DE10055022A1 - Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus mikrozellularem Schaum und entsprechende Vorrichtung - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus mikrozellularem Schaum und entsprechende VorrichtungInfo
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Abstract
Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus mikrozellularem Schaum wird ein Kunststoffgranulat mittels einer Schnecke plastifiziert. Anschließend wird zum plastifizierten Kunststoff Treibmittel zugeführt und dieses mit dem plastifizierten Kunststoff in einer Mischeinrichtung vermischt, wobei er in Druckhöhe als ein Aufschäumdruck anliegt. Die unter Druck stehende Mischung wird in einem Verweil- und Löseraum gefördert, in welchem vorgehende Mindestwerte von Druck und Temperatur für zumindest eine bestimmte Verweilzeit vorherrschen. Nach Ablauf der Verweilzeit wird eine Ausspritzeinrichtung geöffnet und die Mischung in ein Formwerkzeug eingespritzt. Anschließend wird die Ausspritzeinrichtung geschlossen und nach Fertigstellung das Formteil aus dem Formwerkzeug ausgeworfen. DOLLAR A Ein solches Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zeichnen sich insbesondere dadurch aus, daß in einfacher Weise bei allen verarbeitbaren und aufschäumbaren Kunststoffmaterialien eine vollständige Lösung des und insbesondere Sättigung mit Aufschäummittel im plastifizierten Kunststoffmaterial erreicht wird.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus mikrozellularem
Schaum und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Ein solches Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung sind beispielsweise aus der
DE 197 08 986 bekannt. Mittels einer Schnecke wird ein Kunststoffmaterial, wie bei
spielsweise ein Kunststoffgranulat, plastifiziert. Anschließend erfolgt eine Zufuhr von
einem Aufschäummittel mittels einer Aufschäummittelzufuhreinrichtung in den plastifi
zierten Kunststoff, wobei ein Druck höher als ein Aufschäumdruck bei der Zufuhr
herrscht, der auch in einer anschließenden Mischeinrichtung aufrecht erhalten wird. An
schließend wird die Mischung durch eine Ausspritzeinrichtung, die im wesentlichen
durch eine Zahnradpumpe als Drossel gebildet ist, an ein Formwerkzeug abgegeben. In
dem Formwerkzeug wird ein entsprechendes Formteil hergestellt und nach Ablauf einer
entsprechenden Abkühlzeit ausgeworfen.
Bei dem vorbekannten Verfahren und der entsprechenden Vorrichtung sind Mischein
richtung und Ausspritzeinrichtung im wesentlichen direkt hintereinander in Transport
richtung angeordnet. Zwar ist dadurch ein aufgeschäumtes Polymer mit guten Eigen
schaften bezüglich seiner mikrozellularen Struktur herstellbar. Es hat sich allerdings
herausgestellt, daß insbesondere in Abhängigkeit von den zu plastifizierenden und auf
zuschäumenden Kunststoffmaterialien das Aufschäummittels im plastifizierten Kunst
stoffmaterial teilweise unzureichend gelöst ist und insbesondere keine Sättigung des
plastifizierten Kunststoffmaterials mit Aufschäummittel in jedem Fall erreicht wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren bzw.
die entsprechende Vorrichtung dahingehend zu verbessern, daß in einfacher Weise bei
allen verarbeitbaren und aufschäumbaren Kunststoffmaterialien eine vollständige Lö
sung des und insbesondere Sättigung mit Aufschäummittel im plastifizierten Kunststoff
material erreicht wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 verfahrensmäßig und
durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 23 vorrichtungsmäßig ge
löst.
Erfindungsgemäß ist ein Verweil- und Löseraum der Ausspritzeinrichtung in Transport
richtung vorgeordnet. In diesem Verweil- und Löseraum verbleibt das plastifizierte
Kunststoffmaterial mit zugemischtem Aufschäummittel für eine bestimmte Verweilzeit,
wobei der Raum zumindest einen vorgegebenen Mindestdruck aufweist und vorzugs
weise auch eine bestimmte Mindesttemperatur aufweist. Dadurch wird der Mischung
aus plastifiziertem Kunststoff und Aufschäummittel unter bestimmten Druck- und Tem
peraturverhältnissen, die je nach verwendetem Kunststoffmaterial und verwendetem
Aufschäummittel variierbar sind, ausreichend Zeit gelassen, um das Aufschäummittel
vollständig zu lösen und insbesondere eine Sättigung mit dem Aufschäummittel herzu
stellen. Das Volumen des Verweil- und Löseraums wird in diesem Zusammenhang vor
teilhafterweise so gewählt, daß für wenigstens einen Einspritzvorgang gerade ausrei
chend Mischung in dem Raum vorhanden ist. Natürlich kann das Volumen des Raums
auch größer gewählt werden.
