AT518669A4 - Einspritzvorrichtung zum Einspritzen von zumindest zwei reaktiven Komponenten in ein Formgebungswerkzeug - Google Patents

Abstract

Einspritzvorrichtung (1) zum Einspritzen von zumindest zwei reaktiven Komponenten (A, B) in ein Formwerkzeug (2) einer Formgebungsmaschine (20), mit zwei Injektionseinheit (14a, 14b), welche jeweils eine bewegbare Ausbringvorrichtung (11a, 11b) zum Ausbringen einer ersten reaktiven Komponente (A) und einer zweiten reaktiven Komponenten (B) aufweist, einem Mischbereich (4), welcher einen ersten Eingang (4a) für die erste reaktive Komponente (A) und einen zweiten Eingang (4b) für die zweite reaktive Komponente (B) aufweist, wobei im Mischbereich (4) die reaktiven Komponenten (A, B) mischbar sind, Verschlusselement (15a, 15b), durch welche die Eingänge (4a, 4b) verschließbar sind, und einer Steuer- oder Regeleinheit (16) zum Ausgeben von Steuersignalen zumindest an zumindest eine der Ausbringvorrichtungen (11a, 11b) und an zumindest eines der Verschlusselemente (15a, 15b), wobei die Steuer- oder Regeleinheit (16) eine Überprüfungsvorrichtung (17) aufweist oder mit einer Überprüfungsvorrichtung (17) verbunden ist, wobei die Steuer- oder Regeleinheit (16) in Abhängigkeit der Überprüfungsvorrichtung (17) die Ausbringbewegungen beider Ausbringvorrichtungen (11a, 11b) beendet, sobald beide Verschlusselemente (15a, 15b) verschlossen sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einspritzvorrichtung zum Einspritzen von zumindest zwei reaktiven Komponenten in ein Formgebungswerkzeug einer Formgebungsmaschine, mit einer ersten Injektionseinheit, welche eine erste bewegbare Ausbringvorrichtung zum Ausbringen einer ersten reaktiven Komponente aufweist, einer zweiten Injektionseinheit, welche eine zweite bewegbare Ausbringvorrichtung zum Ausbringen einer zweiten reaktiven Komponente aufweist, einem Mischbereich, welcher einen ersten Eingang für die erste reaktive Komponente und einen zweiten Eingang für die zweite reaktive Komponente aufweist, wobei im Mischbereich die reaktiven Komponenten mischbar sind, einem ersten Verschlusselement, durch welches der erste Eingang verschließbar ist, einem zweiten Verschlusselement, durch welches der zweite Eingang verschließbar ist und einer Steuer- oder Regeleinheit zum Ausgeben von Steuersignalen zumindest an zumindest eine der Ausbringvorrichtungen und an zumindest eines der Verschlusselemente. Zudem betrifft die Erfindung eine Formgebungsmaschine mit einer solchen Einspritzvorrichtung. Für die Verarbeitung von Mehrkomponenten-Reaktivsystemen haben sich verschiedene Verfahren zur Serienfertigung von Kunststoff- und Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteilen durchgesetzt. Im Folgenden werden die eingesetzten Dosier- und Misch verfahren kurz erläutert:

Stand der Technik bei der Polyurethan- und Epoxidharzverarbeitung sind sowohl das Niederdruck- als auch das Hochdruck-Harzinjektions-Verfahren. Grundsätzlich werden dabei die flüssig in beheizten Tagesbehältern gelagerten Komponenten über Pumpenoder Kolbensysteme zu einem Misch köpf geleitet, dort vermischt und die entsprechende Mischung in eine Gießform eingebracht. Für die Verarbeitung von Caprolactam ist unter anderem die in der AT 515 952 A1 propagierte Feststoffverarbeitung die Methode der Wahl. Hierbei werden die granulat-oder schuppenförmigen Reaktivkomponenten zunächst in einer Aufschmelzeinheit verflüssigt und in einer Schmelzezone gesammelt. Räumlich getrennt von dieser Aufschmelzeinheit ist für jede Komponente ein Injektionskolben angeordnet. Von diesen Injektionskolben werden die Schmelzen nun über flexible beheizte Schläuche in einen Mischkopf geleitet, dort vermischt und die entsprechende Mischung in eine Gießform eingebracht.

Den oben beschriebenen Dosierverfahren bzw. Reaktivverfahren gemein ist die Tatsache, dass die reaktiven Komponenten vordem Eintrag in die Kavität homogen vermischt werden müssen. Hierbei ergibt sich für ein spezifisches Materialsystem aus dem benötigten Mischungsverhältnis und der geforderten Mischgüte die Schwierigkeit der Mischaufgabe.

Dieser Vermischungsprozess ist insbesondere dann eine herausfordernde Aufgabe, wenn sich die zu mischenden Substanzen in Ihren physikalischen oder chemischen Eigenschaften signifikant unterscheiden, so zum Beispiel durch stark unterschiedliche Dichte, Polarität oder Viskosität. Ferner neigen stark unterschiedliche Mischungspartner auch zu einer ausgeprägten Entmischungstendenz.

Unabhängig von den zu verarbeitenden Mischpartnern führen Systeme mit Füllstoffen und der daraus resultierenden hohen Viskosität, aber auch Mischpartner mit sehr niedriger Viskosität zu Herausforderungen bei der Vermischung und Verarbeitung.

Je nach Verarbeitungsverfahren und -material wurden daher verschiedenste konstruktive Ansätze vorgeschlagen, um einen effizienten und prozesssicheren Vermischungsvorgang zu gewährleisten.

