AT525647A4

AT525647A4 - Plastifizieraggregat

Info

Publication number: AT525647A4
Application number: ATA50066/2022A
Authority: AT
Inventors: Klammer Dipl -Ing Günther
Original assignee: Engel Austria Gmbh
Priority date: 2022-02-04
Filing date: 2022-02-04
Publication date: 2023-06-15
Also published as: DE102023101113A1; AT525647B1

Abstract

Plastifizieraggregat mit - einem Plastifizierzylinder (2), - einer im Plastifizierzylinder (2) angeordneten Plastifizierschnecke (3) zum Plastifizieren einer plastifizierbaren Masse, - einem mit der Plastifizierschnecke (3) wirkverbundenen Axialantrieb (4) zum Antreiben einer Axialbewegung der Plastifizierschnecke (3) relativ zum Plastifizierzylinder (2), - einem mit der Plastifizierschnecke (3) wirkverbundenen Drehantrieb (5) zum Antreiben einer Rotationsbewegung der Plastifizierschnecke (3) relativ zum Plastifizierzylinder (2) sowie - einer Steuer- oder Regeleinheit (6), welche zum Ansteuern des Axialantriebs (4) und des Drehantriebs (5) ausgebildet ist, wobei - der Axialantrieb (4) dazu ausgebildet ist, die Plastifizierschnecke (3) nach einer Axialposition gesteuert oder geregelt zu bewegen, - der Drehantrieb (5) dazu ausgebildet ist, die Plastifizierschnecke (3) nach einer Rotationsposition gesteuert oder geregelt zu bewegen, und - die Steuer- oder Regeleinheit (6) dazu ausgebildet ist, den Axialantrieb (4) und den Drehantrieb (5) so anzusteuern, dass sich aus der gesteuerten oder geregelten Axialposition und der gesteuerten oder geregelten Rotationsposition eine positionsgesteuerte oder positionsgeregelte Bewegungstrajektorie der Plastifizierschnecke (3) ergibt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Plastifizieraggregat mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, ein Verfahren zum Betreiben eines Plastifizieraggregats oder einer Formgebungsmaschine gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 11 sowie ein Computerprogrammprodukt zum Betreiben eines Plastifizieraggregats oder einer Formgebungsmaschine gemäß

den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 12.

Für die Zwecke des vorliegenden Dokuments werden unter Formgebungsmaschinen Spritzgießmaschinen, Spritzpressen, Pressen

und dergleichen verstanden.

Im Stand der Technik sind grundsätzlich Plastifizieraggregate mit Schubschnecken bekannt, die bevorzugt bei Spritzgießmaschinen eingesetzt werden. Plastifizieraggregate mit Schubschnecken weisen auf:

- einen Plastifizierzylinder,

- eine im Plastifizierzylinder angeordnete Plastifizierschnecke zum Plastifizieren einer plastifizierbaren Masse,

- einen mit der Plastifizierschnecke wirkverbundenen Axialantrieb zum Antreiben einer Axialbewegung der Plastifizierschnecke relativ zum Plastifizierzylinder,

- einen mit der Plastifizierschnecke wirkverbundenen Drehantrieb zum Antreiben einer Rotationsbewegung der Plastifizierschnecke relativ zum Plastifizierzylinder sowie

- eine Steuer- oder Regeleinheit, welche zum Ansteuern des

Axialantriebs und des Drehantriebs ausgebildet ist.

Die Plastifizierschnecke belastet die zu plastifizierende Masse

durch die Drehbewegung scherend. Die dadurch - und

gegebenenfalls durch eine zusätzliche Heizung - erzeugte (Scher-

)Wärme plastifiziert die zu plastifizierende Masse.

Beim Einspritzen im Rahmen eines Spritzgießprozesses gemäß dem Stand der Technik wird gemeinhin die axiale Einspritzgeschwindigkeit gemäß einem Einspritzprofil gesteuert oder geregelt, aus der sich die Axialposition von selbst ergibt. Das Einspritzprofil gibt dabei die Geschwindigkeit der Plastifizierschnecke an der jeweiligen Position derselben an. Zu erwähnen ist diesbezüglich, dass ab einem gewissen Zeitpunkt während des Einspritzens gewöhnlich auf eine Regelung oder Steuerung nach dem Spritzdruck (oder der Spritzkraft)

umgeschaltet wird.

Die Rotation der Plastifizierschnecke wird beim Spritzgießen gemeinhin nach der Geschwindigkeit geregelt, um die auf die zu plastifizierende Masse einwirkende Scherbelastung zum

Plastifizieren der Masse konstant zu halten.

Ebenfalls grundsätzlich bekannt sind Extruderschnecken, die in ihrer Axialposition fix im Plastifizierzylinder vorgegeben sind, weil beim Extrudieren kein Einspritzen in eine Kavität, sondern das Ausbringen der plastifizierten Masse über eine Extrudierdüse vorgesehen ist. Auch bei Extruderschnecken wird die

Drehgeschwindigkeit gesteuert oder geregelt.

Spezialfälle von Extruderschnecken sind bekannt, wobei Schneckengänge der Plastifizierschnecken Lücken aufweisen und Stifte in die Lücken hineinragen, um die Durchmischung der zu plastifizierenden Masse zu verstärken. Dies wird gemeinhin zur Beimengung von Zuschlagstoffen in Kunststoffen wie z.B. PVCFormassen eingesetzt. In diesem Fall werden Extruder auch als Compounder oder Co-Kneter (aus dem Englischen „continuous

kneading“) bezeichnet. Die technische Ausführung erfolgt im

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Stand der Technik mit einem Getriebe, dass die Drehbewegung mit der Längsbewegung (Vor- und Rückwärtsbewegung) fest - das heißt, in einem unveränderlichen Verhältnis - koppelt, indem z.B. eine Art Taumelscheibe eingesetzt wird. Dies Art der Maschinen arbeitet diskontinuierlich und wird mit einem Austragssystem in einen kontinuierlichen Prozess übergeführt, damit infolge die

Formmasse granuliert werden kann.

