실제 전환 충전 체적(Δ_VrXfrL)은, 그 후, 다음의 공식으로부터 판정된 값들로부터 유리한 방식으로 판정될 수 있다:

학습 주기(L)로부터 하류에 있는 제조 주기(P)에서, 이론적인 기준 체적(V_tRefP)은 기준 압력(p_Ref)에서 판정된다. 또한, 이론적인 체적(V_tPC)은 시간(t_C)에서의 동시 지점에서의 제조 주기(P)에서 판정된다. 제조 주기(P)에서, 실제 충전 체적(ΔV_rP)은, 그 후, 다음의 공식으로부터 시간(t_C)에서의 지점에서 이로부터 계산된다:

다음 조건이 적용될 때, 제조 주기(P)에서 유지 압력 단계로의 전환이 시작된다:

본 방법은 또한, 압력-조절된 유지 압력 단계 동안 사용될 수 있으며, 여기서 이상적인 실제 충전 체적(ΔV_ri)에 도달하기 위한 기계 파라미터들의 조정은 유지 압력을 조정함으로써 유지 압력 단계에서 발생한다.

본 발명에 따른 방법의 경우에, 금형의 적어도 하나의 공동 내로의 사출-성형가능한 화합물의 운동은 유리하게는 왕복 운동하는 스크류 또는 피스톤에 의해 발생한다.

예를 들어, 열가소성 또는 열경화성 성형 화합물들 또는 실리콘들 또는 바니쉬들의 용융물들이 사출-성형가능한 화합물들로서 가능하다.

본 발명에 따른 방법은, 사출 경로에 따라, 즉 사출 체적에 따라 또는 시간에 따라 제어되는 사출 성형 프로세스의 추가의 동작들, 예를 들어, 이를테면, 케스케이드들의 개방 및 폐쇄, 코어 풀러들(core pullers)의 제어는 판정된 실제 충전 체적(ΔV_r)에 따른 변위에 따라 제어될 때, 긍정적인 방식으로 추가적으로 개량될 수 있다. 본 발명에 따라, 예컨대, 스크류 변위 경로와 같은 종래 기술에서 이론적인 변수들에 따라 제어되는 기계 동작들은 이제 공동의 실제 충전 체적(ΔV_r)에 따라 촉발될 수 있어서, 이러한 동작들의 더 높은 정확도 및 재현성이 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 본 방법의 추가의 바람직한 실시예에서, 실제 전환 충전 체적(Δ_rXfrL)을 위한 적어도 학습된 값들이 학습 프로세스(L)에서 전달되며, 그리고 기준 압력(p_Ref)은 제1 사출 성형 기계로부터 제2 사출 성형 기계로 전달되며, 제1 사출 성형 기계 및 제2 사출 성형 기계는 구조적으로 동일하거나 구조적으로 동일하지 않다. 본 발명에 따라, 제2 사출 성형 기계의 광범위한 후퇴 및 보정 없이, 단지 이러한 2개의 값들에 의해 간단한 방식으로 사출 성형 기계로부터 다른 사출 성형 기계들로 공구가 이동하는 것에 응답하여 높은 컴포넌트 품질을 이루는 것이 가능한 것이 인지되었다.

본 발명은 도면들에 의해 예시적 방식으로 아래에서 더 상세히 설명될 것이다.
도 1a 내지 도 1c는 상이한 압력 레벨들(1000bar 및 500bar)에서 사출-성형가능한 화합물의 도입된 체적에서의 차이들의 개략적 예시들을 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 매우 개략화된 방식으로 스크류 스트로크(s_A 및 s_B)의 경우에 2개의 기계 상태들(A 및 B)을 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 비정질(도 3a) 및 부분적으로 결정질(도 3b)인 열가소성 플라스틱(소스: 핸드북 “Injection Molding”, Friedrich Johannaber, Walter Michaeli)의 pvT 다이어그램을 각각 도시한다.
도 4는 열가소성 플라스틱(PA6 GF30)에 대한 (단열(adiabatic)) 압축 곡선(k(p))을 도시한다.
도 5는 종래 기술(압축률은 고려하지 않음)에 따라 그리고 본 발명(압축률을 고려함, 즉 압축 조절됨)에 따라 곡선 진행들과 함께 시간에 걸쳐 체적 또는 체적 유동의 비교 다이어그램을 각각 도시한다.

