Verfahren zum Überwachen eines Füllstandes einer Zuführvorrichtung sowie Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens und Spritzgießmaschi- ne/Extrudereinheit aufweisend eine solche Vorrichtung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen eines Füllzustandes einer Zuführvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Er- findung eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruches 12 sowie eine Spritzgießmaschine/Extrudereinheit.

Es sind Vorrichtungen zum Beschicken von Spritzgieß- und Extrudereinheiten mit nicht selbsttätig einzugsfähigen Materialien, insbesondere von nicht freifließenden oder zähfließenden Materialien wie z. B. gasfaserbeladenem Polyestermaterial be- kannt Eine solche Zuführvorrichtung umfasst typischer Weise ein mit einem eige- nen Antrieb versehenen Einfülltrichter als Rotationskörper. Der Rotationskörper hat eine Drehachse A, die eine Senkrechte oder aus der Senkrechten geneigte Anord- nung besitzt. Der Einfülltrichter/Vorratsbehälter ist dementsprechend drehbar gela- gert. Solche Zuführvorrichtungen sind aus der EP 0 286 972 B1 , der EP 0 471 510 B1 und der EP 0 687 543 B1 bekannt. Diese umfassen zusätzlich eine um eine ei- gene Achse drehende Förderschnecke (Rotationsachse B), wobei die Förder- schnecke einen eigenen Antrieb besitzt. Eine solche Förderschnecke kann bei- spielsweise auch die Form eines Kegelschneckenmischers besitzen und durch den Einfülltrichter an der tiefsten Stelle naher der Mantellinienfläche parallel zu dieser hindurchgeführt sein.

Die Vorrichtungen aus dem Stand der Technik werden zumeist mit Rohmaterial, welches in ballenartiger Form vorliegt, diskontinuierlich beladen. Sinkt der Material- füllstand aufgrund von Materialentnahme, sinkt auch der Fördervolumenstrom der Zuführeinheit (Förderschnecke) und die Dosierzeit der Plastifiziereinheit steigt. Dementsprechend steigt die Dauer der Scherbelastung des zu fördernden Materi- als. Bei Zuhilfenahme einer Stopfdruckregelung wird zudem aufgrund des sinken- den Stopfdruckes die Förderschneckendrehzahl erhöht. Auch die erhöhte Förder- schneckendrehzahl trägt zu einem erhöhten Schereintrag bei. Das Material wird durch die Scheren erwärmt und gegebenenfalls geschädigt. Es können z. B. ein Faserbruch der zugesetzten Fasern oder ein Beginn der Vernetzung stattfinden.

Des Weiteren weisen insbesondere Materialtypen auf Polyesterharzbasis einen Anteil flüchtiger Monomere auf. Dies ist zumeist Styrol, welches als Lösungsmittel und Reaktionspartner dient. Entsprechend ist auch die Verweilzeit des Rohmateri- als in der Zuführvorrichtung für die Qualität des zu verarbeitenden Materials ent- scheidend. Eine lange Verweilzeit des Rohmaterials in der Zuführvorrichtung bzw. dem Vorratsbehälter erfordert zudem zur Erfüllung von MAK-Werten am Arbeits- platz oftmals Absaugvorrichtungen, die über der Zuführeinheit/Zuführvorrichtung platziert werden müssen.

Im Stand der Technik werden zur kontinuierlichen Messung des Füllstandes frei- strahlende Technologien, wie z. B. optische Sensoren, Radar oder Ultraschall, her- angezogen. Diesbezügliche Sensoren befinden sich im Deckel des Einfülltrich- tersA/orratsbehälters. Dieser gibt ein Signal zum manuellen oder automatischen Wiederbefüllen ab. Alternativ wird nach einer festgelegten Zyklenzahl wieder befüllt.

Aus der DE 10 2007 012 199 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Plastifizie- rungseinrichtung, z. B. eines Extruders oder einer Spritzgießmaschine bekannt, zu denen von einem mit Rohmaterial befü Ilten Einfülltrichter Rohmaterial mit einer o- der mehreren in einem Plastifizierungszylinder drehbar antreibbar Plastifizierungs- schnecken zugeleitet wird. Direkte und/oder indirekte Betriebsparameter der Plasti- fizierungseinrichtung beeinflussen den Füllstand des Rohmaterials im Einfülltrichter der Zuführvorrichtung und werden auf einen Wert innerhalb eines zu einem optima- len Betriebsparameterbereich korrespondierenden Füllstandbereich eingestellt und/oder gehalten. Als direkte Betriebsparameter wird im Rahmen dieser Anmel- dung die Drehzahl der Plastifizierungsschnecke, der Staudruck, die Wegposition der Plastifizierungsschnecke, der Rückzug der Plastifizierungsschnecke, Tempera- turprofile der Plastifizierungsschnecke und/oder des Plastifizierungszylinders ange- sehen. Als indirekte Betriebsparameter werden z. B. das Antriebsdrehmoment der Plastifizierungsschnecke, eine Rücklaufgeschwindigkeit der Plastifizierungsschne- cke, eine Dosierzeit, Messwerte der hergestellten Produkte, wie z. B. Bauteilge- wicht, Kavitäteninnendruck oder Kavitätentemperatur, herangezogen. Der optimale Füllstandsbereich bei solchen Zuführvorrichtungen aus dem Stand der Technik o- der aus dem Bereich minimalen Antriebsdrehmoment der Schnecke (Plastifizier- schnecke) oberhalb des Bereichs der Unterfütterung und in Abhängigkeit des zu verarbeitenden Materials ermittelt und bestimmt. Das Rohmaterial wird dem Einfüll- trichter mittels einer Fördereinrichtung kontinuierlich oder diskontinuierlich zuge- führt. Die Fördermenge wird aus einem Quotienten aus Schussgewicht und Dosier- zeit bestimmt. Der Füllstand wird während des Betriebs der Plastifizierungseinrich- tung konstant oder näherungsweise konstant gehalten.