Um in einfacher Weise auch unterschiedliche Volumina im Verweil- und Löseraum zum
Ausspritzen bereit zu halten, kann die Größe des Verweil- und Löseraums durch eine
relativ zu diesem verschiebbare Einspritzeinheit variiert werden.
Um gegebenenfalls mögliche Druckabfälle in der Vorrichtung zu vermeiden oder den
Druck bei Bedarf erhöhen zu können, kann eine Nachdruckregelung für die Mischung im
Verweil- und Löseraum mittels der Schnecke und/oder der Einspritzeinheit erfolgen.
Um keine separaten Einrichtungen für das Einspritzen der Mischung über die Ausspritz
einrichtung in das Formwerkzeug zu benötigen, kann das Einspritzen der Mischung
durch die Einspritzeinheit selbst erfolgen.
Um insbesondere während der Bevorratung der Mischung im Verweil- und Löseraum
und auch beim Ausspritzen dieser Mischung eine Entkopplung von noch zu plastifizie
rendem oder zu mischendem Material zu erhalten, kann eine Verschlußeinrichtung eine
Verbindung zwischen Schnecke und/oder Mischeinrichtung einerseits und Verweil- und
Löseraum andererseits während der Schritte ii) und iii) nach Anspruch 1 herstellen, wo
bei die Einspritzeinheit bei Unterbrechung der Verbindung wenigstens den vorgegebe
nen und insbesondere einstellbaren Mindestdruck in der Mischung im Verweil- und Lö
seraum aufrechterhält.
Durch die Verschlußeinrichtung wird die Verbindung zwischen Schnecke/Mischeinheit
und Verweil- und Löseraum unabhängig vom Einspritzen der Mischung unterbrochen
und ist analog erst dann wieder herstellbar, wenn beispielsweise gleiche Drücke herr
schen oder zumindest die Druckverhältnisse zwischen diesen Bauteilen so sind, daß
kein Aufschäumen des im plastifizierten Kunststoffmaterials gelösten Aufschäummittel
erfolgt.
Dadurch sind die Einspritzeinheit bzw. der Verweil- und Löseraum einerseits und zumin
dest die Schnecke und gegebenenfalls die Mischeinheit andererseits drucktechnisch
voneinander entkoppelt. Das heißt, daß entsprechende Drücke in den verschiedenen
Einheiten unabhängig voneinander und insbesondere in Hinblick auf das Plastifizieren
des Kunststoffmaterials im Bereich der Schnecke und zum Ausspritzen der Mischung
mittels Einspritzeinheit und Ausspritzeinheit unabhängig voneinander wähl- und einstell
bar sind.
Außerdem ist durch die Verschlußeinrichtung unabhängig von der Betätigung der Ein
spritzeinheit die Verbindung zwischen dieser und dem Verweil- und Löseraum einerseits
und/oder Mischeinheit andererseits zur Übergabe von Material unterbrochen und wird
insbesondere erst dann wiederhergestellt, wenn die entsprechenden Drücke in den ge
trennten Einheiten ausreichend groß sind, um ein Aufschäumen sicher zu verhindern.
Die Verschlußeinrichtung dient weiterhin dazu, in einfacher Weise ein Pressen der Mi
schung in Richtung Mischeinheit oder Schnecke während des Einspritzens in das
Formwerkzeug zu unterbinden. Dadurch kann beispielsweise keine Beschädigung von
Mischeinheit und/oder Schnecke durch einen relativ hohen Einspritzdruck erfolgen.
Für die Herstellung von aufgeschäumten, mikrozellularem Schaum ist es weiterhin von
Vorteil, wenn eine Druckveränderung im Verweil- und Löseraum insbesondere bei Öff
nen der Ausspritzeinrichtung oder einer Volumenvariation des Verweil- und Löseraums
mit relativ kleinem Druckgradienten erfolgt. Dadurch wird ebenfalls die Qualität des mik
rozellularen Schaums verbessert.