Wünschenswert wäre es, wenn Recyclat (wiederzuverwertender Kunststoff) direkt bei Formgebungsprozessen, wie

Spritzgießprozessen, eingesetzt werden könnte.

Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Plastifizieraggregat, ein Verfahren und ein Computerprogrammprodukt bereitzustellen, die ein direktes

Verwenden von Recyclat in einem Formgebungsprozess ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch ein Plastifizieraggregat mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11 und ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Schutz wird außerdem für eine Formgebungsmaschine mit einem erfindungsgemäßen Plastifizieraggregat begehrt. Vorteilhafte Weiterbildungen der

Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Das erfindungsgemäße Plastifizieraggregat zeichnet sich dadurch aus, dass der Axialantrieb dazu ausgebildet ist, die Plastifizierschnecke nach einer Axialposition gesteuert oder geregelt zu bewegen, der Drehantrieb dazu ausgebildet ist, die Plastifizierschnecke nach einer Rotationsposition gesteuert oder geregelt zu bewegen, und die Steuer- oder Regeleinheit dazu ausgebildet ist, den Axialantrieb und den Drehantrieb so anzusteuern, dass sich aus der gesteuerten oder geregelten

Axialposition und der gesteuerten oder geregelten

Rotationsposition eine positionsgesteuerte oder positionsgeregelte Bewegungstrajektorie der Plastifizierschnecke

ergibt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Plastifizierschnecke mittels dem Axialantrieb nach einer Axialposition gesteuert oder geregelt bewegt wird, die Plastifizierschnecke mittels dem Drehantrieb nach einer Rotationsposition gesteuert oder geregelt bewegt wird und der Axialantrieb und der Drehantrieb mittels der Steuer- oder Regeleinheit so angesteuert wird, dass sich aus der gesteuerten oder geregelten Axialposition und der gesteuerten oder geregelten Rotationsposition eine positionsgesteuerte oder positionsgeregelte Bewegungstrajektorie der Plastifizierschnecke

ergibt.

Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt zeichnet sich durch Instruktionen aus, die den ausführenden Computer dazu veranlassen, den Axialantrieb für die Axialbewegung der Plastifizierschnecke nach einer Axialposition gesteuert oder geregelt anzusteuern, den Drehantrieb für die Rotationsbewegung der Plastifizierschnecke nach einer Rotationsposition gesteuert oder geregelt anzusteuern und den Axialantrieb und den Drehantrieb so anzusteuern, dass sich aus der gesteuerten oder geregelten Axialposition und der gesteuerten oder geregelten Rotationsposition eine positionsgesteuerte oder positionsgeregelte Bewegungstrajektorie der Plastifizierschnecke

ergibt.

Gemäß der Erfindung wird eine Plastifizierschnecke geschaffen, die gemäß einer vorgebbaren, d.h. positionsgesteuerten oder positionsgeregelten, Bewegungstrajektorie bewegbar ist. Verkürzt ausgedrückt, schafft die Erfindung also eine bahngesteuerte

Plastifizierschnecke, wobei zu jedem gewünschten Zeitpunkt die

Axialposition und die Rotationsposition der Plastifizierschnecke bekannt und individuell (beispielsweise auf Kunststoff, Schnecke

und Sperre) vorgebbar sind.

Die Erfindung verfügt über zwei für die Längs- und Drehbewegung getrennte Antriebseinheiten, welche in zueinander frei wählbaren Verhältnissen bewegt werden können. Aufgrund dieser Eigenschaft kann diese Plastifiziereinheit beispielsweise für Spritzgießmaschinen eingesetzt werden, da diese diskontinuierlich arbeitet. In solchen Ausführungsbeispielen wird die Verarbeitung von inhomogenem Recycling-Inputmaterial durch die Knetwirkung begünstigt, wodurch diese in eine homogen Formmasse übergeführt wird. Überdies können wertsteigernde

Zuschlagstoffe eingearbeitet werden.

Die Erfindung ermöglicht es dadurch, bauliche Veränderungen an Plastifizieraggregaten - insbesondere mit nachstehend beschriebenen in den Innenraum der Plastifizierschnecken hineinreichenden Fortsätzen und/oder nachstehend beschriebenen Sperrelementen - vorzunehmen, die eine direkte Verwendung von

Recyclat in Formgebungsprozessen erlauben.

Die erfindungsgemäße Gesamtbewegungstrajektorie, nach der sich die Plastifizierschnecke bewegt, muss nicht in der Steuer- oder Regeleinheit hinterlegt sein. Diese kann sich auch aus den SollWerten - in der Regel Soll-Profile für die auszuführenden Bewegungen - für die gesteuerte oder geregelte Axialposition und

Rotationsposition einfach ergeben.

Natürlich sind auch Ausführungsformen denkbar, wobei die Steueroder Regeleinheit zunächst die Gesamtbewegungstrajektorie auswählt oder berechnet und daraus die Soll-Werte für die Steuerung oder Regelung der Axialposition und der

Rotationsposition extrahiert.

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Die Erfindung kann bevorzugt mit wiederzuverwertendem thermoplastischem Kunststoff (Recyclat) eingesetzt werden, beispielsweise in Form von Regranulat, Mahlgut oder Agglomerat. Grundsätzlich kann die Erfindung aber auch mit anderen plastifizierbaren Massen eingesetzt werden, die beispielsweise aus neu hergestelltem thermoplastischem Kunststoff bestehen und/oder Zusatzkomponenten (beispielsweise Gase, Pulver)

beinhalten.