Aus der DE 10 2009 045 768 A1 , der DE 10 2012 111 827 A1 , der EP 1 357 366 A2, der EP 2 793 004 A1 ist ein Grenzstanderfassungsgerät in Form eines soge- nannten Drehflügelmelders bekannt. Ein solcher Drehflügelmelder ist dazu ausge- bildet, den Füllstand eines mit einem Schüttgut gefüllten Silos zu erfassen. Dazu weist der Drehflügelmelder einen Antriebsmotor zur Erzeugung eines Drehflügel- drehmomentes auf, sowie eine Signalverarbeitungseinheit zur Verarbeitung eines Füllstandsignales.

Für den Fall, dass das zu überwachende Schüttgut, z. B. Schüttgut in Form von Kunststoffpulver (rieselfähig), bzw. Kunststoffgranulaten, Getreide, Sojabohnen,

Holzspäne oder auch Steinkohle, den Drehflügel erreicht, behindert das Schüttgut die Drehbewegung des Drehflügels, was die Signalverarbeitungseinheit aufgrund eines erhöhten Antriebsstroms des Antriebsmotors erkennt und einer übergeordne- ten Verarbeitungseinheit zur Anzeige eines entsprechenden Füllstandes zuleitet.

Derartige Füllstandsmessungen über die Messung eines Drehflügelantriebsdreh- momentes sind insbesondere für schüft- oder rieselfähige, im Allgemeinen auch fließfähige Güter geeignet. Knetfähige, teigartige Massen sind hiermit hinsichtlich ihres Füllstandes nur ungenau bestimmbar, da diese sich nicht gleichmäßig im Be- hälter verteilen, sondern Ballentropfen bilden können, die gegebenenfalls außer- halb des Drehbereiches des Drehflügels angeordnet sind und nicht zu einer Dreh- momenterhöhung oder allgemein gesagt, einer Beeinflussung, beitragen. Eine sol- che ungleichmäßige Verteilung von ballenartigen, knetfähigen, teigartigen Rohma- terialien trägt auch dazu bei, dass die unterschiedliche Anordnung dieser teigarti- gen Ballen im Vorratsbehälter die Füllstandsanzeige mittels freistrahlender Techno- logien beeinflusst. So kann es z. B. durchaus sein, dass ein Füllstandmessgerät, welches beispielsweise mittels Laser oder Lichtschranke funktioniert, einen niedri- gen Füllstand anzeigt und in der unmittelbaren Nachbarschaft aber gerade ein Turm aus ballenartigem Material vorliegt. Hierdurch entstehen sogenannte Fehl- messungen. Die Bewegung der Masse im Vorratsbehälter verursacht somit schwankende Signale, die nicht den tatsächlichen Füllstand wiederspiegeln und den Betreiber in seiner Nachfüllroutine irritieren. Die zusätzlich verbaute Sensorik verursacht Kosten und ist aufgrund der frei zugänglichen Positionierung verschleiß- anfällig.

Bei Messungen von direkten oder indirekten Betriebsparametern der Plastifizier- schnecke und hieraus vorgenommenen Rückschlüssen auf den Füllstand ist eben- falls mit Nachteilen verbunden. Diese Betriebsparameter spiegeln bei einem Sys- tem mit aktiver Zuführeinheit vornehmlich den Fördervolumenstrom der Zuführein- heit wider, der maßgeblich durch die stopfdruckgeregelte Förderschneckendrehzahl beeinflusst wird. Dies sei anhand der Figuren 1 und 2 kurz verdeutlicht. In Figur 1 wird anhand von Messdaten ohne und mit Stopfdruckregelung bei verschiedenen Stopfdrucksollwerten gearbeitet. Figur 1 verdeutlicht in der oberen Grafikhälfte ei- nen Verlauf des mittleren Stopfdruckes (Messpunktsymbole rund, kreisförmig) und den Verlauf der mittleren Förderschneckendrehzahl (Messpunktsymbol dreieckig). Für etwas mehr als 100 Zyklen wurde dieser Verlauf ohne Stopfdruckregelung bei konstanter Förderschneckendrehzahl aufgenommen. Für circa 80 weitere Zyklen wurde ein Stopfdrucksollwert von 4 bar eingestellt und für weitere 100 Zyklen be- trug der Stopfdruckwert, auf dem geregelt wurde, 3 bar.

Die untere Darstellung verdeutlicht das mittlere Plastifizierdrehmoment, also das Drehmoment, mit dem die Plastifizierschnecke der Einspritzeinheit angetrieben werden muss (Messpunktsymbol quadratisch) sowie die mittlere Rücklaufge- schwindigkeit der Plastifizierschnecke (Messpunktsymbol Raute).