So werden im Bereich der Niederdruck-Injektionsverfahren, aber auch z.B. in der Klebeoder Schäumtechnik oftmals statische Mischer bzw. Mischelemente eingesetzt. Diese sind sehr preiswert, schnell zu ersetzen und für einfache Mischaufgaben daher gut einsetzbar.

Sind hingegen hohe Energien zur Vermischung der Komponenten vonnöten oder die Vermischung muss auf Grund der angestrebten Zykluszeiten und der hohen Reaktivität der Mischpartner sehr schnell erfolgen, so ist die Hochdruck-Gegenstrom-Injektion oftmals das Mittel der Wahl. Hierbei werden die zu vermischenden Komponenten mit hohem Druck (bis zu 200 bar) durch Düsen mit geringem Querschnitt (0,1 - 2mm) gefördert. Beim Austritt aus den Injektionsdüsen werden die Komponenten durch Druckentspannung stark beschleunigt. Die Strahlen beider Komponenten prallen in einer Mischkammer daher mit hoher kinetischer Energie aufeinander, wodurch eine besonders effiziente Vermischung gewährleistet wird. Dieses Mischprinzip wird beispielsweise beim Hochdruck-Harzinjektionsverfahren zumeist verwendet.

Trotz der inzwischen sehr weitgehenden Optimierung der Vermischungstechnik haben die dem Fachmann bekannten bzw. am Markt befindlichen Systeme verschiedene Nachteile.

Statische Mischelemente sind zwar auswechselbar und sehr preiswert, üblicherweise sind für die Serienfertigung allerdings selbstreinigende Systeme bevorzugt, um entsprechende Taktzeiten zu erreichen und den Reinigungs- oder Wechselaufwand für die Mischer zu minimieren. Ein weiterer Nachteil ist durch die Tatsache gegeben, das zunächst ein gewisser Materialdurchfluss gegeben sein muss, um eine befriedigende Mischwirkung zu erreichen. Das erste im Mischer vereinigte Material ist somit zumeist nicht optimal vermischt und daher Ausschuss. Insbesondere hochreaktive Systeme sind mit statischen Mischern nur sehr unzureichend verarbeitbar.

Die Hochdruck-Gegenstrom-Injektion eignet sich wie bereits angeführt besonders gut für die Vermischung in Systemen, bei welchen eine erhöhte Mischenergie notwendig ist. An seine Grenzen stoßen Hochdruck-Gegenstrom-Mischköpfe allerdings dann, wenn Drücke über 50 bar im Formgebungswerkzeug realisiert werden sollen. Ein häufig auftretender Fehler bei solchen Prozessbedingungen ist das sogenannte Querschäumen: Unter Querschäumen versteht der Fachmann, dass bereits in der Mischkammer vermischtes Material wieder in die Injektionsdüsen, die zuführenden Leitungen oder die Rezirkulationsleitungen, die vom Mischkopf zum Tank zurückführen, gedrückt wird.

Gewisse Kleinstmengen werden hierbei durchaus toleriert und werden zumeist über die Rezirkulation der Komponenten im jeweiligen Tagesbehälter derart verdünnt, dass es keinerlei merkliche Auswirkungen auf die weitere Produktqualität gibt.

Insbesondere bei der Verwendung von Caprolactam als Reaktivsystem gibt es jedoch einen gravierenden chemischen Unterschied zu den zumeist verwendeten Polyurethanoder Epoxidharzsystemen. Kommt es bei der Bauteilherstellung zum Querschäumen äußert sich dieser Unterschied nun wie folgt: Die reaktive Mischung wird zunächst stark verdünnt, da sie in eine Leitung mit nur einer Komponente gespült wird. Bei

Verwendung von Polyurethanen oder Epoxidharzen reagieren daraufhin die jeweiligen reaktiven Endgruppen durch Polyaddition ab und es kommt zu einer kaum merklichen Viskositätserhöhung, da durch eine einfache Additionsreaktion keine signifikante Verlängerung der Molekülketten stattfindet. Bei der anionische Polymerisation von Caprolactam handelt es sich hingegen mechanistisch gesehen um eine Polymerisation. Wird diese einmal durch entsprechende Additive initiiert, so schreitet die Reaktion unter Kettenwachstum voran, bis es zu einer Abbruchsreaktion kommt. Die Reaktion kann daher bis zur Aushärtung der Reaktanden in den Leitungen voranschreiten oder aber das Material im Tagesbehälter wird durch Rezirkulation von reaktiver Mischung merklich geschädigt.

Die DE 32 38 258 C2 schlägt daher explizit für die Verarbeitung von Caprolactam eine konstruktive Lösung vor, indem die Geometrie des Ausräumschiebers durch zusätzliche Ausnehmungen modifiziert wird. Ein direktes Querschäumen bei gegenüberliegend angeordneten Düsen wird damit zwar verhindert, auf ein mögliches Eintreten von bereits vermischtem Material aus der Mischkammer in die Düsenbohrungen haben derartige Modifikationen jedoch keinen Einfluss.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, die beim Stand der Technik bekannten Probleme zu beheben. Insbesondere soll ein Rückströmen von im Mischbereich befindlichem Material in die Zuführleitungen verhindert werden.

Dies wird durch eine Einspritzvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Demnach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Steuer- oder Regeleinheit eine Überprüfungsvorrichtung aufweist oder mit dieser verbunden ist, wobei die Steuer- oder Regeleinheit in Abhängigkeit der Überprüfungsvorrichtung, vorzugsweise durch Ausgabe eines Schaltsignals, die Ausbringbewegungen beider Ausbringkolben beendet, sobald beide Verschlusselemente verschlossen sind. Somit verhindert der durch die Ausbringbewegung ausgelöste Druck, dass Material entgegen dieser Druckbeaufschlagung zurück in die Zuführleitungen gelangen kann.