Zu erwähnen ist, dass solche Zusatzkomponenten - oft unerwünschter Weise - bei Recyclat regelmäßig vorhanden sind. Filter- und Entgasungsvorrichtungen, die das direkte Verwenden des Recyclats in Formgebungsprozessen trotzdem erlauben, sind beispielsweise in den unveröffentlichten Patentanmeldungen mit den Aktenzeichen

A 50251/2021 und A 50252/2021 der Anmelderin beschrieben.

Unter Formgebungsprozessen werden im Rahmen der Erfindung Spritzgießprozesse, Spritzpressprozesse, Pressprozesse und

dergleichen verstanden.

Zu erwähnen ist des Weiteren, dass die erfindungsgemäßen Steuerungen oder Regelungen der Axialposition und der Rotationsposition der Plastifizierschnecke zusammen mit unterlagerten und/oder überlagerten Steuerungen anderer

kinematischer Größen oder Prozessgrößen verwendet werden können.

Beispielsweise könnte eine Steuerung oder Regelung der Drehgeschwindigkeit der Plastifizierschnecke überlagert werden, um eine konstante auf die zu plastifizierende Masse einwirkende

Scherung zu erreichen.

Ein anderes Beispiel wäre eine überlagerte Steuerung oder Regelung einer Einspritzgeschwindigkeit, eines Einspritzdrucks und/oder einer Einspritzkraft. Die überlagerte Steuerung oder Regelung der Einspritzgeschwindigkeit, des Einspritzdrucks und/oder der Einspritzkraft kann auch erst zu einem bestimmten Zeitpunkt (Umschaltpunkt) zugeschalten werden, ab dem man von einer im Wesentlichen vollständigen Füllung der im Spritzgießprozess zu füllenden Formkavitäten ausgeht. Dadurch kann insgesamt eine Nachdruckphase im Spritzgießprozess

realisiert werden.

Natürlich sind auch Ausführungsformen denkbar, wobei die erfindungsgemäße Steuerung oder Regelung der Axialposition und der Rotationsposition für eine gewisse Zeit (zum Beispiel für den Rest des jeweiligen Formgebungszyklus) durch eine Steuerung oder Regelung der Einspritzgeschwindigkeit, des Einspritzdrucks,

der Einspritzkraft oder dergleichen ersetzt wird.

Insgesamt können die in Verbindung mit dem Stand der Technik beschriebenen Maßnahmen auch zusammen mit der Erfindung

verwirklicht werden.

Der Plastifizierzylinder kann bevorzugt ein Volumen mit kreiszylindrischer Grundform begrenzen, wobei die Innenkontur des Plastifizierzylinders im Wesentlichen einer durch Rotation entstehenden Hüllkurve der Geometrie des Plastifizierzylinders

entspricht.

Die Innenkontur entspricht der Hüllkurve des Plastifizierzylinders im Wesentlichen, bis auf Fertigungstoleranzen und gegebenenfalls bis auf ein Spaltmaß, um die Rotation der Plastifizierschnecke im Plastifizierzylinder zu

ermöglichen.

Bevorzugt kann die Erfindung mit einem Plastifizierzylinder und einer einzigen darin angeordneten Plastifizierschnecke eingesetzt werden (Einschnecke). Denkbar sind aber auch Ausführungsformen, wobei im Plastifizierzylinder zwei oder mehr Plastifizierschnecken angeordnet sind, wobei dann natürlich auch der Plastifizierzylinder geometrisch angepasst werden muss

(allgemeiner Zylinder).

Der Axialantrieb kann bevorzugt elektrisch ausgeführt sein, wobei auch Ausführungsformen mit hydraulischem Axialantrieb

prinzipiell denkbar sind.

Der Drehantrieb kann bevorzugt elektrisch ausgeführt sein, wobei auch Ausführungsformen mit hydraulischem Antrieb (Hydromotor)

prinzipiell denkbar sind.

Es ist zu bemerken, dass nicht Axial- und Rotationsposition gesteuert oder geregelt werden müssen, weil auch Mischformen denkbar sind, wobei beispielsweise die Rotationsposition geregelt wird und die Axialposition gesteuert wird oder

umgekehrt.

Bei der Steuer- oder Regeleinrichtung kann es sich um eine

elektronische Steuer- oder Regeleinheit handeln.

Die Steuer- oder Regeleinheit kann eine zentrale Maschinensteuerung des Plastifizieraggregats oder der Formgebungsmaschine oder separat davon ausgeführt sein. Beispielsweise kann die Steuer- oder Regeleinheit ein über eine Datenfernübertragungsverbindung mit dem Plastifizieraggregat verbundener Computerserver, insbesondere ein Cloud-Server, sein.

Natürlich sind auch Mischformen denkbar.

Der das Computerprogrammprodukt ausführende Computer kann die

Steuer- oder Regeleinheit sein.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass

- die Plastifizierschnecke zumindest einen mit Lücken versehenen Schneckengang aufweist,

- den Lücken geometrisch entsprechende Fortsätze vorgesehen sind, die in ein Innenvolumen des Plastifizierzylinders hineinragen, und

- die Steuer- oder Regeleinrichtung dazu ausgebildet ist, den Axialantrieb und den Drehantrieb derart anzusteuern, dass sich die Fortsätze vermittels der gesteuerten oder geregelten Axialposition, der gesteuerten oder geregelten Rotationsposition und der sich daraus ergebenden Bewegungstrajektorie durch die Lücken im zumindest einen

Schneckengang bewegen.

Verkürzt ausgedrückt, können dadurch Stifte oder andere Fortsätze im Plastifizierzylinder verwendet werden, wobei Kollisionen des zumindest einen Schneckengangs der axial verschiebbaren Plastifizierschnecke mit den Fortsätzen vermieden

werden.

Dadurch kann dem erfindungsgemäßen Plastifizieraggregat eine Knet-Funktion verliehen werden, wodurch beispielsweise Recyclat direkt bei einem Formgebungsprozess, insbesondere

Spritzgießprozess, eingesetzt werden kann.