Um die Herstellung der Mischung durch Bereitstellung von ausreichend viel plastifizier
tem Material zu beschleunigen, kann die Schnecke während des Öffnens der Ausspritz
einrichtung und des Einspritzens der Mischung im Formwerkzeug unter Aufrechterhal
tung eines Mindestdrucks zurückdrehen.
Durch die Verwendung der Verschlusseinrichtung ist es weiterhin möglich, dass nach
Schritt ii) und nach Schließen der Verschlusseinrichtung, die Einspritzeinheit vor Schritt
iv) einen insbesondere einstellbaren Haltedruck in der Mischung aufbaut. Dieser Halte
druck kann größer oder zumindest gleich dem eingestellten Mindestdruck sein. Insbe
sondere zeigt sich hier, dass die Drücke in Einspritzeinheit mit Verweil- und Löseraum
und Schnecke und/oder Mischeinheit in einfacher Weise separat einstellbar und an die
entsprechenden Gegebenheiten anpassbar sind.
Ein einfaches Ausführungsbeispiel für eine Einspritzeinheit kann beispielsweise eine
Kolben-Zylinder-Einheit sein, die je nach Stellung des Kolbens im Zylinder den zwischen
Verschlusseinrichtung und Ausspritzeinrichtung herrschenden Druck bestimmt. Ein sol
che Kolben-Zylinder-Einheit ist einfach steuerbar und bezüglich des herrschenden
Drucks regelbar.
Um sowohl die Einspritzeinheit einfach zu füllen als auch aus dieser entsprechendes
Material in Richtung Ausspritzeinheit zu pressen, kann die Einspritzeinheit im Wesentli
chen senkrecht zur Längsrichtung der Schnecke angeordnet sein.
Ein entsprechender Aufnahmezylinder der Kolben-Zylinder-Einheit kann einteilig mit
einem Schneckengehäuse ausgebildet sein oder auch nachträglich an diesem ange
bracht werden, wobei sich der entsprechende Aufnahmezylinder im Wesentlichen radial
auswärts vom Schneckengehäuse erstreckt und zumindest einen Teil des Verweil- und
Löseraums bildet.
Um einen Einspritzdruck bei geöffneter Ausspritzeinrichtung in einfacher Weise zu re
geln, kann die Einspritzgeschwindigkeit während des Schrittes iv) gesteuert werden. Die
Einspritzgeschwindigkeit ergibt sich analog zur Geschwindigkeit des Kolbens der Kol
ben-Zylinder-Einheit beim Auspressen der Mischung aus dem Ausnahmezylinder.
Eine weitere Möglichkeit zur Regelung des Einspritzdrucks kann darin gesehen werden,
dass der Einspritzdruck und insbesondere eine Änderung oder Variation des Einspritz
drucks im Formwerkzeug während des Schrittes iv) gemessen wird und der Einspritz
druck durch Steuerung des Abgabedrucks der Einspritzeinheit und/oder Steuerung der
Öffnung der Ausspritzeinrichtung geregelt wird.
Um den Einspritzdruck in diesem Zusammenhang zu bestimmen, kann wenigstens ein
Drucksensor im Formwerkzeug angeordnet sein. Um Drücke an anderen Stellen der
erfindungsgemäßen Vorrichtung bestimmen zu können, sind weitere Drucksensoren in
der Ausspritzeinrichtung, entlang des Transportweges zwischen Schnecke und Ein
spritzeinheit oder dergleichen anordnenbar.
Um durch die Schnecke bzw. den Extruder insbesondere das Kunststoffmaterial zu
plastifizieren, kann im Schritt i) die Schnecke auf der Stelle drehen und im Schritt iii) die
in der Mischeinheit hergestellte Mischung zum Verweil- und Löseraum mit der Einspritz
einheit befördert werden.
Bei einer Variante ist es möglich, dass im Schritt i) die Schnecke bzw. der Extruder sich
dreht und in sich in Richtung einer Zufuhreinrichtung zur Zufuhr des plastifizierbaren
Materials bewegt. Im letzteren Fall erfolgt eine langsamere Förderung des plastifizierten
Materials in Richtung Mischeinheit bzw. Verweil- und Löseraum.
