AT512293B1 - Anordnung zur Herstellung von, insbesondere thermoplastischen, Kunststoffteilen - Google Patents

Abstract

Anordnung (20) zur Herstellung von, insbesondere thermoplastischen, Kunststoffteilen, mit einer ersten Plastifizierschnecke (1) zum Verflüssigen und Vermischen eines polymeren Vorprodukts (V) und eines Aktivators (A), einer zweiten Plastifizierschnecke (2) zum Verflüssigen und Vermischen eines polymeren Vorprodukts (V) und eines Katalysators (K), zumindest zwei Schließeinheiten (3, 4, 5) mit jeweils einem Werkzeug (6), einer ersten Verteilvorrichtung (7) zum Zuführen des polymeren Vorprodukts (V) samt Aktivator (A) von der ersten Plastifzierschnecke (1) zu den zumindest zwei Schließeinheiten (3, 4, 5) und einer zweiten Verteilvorrichtung (8) zum Zuführen des polymeren Vorprodukts (V) samt Katalysator (K) von der zweiten Plastifizierschnecke (2) zu den zumindest zwei Schließeinheiten (3, 4, 5).

Description

österreichisches Patentamt AT512 293B1 2013-07-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Herstellung von, insbesondere thermoplastischen, Kunststoffteilen.

[0002] Im Bereich der Kunststoffteileherstellung sind bereits seit vielen Jahren die unterschiedlichsten Anlagen und Verfahren bekannt. Dabei gibt es einerseits die Varianten, wo in einer Plastifizierschnecke ein Granulat aufgeschmolzen wird und dann in eine Kavität eines Werkzeugs eingespritzt und dort auskühlt und aushärtet. Andererseits kann auch mit in unterschiedlichen Anlagen aufbereiteten Grundkomponenten gearbeitet werden, die dann vor der Kavität oder in der Kavität vermischt werden und dort zu einem Kunststoffteil ausreagieren. Ein Beispiel für eine solche zweite Variante einer Kunststoffteilherstellung geht aus der EP 1 847 367 A2 hervor. Auch die EP 2 213 444 A2 zeigt die Verarbeitung von Duroplasten, bei denen zwei miteinander vernetzende oder reagierende Komponenten vermischt werden.

[0003] Bei diesen bekannten Anlagen werden meist große Behälter verwendet, in denen die zumindest zwei Grundkomponenten ständig bereitgehalten werden und über Pumpen zu den Kavitäten geführt werden. Es sind hier auch Zentralanlagen bekannt, bei denen von großen Sammelbehältern aus mehrere Pressen bzw. Schließeinheiten versorgt werden. Nachteilig dabei ist, dass die einzelnen Komponenten oft sehr lange in den großen Behältern verbleiben, wodurch deren Qualität und somit die Reaktionsfähigkeit nachlassen kann. Die Zentralanlagen sind auch meist als Ringleitungen ausgebildet, wodurch hohe Verweilzeiten entstehen.

[0004] Eine Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, die beim reaktiven Spritzgießen bekannten Nachteile zu vermeiden. Insbesondere sollen die hohen Verweilzeiten verkürzt werden, die Schmelzequalität hochgehalten werden und eine möglichst individuelle und genaue Einspritzung möglich sein.

[0005] Aus der ein älteres Recht bildenden, anmeldereigenen, nachveröffentlichten A 850/2011 geht ein Verfahren zum Herstellen von insbesondere faserverstärkten thermoplastischen Kunststoffteilen in einer Spritzgießmaschine hervor, wobei die einzelnen miteinander reagierenden Komponenten (polymeres Vorprodukt + Aktivator bzw. polymeres Vorprodukt + Katalysator) jeweils in Plastifizierschnecken verflüssigt und vermischt werden. Um eine größere Produktionsmenge zu erreichen, müssten mehrere solcher Anlagen mit je zwei Plastifizierschnecken und einer Schließeinheit vorhanden sein. Dies ist von der Ausstattung her sehr aufwändig, da pro Schließeinheit immer zwei Plastifizierschnecken vorhanden sein müssen.