Die Fortsätze müssen den Lücken nicht exakt geometrisch entsprechen. Es muss lediglich sichergestellt werden, dass die Fortsätze durch die Lücken hindurchbewegt werden können (gesehen aus dem Bezugssystem der Plastifizierschnecke). Tatsächlich kann

ein gewisser Abstand zwischen den Fortsätzen und den Flanken

sowie der Basis der Lücken vorteilhaft sein, sodass plastifzierbares Material in die Zwischenräume gelangen kann und

dadurch weiter vermischt und geschert („geknetet“) werden kann.

Die Vermeidung einer Kollision des zumindest einen Schneckengangs mit den Fortsätzen kann dadurch intrinsisch realisiert werden, auch wenn beispielsweise eine über- oder unterlagerte Steuerung oder Regelung der Drehgeschwindigkeit der

Plastifizierschnecke vorgesehen ist.

Dafür kann die Steuer- oder Regeleinheit für gewisse Drehgeschwindigkeiten passende Bewegungstrajektorien berechnen

oder aus vorab hinterlegten Bewegungstrajektorien auswählen.

Die Fortsätze können, wie erwähnt, als Stifte ausgeführt sein, die bevorzugt von außen in den Plastifizierzylinder eingeschraubt oder einschraubbar sind. Natürlich sind auch andere Arten von Fortsätzen denkbar, die beispielsweise direkt

ans Innere des Plastifizierzylinders angeformt sind.

Unter Stiften können diesbezüglich längliche Körper mit zylindrischer - bevorzugt kreiszylindrischer - Grundform

verstanden werden.

Im Plastifizierzylinder können im vorderen Bereich die Fortsätze so eingebracht werden, dass die Plastifizierschnecke von der Einfüllseite in den Zylinder eingeschoben werden kann.

Besonders bevorzugt können die Fortsätze und/oder Lücken so angeordnet sein, dass durch Drehen und Schieben die Schnecke

einfädelbar wird (Schnecke einschrauben und einschieben).

Es kann zumindest ein Körperschallsensor vorgesehen sein, der dazu ausgebildet ist, ein mechanisches Versagen, beispielsweise

Brechen, von zumindest einem der Fortsätze zu detektieren.

Beispielsweise kann ein Körperschallsensor für alle Fortsätze oder individuelle Körperschallsensoren für die jeweiligen

Fortsätze oder für Gruppen von Fortsätzen verwendet werden.

Die Plastifizierschnecke kann mit einer Rückstromsperre versehen

sein.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann der Plastifizierzylinder eine Düse zum Ausbringen einer durch die Plastifizierschnecke plastifizierten Masse aufweisen und ein mit der Plastifizierschnecke bewegungsgekoppeltes Sperrelement kann vorgesehen sein, welches so ausgebildet ist, dass - ein Durchfluss der plastifizierten Masse von einem schneckenseitigen Bereich des Plastifizierzylinders zu einem düsenseitigen Bereich der Plastifizierschnecke in zumindest einer ersten Rotationsposition des Sperrelements relativ zum Plastifizierzylinder freigegeben ist und - dass der Durchfluss der plastifizierten Masse vom schneckenseitigen Bereich des Plastifizierzylinders zum düsenseitigen Bereich der Plastifizierschnecke in zumindest einer zweiten Rotationsposition des Sperrelements relativ zum Plastifizierzylinder gehemmt oder teilweise gehemmt

ist.

Unter dem „düsenseitigen Bereich“ kann derjenige Teil des Plastifizierzylinders und der Düse verstanden werden, der in Richtung der Ausbringung der plastifizierten Masse „vor“ dem Sperrelement liegt. Entsprechend kann unter dem „Schneckenseitigen Bereich“ der Bereich des Plastifizierzylinders verstanden werden, der in Ausbringrichtung hinter dem Sperrelement liegt. Das Sperrelement teilt das Innenvolumen des Plastifizierzylinders und der Düse also in zwei

Teile, die in der ersten Rotationsposition des Sperrelements

voneinander getrennt und in der zweiten Rotationsposition des

Sperrelements miteinander fluidverbunden sind.

Die Steuer- oder Regeleinheit kann dazu ausgebildet sein,

- in einer ersten Phase den Drehantrieb so anzusteuern, dass sich die Plastifizierschnecke kontinuierlich dreht,

- in einer an die erste Phase anschließenden zweiten Phase den Drehantrieb so anzusteuern, dass das Sperrelement in der zweiten Rotationsposition ist, und

- in der zweiten Phase den Axialantrieb zum Vorschub der Plastifizierschnecke in Richtung der Düse des Plastifizierzylinders und damit zum Ausbringen der düsenseitigen plastifizierten Masse aus dem

Plastifizierzylinder anzusteuern.

Bei der zweiten Phase kann es sich um eine Ausbringphase handeln, wobei die plastifizierte Masse aus dem Plastifizierzylinder (über die Düse) ausgebracht wird. Dadurch kann beispielsweise im Rahmen einer Einspritzphase eines Spritzgießprozesses eine oder mehrere Formkavitäten mit der

plastifizierten Masse gefüllt werden.

In Ausführungsformen, wobei der zumindest eine Schneckengang mit Lücken versehen ist und Fortsätze in das Innenvolumen des Plastifizierzylinders hineinreichen, kann dann besonders bevorzugt vorgesehen sein, dass der Axialantrieb und den Drehantrieb in der ersten Phase derart angesteuert werden, dass sich die Fortsätze vermittels der gesteuerten oder geregelten Axialposition, der gesteuerten oder geregelten Rotationsposition und der sich daraus ergebenden Bewegungstrajektorie durch die

Lücken im zumindest einen Schneckengang bewegen.