Zur Zufuhr des Aufschäummittels sind verschiedene Möglichkeiten gegeben. Um bereits
im Bereich der Schnecke zumindest eine Vormischung zu erreichen, kann eine Auf
schäummittelzufuhreinheit im Bereich der Schnecke Aufschäummittel dem plastifizierten
Material zuführen. Alternativ oder zusätzlich kann die Zufuhr zwischen Schnecke und
Mischeinheit erfolgen. Die Aufschäummittelzufuhreinrichtung weist dabei im Bereich der
Schnecke und/oder zwischen Schnecke und Mischeinrichtung eine im Schneckenge
häuse mündende Zufuhrleitung auf. Über diese ist über ein entsprechendes Ventil und
eine entsprechende Pumpe Aufschäummittel dosiert und unter entsprechendem Druck
zudosierbar. Das heißt, Druck und Menge des zugeführten Aufschäummittels werden
durch die Aufschäummittelzufuhreinheit geregelt.
Eine insbesondere hinsichtlich der Zufuhr vorteilhafte Aufschäummittelzufuhreinrichtung
ergibt sich beispielsweise dadurch, dass diese das Aufschäummittel pulsierend, insbe
sondere mit einstellbarer Pulsrate zuführt.
Eine solche gepulste Zuführung oder auch die kontinuierliche Zuführung erfolgt insbe
sondere in einer solchen Weise, dass die Zufuhr von Aufschäummittel mit einer Schnecken
vorschubgeschwindigkeit des plastifizierten Materials korreliert ist.
In diesem Zusammenhang ist es insbesondere von Vorteil, wenn die Schnecke zur
Plastifizierung des zugeführten Kunststoffmaterials und/oder zum Transport des plastifi
zierten Kunststoffmaterials in Richtung Verweil- und Löseraum mit Einspritzeinheit in
ihrer Vorschubgeschwindigkeit einstellbar und/oder regelbar ist.
Um die Mischung zur Herstellung eines Formteils entsprechend dosieren zu können,
kann ein Volumen der Einspritzeinheit und/oder der Verweil- und Löseraum zur Auf
nahme der Mischung während Schritt iii) und zur Abgabe der Mischung während Schritt
iv) gemessen und entsprechend eine Dosierung der Mischung während der Schritt iv)
gesteuert werden. Eine einfache Möglichkeit zur Bestimmung dieses Volumens ist bei
spielsweise darin zu sehen, dass ein Verstellweg eines Kolbens der Kolben-Zylinder-
Einheit innerhalb des Aufnahmezylinders zur Bestimmung und Variation des Aufnahme
volumens messbar ist. Um zu verhindern, dass während des Befüllens der Einspritzein
heit und/oder des Verweil- und Löseraums bis zum Erreichen des gewünschten Auf
nahmevolumens ein Druckabfall bis unter den Aufschäumdruck erfolgt, kann das Auf
nahmevolumen der Einspritzeinheit druckgeregelt einstellbar sein.
Um bei Herstellung der Verbindung zwischen Schnecke und Einspritzeinheit zu verhin
dern, dass im Wesentlichen unkontrolliert Material in Richtung Einspritzeinheit und Ver
weil- und Löseraum oder in umgekehrter Richtung gedrückt wird, kann vor Schritt iii) ein
Haltedruck in der Mischung durch Schnecke und/oder Mischeinheit aufgebaut werden.
Um entsprechend zu verhindern, dass Material am Ende des Einspritzvorgangs unkon
trolliert nach Öffnen der Verschlusseinrichtung in Richtung Einspritzeinheit und Verweil-
und Löseraum fließt, kann nach Schritt iv) die Einspritzeinheit einen Gegendruck insbe
sondere relativ zum Haltedruck von Schnecke und/oder Mischeinheit aufrecht erhalten.
Eine einfache und einfach steuerbare Ausspritzeinrichtung kann dadurch realisiert wer
den, dass diese eine insbesondere pneumatisch oder hydraulisch betätigbare Ver
schlussdüse ist.
Um gegebenenfalls zusätzlich Einspritzdruck und/oder Einspritzmenge zu beeinflussen,
kann eine Einspritzöffnung der Einspritzeinrichtung in ihrer Größe steuerbar oder regel
bar sein.
Die Mischeinheit kann beispielsweise ein Mischer sein, wie er in der DE 197 08 986 be
schrieben ist. Um die Mischung von plastifiziertem Kunststoff und Aufschäummittel in
einfacher Weise zu realisieren und gegebenenfalls separat zu steuern, kann die Misch
einheit eine Zahnradpumpe sein.