[0006] Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, für hohe Produktionsmengen möglichst geringe Gesamtinvestitionen tätigen zu müssen. Mithin soll die gesamte Anordnung zur Herstellung von insbesondere thermoplastischen Kunststoffteilen möglichst effizient arbeiten und mit geringen Investitionskosten angeschafft werden können.

[0007] Diese Aufgaben werden durch eine Anordnung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Demnach besteht die Anordnung aus einer ersten Plastifizierschnecke zum Verflüssigen und Vermischen eines polymeren Vorprodukts und eines Aktivators, einer zweiten Plastifizierschnecke zum Verflüssigen und Vermischen eines polymeren Vorprodukts und eines Katalysators, zumindest zwei Schließeinheiten mit jeweils einem Werkzeug, einer ersten Verteilvorrichtung zum Zuführen des polymeren Vorprodukts samt Aktivator von der ersten Plastifzierschne-cke zu den zumindest zwei Schließeinheiten und einer zweiten Verteilvorrichtung zum Zuführen des polymeren Vorprodukts samt Katalysator von der zweiten Plastifizierschnecke zu den zumindest zwei Schließeinheiten. Gegenüber den bekannten Zentralanlagen zur Herstellung duroplastischer Kunststoffteile ist der große Vorteil gegeben, dass keine großen Mengen von Grundkomponenten ständig am „Köcheln" gehalten werden müssen, wodurch der Qualitätsverlust viel geringer ist. Ein weiterer großer Vorteil besteht darin, dass für mehrere in einer Anlage zusammengefasste Schließeinheiten nur mehr eine zentrale Plastifiziereinheit mit zwei Plastifizierschnecken in einer Produktionshalle vorgesehen sein muss.

[0008] Grundsätzlich soll nicht ausgeschlossen sein, dass nach den Plastifizierschnecken noch 1 15 österreichisches Patentamt AT512 293 B1 2013-07-15

Pumpen oder sonstige Einbringungsvorrichtungen vorgesehen sind. Bevorzugt ist allerdings vorgesehen, dass die beiden Plastifizierschnecken jeweils in einem Plastifizierzylinder angeordnet sind, wobei das polymere Vorprodukt samt Katalysator und das polymere Vorprodukt samt Aktivator durch die jeweilige Plastifizierschnecke in die Werkzeuge einbringbar sind, wobei die Plastifizierschnecken jeweils von einer Antriebseinheit relativ zum Plastifizierzylinder rotatorisch und translatorisch bewegbar sind. Somit kann durch die rotatorische Bewegung der Plastifizierschnecken einerseits eine gute Durchmischung des Vorprodukts mit dem Aktivator bzw. Katalysator erreicht werden und andererseits ein gezieltes Einspritzen durch die lineare bzw. translatorische Einspritzbewegung der Plastifizierschnecke erreicht werden.

[0009] Je nach Größe der herzustellenden Kunststoffteile können in einer Schließeinheit mehrere Kavitäten zur Herstellung mehrerer Kunststoffteile ausgebildet sein. Bevorzugt ist deshalb vorgesehen, dass jede Schließeinheit ein Werkzeug aufweist in dem zumindest eine Kavität ausgebildet ist.

[0010] Produktionshallen für Kunststoffteile können die unterschiedlichsten Größen und Formen aufweisen. Deswegen sollte die Anordnung der Plastifizierschnecken und der Schließeinheiten möglichst an diese Form bzw. Größe ideal angepasst sein. Eine Variante besteht dabei darin, dass von der Plastifiziereinheit die Verteilvorrichtungen seriell nacheinander zu den einzelnen Schließeinheiten führen. Aufgrund des gezielten Einspritzens und des gezielten Verbrauches ist keine Rückleitung notwendig. Nachteilig bei diesen seriellen Anordnungen ist, dass vor allem beim Einspritzen in die seriell letzte Schließeinheit ein relativ langer Weg für die Grundkomponenten zurückgelegt werden muss. Bevorzugt ist deshalb vorgesehen, dass die Verteilvorrichtungen jeweils eine von der ersten bzw. zweiten Plastzifizierschnecke wegführende Hauptleitung, einen Verteiler, in den die Hauptleitung mündet, und zwischen dem Verteiler und jeder Schließeinheit eine Zweigleitung aufweist.