Es kann ein mit der Steuer- oder Regeleinheit signalverbundener

Sensor zum Erfassen eines Drucks der plastifizierten Masse im

düsenseitigen Bereich des Plastifizierzylinders vorgesehen sein und die Steuer- oder Regeleinheit kann dazu ausgebildet sein, die erste Phase so lange aufrecht zu erhalten, bis der Druck des plastifizierten Materials im düsenseitigen Bereich einen

vorgegebenen Vorgabewert erreicht.

Zu bemerken ist, dass durch dieses Vorgehen der Druck des plastifizierten Materials im düsenseitigen Bereich sowohl erhöht

als auch verringert werden kann.

Dadurch kann beispielsweise ein gewünschter Energieeintrag in die plastifizierbare Masse gezielt eingestellt werden, indem beispielsweise ein druckabhängiger Rückfluss im System zum

gezielten Reduzieren des Staudrucks genutzt wird.

Beispielsweise bei Spritzgießprozessen ist ein zu geringer Druck zu vermeiden. Trotzdem können geringere Drücke und/oder Unterdruck eingesetzt werden, beispielsweise um Filter und/oder

Siebe zu wechseln.

Der Sensor kann ein Drucksensor im düsenseitigen Bereich sein.

Das Sperrelement kann als eine Spezialform einer Rückstromsperre

aufgefasst werden.

Es kann vorgesehen sein, dass

- das Sperrelement einen Sperrkörper mit zylindrischer Grundform aufweist,

- der Plastifizierzylinder einen Flansch mit einem Innendurchmesser aufweist, wobei ein Außendurchmesser des Sperrkörpers dem Innendurchmesser des Flansches im Wesentlichen entspricht,

- der Flansch eine Ausnehmung aufweist und

- im Sperrkörper ein mit dem düsenseitigen Bereich fluidverbundener Kanal vorgesehen ist, der in der ersten Rotationsposition über die Ausnehmung mit dem schneckenseitigen Bereich fluidverbunden ist und der in der

zweiten Rotationsposition am Innendurchmesser endet.

Vereinfacht ausgedrückt kann dadurch ein Hahn als Sperrelement

realisiert werden.

Der Sperrkörper kann an einer Schneckenspitze (d.h. am führenden Ende der Plastifizierschnecke) angeformt oder daran montiert

sein.

Der Außendurchmesser des Sperrkörpers entspricht dem Innendurchmesser des Flansches im Wesentlichen bis auf Fertigungstoleranzen und gegebenenfalls bis auf ein Spaltmaß, um die Rotation des Sperrkörpers im Flansch zu erlauben. Das Spaltmaß kann auch das Einführen des Sperrkörpers in den Flansch erlauben, wenn die Plastifizierschnecke so weit zurückgezogen

wird, dass der Sperrkörper aus dem Flansch austritt.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind aus den Figuren und der dazugehörigen Figurenbeschreibung ersichtlich.

Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Plastifizieraggregats,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel mit Fortsätzen, die in das Innenvolumen des Plastifizierzylinders hineinragen,

Fig. 3a bis 3d ein Ausführungsbeispiel mit einem Sperrelement sowie

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen

Formgebungsmaschine.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Plastifizieraggregats 1. Dieses umfasst einen Plastifizierzylinder 2, in welchem eine Plastifizierschnecke 3 axial entlang der Längsachse X verschiebbar und um die

Längsachse X rotierbar angeordnet ist.

Zum Antreiben der Axialbewegung ist der Axialantrieb 4 vorgesehen. In diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich beim Axialantrieb 4 mit einem elektrisch angetriebenen Spindeltrieb

(mit einer doppelt gelagerten Spindelmutter).

Zum Antreiben der Drehbewegung ist der Drehantrieb 5 vorgesehen. In diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Drehantrieb 5 um einen elektrischen Antrieb, konkret um einen

Servomotor.

Symbolisch dargestellt ist die Steuer- oder Regeleinheit 6, welche den Axialantrieb 4 und den Drehantrieb 5 ansteuert. Dafür ist die Steuer- oder Regeleinheit 6 mit dem Axialantrieb 4 und dem Drehantrieb 5 signalverbunden, wobei diese Signalverbindungen in der Darstellung der Fig. 1 der

Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt sind.

In diesem Ausführungsbeispiel ist in der Steuer- oder Regeleinheit 6 eine Menge mit an Bewegungstrajektorien verschiedenen Drehgeschwindigkeiten für die Plastifizierschnecke 3 hinterlegt. Die Steuer- oder Regeleinheit 6 wählt anhand einer gewünschten Drehgeschwindigkeit der Plastifizierschnecke 3 eine der Bewegungstrajektorien aus, extrahiert daraus Axialtrajektorien und Rotationstrajektorien für den Axialantrieb 4 beziehungsweise den Drehantrieb 5 in Form von Verläufen von Soll-Werten für die Axialpositionen und die Rotationspositionen

der Plastifizierschnecke 3 und steuert den Axialantrieb 4 gemäß

der Axialtrajektorie und den Drehantrieb 5 gemäß der

Rotationstrajektorie an.

Alternativ könnten auch die Axialtrajektorien und/oder Rotationstrajektorien bereits hinterlegt sein oder es könnten individuelle Axialtrajektorien und Rotationstrajektorien Jedes Mal individuell für die gewünschte Drehgeschwindigkeit der

Plastifizierschnecke 3 berechnet werden.

Es können Positionssensoren für die Axialbewegung und die Drehbewegung der Plastifizierschnecke 3 vorgesehen sein (nicht dargestellt). Diese können für eine Rückkoppelung mit der Steuer- oder Regeleinheit signalverbunden sein, sodass eine Regelung der Axialbewegung und/oder der Drehbewegung der

Plastifizierschnecke 3 realisiert werden kann.

Fig. 2 zeigt einen Aspekt einer Ausführungsform der Erfindung, wobei Fortsätze 9 in Form von Stiften in das Innenvolumen 11 des

Plastifizierzylinders 2 hineinragen.