Prinzipiell gibt es mehrere Möglichkeiten, wie sichergestellt werden kann, dass die Beendigung der Ausbringbewegungen erst dann ausgelöst wird, wenn die Verschlusselemente tatsächlich verschlossen sind.

Gemäß einer ersten Varianten ist vorgesehen, dass von der Steuer- oder Regeleinheit Schließsignale an die Verschlusselemente ausgebbar sind und eine, vorzugsweise empirisch ermittelte, Verzögerungszeit in einem Speichermedium der Steuer- oder Regeleinheit hinterlegt ist, wobei von der Überprüfungsvorrichtung die Ausgabe des Schaltsignals zum Beenden der Ausbringbewegungen erfolgt, nachdem die hinterlegte Verzögerungszeit nach der Ausgabe der Schließsignale abgelaufen ist. Diese Verzögerungszeit ist so eingestellt, dass sie erfahrungsgemäß für ein sicheres Schließen ausreicht.

Alternativ (oder zusätzlich) kann vorgesehen sein, dass jedes Verschlusselement einen mit der Überprüfungsvorrichtung in signaltechnischer Verbindung stehenden Verschlusssensor zur Überwachung der Schließposition des Verschlusselements aufweist, wobei von der Überprüfungsvorrichtung die Ausgabe des Schaltsignals zum Beenden der Ausbringbewegungen erfolgt, sobald ein Verschlusssignal beider Verschlusssensoren eingelangt ist. Diese Verschlusssensoren können konkret als im Bereich der Düsen bzw. Eingänge angeordnete Endschalter ausgebildet sein. Diese Endschalter können auch im Bereich der Antriebe, zum Beispiel düsenrückseitig, angeordnet sein. Wenn die Verschlusselemente hydraulisch betätigbar sind, kann auch die Auswertung des Anschlagsdrucks dazu dienen, das tatsächliche Erreichen der Schließposition zu erfassen und entsprechend an die Steuer- oder Regeleinheit auszugeben.

Die reaktiven Komponenten werden bevorzugt auf Basis fester Vorprodukte erzeugt, welche in den Injektionseinheiten aufgeschmolzen werden. Als solche feste Vorprodukte zur Polymerherstellung werden, vorzugsweise additivierte, Mischungen von ε-Caprolactam oder Laurinlactam, Vorprodukte von thermoplastischen Epoxidharzen oder vernetzenden Silikonen verwendet.

Die festen Vorprodukte können Additive enthalten, insbesondere zur Initiierung und Beschleunigung der Reaktion, Regulierung der Kettenlänge sowie des Verzweigungsgrades, Stabilisierung der erhaltenen Polymeren oder vernetzten Endprodukte (UV-Schutz, Flammschutz, Antioxidantien), funktionellen Additive, Farben und Chromophore, Füllstoffe, Kristallisationshilfsmittel und Nukleierungsmittel, Modifikatoren zur Verbesserung mechanischer Eigenschaften insbesondere der Schlagzähigkeit, Coupling Agents zur Unterstützung einer möglichen Faser/Matrix

Anbindung, Entfernung störender Feuchtigkeit oder anderer niedermolekularer Stoffe, Entformungshilfsmittel.

Es kann auch eine Einbringung einer textilen Verstärkung oder allgemein separates Einbringen von Fasern und/oder Füllstoffen in eine oder mehrere Kavitäten des Formgebungswerkzeugs erfolgen.

Die Injektion der einzelnen aufgeschmolzenen Vorprodukte kann mit konstantem Volumenstrom, konstantem Druck, vorgegebenem Druck- oder Volumsprofil, oder intermittierend erfolgen.

Schutz wird auch begehrt für eine Formgebungsmaschine mit einer Schließeinheit samt Formgebungswerkzeug und einer erfindungsgemäßen Einspritzvorrichtung.

Bei einem Verfahren zum Einspritzen von zumindest zwei reaktiven Komponenten in ein Formgebungswerkzeug einer Formgebungsmaschine wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe mit den Schritten überprüfen, ob beide Verschlusselemente verschlossen sind, und Beenden der Ausbringbewegungen beider Ausbringvorrichtungen erst dann, wenn beide Verschlusselemente verschlossen sind, gelöst.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der Figurenbeschreibung und der Bezugnahme auf die im Folgenden dargelegten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 schematisch ein Formgebungsmaschine mit einer Schließeinheit und einer Einspritzvorrichtung,

Fig. 2 schematisch den Mischbereich bei verschlossenen Eingängen,

Fig. 3 schematisch den Mischbereich bei geöffneten Eingängen

Fig. 4 bis 7 schematisch weitere Varianten von Verschlusselementen und

Fig. 8 bis 10 Diagramme der Verläufe des Drucks, der Kolbenposition und der

Ansteuerungssignale während eines Zyklus.