[0011] Gemäß einer ersten Ausführungsvariante kann dazu vorgesehen sein, dass die Zweigleitungen direkt in die Kavität münden und das polymere Vorprodukt samt Aktivator getrennt vom polymeren Vorprodukt samt Katalysator in das Werkzeug einbringbar ist. Um ein gezieltes Zuführen der Grundkomponenten von der zentralen Plastifiziereinheit zu einer bestimmten Schließeinheit zu gewährleisten, kann bevorzugt vorgesehen sein, dass der Verteiler einer Verteilvorrichtung einen, zumindest eine Zweigleitung öffnenden Steuerschieber aufweist.

[0012] Gemäß einer anderen Variante kann aber auch vorgesehen sein, dass die Zweigleitungen in einen in bzw. an jeder Schließeinheit, vorzugsweise in deren Werkzeug, angeordneten Mischkopf münden, wobei das polymere Vorprodukt samt Aktivator und das polymere Vorprodukt samt Katalysator über die jeweilige Zweigleitung dem Mischkopf zuführbar sind und in vermischtem Zustand vom Mischkopf in die Kavität einbringbar sind. Somit sind immer die gesamten Verteilvorrichtungen zwischen den Plastifizierschnecken und dem Mischkopf geöffnet. Da die polymeren Vorprodukte samt Aktivator bzw. Katalysator von der Plastifizierschnecke ausgehend immer unter einem bestimmten Druck stehen, kann durch Öffnen eines der Mischköpfe das Füllen der Kavität erfolgen.

[0013] Da je nach Größe der Produktionshallen auch die Leitungen viele Meter lang sein können, kann oftmals von der Plastifiziereinheit bis zur Schließeinheit ein Temperaturverlust in den zugeführten Grundkomponenten auftreten. Bevorzugt ist deshalb vorgesehen, dass zumindest die Zweigleitungen der Verteilvorrichtungen durch eine Temperiervorrichtung temperierbar sind. Beispielsweise könnten dazu in den Mantel der Zweitleitungen Heizbänder oder Ähnliches integriert sein.

[0014] Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der Figurenbeschreibung unter Bezugnahme auf das in der einzigen Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel im Folgenden näher erläutert: [0015] In Fig. 1 ist schematisch eine Anordnung 20 mit den drei Schließeinheiten 3, 4 und 5, einer Plastifiziereinheit mit den Plastifizierschnecken 1 und 2 und den beiden Verteilvorrichtungen 7 und 8 gezeigt. Jede Schließeinheit 3, 4 bzw. 5 weist eine entlang den Holmen 18 geführte 2/5 österreichisches Patentamt AT512 293 B1 2013-07-15 bewegbare Formaufspannplatte 16 auf. Zwischen dieser bewegbaren Formaufspannplatte 16 und der fixen Formaufspannplatte 17 sind jeweils Formhälften des Werkzeuges 6 aufgespannt. Im Werkzeug 6 ist zumindest eine Kavität 9 ausgebildet. Zusätzlich ist im Bereich des Werkzeugs 6 jeweils ein Mischkopf 15 vorgesehen.