Es ist bei einem stabilen Stopfdruck ein stabiles Dosierverhalten mit einer geringen Schwankungsbreite des Plastifizierdrehmoments sowie der Rücklaufgeschwindig- keit erkennbar. Des Weiteren ergeben sich bei einem höheren Stopfdruck ein höhe- res Plastifizierdrehmoment sowie eine höhere Rücklaufgeschwindigkeit, was auf einen höheren Fördervolumenstrom deutet. Erst ein sehr niedriger Trichterfüllstand (Vorratsbehälterfüllstand), welcher bereits zu Fehlteilen führen kann, wird in den Betriebsparametern der Plastifizierschnecke sichtbar.

Dies wird in Figur 2 anhand des mittleren Plastifizierdrehmoments und der mittleren Rücklaufgeschwindigkeit für die Verarbeitung eines Ballens dargestellt. Bei der ver- tikalen, gestrichelten Linie wird nachgefüllt. Erst bei den letzten 30 Zyklen ist ein Abfallen des Plastifizierdrehmoment erkennbar, was auf den abnehmenden Förder- volumenstrom mangels Materials zurückzuführen ist. Somit sind Messungen der indirekten Parameter der Plastifizierschnecke lediglich dafür geeignet, einen bereits eingetretenen Materialmangel zu diagnostizieren. Eine kontinuierliche Füllmengen- anzeige einer automatischen Zuführeinheit ist damit nicht realisierbar. Bei einem starren trichter- und rieselfähigen Material kann dagegen durchaus der Füllstand im Plastifizierdrehmoment erkennbar sein, da es zu keiner aktiven Förderung des Ma- terials kommt und rieselfähiges Material oftmals zum Schichtaufbau im Trichter tendiert. Dies führt analog zum Plastifizieren zu Viskositätsänderungen, die im Plas- tifizierdrehmoment erkennbar sind.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine kontinuierliche Füllmengenanzeige für ei- ne automatische Zuführvorrichtung, insbesondere eine Spritzgießmaschine oder eines Extruders anzugeben, mit welcher kontinuierlich der Füllstand des im Vor- ratsbehälter befindlichen Materials ermittelt werden kann, auch wenn das Material im Vorratsbehälter kein rieselfähiges, fließfähiges, oder dergleichen Material ist, sondern beispielsweise ein teigartiges, knetbares, zur Ballenbildung neigendes Ma- terial ist. Zudem soll die Erfindung die Aufgabe lösen, mit minimaler Zusatzausstat- tung maschineller oder bauteilmäßiger Art auszukommen, insbesondere soll eine Vermeidung von optischer Sensorik, wie z. B. freistrahlende Messeinrichtungen, vermieden werden.

Weiterhin soll die Erfindung ein Verfahren zur Verfügung stellen, mit dem in einfa- cher Art und Weise Füllstände oben bereits genannter Materialien, also insbeson- dere teigartiger, zur Ballen- oder Klumpenbildung neigender Materialien, wie aber auch für fließfähige, rieselfähige, oder dergleichen Materialien insbesondere konti- nuierlich ermittelt. Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 und einer Spritzgießmaschine/Extrudereinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Überwachen eines Füllzustandes einer Zu- führvorrichtung weist die folgenden Schritte auf:

Bereitstellen einer Zuführvorrichtung mindestens aufweisend einen um eine Achse A antreibbar rotierbaren Vorratsbehälter, Betreiben der Zuführvorrichtung durch motorisches Antreiben des Vor- ratsbehälters um die Achse A,

Befüllen des Vorratsbehälters mit zu förderndem Material.

Es ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass:

ein Antriebsdrehmoment M, welches zum Antrieb des Vorratsbehälters um die Achse notwendig ist oder ein hierzu korrespondierendes An- triebsmoment, gemessen und beobachtet wird und

aus dem Antriebsdrehmoment M des Vorratsbehälters auf einen Füll- stand des Materials im Vorratsbehälter geschlossen wird.

Mit einem solchen Verfahren ist in einfacher Art und Weise möglich, kontinuierlich Füllzustände einer Füllvorrichtung zu ermitteln und insbesondere einer Maschinen- steuerung zur Verfügung zu stellen.

Ein weiterer besonderer Vorteil ist, dass das erfindungsgemäße Verfahren unab- hängig ist von dem in der Zuführvorrichtung, insbesondere deren Vorratsbehälter eingebrachten Material. Materialspezifische Parameter und deren Änderungsver- halten mit sich ändernden Umgebungsbedingungen brauchen nicht bekannt zu sein.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Messung des Antriebsmoments, wel- ches notwendig ist, um den Vorratsbehälter um seine Rotationsachse zu rotieren, bereits ausreicht, um eine zuverlässige Aussage über den Füllstand des Vorratsbe- hälters zu erhalten.