In Fig. 1 ist eine beispielhafte Formgebungsmaschine 20 zur Herstellung von Formteilen, insbesondere faserverstärkten Kunststoffbauteilen, gezeigt. Die

Formgebungsmaschine 20 weist einerseits die rechtsseitig dargestellt Einspritzvorrichtung 1 und die linksseitig dargestellte Schließeinheit 21 auf. Das Formwerkzeug 2 besteht aus einer ersten Formhälfte 2a und einer zweiten Formhälfte 2b. Das Formwerkzeug ist auf zwei relativ zueinander bewegbaren Formaufspannplatten 12 und 13 aufgespannt. In das geöffnete Formwerkzeug 2 ist bereits ein Einlegeteil 3 (kann auch als Flalbzeug bezeichnet werden) in Form eines Preforms eingelegt. Zum Steuern oder Regeln der Formgebungsmaschine 20 ist eine Steuer- oder Regeleinheit 16 vorgesehen, welche auch mit einer Bedieneinheit 18 (samt Bildschirm und Tastatur) als Mensch-Maschinen-Schnittstelle verbunden ist. beispielhaft sind Steuerleitungen zur Schließeinheit 21 und zur Einspritzvorrichtung 1 gezeigt.

Die Einspritzvorrichtung 1 (auch Reaktivaggregat genannt) mit zwei Injektionseinheiten 14a und 14b stellt die beiden additivierten Lactamschmelzen (Komponente A und Komponente B) für die weitere Verarbeitung bereit, welche über Zuführleitungen 8a, 8b zu einem Mischbereich 4 geleitet werden. Die Bewegung der als Injektionskolben ausgeführten Ausbringvorrichtungen 11a und 11b kann dabei durch nicht dargestellte elektrische oder hydraulische Antriebe durchgeführt werden.

In jeder Injektionseinheit 14a, 14b ist ein Drucksensor 9a, 9b zur Messung des Mediendruckes im Kolbenvorraum angeordnet. Ebenfalls kann werkzeugseitig ein Drucksensor 5 angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Druckmessung auch in den Zuführleitungen 8a und 8b geschehen.

Bei der verwendeten Mischeinheit (Mischbereich 4) kann es sich um einen konventionellen-Hochdruck-Gegenstrom-Mischkopf handeln. In den Fig. 2 und 3 ist eine bevorzugt Ausführungsform dieses Mischbereichs 4 dargestellt. Die Materialströme werden über, vorzugsweise düsenförmige, Eingänge 4a und 4b in eine Kammer des Mischbereichs 4 eingebracht. Diese Eingänge 4a und 4b sind über aktiv betätigbare Verschlusselemente 15a und 15b, z.B. Nadelverschlüssen, verschließbar. Nach dem Mischen der reaktiven Komponenten im Mischbereich 4 wird die reaktive Mischung M weiter in die Kavität geleitet. Die Bewegung der Verschlusselemente 15a und 15b kann elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch gesteuert werden oder federbetätigt sein. Zusätzlich können Verschlusssensoren 7a und 7b (z. B. in Form von induktiven Näherungsschaltern) im Bereich der nicht näher dargestellten Antriebe der

Verschlusselemente angeordnet sein, mit welchen die Schließposition der Verschlusselemente 15a und 15b im Bereich der Eingänge 4a und 4b erfasst wird.

Grundsätzlich können die Verschlusselemente 15a und 15b komplett gesondert, mit voneinander unabhängigen Schaltsignalen Sci0se angesteuert werden. Es ist aber auch möglich, dass die Verschlusselemente 15a und 15b mit in Form einer einer elektronischen Koppelung angesteuert werden. Das heißt, es wird z. B. nur das erste Verschlusselement 15a direkt von einer Steuer- oder Regeleinheit 16 angesteuert. Das zweite Verschlusselement 15b wird dann abhängig vom ersten Verschlusselement 15a angesteuert. In den Fig. 4 und 5 ist demgegenüber eine mechanische Koppelung gezeigt. Die beiden Verschlusselemente 15a und 15b werden dabei übereine schematisch dargestellte Koppelvorrichtung 22 gekoppelt. Das Öffnen und Schließen der Eingänge 4a und 4b erfolgt somit immer synchron. Diese ist auch bei der Ausführungsvariante gemäß der Fig. 6 und 7 der Fall. Demgemäß gibt es nur eine Verschlussvorrichtung 23 für beide Eingänge 4a und 4b. Diese Verschlussvorrichtung 23 wird durch einen Träger 24 und die daran ausgebildeten Verschlusselemente 15a und 15b gebildet. Anders ausgedrückt bilden die entsprechenden Oberflächenbereiche des Trägers 24 die Verschlusselemente 15a und 15b. Der Träger 24 dient also dem gemeinsamen Bewegen der durch die den Eingängen 4a und 4b zugewandten Oberflächen des Trägers 24 gebildeten Verschlusselemente 15a und 15b.

Wie bereits beschrieben sind die größten Herausforderungen bei der Verarbeitung von Mehrkomponenten-Reaktivsystemen unter anderem bei deren prozesssicherer Vermischung zu finden.

Die dem Fachmann bekannten oben beschriebenen konstruktiven Lösungsansätze sind für verschiedene Reaktivsysteme durchaus verwendbar. Insbesondere bei niedrigviskosen Medien ist allerdings eine prozesstechnische Lösung als wesentlich effizienter anzusehen, weswegen mit der vorliegenden Erfindung diesem Problem über die Prozesssteuerung und nicht (nur) über die Konstruktion des Mischkopfes beigekommen wird.