[0016] Die zur Herstellung der thermoplastischen Kunststoffteile benötigten Materialien werden in der Plastifiziereinheit aufbereitet. Dazu wird in den Raum zwischen der ersten Plastifizier-schnecke 1 und dessen Plastifizierzylinder 19 beispielsweise über einen Einfülltrichter ein polymeres Vorprodukt V mitsamt einem Aktivator A eingebracht. Auch in den Raum zwischen der zweiten Plastifizierschnecke 2 und dessen Plastifizierzylinder 19 werden ein polymeres Vorprodukt V und ein Katalysator K eingebracht. Über die Antriebseinheit M wird die Plastifizierschnecke 1 bzw. 2 für eine Vermischung rotatorisch angetrieben. Die Antriebseinheit M kann beispielsweise ein Elektromotor sein. Die Plastifizierschnecken 1 und 2 können aber nicht nur zur Vermischung verwendet werden, sondern auch zum Einspritzen. Dazu können sich die jeweiligen Plastifizierschnecken 1 bzw. 2 relativ zu den Plastifizierzylindern 19 linear bewegen. In bzw. um die Plastifizierzylinder 19 können jeweils auch Temperiervorrichtungen zum Erreichen der idealen Vermischungs- und späteren Reaktionstemperatur eingesetzt werden.

[0017] Von der ersten Plastifizierschnecke 1 gelangt das vermischte Material über die strichliert dargestellte Verteilvorrichtung 7 zu den Mischköpfen 15 der einzelnen Schließeinheiten 3, 4 und 5. Von der Spitze der Plastifiziereinheit führt dazu eine Hauptleitung 10 zum Verteiler 11. Von diesem Verteiler 11 führen die Zweigleitungen 12,13 und 14 zu den jeweiligen Mischköpfen 15. In gleicher Art und Weise führt von der Plastifizierschnecke 2 die mit durchgehenden Strichen abgebildete Verteilvorrichtung 8 weg, wobei zunächst die Hauptleitung 10 die Plastifizierschnecke 2 bzw. dessen Plastifizierzylinder 10 mit dem Verteiler 11 verbindet. Anschließend führen wieder die Zweigleitungen 12, 13 und 14 zum Mischkopf 15. Sobald einer der Mischköpfe 15 geöffnet wird, vermischen sich darin das polymere Vorprodukt V samt Aktivator A mit dem polymeren Vorprodukt V samt Katalysator K und gelangen in weiterer Folge in die Kavität 9, in der diese Komponenten ausreagieren und zu einem thermoplastischen Kunststoffteil aushärten.

[0018] Durch diese Ausführung kann jeder Schuss individuell aufdosiert werden. Es kann auch eine Anpassung an die unterschiedlichen Einspritzbedingungen erfolgen. Durch diese Zentralanlage kann auch die niedrige Viskosität der Grundkomponenten hervorragend ausgenutzt werden, um mehr als eine formgebende Anlage (Schließeinheit 3, 4 bzw. 5) zur Herstellung thermoplastischer Kunststoffteile zu benutzen. Die dünnflüssigen Komponenten erlauben zudem sehr lange Fließwege mit wenig Druckbedarf. Beispiele für ein polymeres Vorprodukt V sind Caprolactam für Polyamid 6 (PA 6) und Laurinlactam für Polyamid 12 (PA 12). Als Aktivator A kann für PA 6 zum Beispiel Natriumcaprolactam in fester Form verwendet werden. Als Katalysator K für PA 6 können zum Beispiel blockierte Isocyanate gelöst in Caprolactam eingesetzt werden.

[0019] Die gezeigte Lösung hat zudem die Vorteile, dass nur Zuleitungen und keine Rückleitungen (wie bei Resin-Transfer-Mould-Systemen bekannt) verwendet werden müssen. Durch das First-In-First-Out-Prinzip sind auch geringe Verweilzeiten der Grundkomponenten gegeben. Es ist auch ein präziser und einzeln einstellbarer Einspritzprozess pro Werkzeug möglich. Grundsätzlich können natürlich auch diverse Drucksensoren, Temperatursensoren oder ähnliche Überwachungseinheiten vorgesehen sein, dessen Messdaten bevorzugt in einer Steueroder Regeleinheit zusammengeführt werden. Von dieser Steuer- oder Regeleinheit können auch die Antriebseinheiten M der Plastifizierschnecken 1 und 2, eventuell auch die Verteiler 11 und auch die Mischköpfe 15 gesteuert bzw. geregelt werden.