도 1a 내지 도 1c는 매우 개략화된 방식으로 1bar(주위 압력)에서 사출 응집체들(1) 및 100cm³의 용융 체적(V₁)의 개략적인 예시를 도시한다. 이는 초기 상태이다.

도 1b에서, 용융 체적(V₁)은 제1 경우에 스크류 앤티챔버(antechamber)에서 60cm³으로 감소되고, 그리고 1000bar의 압력이다. 제2 체적(V₂)은 금형의 예시되지 않은 공동에 위치된다.

도 1b에 따른 우측 상의 예시에서, 용융 체적(V₁')이 60cm³이고, 500bar의 압력인 상태가 도시된다.

도 1c의 좌측 상의 예시에서, 도 1b(좌측)에 따른 상태가 주위 압력으로 완화된(relaxed) 후에, 도 1b(좌측) 후의 상태가 도시된다. 체적(V₁')은 63.1cm³으로 변하고, 그리고 제1 bar의 주위 압력에서 존재한다. 도 1의 좌측 예시에서의 체적(V₂)은 완화된 상태에서 36.9cm³이다. 도 1c의 우측 예시에 따른 체적(V₂)은 38.5cm³이다. 우측 상에 예시되는 도 1a, 도 1b, 도 1c에 따른 경우에서, 상당히 적은(1.6cm³만큼 적은) 사출-성형가능한 화합물이 도입되었다는 것을 의미한다.

도 1a, 도 1b, 도 1c에서 서로 옆에 평행하게 도시되었던 2개의 경우들은 현재 사출 화합물의 체적을 측정하거나 제어하도록 제공되지 않은 종래 기술을 나타내며, 이는 압축률이 고려되는 방식으로 사출 금형의 공동 내로 도입된다. 종래 기술에 따른 이러한 접근법에 응답하여, 사출-성형가능한 화합물이 완화될 때 그리고 상이한 크기들의 압력들이 사출 성형 프로세스 동안 우세하고 있을 때, 상이한 크기들의 체적(V₂)이 예상될 수 있다. 이는, 종래 기술에서 실시되는 바와 같이, 사출 성형 기계가 체적-제어되거나, 동등하게는, 스크류 스트로크 동안 작동되며 그리고 사출 성형 프로세스가 따라서 소정의 이론적인 체적(V_t)에서 또는 소정의 스크류 스트로크에서 종료된다면, 상이한 성형된 부품 화합물들이 상이한 압력들에서 공동 내로 도입되는 것을 의미한다.

그러나, 이러한 압력 차이들은 실제로 재료/과립들/사출-성형가능한 화합물의 온도 변동들 및 점도 변경들로 인해 나타나며, 그리고 따라서 단점들 방식으로 컴포넌트 품질 및 중량 항구성(constancy)에 영향을 준다. 이러한 지식에 기초하여, 본 발명은 이제 아래에 설명될 것이다.

플라스틱 체적(V_r)의 압축-조절(compression-adjusted) 판정을 위한 방법은 본 발명의 핵심이다. 이는, 다시 말해, 공동 내로의 체적(V_r)의 운동이 사출-성형가능한 화합물의 압축률을 고려하여 발생하는 것을 의미한다. 필요하다면, 비복귀 밸브가 설비되는 스크류 유닛(2)은 개략화된 방식으로(도 2a, 도 2b 참조) 사출 유닛(1)에 위치된다.

대안에서, 스크류 유닛(2)은 또한, 피스톤으로서 구체화될 수 있다.