Die Stifte sind in diesem Ausführungsbeispiel von außen in den Plastifizierzylinder 2 eingeschraubt, was ein leichtes Montieren

und Demontieren der Fortsätze 9 erlaubt.

Außerdem weist der Schneckengang 8 der Plastifizierschnecke 3 Lücken 7 auf, durch welche Lücken 7 die Fortsätze 9 hindurchpassen. Durch die erfindungsgemäße Steuerung oder Regelung der Plastifizierschnecke 3 gemäß der Bewegungstrajektorie kann die Plastifizierschnecke 3 genau so bewegt werden, dass sich die Fortsätze 9 durch die Lücken 7 hindurchbewegen (aus Sicht des Plastifizierzylinders 3). Dies

ist in Fig. 2 durch die Bewegungsbahnen Y angedeutet.

Dadurch kann eine Knetfunktion für eine Schubschnecke realisiert werden, ohne dass Kollisionen zwischen den Fortsätzen 9 und den

Schneckengängen 8 zu befürchten wäre.

Optional kann für die Fortsätze 9 Jeweils ein Körperschallsensor 12 vorgesehen sein, der es erlaubt, ein mechanisches Versagen der Fortsätze 9 zu detektieren. Das heißt, wenn die Fortsätze 9 durch die hohe mechanische und thermische Belastung im Innenvolumen 11 des Plastifizierzylinders 2 brechen, kann die Plastifizierschnecke 3 sofort gestoppt werden, um weitere

Schäden zu verhindern.

Die Figuren 3a bis 3d zeigen einen weiteren Aspekt einer Ausführungsform der Erfindung, wobei an der Plastifizierschnecke

3 ein Sperrelement 14 als Rückstromsperre realisiert ist.

Die Figuren 3a und 3b zeigen das Sperrelement 14 in einer ersten Rotationsposition, wobei der Durchfluss von einem schneckenseitigen Bereich 15 des Plastifizierzylinders 2 in einen düsenseitigen Bereich 16 desselben für die plastifizierte

Masse möglich ist.

Die Figuren 3c und 3d zeigen das Sperrelement 14 in einer zweiten Rotationsposition, wobei der Durchfluss von einem schneckenseitigen Bereich 15 des Plastifizierzylinders 2 in einen düsenseitigen Bereich 16 desselben für die plastifizierte

Masse gehemmt ist.

Die Figuren 3a und 3c zeigen einen Schnitt entlang der Längsachse X des erfindungsgemäßen Plastifizieraggregats 1. Die Figuren 3b und 3d zeigen einen dazu senkrechten Schnitt im

Bereich des Sperrelements 14,

Das Sperrelement 14 ist in dieser Ausführung an der Schneckenspitze angeformt, könnte aber auch daran montiert sein,

beispielsweise durch eine Verschraubung oder durch Schweißen.

Im Bereich der Düse 13 des Plastifizierzylinders 2 ist ein Flansch 19 vorhanden, wobei ein Sperrkörper 18 des Sperrelements 14 in den Flansch 19 hineinreicht. Die Dimensionierung des Sperrkörpers 18 und des Flansches 19 ist so gewählt, dass plastifizierte Masse ohne weiteres Zutun nicht zwischen dem

Sperrkörper 18 und dem Flansch 19 hindurchfließen kann.

Um Fließen der plastifizierten Masse vom schneckenseitigen Bereich 15 in den düsenseitigen Bereich 16 des Plastifizierzylinders 2 selektiv zu erlauben, weist der Sperrkörper 18 einen - hier abgewinkelten - Kanal 21 sowie der Flansch 19 eine Ausnehmung 20 auf. Der Kanal 21 ist mit dem düsenseitigen Bereich 16 des Plastifizierzylinders 2

fluidverbunden.

In der ersten Rotationsposition (Fig. 3a und 3b) mündet der Kanal 21 schneckenseitig in die Ausnehmung 20, sodass insgesamt eine Fluidverbindung vom düsenseitigen Bereich 15 des Plastifizierzylinders 2 über den Kanal 21 und die Ausnehmung 20 bis in den schneckenseitigen Bereich 15 entsteht. Diese Fluidverbindung kann von der plastifizierten Masse prinzipiell

in beide Richtungen durchflossen werden.

In der zweiten Rotationsposition (Fig. 3c und 3d) mündet der Kanal 21 im Flansch 19 (d.h. nicht in der Ausnehmung). Der Sperrkörper 18 verhindert dadurch den Durchfluss der

plastifizierten Masse.

Beispielsweise bei einem Spritzgießprozess kann die zu

plastifizierende Masse zunächst durch Drehung der

Plastifizierschnecke 3 - und gegebenenfalls durch eine zusätzliche Heizung - plastifiziert werden (Dosieren, erste

Phase).

Anschließend kann die Plastifizierschnecke 3 in der zweiten Rotationsposition (Fig. 3c und 3d) gesteuert oder geregelt verharren und durch eine Axialbewegung kann die plastifizierte Masse, welche sich im düsenseitigen Bereich 16 des Plastifizierzylinders 2 befindet, ausgebracht werden, um beispielsweise eine oder mehrere Formkavitäten zu füllen

(Einspritzen, zweite Phase).

Die anfängliche Drehung der Plastifizierschnecke 3 (während der ersten Phase) kann so lange aufrecht erhalten werden, bis sich ein gewünschter Druck im düsenseitigen Bereich 16 des Plastifizierzylinders 2 einstellt - gegebenenfalls unterstützt

durch eine geeignete Axialbewegung der Plastifizierschnecke 3.

Für einen beispielsweise genau reproduzierbaren Druck im düsenseitigen Bereich 16 des Plastifizierzylinders 2 kann hierfür ein mit der Steuer- oder Regeleinheit 6 signalverbundener Sensor - in diesem Ausführungsbeispiel ein

Drucksensor - vorgesehen sein.