Die Lösung zur Eliminierung von Querschäumvorgängen geht dabei von der Überlegung aus, das bereits vermischtes reaktives Material im Bereich der Verschlusselemente 15a und 15b bzw. vom Mischbereich 4 nur dann wieder in

Richtung Dosierstrang rückströmen kann, wenn der hier vorherrschende Druck kleiner ist als in der Kavität. Dafür muss in jedem Betriebszustand, in welchem die Verschlusselemente 15a und 15b geöffnet sind, ein Flüssigkeitsstrom der Komponenten in Richtung der Kavität sichergestellt werden. Dies kann durch einen entsprechend auf den Schaltvorgang der Verschlusselemente 15a und 15b angepassten Einspritzvorgang realisiert werden. Konkret wird bei der Beendigung des Injektionsprozess die Bewegung der Ausbringvorrichtung 11a und 11b erst gestoppt, wenn die Verschlusselemente 15a und 15b sicher geschlossen sind.

Ein beispielhafter Ablauf sei mit Verweis auf Fig. 1 im Folgenden erläutert. Von der Steuer- oder Regeleinheit 16 wird auf Basis eines hinterlegten Ablaufprogramms ein Schaltsignal SCiose zum Schließen der Eingänge 4a und 4b an die Verschlusselemente 15a und 15b ausgegeben. Mit der Ausgabe dieses Schaltsignals Sci0se beginnt die Überprüfungsvorrichtung 17 mit der Überprüfung, ob die Eingänge 4a und 4b tatsächlich durch die Verschlusselemente 15a und 15b verschlossen sind. Gemäß einer ersten Variante greift die Überprüfungsvorrichtung 17 dafür auf eine im Speichermedium 19 der Steuer- oder Regeleinheit 16 gespeicherte Verzögerungszeit t3 zurück. Sobald die vorgegebenen Verzögerungszeit t3 nach der Ausgabe des Schaltsignals SCiose abgelaufen ist, wird von der Steuer- oder Regeleinheit 16 das Schaltsignal Send-inj zum Beenden der Ausbringbewegungen der Ausbringvorrichtungen 11a und 11b ausgegeben. Gemäß einer zweiten Variante wartet die Überprüfungsvorrichtung 17 auf das Einlangen eines Verschlusssignal Vci0sed von Verschlusssensoren 7a und 7b, welche die Schließposition des Verschlusselements 15a und 15b am jeweiligen Eingang 4a und 4b (indirekt) überwachen. Sobald dieses Verschlusssignal VC|0Sed die Überprüfungsvorrichtung 17 erreicht, wird - gegebenenfalls unter Berücksichtigung einer zusätzlichen kurzen Wartezeit t4 oder t5 - von der Steueroder Regeleinheit 16 das Schaltsignal Send-inj zum Beenden der Ausbringbewegungen der Ausbringvorrichtungen 11a und 11b ausgegeben.

Die Diagramme in den Fig. 8 bis 10 zeigen, wie sich verschiedene Werte entlang eine Zeitachse während eines Einspritzzyklus verändern. Mit P ist darin der, vorzugsweise im Kolbenvorraum gemessene, Einspritzdruck bezeichnet. Die punktierte Linie zeigt jeweils die Kolbenposition K. Das Ansteuerungssignal des Verschlusselements 15a und 15b wird mit SCiose und Sopen bezeichnet. Das durch die Verschlusssensoren 7a und 7b gemessene Verschlusssignal wird mit Vci0sed bzw. Vopened bezeichnet. In Fig. 10 wird mit D der Hydraulikdruck der Düsensteuerung (Verschlusselemente 15a und 15b) bezeichnet.

Ein vorteilhafter Injektionszyklus für ein Zweikomponenten-Reaktivsystem ist in Fig. 8 illustriert. Nach dem Aufdosieren beider Injektionseinheiten 14a und 14b startet die Injektion bzw. die Kolbenbewegung mit dem Öffnen der Verschlusselemente 15a und 15b am Mischbereich 4. Die Kolben beweg ung kann mit konstanter axialer Bewegungsgeschwindigkeit erfolgen oder anhand eines an der Benutzersteuerung (Bedieneinheit 18) einstellbaren Profils vorgewählt werden. Zum Ende der Injektion wird das Schließen der Verschlusselemente 15a und 15b angesteuert, wobei die Kolbenbewegung erst zu jenem Zeitpunkt gestoppt wird, bei welchem die Verschlusselemente 15a und 15b sicher geschlossen sind.

Gemäß einer Variante wird dies realisiert, indem der Bediener an der Bedieneinheit 18 der Steuer- oder Regeleinheit 16 eine Verzögerungszeit t3 einstellen kann. Diese Verzögerungszeit t3 entspricht mindestens jener Zeitdauer, welche zwischen dem Signal zum Schließen der Verschlusselemente 15a und 15b und der Beendigung der Injektion durch anhalten der Ausbringbewegung liegt. Besonders bevorzugt kann diese Verzögerungszeit 2 - 200 ms betragen. Diese Einstellung wird vom Bediener an Hand von empirisch ermittelten Versuchswerten vorgenommen. (Alternativen zur empirischen Vorgehensweise sind zu den Fig. 9 und 10 beschrieben und gezeigt).

Alternativ zu einer Injektion mit konstanter axialer Bewegungsgeschwindigkeit oder anhand eines einstellbaren Geschwindigkeitsprofils kann die Injektion auch druckgeregelt durchgeführt werden: Hierbei wird die Injektionsgeschwindigkeit anhand eines voreingestellten Drucks oder eines Druckprofils angepasst. Insbesondere kann dadurch eine bessere Anpassung an etwaige Dickensprünge oder Einlegeteile in der Kavität erreicht werden.