사출-성형가능한 사출 화합물, 예컨대 플라스틱 용융물 또는 열경화성 사출-성형가능한 사출 화합물이 스크류 유닛(2)의 상류에 위치된다. 이러한 사출 화합물은, 스크류 유닛(2)이 포지션(A)에 위치될 때, 압력(p_SA) 하에 있다. 스크류는, 그 후, 스크류 스트로크(s_A)의 포지션에 위치된다. 이는 스크류 앤티챔버(V_tSA)에서의 이론적인 체적에 대응한다. 공동(4)을 포함하는 사출 금형(3)은 또한, 개략화된 방식으로 예시된다.

내부 성형 압력(p_FA)에서의 공동(4)에 이미 위치된 이론적인 체적(V_tFA)는 또한, 개략적인 방식으로(스크류 포지션(s_A)에서) 예시된다.

도 2b는 이후의 상태를 도시한다. 스크류 스트로크(s_B)는 스크류 스트로크(s_A)보다 더 작다. 따라서, 스크류 유닛(2)은 금형(3)의 공동(4) 내로 성형 화합물의 일부분을 이송시킬 수 있다. 압력(p_SB)은 특히 스크류 앤티챔버에서 사출 유닛(1)의 성형 화합물에서 우세하다. 압력(p_FB)의 이론적인 충전 체적(V_tFB)은 공동(4)에 위치된다.

실제 충전 체적(ΔV_r)은 이제, 이러한 정보에 따라 판정될 수 있다. 스크류 앤티챔버에서의 체적(V_tSA)은 스크류의 피스톤 측정 시스템을 통해 측정될 수 있고, 기계 제어기에서 디스플레잉된다. 스크류 스트로크(s_A-s_B)의 차이로부터, 비복귀 밸브에서 또는 피스톤에서 무시가능한 복귀 흐름을 가정한다면, 2개의 포지션들(A 및 B) 사이에서 금형 내로 도입되는 이론적인 충전 체적(V_tSA-V_tSB)은, 따라서 또한, 판정될 수 있다. 각각의 성형 화합물 재료를 위해 존재하고 기계 제어기에 저장되는, 압축 소스(k(p))의 도움으로, 특정 체적의 변화가 이제 고려될 수 있다. 당면한 재료의 압축률을 특정하는 값들, 따라서 특정 체적(V_U)의 변화는 압축 곡선(k(p))을 위한 기초를 형성한다. 이러한 압축 곡선들(k(p))은 하나의 등온의(isothermal) 경우에 대한 pvT 다이어그램(도 3a, 도 3b 참조)으로부터 판정될 수 있는데, 왜냐하면 특정 체적(V_U)의 변화가 주위 압력에서 특정 체적(V_U)을 기초로 하여, 온도 수직선(6)과 압력 선들(5)의 교차 지점들(S₁ 내지 S₄)에서 계산되기 때문이다.

이러한 압력 선들(5)은, 예를 들어, 비정질(도 3a) 및 부분적으로 결정질 재료(도 3b)에 대한 도 3a 및 도 3b에 따른 다이어그램들에서 특정된다. 소정의 온도(T₁)에서, 압력(p)이 증가함에 따라 감소하는 성형 화합물 재료의 특정 체적들(V_U)이 초래된다. 교차 지점들(S₁, S₂, S₃ 및 S₄)은 이를 위한 예로써 도 3a 및 도 3b에서 특정된다. 교차 지점(S₁)은, 예를 들어, 비정질 재료가 주위 압력(1 bar) 미만으로 존재할 때, 비정질 재료의 특정 체적(V_U)을 특정한다. 도 3a의 이러한 교차 지점들(S₂, S₃ 및 S₄)은 더 높은 압력들에서 특정 체적들(V_U)을 특정한다.

도 3b는 부분적으로 결정질 재료의 압력 선들(5)을 도시한다. 교차 지점들(S₁ 내지 S₄)은 소정의 온도(T₁)에 속하는 수직 온도 선(6) 상에 위치된다.