Unter dem Antriebsmoment M im Sinne der Erfindung ist nicht nur genau das An- triebsmoment zu verstehen, mit welchem der Vorratsbehälter selbst angetrieben werden muss, sondern auch hierzu korrespondierende Antriebsmomente, bei- spielsweise an einem Elektromotor oder einer sonstigen Antriebseinrichtung, die für den Antrieb des Vorratsbehälters verwendet wird. Gegebenenfalls können zwi- schen einem an der Antriebseinrichtung (Elektromotor, Hydraulikmotor oder der- gleichen) gemessenen Drehmoment und dem tatsächlichen Antriebsmoment M des Vorratsbehälters Unterschiede vorhanden sein, die beispielsweise durch die Zwi- schenschaltung einer Getriebestufe, sei es ein Zahnradgetriebe, ein Schneckenge- trieben, ein Riemengetriebe oder dergleichen, auftreten. Im Ergebnis kann somit aus dem Antriebsmoment M des Vorratsbehälters selbst oder einem zur Erzeugung des Antriebsmoments M notwendigen und zum Antriebsmoment M korrespondie- renden Antriebsmoment eine zuverlässige Aussage geliefert werden. Zweckmäßig kann es sein, ein korrespondierendes Antriebsmoment beispielsweise an einem Elektromotor zu messen und bei z. B. bekannter Getriebeübersetzung in das An- triebsmoment M des Vorratsbehälters umzurechnen. Insoweit ist der Begriff "An- triebsmoment M" im Sinne der vorliegenden Anmeldung so zu verstehen, dass hierbei auch jedes hierzu korrespondierende Antriebsdrehmoment einer Antriebs- einrichtung, wie z. B. eines Antriebsmotors, mit umfasst ist.

Mit Vorteil kann das Verfahren für nicht selbstständig einzugsfähige Materialien, welche insbesondere überwiegend zu Ballen- und Klumpenbildung neigen, also von ihrer Konsistenz sehr teigartig sind, angewandt werden. Solche Materialien neigen zu einer ungleichförmigen Verteilung der Materialmasse im Vorratsbehälter, so dass bisherige Technologien im Vergleich zur Erfindung hier Fehlmessungen er- zeugen. In anderen Worten bedeutet dies, dass die Erfindung nicht auf einem gleichmäßigen Füllstand im Sinne eines Füllstandleveis oder eines Füllstandpegels angewiesen ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Erfindung dadurch gekenn- zeichnet, dass die nicht selbstständig einzugsfähigen Materialien teigartig knetfähi- ge Silikonmaterialien oder Polyestermaterialien sind, die insbesondere faserbela- den, z. B. glasfaserbeladen sind. Als solche nicht selbstständig einzugsfähigen Ma- terialien werden oftmals teigartige, knetfähige Silikonmaterialien oder Polyesterma- terialien verwendet, welche in bestimmten Anwendungsfällen faserbeladen, z. B. glasfaserbeladen sein können. Es hat sich gezeigt, dass die Erfindung mit Vorteil für diese Materialien einsetzbar ist.

Das zu fördernde Material kann ein Lösungsmittel, insbesondere Styrol enthalten. Für das erfindungsgemäße Verfahren ist dies kein Hindernis. Es ist mit Vorteil für derartige Materialen anwendbar. Darüber hinaus kann mit dem erfindungsgemäßen

Verfahren und der Information, wie lange das entsprechende, zu fördernde Material sich bereits im Vorratsbehälter befindet, auch eine Aussage über den Materialzu- stand des im Vorratsbehälter befindlichen Materials getroffen werden. Dies ist bei Materialien enthaltend Styrol als Lösemittel besonders wichtig, da Styrol bereits über kürzere Zeit hinweg aus dem Material verdampft und die Materialeigenschaf- ten nicht unwesentlich durch das dann in geringerem Maße enthaltene Lösungsmit- tel beeinträchtigt werden können.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Erfindung dadurch gekenn- zeichnet, dass während der Füllstandsmessung ein Stopfdruck des geförderten Materials konstant gehalten wird. Die Füllstandsmessung kann grundsätzlich zwar unabhängig von einem Stopfdruck des geförderten Materials in einer Förderschne- cke der Zuführvorrichtung durchgeführt werden. Für die Konsistenz der Materialför- derung zum Herstellen von Spritzgussteilen oder Spritzprägeteilen ist es jedoch besonders vorteilhaft, in Kenntnis einer korrektes Füllstandes auch den Stopfdruck konstant zu halten, da dann mit einer verbesserten (vergleichmäßigten) Füllung der Plastifizierschnecke gerechnet werden kann, was schlussendlich zu einer besseren Bauteilqualität aufgrund konstanterer Formwerkzeugfüllung führt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist diese dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Unterschreiten eines Grenzwertes M _min für das An- triebsdrehmoment M des Vorratsbehälters eine Nachfüllung des Vorratsbehälters vorgenommen wird. In vorteilhafter Art und Weise ist als Auslöser bzw. als Trigger- wert für das Nachfüllen des Vorratsbehälters in einem z. B. kontinuierlichen Betrieb der Zuführvorrichtung ein bestimmter unterer Grenzwert M _min vorgesehen, der eine Minimalmenge des zu verarbeitenden Materials im Vorratsbehälter repräsentiert. Ein solcher unterer Grenzwert sollte nach Möglichkeit nicht unterschritten werden. Der untere Grenzwert ist derart gewählt, dass bei Erreichen des unteren Grenzwer- tes M _min noch keine signifikant verringerte Bauteilqualität des Spritzgießprozesses erwartet werden muss.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Verfah- ren insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung des Füllstandes des Vorratsbehälters kontinuierlich durch Messung des Antriebsdrehmomentes des