In einerweiteren Ausführungsform kann der Injektionsvorgang auch druckgeregelt durchgeführt werden, indem bei konstanter axialer Bewegungsgeschwindigkeit oder anhand eines einstellbaren Geschwindigkeitsprofils der Durchtrittsquerschnitt der Eingänge 4a und 4b durch die Verschlusselemente 15a und 15b während der Injektion verändert wird, um einen vorgegebenen Druck oder ein Druckprofil zu erreichen. Die Änderung des Durchtrittsquerschnitts kann beispielsweise durch eine Lageänderung einer Düsennadel oder Düsenspitze erreicht werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Verzögerungszeit t3 für beide Injektionseinheiten 14a und 14b voneinander abweichend sein. Beispielsweise können auf diese Weise unterschiedliche Leitungslängen oder Reibungsverhältnisse der Ausbringvorrichtungen 11a und 11b und/oder der Verschlusselemente 15a und 15b kompensiert werden.

Die eigentliche Beendigung der Injektion kann dabei nach Erreichen eines voreingestellten Volumens sowie eines oder mehrerer voreingestellter Drücke geschehen. Jenes Kriterium führt dabei zur Beendigung der Injektion, welches als erstes erreicht wird.

Insbesondere kann es sinnvoll sein, den Mediendruck an verschiedenen Positionen mit entsprechenden Sensoren zu überwachen. Der Mediendruck im Kolbenvorraum der Injektionseinheiten 14a und 14b wird durch die Sensoren 9a und 9b überwacht. Zusätzlich oder alternativ kann der Druck in den Zuführleitungen 8a und 8b der Komponenten A und B erfasst werden. Auch der Werkzeuginnendruck kann über einen Sensor 5 erfasst werden.

Nach Beendigung der Injektion kann eine Kompressionsentlastung der beiden Kolben angeschlossen werden. Diese kann weggesteuert sein, bevorzugt wird diese allerdings druckgeregelt durchgeführt, sodass ein definierter Zieldruck P1 erreicht wird.

Nach Beendigung der Injektion und vor der Kompressionsentlastung kann optional eine Wartezeit t4 eingestellt werden. Zur Überwachung der Dichtigkeit der Anlage bzw. der Standzeit von Maschinenelementen kann es hierbei insbesondere von Vorteil sein, den jeweiligen Druckabfall während dieser Wartezeit t4 zyklisch zu messen und mit einer in der Steuerung hinterlegten Toleranz zu vergleichen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird nach dem Aufdosieren vor Beginn der Injektion zunächst durch axiale Kolbenbewegung das Material im Vorraum der als Injektionskolben ausgebildeten Ausbringvorrichtungen 11a und 11b bzw. in den zuführenden Medienleitungen komprimiert, bis ein voreingestellter Druck P2 erreicht wird. Die Geschwindigkeit der Kolbenbewegung kann hierbei ebenfalls mit einer konstanten axialen Bewegungsgeschwindigkeit oder anhand eines an der Benutzersteuerung einstellbaren Profils geschehen. Insbesondere wird auf diese Weise sichergestellt, dass bei der Injektion auch das zuerst in den Mischbereich 4 austretende Material bereits mit dem nötigen Vermischungsdruck vermischt wird.

In einerweiteren Ausführungsform der Erfindung können für beide Injektionseinheiten 14a und 14b unterschiedliche Zieldrücke und axiale Bewegungsgeschwindigkeiten eingestellt werden, um auf etwaige Inhomogenität im Material reagieren zu können.

Zur Überwachung der Dichtigkeit der Anlage bzw. der Standzeit von Maschinenelementen kann es insbesondere von Vorteil sein, sowohl den notwendigen Weg und/oder die nötige Zeit zum Erreichen des gewünschten Druckes zyklisch zu überwachen und mit einer in der Steuer- oder Regeleinheit 16 hinterlegten Toleranz zu vergleichen.

Im Anschluss an die oben beschriebene Kompression des Materials kann optional vor Beginn der Injektion eine Wartezeit t1 von 0,1 bis 10 Sekunden, bevorzugt 0,5 bis 3 Sekunden, zwischengeschaltet werden. Zur Überwachung der Dichtigkeit der Anlage bzw. der Standzeit von Maschinenelementen kann es hierbei insbesondere von Vorteil sein, den jeweiligen Druckabfall während dieser Wartezeit t1 zyklisch zu betrachten und mit einer in der Steuerung hinterlegten Toleranz zu vergleichen. Anders ausgedrückt ist der Druckverlauf während der Wartezeit t1 von Zyklus zu Zyklus vergleichbar, um die Dichtheit des jeweiligen Verschlusselements 15a, 15b zu überprüfen bzw. eine Undichtheit zu erkennen. Es wird also eine Druckprobe durchgeführt.

Bevorzugt wird außerdem mit dem Start der Injektion eine einstellbare Verzögerungszeit t2 implementiert. Diese gibt jene Differenz an, mit welcher die Kolbenbewegung versetzt, also früher oder später, angesteuert wird als die Bewegung der jeweiligen Verschlusselemente 15a und 15b. Diese Einstellung dient der Kompensation der unterschiedlichen Schaltzeiten für den Start der Bewegung von Ausbringvorrichtung 11a bzw. 11b und Verschlusselement 15a bzw. 15b.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann diese Verzögerungszeit t2 für beide Ausbringvorrichtungen 11 a und 11 b separat einstellbar sein, um etwaige

Abweichungen (z.B. hervorgerufen durch Reibung, Signallaufzeiten, unterschiedliche Leitungslängen, etc.) durch entsprechende Einstellung an der Steuerung ausgleichen zu können.