Zu erwähnen ist, dass die Ausführungen nach Fig. 2 oder nach den Figuren 3a bis 3d in Kombination mit der Ausführung nach Fig. 1 kombiniert werden kann. Es kann auch eine Kombination der Ausführungen nach Fig. 2 und den Figuren 3a bis 3d vorgesehen

sein, was aber im Rahmen der Erfindung nicht notwendig ist.

Wenn eine Hublänge für das Einspritzen so groß ist, dass die Stifte zum Hindernis für die Einspritzbewegung darstellen, könnten die Position der Fortsätze 9, der Lücken 7 und die

Sperrposition des Sperrelements 14 dafür in einer Linie sein,

dann kann eingespritzt und/oder ein Einspritzdruck aufgebaut

werden.

Ähnliches gilt beim Aufdosieren bei einem Spritzgießprozess. Beispielsweise kann beim Aufdosieren, sobald die Fortsätze 9 in die Nähe eines Schneckengangs gelangen, eine Vorwärtsbewegung der Plastifizierschnecke 3 mit einer Rückdrehung kombiniert werden, wodurch das Aufdosieren auf einfache Weise realisiert werden kann, ohne die Staudruckverhältnisse zu stark zu stören,

obwohl Fortsätze 9 im Plastifizierzylinder vorhanden sind.

Vorzugsweise kann das Sperrelement 14 bei diesem Vorgang in einer zumindest teilweise geöffneten Stellung vorliegen und so einen entlastenden Rückfluss erlauben. Der Grad der Öffnung des Sperrelements 14 kann dabei verwendet werden, um den Druckabfall durch das Öffnen des Hahns zu kontrollieren. Das Sperrelement 14

kann so zum Druckentlastungs-Regel-Ventil werden.

Vorteilhaft kann es dabei vorgesehen sein, wenn die Ausnehmung 20 nur einen relativ engen Winkelbereich einnimmt (beispielsweise 10° oder weniger), sodass der Rest der Drehung der Plastifizierschnecke 3 dazu verwendet werden kann, Kollisionen zwischen den Fortsätzen 9 und dem zumindest einen

Schneckengang 8 zu vermeiden.

Fig. 4 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Formgebungsmaschine 10 - in diesem Fall eine Spritzgießmaschine

—- mit einem erfindungsgemäßen Plastifizieraggregat 1. Die Steuer- oder Regeleinheit 6 ist in diesem Fall als zentrale

Maschinensteuerung der Formgebungsmaschine 10 realisiert.

Innsbruck, am 3. Februar 2022

Claims

Patentansprüche

Plastifizieraggregat mit

- einem Plastifizierzylinder (2),

- einer im Plastifizierzylinder (2) angeordneten Plastifizierschnecke (3) zum Plastifizieren einer plastifizierbaren Masse,

- einem mit der Plastifizierschnecke (3) wirkverbundenen Axialantrieb (4) zum Antreiben einer Axialbewegung der Plastifizierschnecke (3) relativ zum Plastifizierzylinder (2),

- einem mit der Plastifizierschnecke (3) wirkverbundenen Drehantrieb (5) zum Antreiben einer Rotationsbewegung der Plastifizierschnecke (3) relativ zum Plastifizierzylinder (2) sowie

- einer Steuer- oder Regeleinheit (6), welche zum Ansteuern des Axialantriebs (4) und des Drehantriebs (5) ausgebildet ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

- der Axialantrieb (4) dazu ausgebildet ist, die Plastifizierschnecke (3) nach einer Axialposition gesteuert oder geregelt zu bewegen,

- der Drehantrieb (5) dazu ausgebildet ist, die Plastifizierschnecke (3) nach einer Rotationsposition gesteuert oder geregelt zu bewegen, und

- die Steuer- oder Regeleinheit (6) dazu ausgebildet ist, den Axialantrieb (4) und den Drehantrieb (5) so anzusteuern, dass sich aus der gesteuerten oder geregelten Axialposition und der gesteuerten oder geregelten

Rotationsposition eine positionsgesteuerte oder

positionsgeregelte Bewegungstrajektorie der

Plastifizierschnecke (3) ergibt.

Plastifizieraggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass

- die Plastifizierschnecke (3) zumindest einen mit Lücken (7) versehenen Schneckengang (8) aufweist,

- den Lücken (7) geometrisch entsprechende Fortsätze (9) vorgesehen sind, die in ein Innenvolumen (11) des Plastifizierzylinders (2) hineinragen, und

- die Steuer- oder Regeleinrichtung (6) dazu ausgebildet ist, den Axialantrieb (4) und den Drehantrieb (5) derart anzusteuern, dass sich die Fortsätze (9) vermittels der gesteuerten oder geregelten Axialposition, der gesteuerten oder geregelten Rotationsposition und der sich daraus ergebenden Bewegungstrajektorie durch die Lücken (7) im

zumindest einen Schneckengang (8) bewegen.

Plastifizieraggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fortsätze (9) als Stifte ausgeführt sind, die bevorzugt von außen in den Plastifizierzylinder (2)

eingeschraubt oder einschraubbar sind.

Plastifizieraggregat nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Körperschallsensor (12) vorgesehen ist, der dazu ausgebildet ist, ein mechanisches Versagen von zumindest einem der Fortsätze (9) zu

detektieren.

Plastifizieraggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, dass die Plastifizierschnecke (3) mit

einer Rückstromsperre versehen ist.

6. Plastifizieraggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Plastifizierzylinder (2) eine Düse (13) zum Ausbringen einer durch die Plastifizierschnecke (3) plastifizierten Masse aufweist und ein mit der Plastifizierschnecke (3) bewegungsgekoppeltes Sperrelement (14) vorgesehen ist, welches so ausgebildet ist, dass - ein Durchfluss der plastifizierten Masse von einem schneckenseitigen Bereich (15) des Plastifizierzylinders (2) zu einem düsenseitigen Bereich (16) der Plastifizierschnecke (3) in zumindest einer ersten Rotationsposition des Sperrelements (14) relativ zum Plastifizierzylinder (2) freigegeben ist und

- dass der Durchfluss der plastifizierten Masse vom schneckenseitigen Bereich (15) des Plastifizierzylinders (2) zum düsenseitigen Bereich (16) der Plastifizierschnecke (3) in zumindest einer zweiten Rotationsposition des Sperrelements (14) relativ zum Plastifizierzylinder (2) gehemmt oder teilweise gehemmt

ist.

7. Plastifizieraggregat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- oder Regeleinheit (6) dazu ausgebildet ist, - in einer ersten Phase den Drehantrieb (5) so anzusteuern,

dass sich die Plastifizierschnecke (3) kontinuierlich dreht,

- in einer an die erste Phase anschließenden zweiten Phase den Drehantrieb (5) so anzusteuern, dass das Sperrelement (14) in der zumindest einen zweiten Rotationsposition ist, und

- in der zweiten Phase den Axialantrieb (4) zum Vorschub der Plastifizierschnecke (3) in Richtung der Düse (13) des

Plastifizierzylinders (2) und damit zum Ausbringen der

düsenseitigen plastifizierten Masse aus dem

Plastifizierzylinder (2) anzusteuern.

8. Plastifizieraggregat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit der Steuer- oder Regeleinheit (6) signalverbundener Sensor (17) zum Erfassen eines Drucks der plastifizierten Masse im düsenseitigen Bereich (16) des Plastifizierzylinders (2) vorgesehen ist und dass die Steueroder Regeleinheit (6) dazu ausgebildet ist, die erste Phase so lange aufrecht zu erhalten, bis der Druck des plastifizierten Materials im düsenseitigen Bereich (16) einen

vorgegebenen Vorgabewert erreicht.

9. Plastifizieraggregat nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass

- das Sperrelement (14) einen Sperrkörper (18) mit zylindrischer Grundform aufweist,

- der Plastifizierzylinder (2) einen Flansch (19) mit einem Innendurchmesser aufweist, wobei ein Außendurchmesser des Sperrkörpers (18) dem Innendurchmesser des Flansches (19) im Wesentlichen entspricht,

- der Flansch (19) eine Ausnehmung (20) aufweist und

- im Sperrkörper (18) ein mit dem düsenseitigen Bereich (16) fluidverbundener Kanal (21) vorgesehen ist, der in der ersten Rotationsposition über die Ausnehmung (20) mit dem schneckenseitigen Bereich (15) fluidverbunden ist und der in der zweiten Rotationsposition am Innendurchmesser

endet.

10. Formgebungsmaschine mit einem Plastifizieraggregat nach einem

der Ansprüche 1 bis 9.

12.

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Verfahren zum Betreiben eines Plastifizieraggregats, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, oder zum Betreiben einer Formgebungsmaschine, insbesondere nach Anspruch 10, wobei

- eine in einem Plastifizierzylinder (2) angeordnete Plastifizierschnecke (3) mittels einem mit der Plastifizierschnecke (3) wirkverbundenen Axialantrieb (4) relativ zum Plastifizierzylinder (2) axial bewegt wird,

- die Plastifizierschnecke (3) mittels einem mit der Plastifizierschnecke (2) wirkverbundenen Drehantrieb (5) relativ zum Plastifizierzylinder (2) rotatorisch bewegt wird,

- zum Ansteuern des Axialantriebs (4) und des Drehantriebs (5) eine Steuer- oder Regeleinheit (6) verwendet wird,

dadurch gekennzeichnet, dass

- die Plastifizierschnecke (3) mittels dem Axialantrieb (4) nach einer Axialposition gesteuert oder geregelt bewegt wird,

- die Plastifizierschnecke (3) mittels dem Drehantrieb (5) nach einer Rotationsposition gesteuert oder geregelt bewegt wird und

- der Axialantrieb (4) und der Drehantrieb (5) mittels der Steuer- oder Regeleinheit (6) so angesteuert wird, dass sich aus der gesteuerten oder geregelten Axialposition und der gesteuerten oder geregelten Rotationsposition eine positionsgesteuerte oder positionsgeregelte

Bewegungstrajektorie der Plastifizierschnecke (3) ergibt.

Computerprogrammprodukt zum Betreiben eines Plastifizieraggregats, insbesondere nach einem der Ansprüche 1l bis 9, oder zum Betreiben einer Formgebungsmaschine, insbesondere nach Anspruch 10, mit Instruktionen, die einen

ausführenden Computer dazu veranlassen,

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- einen mit einer Plastifizierschnecke (3) wirkverbundenen Axialantrieb (4) für eine Axialbewegung der Plastifizierschnecke (3) relativ zum Plastifizierzylinder (2) anzusteuern und

- einen mit einer Plastifizierschnecke (3) wirkverbundenen Drehantrieb (5) für eine Rotationsbewegung der Plastifizierschnecke (3) relativ zum Plastifizierzylinder (2) anzusteuern,

dadurch gekennzeichnet, dass die Instruktionen den

ausführenden Computer zusätzlich dazu veranlassen,

- den Axialantrieb (4) für die Axialbewegung der Plastifizierschnecke (3) nach einer Axialposition gesteuert oder geregelt anzusteuern,

- den Drehantrieb (5) für die Rotationsbewegung der Plastifizierschnecke (3) nach einer Rotationsposition gesteuert oder geregelt anzusteuern und

- den Axialantrieb (4) und den Drehantrieb (5) so anzusteuern, dass sich aus der gesteuerten oder geregelten Axialposition und der gesteuerten oder geregelten Rotationsposition eine positionsgesteuerte oder positionsgeregelte Bewegungstrajektorie der

Plastifizierschnecke (3) ergibt.

Innsbruck, am 3. Februar 2022