도 4는 상이한 (단열) 압축 곡선(k(p))을 도시한다. 이러한 단열 압축 곡선(k(p))은 사출 성형 프로세스를 위해 바람직하다. 도 4는 압력, 특히, 성형 화합물 압력(p_M)에 따라 대응하는 압축(k(p))을 백분율로(in percent) 도시한다. 이러한 곡선을 형성하는 값 쌍들(p 및 k(p))은 기계 제어기에 저장된다. 도 4에 따른 압축 곡선은 예시적인 방식으로 사출-성형가능한 재료 PA6GF30에 대한 코스(course)를 도시한다. 이제 시간(A)에서의 한 지점에 실제 체적(V_ra)을 판정할 수 있기 위해, 다음의 방정식은 사용되는 재료의 압축 곡선(k(p))의 지식에 의해 특정될 수 있다:

시간에서의 2개의 지점들 또는 포지션들(A 및 B) 사이에 도입되는 실제 충전 체적(ΔV_r)은 이제 다음의 방정식에 의해 특정될 수 있다:

여기서 V_tFA 및 T_tFB는 시간에서의 지점들 또는 포지션들(A 및 B) 에서 이론적 체적들이거나, k(p_FB) 및 k(p_FA)는 위치(A)에서 그리고 위치(B)에서 압력(p)에서의 성형 화합물의 압축률이다.

s_A 및 s_B는 포지션들(A 및 B)에서 스크류 스트로크들이며, 그리고 k(p_SA) 및 (p_SB)는 포지션들(A 또는 B) 각각에서, 스크류 앤티챔버 압력에서 성형 화합물의 압축률들이다.

압력(p_F)은 내부 금형 압력을 특정한다. 압력들(p_S)은, 예를 들어, 스크류 앤티챔버에서 성형 화합물에서 압력을 특정한다. 양자 모두의 대안들은 가능한 압력 유형들이며, 이 유형들은 화합물 압력(p_M)으로서 사용되는 데 적합하다.

이러한 계산에 기초하여, 압축-조절되는, 즉, 실제 충전 체적 유동(

)은, 또한, 포지션들(A 및 B) 사이에 특정될 수 있다. 예를 들어, 다음의 방정식은 이러한 목적에 대해 적합하다:

실제 체적 유동(

)은 유리하게는, 시간(t)을 통해 실제 충전 체적(ΔV_r)의 미분(derivation)으로서 판정될 수 있다.

포지션들(A, B)에서의 화합물 압력(p_M)에 대한 상이한 값들(A, B)은 기계-내부 측정 디바이스들, 즉, 힘 변환기들을 통해 또는 기계의 유압을 통해, 또는 실린더에서 성형 화합물의 압력을 검출하기 위한 직접 그리고/또는 간접 용융 압력 센서들 또는 다른 측정 디바이스들을 통해 측정될 수 있다. 금형에서의 압력들은 금형에 성형 화합물의 압력을 검출하기 위해 내부 공구 압력 센서들 또는 다른 측정 디바이스들을 통해 측정될 수 있다.

따라서, 사용된 성형 재료의 본 발명에 따른 압축(k(p))의 고려는, 시간에서의 매 지점에서 그리고/또는 연속적으로 그리고/또는 시간에서의 소정의 지점들에서 공동(4)의 전체 충전 프로세스 동안 실제 충전 체적(ΔV_r) 및/또는 실제 충전 체적 유동(

)을 판정하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 실제 충전 체적(ΔV_r) 또는 실제 체적 유동(

)은, 사출 운동을 위해 기계에 존재하는 적합한 제어 디바이스들에 의해 이제 영향을 받을 수 있어서, 미리 판정된 체적 유동 프로파일이 활용되거나, 활용될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 방법은, 또한 이제, 사출 성형 프로세스의 추가의 프로세스 동작들에 이제 또한 영향을 주는 것을 가능하게 하며, 이는 스크류 및/또는 피스톤 스트로크 또는 체적 각각, 또는 또한 속도 또는 체적 유동에 따라, 압축-조절되는 실제 충전 체적(ΔV_r) 또는 실제 충전 체적 유동(

) 현재 제어될 수 있다. 이러한 동작들, 예컨대, 케스케이드 제어들, 엠보싱 및/또는 속도 프로파일들은 유리하게는, 따라서 점도 변동들로부터 독립적으로, 동일한 금형 충전으로 본 발명에 따른 방법에 의해 촉발될 수 있다.