[0020] Es soll nicht ausgeschlossen werden, dass mehr als zwei Plastifizierschnecken zum Beispiel zur Vermischung von drei Grundkomponenten eingesetzt werden. Es ist prinzipiell auch möglich, dass eine Vermischung der Komponenten bereits im Bereich der Verteilvorrichtung erfolgt. Dabei muss nur berücksichtigt werden, dass aufgrund der bereits in der Verteilvorrichtung erfolgenden Vernetzung der Komponenten regelmäßig eine Reinigung z.B. durch Ausspülen dieses Bereichs der Verteilvorrichtung erfolgt. 3/5

Claims (9)

1. österreichisches Patentamt AT512 293B1 2013-07-15 Patentansprüche 1. Anordnung (20) zur Herstellung von, insbesondere thermoplastischen, Kunststoffteilen, mit - einer ersten Plastifizierschnecke (1) zum Verflüssigen und Vermischen eines polymeren Vorprodukts (V) und eines Aktivators (A), - einer zweiten Plastifizierschnecke (2) zum Verflüssigen und Vermischen eines polymeren Vorprodukts (V) und eines Katalysators (K), - zumindest zwei Schließeinheiten (3, 4, 5) mit jeweils einem Werkzeug (6), - einer ersten Verteilvorrichtung (7) zum Zuführen des polymeren Vorprodukts (V) samt Aktivator (A) von der ersten Plastifzierschnecke (1) zu den zumindest zwei Schließeinheiten (3, 4, 5) und - einer zweiten Verteilvorrichtung (8) zum Zuführen des polymeren Vorprodukts (V) samt Katalysator (K) von der zweiten Plastifizierschnecke (2) zu den zumindest zwei Schließeinheiten (3, 4, 5).
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei jede Schließeinheit (3, 4, 5) ein Werkzeug (6) aufweist in dem zumindest eine Kavität (9) ausgebildet ist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die beiden Plastifizierschnecken (1, 2) jeweils in einem Plastifizierzylinder (19) angeordnet sind.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, wobei das polymere Vorprodukt (V) samt Katalysator (K) und das polymere Vorprodukt (V) samt Aktivator (A) durch die jeweilige Plastifizierschnecke (1, 2) in die Werkzeuge (6) einbringbar sind, wobei die Plastifizierschnecken (1,2) jeweils von einer Antriebseinheit (M) relativ zum Plastifizierzylinder (19) rotatorisch und translatorisch bewegbar sind.
5. 5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Verteilvorrichtungen (7, 8) jeweils - eine von der ersten bzw. zweiten Plastzifizierschnecke (1,2) wegführende Hauptleitung (10), - einen Verteiler (11), in den die Hauptleitung (10) mündet, und - zwischen dem Verteiler (11) und jeder Schließeinheit (3, 4, 5) eine Zweigleitung (12, 13, 14) aufweist.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 5, wobei zumindest die Zweigleitungen (12, 13, 14) der Verteilvorrichtungen (7, 8) durch eine Temperiervorrichtung temperierbar sind.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Verteiler einer Verteilvorrichtung (7, 8) einen, zumindest eine Zweigleitung (12,13,14) öffnenden Steuerschieber aufweist.
8. 8. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Zweigleitungen (12, 13, 14) direkt in die Kavität (9) münden und das polymere Vorprodukt (V) samt Aktivator (A) getrennt vom polymeren Vorprodukt (V) samt Katalysator (K) in die Kavität (9) einbringbar ist.
9. 9. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Zweigleitungen (12, 13, 14) in einen in bzw. an jeder Schließeinheit (3, 4, 5), vorzugsweise in deren Werkzeug (6), angeordneten Mischkopf (15) münden, wobei das polymere Vorprodukt (V) samt Aktivator (A) und das polymere Vorprodukt (V) samt Katalysator (K) über die jeweilige Zweigleitung (12, 13, 14) dem Mischkopf (15) zuführbar sind und in vermischtem Zustand vom Mischkopf (15) in die Kavität (9) einbringbar sind. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 4/5