Vorratsbehälters erfolgt. In besonderer Art und Weise eignet sich das erfindungs- gemäße Verfahren zu einer kontinuierlichen Messung des Füllstandes des Vorrats- behälters. Dies erfolgt gemäß dieser Ausführungsform kontinuierlich durch Mes- sung des Antriebsmomentes des Vorratsbehälters. Unter "kontinuierlich" in diesem Sinne ist zu verstehen, dass über eine gewisse Zeit eine gewisse Mindestanzahl von Messungen erfolgen sollte. Im Gegensatz dazu ist unter "diskontinuierlich" im Sinne der Erfindung zu verstehen, dass beispielsweise lediglich - wie im Stand der Technik praktiziert - ein Alarm ausgelöst wird, wenn ein bestimmter Wert unter- oder überschritten wird. Als Beispiel sei angegeben, dass unter einer kontinuierli- chen Messung eine Mehrfachmessung in einem bestimmten Zeitraum, beispiels- weise z. B. 1 Messung pro Sekunde oder 5 Messungen pro Minute oder derglei- chen stattfinden. Wesentlich ist, dass bei einer kontinuierlichen Messung über die Zeit ein gewisser Messwertverlauf durch Interpolation oder Extrapolation Aussagen über einen Füllstandsverlauf möglich sind. In anderen Worten bedeutet dies, dass kontinuierlich im Sinne der Erfindung jedenfalls nicht erfordert wird, dass eine stän- dige, dauerhafte, im analogen Sinne ununterbrochene Messung stattfinden muss. Es reichen vielmehr diskrete Messungen, die allerdings in einem derartig kurzen Zeitraum aufeinanderfolgend stattfinden, dass über einen Vorratsbehälterfüllstand eine zeitlich kontinuierliche Aussage möglich ist, die zudem technisch sinnvoll ist. Eine solche kontinuierliche Messung des Antriebsmomentes lässt in einfacher Art und Weise eine kontinuierliche Aussage über den Füllstand zu.

Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekenn- zeichnet, dass aus dem Füllstand des zur Zuführung vorgesehenen Materials im Vorratsbehälter eine mittlere Verweilzeit t _{v, mittel} des Materials im Vorratsbehälter bestimmt wird. Ein Füllstand des zur Zuführung vorgesehenen Materials zusammen mit einer Information, wann zuletzt Frischmaterial nachgefüllt wurde, erlaubt eine Vorhersage einer mittleren Verweilzeit t _{v, mittel} des Materials im Vorratsbehälter. Die- se mittlere Verweilzeit kann in einer weitere Ausführungsform der Erfindung wert- volle Informationen zur mittleren Dauer des Materials im Behälter und somit zum Restgehalt des Lösungsmittels, insbesondere des Styrols liefern.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass aus der mittleren Verweilzeit t _{v, mittel} des Materials eine Vorhersage der bereits durch Verdampfung entwichenen Lösungsmittelmenge, insbesondere Styrolmenge geschlossen wird.

Somit kann ein wesentlicher Materialeigenschaftswert, nämlich der Gehalt des Lö- sungsmittels, insbesondere der mittlere Gehalt des Lösungsmittels einer im Vor- ratsbehälter durch Mischgutmasse bestimmt werden. Da der Gehalt des Lösungs- mittels in der Rohmasse einen wesentlichen Einfluss auf dessen Fließfähigkeit und Viskositätsverhalten in der Plastifiziereinheit und sowie insbesondere auf das Ver- netzungsverhalten im Spritzgusswerkzeug hat, ist diese Information bereits zum Zeitpunkt vor der Zuführung des Materials in die Plastifiziereinheit ein wichtiger, aussagekräftiger Faktor.

Durch eine derartige Information kann bei einem längeren Stillstand der Maschine, in der das Material genug Zeit hat, eine bestimmte Styrolmenge auszudampfen, zur Verhinderung von Schlechtbauteilen eine bestimmte Menge Frischmaterial hinzu- gefügt werden, um anhand des Füllstandverhältnisses der im Trichter verweilten Menge zu dem zugeführten Frischmaterial dann eine neue mittlere Verweilzeit des Mischmaterials aus Alf- und Neumaterial zu erhalten, wobei dann aus der neu er- haltenen mittleren Verweilzeit, die dann geringer ist, auch Aussage über einen neu- en gegenüber dem vorherigen Stand erhöhten Anteil des Lösungsmittels, insbe- sondere des Styorls möglich ist. Somit kann also bei einem längeren Stillstand der Maschine, wenn Informationen zur Verweilzeit des Materials im Vorratsbehälter bekannt sind, ohne die Inkaufnahme von Schlechtteilen bereits vor der Plastifizie- rung von Material im Vorratsbehälter ein wesentlicher Rohmaterialparameter auf ein für den Verarbeitungsprozess notwendiges Maß eingestellt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist diese dadurch gekennzeichnet, dass eine mittlere Verweilzeit durch Zugabe von Frischmaterial in den Vorratsbehälter oberhalb des vorbestimmten Grenzwertes M _min gebracht wird.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist diese dadurch gekennzeichnet, dass das Erreichen des vorbestimmten Grenzwertes M _min über das Erreichen eines vorbestimmten Antriebsdrehmoments M _t des Vorratsbehälters erkannt wird.