Eine alternative Ausführungsvariante der Erfindung beruht auf der Verwendung von Verschlusselementen 15a und 15b mit Wegüberwachung oder Endschaltern (siehe Sensoren 7a und 7b) zur Positionsüberwachung. Ein solcher Fall ist in Fig. 9 anhand von Endschaltersignalen illustriert: Ist eines der Kriterien für die Beendigung der Injektion (siehe oben) erreicht, so wird zunächst das Schließen der Verschlusselemente 15a bzw. 15b angesteuert. Sind diese gemäß der Endschalter (oder der Positionsüberwachung) geschlossen, kann unmittelbar die Kolbenbewegung beendet werden. Bevorzugt startet allerdings eine einstellbare Verzögerungszeit t5. Nach Ablauf dieser Verzögerungszeit t5 wird auch die Kolbenbewegung beendet. Bevorzugt beträgt diese Verzögerungszeit t5 zwischen 2 und 25 ms.

Eine weitere alternative Ausführungsvariante beruht auf der Verwendung hydraulisch angesteuerter Verschlusselemente. Ein solcher Fall ist in Fig. 9 illustriert: Ist eines der Kriterien für die Beendigung der Injektion (siehe oben) erreicht, so wird zunächst das Schließen der Verschlusselemente 15a und 15b angesteuert. Hierbei wird der Hydraulikdruck D überwacht. Wird eine einstellbare Druckschwelle des Hydraulikdrucks D erreicht, so startet eine einstellbare Verzögerungszeit t6. Nach Ablauf dieser Verzögerungszeit t6 wird auch die Kolbenbewegung beendet. Bevorzugt beträgt diese Verzögerungszeit t6 2 bis 25 ms.

Bezugszeichenliste: 1 Einspritzvorrichtung 2 Formwerkzeug 2a erste Formhälfte 2b zweite Formhälfte 3 Einlegeteil 4 Mischbereich 4a erster Eingang 4b zweiter Eingang 5 Drucksensor im Formgebungswerkzeug 7a, 7b Verschlusssensoren

8a, 8b Zuführleitung für Komponente A bzw. B 9 Drucksensor im Kolbenvorraum 11a, 11b Ausbringvorrichtung 12 erste Formaufspannplatte 13 zweite Formaufspannplatte

14a Injektionseinheit für Komponente A

14b Injektionseinheit für Komponente B 15a, 15b Verschlusselemente 16 Steuer-oder Regeleinheit 17 Überprüfungsvorrichtung 18 Bedieneinheit 19 Speichermedium 20 Formgebungsmaschine 21 Schließeinheit 22 Koppelvorrichtung 23 Verschlussvorrichtung 24 Träger A, B reaktive Komponenten S Schaltsignal t1 Wartezeit vor Injektionsbeginn („Druckprobe“) t2 einstellbare Verzögerungszeit vor Injektionsstart t3 Verzögerungszeit t4, t5 Wartezeit P Einspritzdruck P1 Zieldruck P2 voreingestellter Druck D Flydraulikdruck V Verschlusssignal S Schaltsignal (für Verschlusselemente und für Ausbringkolben) M reaktive Mischung

Innsbruck, am 27. September 2016

Claims (20)