도 5는 종래 기술에 따른 사출 성형 프로세스와 비교하여, 이러한 사출 성형 프로세스가 본 발명에 따른 방법을 사용함으로써 수행될 때, 사출 성형 프로세스의 상이한 특징 곡선들의 비교를 도시한다.

이론적인 충전 체적(ΔV_t)에 대한 그리고 압축-조절된 실제 충전 체적(ΔV_r)에 대한 곡선 진행들에 대한 비교는, 전환(switch-over) 지점의 시간에서, 이론적인 충전 체적(ΔV_t)이 이미 공동의 공칭 충전 체적(여기서, 70cm³)에 도달되어 있고 그리고 사출 성형 주기의 종료시 이를 심지어 초과하는 것을 도시한다. 이에 반해, 실제 충전 체적(ΔV_r)은 실제와 대응하는, 오직 유지 압력 단계의 종료시에 70cm³의 공동의 공칭 값에 도달한다. 유지 압력 단계의 종료 시에 공동의 공칭 체적보다 더 큰 이론적인 충전 체적(ΔV_t)은, 따라서 실제로는 재현될 수 없는 변수를 반영한다. 본 방법의 내용에서, 공동의 공칭 체적은 도달될 수 있는 이상적인 실제 충전 체적(ΔV_ri)에 대응한다.

실제 충전 체적 유동(

)를 위한 곡선은 또한, 전환 지점까지의 영역에서 이론적인 체적 유동(

)을 위한 곡선 위에 배열된다. 이러한 곡선들은 유지 압력 단계에서 오직 시작하여 대략적으로 합동으로 이어진다.

V_t 이론적인 체적
t 시간
p_M 화합물 압력
p_S 스크류 앤티챔버에서의 압력
p_F 내부 금형 압력
k(p) 압축, 압축 곡선
ΔV_r 실제 충전 체적
ΔV_rR 기준 곡선 실제 충전 체적
ΔV_ri 이상적인 실제 충전 체적
t_A, t_B, t_C 시간에서의 지점들
s_A, sB 스크류 스트로크
V_tSA, V_tFA 포지션(A)에서의 사출 유닛(S) 및 금형(F)에서의 이론적인 체적
V_tSB, V_tFB 포지션(B)에서의 사출 유닛(S) 및 금형(F)에서의 이론적인 체적
V_tB 포지션(B)에서의 이론적인 체적
A, B 값들, 포지션들

실제 체적 유동

기준 곡선 실제 체적 유동
V_S 각각, 스크류 또는 피스톤 속도
Δ_VrXfrL 학습 주기에서의 실제 전환 충전 체적
V_tRefL 학습 주기에서의 이론적인 기준 체적
p_Ref 기준 압력 값
V_tRefP 제조 주기에서의 이론적인 기준 체적
ΔV_rP 제조 주기에서의 실제 충전 체적
L 학습 주기
P 제조 주기
S₁ 내지 S₄ 교차 지점
V_U 특정 체적
V₁ 용융 체적
V₁' 압축 체적
V₂ 제2 체적
포지션 A
포지션 B
1 사출 유닛
2 스크류 유닛
3 사출 금형
4 공동
5 압력 선
6 수직 온도

Claims (20)