Erfindungsgemäß wurde bei dieser vorteilhaften Ausführungsform erkannt, dass das Antriebsmoment M _t des Vorratsbehälters mit der Materialmenge im Vorratsbe- hälter korreliert bzw. direkt von dieser abhängig ist, so dass ein Grenzwert, ab dem beispielsweise Nachfüllungen stattfinden, einfach aus dem Antriebsd rehmoment des Vorratsbehälters ermittelt werden kann.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Durchführen des obigen Verfahrens, welche einen um die Achse A rotierbaren Vorratsbehälter auf- weist. Eine solche Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Messaufnehmer vorhanden ist, der eingerichtet und ausgebildet ist, ein Messsignal zu erzeugen, welches mit dem Antriebsdrehmoment M _t des Vorratsbehälters kor- respondiert und eine Auswerteinheit vorhanden ist, welches das Antriebsdrehmo- mentsignal verarbeitet und in ein Füllstandsignal umwandelt.

Mit einer solchen Vorrichtung gelingt es in einfacher Art und Weise das erfindungs- gemäße Verfahren durchzuführen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform besitzt die Vorrichtung zudem eine um eine Achse B rotierbare Förderschnecke, wobei die Achse A des Vorratsbehälters und die Achse B der Förderschnecke miteinander einen Winkel a > 0 einschließen oder windschief zueinander angeordnet sind.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung ist der Vorratsbe- hälter, der z. B. eine trichterförmige oder zylinderförmige Raumform hat, und die Achse A gegenüber der Vertikalen geneigt ist oder vertikal angeordnet.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung ist die Vorrichtung zur Verarbeitung von Thermoplasten, Feuchtpolyestermassen, Feststoffsilikonen für Spritzgieß- wie auch für Extrudereinheiten angepasst. Dies stellt eine universelle Einsetzbarkeit der Vorrichtung sicher.

Schlussendlich betrifft die Erfindung eine Spritzgießmaschine/Extrudereinheit, wel- che eine Vorrichtung gemäß der Erfindung umfasst.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 : den mittleren Stopfdruck und die mittlere Förderschneckendrehzahl

(oben) und das mittlere Plastifizierdrehmoment und die mittlere Rück- laufgeschwindigkeit (unten) ohne und mit Stopfdruckregelung bei ver- schiedenen Stopfd rucksoliwerten ;

Figur 2: das mittlere Plastifizierdrehmoment und die mittlere Rücklaufgeschwin- digkeit bei sinkendem Trichterfüllstand;

Figur 3: das mittlere Antriebsdrehmoment des Einfülltrichters über einen Ver- suchszeitraum mit variierenden Einfüllmengen;

Figur 4: eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens einer stark schema- tisierten Darstellung.

Untersuchungen haben ergeben, dass ein Antriebsdrehmoment M eines Vorrats- behälters 2 (Trichterdrehmoment) zur kontinuierlichen Erfassung der Füllmenge des TrichtersA/orratsbehälters herangezogen werden kann. Des Weiteren wurden Verweilzeiteffekte bei der Verarbeitung von Polyesterformmassen detektiert, welche durch ein optimiertes Nachfüllverhalten kompensiert werden. Der Kern der Erfin- dung wird im Folgenden anhand der Figuren 3 bis 4 erläutert.

Zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungs- gemäßen Vorrichtung und der hiermit erzielten Vorteile, sei zunächst beispielhaft anhand der Figur 4 der grundlegende Aufbau einer erfindungsgemäßen Zuführvor- richtung 1 erläutert.

Eine erfindungsgemäße Zuführvorrichtung 1 besitzt einen Vorratsbehälter 2 zur Aufnahme von zu förderndem Material 3. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Zuführvorrichtung gemäß Figur 4 ist der Vorratsbehälter 2 im Wesentlichen ein ke- gelstumpfförmiger Behälter mit einer Vorratsbehälterwandung 4. Der kegelstumpf- förmige Vorratsbehälter 2 ist um eine Achse A rotierbar antreibbar (Doppelpfeilrich- tung 5). Dem Vorratsbehälter 2 ist hierzu eine Antriebseinrichtung 20 zugeordnet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Antriebseinrichtung 20 als Schneckenge- triebe ausgebildet und besitzt einen Antriebsmotor 21, welcher eine Schnecke be- sitzt, die mit einem Zahnkranz 22 an einem Umfang des Vorratsbehälters 2 zu- sammenwirkt.

Parallel zu einer Mantellinie der Wandung 4 ist eine Förderschnecke 6 angeordnet, welche ein Inneres des Vorratsbehälters 2 durchdringt. Die Förderschnecke 6 ist um die Achse B motorisch mittels einer Antriebseinrichtung 7 antreibbar (Doppel- pfeil richtung 8). Die Förderschnecke 6 kommt mit dem zu förderndem Material 3 in Kontakt und fördert dieses aus dem Inneren des Vorratsbehälters 2 über eine Zu- führleitung 9 zu einer Plastifiziereinheit 10. Die Plastifiziereinheit 10 ist in bekannter Art und Weise dazu eingerichtet und ausgebildet, in geeigneter Art und Weise einer Spritzgießmaschine (nicht gezeigt) oder einer Extrudereinheit (nicht gezeigt) zuzu- führen.

Des Weiteren besitzt die Zuführvorrichtung 1 einen Messaufnehmer 11 insbesonde- re am Antriebsmotor des Trichters, welcher das Antriebsmoment M, also das An- triebsdrehmoment, misst, welches notwendig ist, um den Vorratsbehälter 2 um die Achse A zu rotieren. Der Messsensor stellt somit ein Messsignal 12 zur Verfügung, welches mit dem Antriebsdrehmoment M korrespondiert. Das Messsignal 12 wird zu einer Auswerteeinheit 13 ausgegeben, welche dazu eingerichtet und ausgebildet ist, das Messsignal 12, welches mit dem Antriebsdrehmoment M korrespondiert, in ein Füllstandsignal 14 zu überführen. Das Füllstandsignal 14 wird anschließend entweder einer Anzeigeeinrichtung, z. B. einem Display (nicht gezeigt), einer Ma- schinensteuerung (nicht gezeigt), oder anderen geeigneten Einrichtungen, übertra- gen.