1. Patentansprüche

   1. Einspritzvorrichtung (1) zum Einspritzen von zumindest zwei reaktiven Komponenten (A, B) in ein Formwerkzeug (2) einer Formgebungsmaschine (20), mit - einer ersten Injektionseinheit (14a), welche eine erste bewegbare Ausbringvorrichtung (11a) zum Ausbringen einer ersten reaktiven Komponente (A) aufweist, - einer zweiten Injektionseinheit (14b), welche eine zweite bewegbare Ausbringvorrichtung (11b) zum Ausbringen einer zweiten reaktiven Komponente (B) aufweist, - einem Mischbereich (4), welcher einen ersten Eingang (4a) für die erste reaktive Komponente (A) und einen zweiten Eingang (4b) für die zweite reaktive Komponente (B) aufweist, wobei im Mischbereich (4) die reaktiven Komponenten (A, B) mischbar sind, - einem ersten Verschlusselement (15a), durch welches der erste Eingang (4a) verschließbar ist, - einem zweiten Verschlusselement (15b), durch welches der zweite Eingang (4b) verschließbar ist, - einer Steuer- oder Regeleinheit (16) zum Ausgeben von Steuersignalen zumindest an zumindest eine der Ausbringvorrichtungen (11a, 11b) und an zumindest eines der Verschlusselemente (15a, 15b), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- oder Regeleinheit (16) eine Überprüfungsvorrichtung (17) aufweist oder mit einer Überprüfungsvorrichtung (17) verbunden ist, wobei die Steuer- oder Regeleinheit (16) in Abhängigkeit der Überprüfungsvorrichtung (17) die Ausbringbewegungen beider Ausbringvorrichtungen (11a, 11b) beendet, sobald beide Verschlusselemente (15a, 15b) verschlossen sind.
2. 2. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von der Steuer- oder Regeleinheit (16) Schaltsignale (Send-inj) zum Beenden der Ausbringbewegungen ausgebbar ist.
3. 3. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass von der Steuer- oder Regeleinheit (16) Schließsignale (SCiose) an die Verschlusselemente (15a, 15b) ausgebbar sind.
4. 4. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine, vorzugsweise empirisch ermittelte, Verzögerungszeit (t3) in einem Speichermedium (19) der Steuer- oder Regeleinheit (16) hinterlegt ist, wobei von der Überprüfungsvorrichtung (17) die Ausgabe des Schaltsignals (Send-inj) zum Beenden der Ausbringbewegungen erfolgt, nachdem die hinterlegte Verzögerungszeit (t3) nach der Ausgabe der Schließsignale (SCiose) abgelaufen ist.
5. 5. Einspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Verschlusselement (15a, 15b) einen mit der Überprüfungsvorrichtung (17) in signaltechnischer Verbindung stehenden Verschlusssensor (7a, 7b) zur Überwachung der Schließposition des Verschlusselements (15a, 15b) aufweist, wobei von der Überprüfungsvorrichtung (17) die Ausgabe des Schaltsignals (Send-inj) zum Beenden der Ausbringbewegungen erfolgt, sobald von beiden Verschlusssensoren (7a, 7b) ein Verschlusssignal (VC|0Sed) eingelangt ist.
6. 6. Einspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antriebsvorrichtung (11a) und/oder die zweite Ausbringvorrichtung (11b) als Kolben, Pumpe oder Förderschnecke ausgebildet ist/sind.
7. 7. Einspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verschlusselement (15a) und das zweite Verschlusselement (15b) elektronisch oder mechanisch gekoppelt sind.
8. 8. Einspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlusselemente (15a, 15b) elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch antreibbar sind.
9. 9. Formgebungsmaschine (20) mit einer Schließeinheit (21) und einer Einspritzvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
10. 10. Verfahren zum Einspritzen von zumindest zwei reaktiven Komponenten (A, B) in ein Formgebungswerkzeug (2) einer Formgebungsmaschine (20), mit den Schritten - Ausbringen einer ersten reaktiven Komponente (A) über eine erste bewegbare Ausbringvorrichtung (11a) einer ersten Injektionseinheit (14a), - Ausbringen einer zweiten reaktiven Komponente (B) über eine zweite bewegbare Ausbringvorrichtung (11b) einer zweiten Injektionseinheit (14b), - Mischen der ersten reaktiven Komponente (A) und der zweiten reaktiven Komponente (B) in einem Mischbereich (4), welcher einen ersten Eingang (4a) für die erste reaktive Komponente (A) und einen zweiten Eingang (4b) für die zweite reaktive Komponente (B) aufweist, - Verschließen des ersten Eingangs (4a) durch ein erstes Verschlusselement (15a), - Verschließen des zweiten Eingangs (4b) durch ein zweites Verschlusselement (15b), gekennzeichnet durch die Schritte - Überprüfen, ob beide Verschlusselemente (15a, 15b) verschlossen sind, und - Beenden der Ausbringbewegungen beider Ausbringvorrichtungen (11 a, 11b) erst dann, wenn beide Verschlusselemente (15a, 15b) verschlossen sind.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei verschlossenen Verschlusselementen (15a, 15b) vordem Ausbringen die reaktiven Komponenten (A, B) in einem Vorraum der jeweiligen Injektionseinheiten (14a, 14b) und in Zuführleitungen (8a, 8b) auf einen bestimmten Druck (P2) komprimiert werden.
12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der bestimmte Druck (P2) im Vorraum dadurch erreicht wird, dass die jeweilige Ausbringvorrichtung (11a, 11b) bis zum Erreichen des bestimmten Drucks (P2), vorzugsweise mit einer konstanten Geschwindigkeit oder auf Basis eines hinterlegten Bewegungsprofils, bewegt wird.
13. 13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Kompression der Komponenten (A, B) im jeweiligen Vorraum der Injektionseinheiten (14a, 14b) eine Wartezeit (t1) von 0,1 bis 10 Sekunden, vorzugsweise von 0,5 bis 3 Sekunden, abgewartet wird.
14. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck (P2) im jeweiligen Vorraum der Injektionseinheiten (14a, 14b) von Drucksensoren (9a, 9b) erfasst wird.
15. 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der von den Drucksensoren (9a, 9b) gemessene Druck (P2) im Vorraum der Injektionseinheiten (14a, 14b) während der Wartezeit (t1) mit einem hinterlegten Toleranzwert verglichen wird, wobei bei Erreichen oder Unterschreiten des Toleranzwerts ein, vorzugsweise eine zu geringe Dichtigkeit repräsentierendes, Signal ausgegeben wird.
16. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbringvorrichtungen (11a, 11b) um eine, vorzugsweise für jede Ausbringvorrichtung (11a, 11b) individuell, einstellbare Verzögerungszeit (t2) versetzt zu den Verschlusselementen (15a, 15b) angesteuert werden.
17. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ausbringen der Komponenten (A, B) und vor einer Kompressionsentlastung eine einstellbare Wartezeit (t4) abgewartet wird.
18. 18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein während dieser einstellbaren Wartezeit (t4) in der jeweiligen Injektionseinheit (14a, 14b) gemessener Druck mit einem hinterlegten Toleranzwert vergleichen wird, wobei bei Erreichen oder Unterschreiten des Toleranzwerts ein, vorzugsweise eine zu geringe Dichtigkeit repräsentierendes, Signal ausgegeben wird.
19. 19. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ausbringvorrichtungen (11a, 11b) der Injektionseinheiten (14a, 14b) auf Basis unterschiedlicher Bewegungs- und Druckprofile angesteuert werden, wobei
20. 20. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Weg und/oder die Zeit bis zum Erreichen eines gewünschten Druckes in einer der Injektionseinheiten (14a, 14b), in Zuführleitungen (8a, 8b) und/oder im Mischbereich (4) zyklisch überwacht und mit einem hinterlegten Toleranzwert verglichen wird, wobei bei Erreichen oder Unterschreiten des Toleranzwerts ein entsprechendes Signal ausgegeben wird.