1. 사출 성형 기계에서의 사출 성형 프로세스(injection molding process) 동안 사출-성형가능한 화합물의 실제 체적(V_r)을 판정하기 위한 방법으로서,
   상기 사출-성형가능한 화합물은 금형의 적어도 하나의 공동 내로 도입되며,
   상기 방법은:
   a) 적어도 상기 사출 성형 프로세스의 충전 단계 동안 프로세스 변수들로부터 이론적인 체적(V_t)을 판정하는 단계,
   b) 적어도 하나의 화합물 압력(p_M)을 위한 적어도 하나의 값을 판정하고 그리고/또는 측정하는 단계를 포함하고,
   c) 상기 사출-성형가능한 화합물의 p_M의 값에 대응하는 재료-특정 압축(k(p))을 선택하는 단계, 및
   d) 상기 압축(k(p))을 고려함으로써 실제 체적(V_r)을 계산하는 단계를 포함하고,
   사출 경로에 따라, 즉 사출 체적에 따라 또는 시간에 따라 제어되는 사출 성형 프로세스의 추가의 동작들은 판정된 실제 충전 체적(ΔV_r)에 따른 변위에 따라 제어되는,
   사출 성형 기계에서의 사출 성형 프로세스 동안 사출-성형가능한 화합물의 실제 체적을 판정하기 위한 방법.
2. 사출 성형 기계에서의 사출 성형 프로세스(injection molding process) 동안 사출-성형가능한 화합물의 실제 체적(V_r)을 판정하기 위한 방법으로서,
   상기 사출-성형가능한 화합물은 금형의 적어도 하나의 공동 내로 도입되며,
   상기 방법은:
   a) 적어도 상기 사출 성형 프로세스의 충전 단계 동안 프로세스 변수들로부터 이론적인 체적(V_t)을 판정하는 단계,
   b) 적어도 하나의 화합물 압력(p_M)을 위한 적어도 하나의 값을 판정하고 그리고/또는 측정하는 단계를 포함하고,
   c) 상기 사출-성형가능한 화합물의 p_M의 값에 대응하는 재료-특정 압축(k(p))을 선택하는 단계, 및
   d) 상기 압축(k(p))을 고려함으로써 실제 체적(V_r)을 계산하는 단계를 포함하고,
   실제 전환 충전 체적(Δ_rXfrL) 및 기준 압력(p_Ref)에 대한 적어도 학습된 값들은 제1 사출 성형 기계로부터 구조적으로 동일하거나 구조적으로 동일하지 않은 제2 사출 성형 기계로 전달되는,
   사출 성형 기계에서의 사출 성형 프로세스 동안 사출-성형가능한 화합물의 실제 체적을 판정하기 위한 방법.
3. ◈청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

   제1 항 또는 제2 항에 있어서,
   상기 사출 성형 기계의 기계 파라미터들(parameters)의 조정이 적어도 하나의 공동의 이상적인 실제 충전 체적(ΔV_ri)에 도달하기 위해 발생하는,
   사출 성형 기계에서의 사출 성형 프로세스 동안 사출-성형가능한 화합물의 실제 체적을 판정하기 위한 방법.
4. ◈청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

   제1 항 또는 제2 항에 있어서,
   기계 제어기에 저장되는 재료-특정 압축 곡선으로부터 사출-주입가능한(pourable) 화합물의 재료-특정 압축(k(p))을 선택하는,
   사출 성형 기계에서의 사출 성형 프로세스 동안 사출-성형가능한 화합물의 실제 체적을 판정하기 위한 방법.
5. ◈청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

   제1 항 또는 제2 항에 있어서,
   상기 화합물 압력은 실린더에서 화합물 압력(p_M)으로서 사용되거나, 상기 사출-성형가능한 화합물의 내부 금형 압력(p_F) 또는 스크류 앤티챔버에서의 성형 화합물 압력(p_S) 그리고 화합물 압력(p_M; p_F; p_s)의 적어도 2개의 값들(A 및 B)은 규정된 프로세스 윈도우(window) 동안 판정되고 그리고/또는 측정되는,
   사출 성형 기계에서의 사출 성형 프로세스 동안 사출-성형가능한 화합물의 실제 체적을 판정하기 위한 방법.
6. ◈청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

   제5 항에 있어서,
   이들의 2개의 값들(A 및 B)은 복수의 개별 측정 값들에 관한 평균 값들인,
   사출 성형 기계에서의 사출 성형 프로세스 동안 사출-성형가능한 화합물의 실제 체적을 판정하기 위한 방법.
7. ◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

   제5 항에 있어서,
   상기 값들(A 및 B) 사이의, 압력 없이 상기 금형 내로 도입되는 체적에 대응하는, 상기 적어도 하나의 공동의 실제 충전 체적(ΔV_r)의 계산은 다음의 공식:
   

   