Selbstverständlich kann zwischen dem Antriebsmotor des Trichters und dem Vor- ratsbehälter 2 in irgendeiner Art und Weise eine Getriebevorrichtung (nicht gezeigt) vorgesehen sein. Ein am Antriebsmotor gemessenes Antriebsmoment M kann in einem solchen Fall selbstverständlich unter Zuhilfenahme der gewählten Getriebe- übersetzung und gegebenenfalls unter Berücksichtigung von Getriebewirkungsgra- den und Lagerreibungsverlusten in das Antriebsmoment M, welches tatsächlich den Vorratsbehälter 2 antreibt, umgerechnet werden.

Weiterhin ist für eine erfindungsgemäße Zuführvorrichtung 1 charakteristisch, dass die Achse A, um die der Vorratsbehälter 2 rotierbar ist, gegenüber einer Vertikalen 15 geneigt ist, beispielsweise um einen Winkel a geneigt ist. Eine derartige Zuführ- vorrichtung 1 , welche in Figur 4 schematisch dargestellt ist, wurde zur Ermittlung und Erforschung nachfolgend erläuterter Zusammenhänge herangezogen. Grund- sätzlich besteht allerdings auch die Möglichkeit, anstelle des kegelstumpfförmigen Vorratsbehälters 2 auch andere geometrische Raumformen für Vorratsbehälter zu verwenden. Ebenso ist die relative Anordnung der Förderschnecke 6 zum Vorrats- behälter 2 bzw. dessen Wandung 4 von untergeordneter Relevanz. Wesentlich ist, dass der Vorratsbehälter 2 um eine gegebenenfalls zur Vertikalen 15 schräggestell- te Achse A unter Aufbringung eines Antriebsmoments M antreibbar ausgebildet ist und einen entsprechenden Messsaufnehmer 11 oder eine andere Einrichtung zum Aufnehmen von Drehmomentdaten besitzt, mit welchen das Antriebsdrehmoment M gemessen werden kann, welches notwendig ist, um den Vorratsbehälter 2 um die Achse A drehbar anzutreiben.

Die Nutzung des Antriebsdrehmoments M als Maß für einen Füllstand des Vorrats- behälters 2 bietet eine kontinuierliche und zuverlässige Füllmengenanzeige, die für automatische Befüllsysteme ohne zusätzliche Hardwarekosten genutzt werden kann. Da es sich um eine reine Softwarelösung handelt, entstehen keine laufenden Kosten. Durch die zusätzliche Betrachtung der Verweilzeit kann das Nachfüllverhal- ten im Hinblick auf eine Kompensation der Styrolverdunstung optimiert werden. Bei niedrigem Antriebsdrehmoment M kann die Förderschneckendrehzahl bei aktivier- ter Stopfdruckregelung begrenzt werden, um ein unnötiges Scheren des Materials zu vermeiden. Das System ist neben den Feuchtpolyestermassen auch für die Verarbeitung von

Feststoffsilikonen sowohl für alle Trichtergrößen und Trichterneigungen für Spritz- gieß- als auch Extrudereinheiten nutzbar.

Das erfindungsgemäße Verfahren, welches beispielsweise mit einer Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens gemäß Figur 4 durchgeführt werden kann, soll nunmehr beispielhaft anhand der Figur 3 erläutert werden.

Auf der horizontalen Achse der Figur 3 ist die Zyklusanzahl angegeben. Diese reicht von Zyklus Nr. 0 bis Zyklus Nr. 2000. An der linken vertikalen Achse ist das Antriebsmoment M (Drehmoment) in Nm angegeben, welches zum Antreiben des Vorratsbehälters 2 notwendig ist. Das dazugehörige Zeichen für die unterschiedli- chen Messpunkte ist das gefüllte schwarze Quadrat.

Mit vertikalen gestrichelten Linien ist jeweils ein sogenannter Materialeinwurf ange- geben. Der Materialeinwurf bedeutet, dass eine Erst- oder Neubefüllung/Nach- füllung des Vorratsbehälters 2 durch Einwurf von neuem ballenartigem Material 3 in dem Vorratsbehälter erfolgt. Eine Erstbefüllung findet gemäß Figur 3 somit bei ca. Schussnr. 25 statt. Es werden 45 kg Rohmaterial eingeworfen. Dies hat gemäß der unteren Messkurve (mittleres Trichterdrehmoment, d. h. Antriebsdrehmoment M) zur Folge, dass ausgehend von einem Leerlaufdrehmoment in Höhe von ca. 1 Nm das zum Antrieb des Vorratsbehälters notwendige Antriebsmoment M mit dem Ein- wurf von Frischmaterial auf einen Höchstwert von ca. 7,5 Nm ansteigt. Nach Zuga- be des Frischmateriales nimmt das Antriebsmoment M (das mittlere Trichterdreh- moment) kontinuierlich von Schuss zu Schuss, d. h. mit der Zeit, in nahezu linearer Art und Weise ab. Bei Schussnr. 250 ist die Menge des Ausgangsmateriales (Erst- befüllung von 45 kg (6 Ballen)) nahezu aufgebraucht, was sich daran zeigt, dass das mittlere Trichterdrehmoment nur noch geringfügig über dem Leerlaufdrehmo- ment liegt. Bei Schuss Nr. ca. 250 wird ein Ballen von 15 kg nachgeworfen, was zu einem Anstieg des mittleren Trichterdrehmoments auf einen Wert um 3,8 Nm führt.

Bei Schuss 400 wird erneut Rohmaterial in größerer Menge zugeführt (3 Ballen a 15 kg; 45 kg). Es ist ersichtlich, dass das mittlere Trichterdrehmoment (An- triebsmoment M) aufgrund des höheren Füllstandes wieder auf Werte zwischen 7,0 Nm und 7,5 Nm ansteigt. Es bildet sich über die Zeit ein sägezahnförmiger Verlauf aus.

Das vorstehend beschriebene "Sägezahnmuster" des Antriebsdrehmoments M wirkt sich auf das Bauteilgewicht aus. Ab einer bestimmten Verweilzeit schlägt sich der niedrige, durch Verdunstung ausgetretene Styrolanteil in einem Anstieg des Bauteilgewichts nieder. Durch Zugabe von Frischmaterial wird somit in dem Materi- almix, welches sich im Vorratsbehälter 2 befindet, die mittlere Lösungsmittelkon- zentration, d. h., z. B. die Styrolkonzentration, erhöht, wodurch sich bei der Verar- beitung eines solchen Materiales ein geringeres Bauteilgewicht ergibt. Nach länge- ren Stillstandzeiten der Maschine, beispielsweise über das Wochenende, verdampft eine größere Menge Styrol, was einen zunehmenden Bauteilgewichtsanstieg zur Folge hat. Der "Ausreißer nach oben" hinsichtlich des Bauteilgewichts ist dadurch zu erklären, dass das Lösungsmittel verdampft ist und somit ein Material höherer Dichte in die Kavitäten von Werkzeugen gespritzt wurde, so dass ein höheres Bau- teilgewicht resultierte.

Durch Nachfüllen mit Frischmaterial kann somit der Lösungsmittelgehalt auf ein gewünschtes Maß gebracht werden, wodurch das Bauteilgewicht ebenfalls im ge- wünschten Rahmen gehalten werden kann.

Aufgrund der Anzahl der Schüsse, die beispielsweise mittels eines Zählwerkes lau- fend ermittelt werden und der hierfür verstrichenen Zeit kann erfindungsgemäß so- mit in einfacher Art und Weise eine mittlere Verweilzeit des Rohmaterials im Vor- ratsbehälter abgeliefert werden. Steigt die mittlere Verweilzeit des Rohmaterials im Vorrafsbehälter über einen bestimmten Wert an, so ergeben sich unzulässig hohe Bauteilgewichte.

Somit ist es indirekt auch möglich, über die Ermittlung des Füllstandes des Vorrats- behälters gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren auch Aussagen zur mittleren Verweilzeit des Rohmaterials im Vorratsbehälter zu treffen und somit bereits hie- raus Qualitätsvorhersagen treffen zu können. Somit kann in einfacher Art und Wei- se durch Zugabe von Frischmaterial und deren rechnerischer Berücksichtigung die mittlere Verweilzeit ( t _{v, mittel} ) unterhalb eines vorbestimmten Grenzwertes gehalten werden. Dies gelingt dadurch, dass durch Messung des Antriebsd rehmomentes M des Vorratsbehälters 2 und der oben erläuterten Korrelation der Bauteilgewichte zu den Drehmomenten es ausreichend ist, dass zur Bestimmung eines günstigen Nachfüllzeitpunktes das Antriebsmoment M (das mittlere Trichterdrehmoment) oberhalb eines vorbestimmten Drehmomentgrenzwertes (Grenzwert M _min ) gehalten wird.

Zusammen mit den Informationen über Schussdauer und Schussanzahl kann hier- durch in einfacher Art und Weise, ohne zusätzliche Hardware-Maßnahmen auch eine Aussage über die mittlere Verweilzeit des Materials im Vorratsbehälter und im weiteren Verlauf über das zu erwartende Bauteilgewicht gemacht werden.

Somit kann durch das erfindungsgemäße Verfahren bereits in einem Betriebszu- stand der Zuführvorrichtung vor der Plastifiziereinheit eine Aussage über eine mög- liche Bauteilqualität gemacht werden und Maßnahmen ergriffen werden, die diese Bauteilqualität positiv beeinflussen. Bezugszeichenliste

1 Zuführvorrichtung

Vorratsbehälter

3 Zu förderndes Material

Wandung

5 Doppelpfeilrichtung

6 Förderschnecke

7 Antriebseinrichtung

8 Doppelpfeilrichtung

9 Zuführleitung

10 Plastifiziereinheit

11 Messaufnehmer

12 Messsignal

13 Auswerteeinheit

14 Füllstandsignal

15 Vertikale

20 Antriebseinrichtung

21 Antriebsmotor

22 Zahnkranz

a Winkel

A Achse

B Achse

M Antriebsdrehmoment

M _min Grenzwert

t _v Verweilzeit

t _{v, mittel} Mittlere Verweilzeit