   
   에 따라 판정되는,
   사출 성형 기계에서의 사출 성형 프로세스 동안 사출-성형가능한 화합물의 실제 체적을 판정하기 위한 방법.
8. ◈청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

   제1 항 또는 제2 항에 있어서,
   일정한 이론적 체적(V_t*)이 상기 적어도 하나의 공동의 실제 충전 체적(ΔV_r)의 계산 시에 모든 측정된 이론적 체적(V_t)에 추가되는,
   사출 성형 기계에서의 사출 성형 프로세스 동안 사출-성형가능한 화합물의 실제 체적을 판정하기 위한 방법.
9. ◈청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

   제1 항 또는 제2 항에 있어서,
   실제 체적 유동(

   

   )은, 공식:
   

   

   
   으로부터 시간에 걸쳐 상기 적어도 하나의 공동의 실제 충전 체적(ΔV_r) 또는 실제 체적(V_r)을 유도함으로써 판정될 수 있는,
   사출 성형 기계에서의 사출 성형 프로세스 동안 사출-성형가능한 화합물의 실제 체적을 판정하기 위한 방법.
10. ◈청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

    제9 항에 있어서,
    시간에서의 지점들(t_B 및 t_A) 대신에, 스크류(screw) 속도(v_S)가 상기 실제 충전 체적 유동(

    

    )을 판정하는 데 사용되는,
    사출 성형 기계에서의 사출 성형 프로세스 동안 사출-성형가능한 화합물의 실제 체적을 판정하기 위한 방법.
11. ◈청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

    제9 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 공동의 실제 충전 체적(ΔV_r) 및 상기 실제 충전 체적 유동(

    

    ) 중 하나 이상은 전체 충전 프로세스 동안 연속적으로 판정되며, 그리고/또는 미리 정해진 실제 체적 유동 프로파일(profile)을 추적하도록 공동을 충전하기 위한 사출 운동에 영향을 주는,
    사출 성형 기계에서의 사출 성형 프로세스 동안 사출-성형가능한 화합물의 실제 체적을 판정하기 위한 방법.
12. ◈청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

    제9 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 공동의 실제 충전 체적(ΔV_r) 및 상기 실제 체적 유동(

    

    ) 중 하나 이상은 상기 충전 단계 동안 실제 충전 체적(ΔV_rR) 및 실제 체적 유동(

    

    ) 중 하나 이상의 기준 곡선과 비교되는,
    사출 성형 기계에서의 사출 성형 프로세스 동안 사출-성형가능한 화합물의 실제 체적을 판정하기 위한 방법.
13. ◈청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

    제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 방법은 압력-조절된 유지 압력 단계 동안 사용되며, 기계 파라미터들의 조정은 상기 유지 압력을 조정함으로써 이상적인 실제 충전 체적(ΔV_ri)에 도달하기 위해 상기 유지 압력 단계에서 발생하는,
    사출 성형 기계에서의 사출 성형 프로세스 동안 사출-성형가능한 화합물의 실제 체적을 판정하기 위한 방법.
14. ◈청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

    제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    금형(3)의 적어도 하나의 공동(4) 내로의 상기 사출-성형가능한 화합물의 운동은 왕복 운동하는 스크류 또는 피스톤에 의해 발생하는,
    사출 성형 기계에서의 사출 성형 프로세스 동안 사출-성형가능한 화합물의 실제 체적을 판정하기 위한 방법.
15. ◈청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

    제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 사출-성형가능한 화합물들은 열가소성 또는 열경화성 성형 화합물들 또는 실리콘들(silicones) 또는 바니쉬들(varnishes)의 용융물들인,
    사출 성형 기계에서의 사출 성형 프로세스 동안 사출-성형가능한 화합물의 실제 체적을 판정하기 위한 방법.
16. ◈청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

    제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    기계 제어기에 저장되는 단열의 압축 곡선(k(p))으로부터 사출-주입가능한(pourable) 화합물의 재료-특정 압축(k(p))을 선택하는,
    사출 성형 기계에서의 사출 성형 프로세스 동안 사출-성형가능한 화합물의 실제 체적을 판정하기 위한 방법.
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