Bei einem einfachen Ausführungsbeispiel besteht die Möglichkeit, dass die Mischeinheit
und insbesondere die Zahnradpumpe durch Vorschub des plastifizierten Materials be
wegt wird, so dass ein separater Antrieb für die Mischeinheit nicht notwendig ist.
Um allerdings die Mischeinheit unabhängig betätigen zu können, kann dieser eine in
ihrer Leistung variabel einstellbare Antriebseinrichtung zugeordnet sein. Dadurch fördert
die Mischeinheit die Mischung aktiv und kann in ihrer Fördergeschwindigkeit in Abhän
gigkeit zur Schneckenvorschubgeschwindigkeit geregelt sein. In vorteilhafter Weise
kann dabei der Druck zwischen Schnecke und Mischeinheit variiert werden.
Zur Steuerung der verschiedenen Einheiten, zur Druckmessung mittels der entspre
chenden Drucksensoren und zur weiteren Steuerung und Regelung der entsprechenden
Parameter der Vorrichtung kann dieser eine Steuereinrichtung zugeordnet sein. Diese
kann vor Ort bei der Vorrichtung angeordnet sein. Allerdings kann auch eine Übertra
gung der entsprechenden Daten zwischen Vorrichtung und Steuervorrichtung und eine
entsprechende Steuerung und Regelung der Parameter an der Vorrichtung durch die
Steuereinrichtung erfolgen, wenn diese getrennt von der Vorrichtung angeordnet ist und
eine Übermittlung der entsprechenden Daten über Datenleitung, ein Bussystem oder
dergleichen erfolgt.
Um insgesamt die Herstellung von Formteilen mittels der erfindungsgemäßen Vorrich
tung so beschleunigen, können die Schritte i) bis iii) zumindest teilweise gleichzeitig zum
Abkühlen des Formteils im geschlossenen Formwerkzeug ablaufen. Das heißt, dass
nach Auswerten eines abgekühlten und fertiggestellten Formteils aus dem Formwerk
zeug ein neuer Einspritzvorgang durch bereits in die Einspritzeinheit gefördertes Materi
al erfolgen kann.
Eine weitere Beschleunigung der Mischung von Formteilen kann erfindungsgemäß da
durch erfolgen, dass beispielsweise die Schritte i) und/oder ii) zumindest teilweise
gleichzeitig zum Schritt iv) ablaufen. Dies kann insbesondere durch die Verwendung der
Verschlusseinrichtung erfolgen, die es ermöglicht, gleichzeitig zum Einspritzen des Ma
terials durch die Einspritzeinheit bereits eine Plastifizierung von neuem Ausgangsmate
rial und/oder eine Mischung von plastifiziertem Material und Aufschäummittel ablaufen
zu lassen.
An dieser Stelle sei noch angemerkt, dass die Vorordnung der Verschlusseinrichtung in
Transportrichtung relativ zu Einspritzeinheit und Verweil- und Löseraum sowohl durch
entsprechende Anordnung der Verschlusseinrichtung zwischen Schnecke und Misch
einheit als auch zwischen Mischeinheit und Verweil- und Löseraum erfolgen kann.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der beigefügten Figu
ren näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemä
ßen Vorrichtung zur Herstellung eines Formteils aus mikrozellularem
Schaum, und
Fig. 2 einen Längsschnitt analog zur Fig. 1 durch ein weiteres Ausführungsbei
spiel.
In Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung 1 dargestellt. Diese Vorrichtung weist ein Schneckengehäuse 14 auf, in dem
eine Schnecke 2 drehbar gelagert ist. Zur Zufuhr von granulatförmigem Kunststoffmate
rial 4 ist an dem Schneckengehäuse 14 eine trichterförmige Zuführeinrichtung 3 vorge
sehen. Diese führt radial von aussen das Kunststoffmaterial der Schnecke 2 zu.
In Längsrichtung 25 der Schnecke 2 sind in Transportrichtung 6 eine Mischeinheit 7, ein
Verweil- und Löseraum 30 mit Einspritzeinheit 8 und eine Ausspritzeinrichtung 9 hinter
einander angeordnet. An das Schneckengehäuse 14 schließt sich in Transportrichtung 6
ein Formwerkzeug 10 zur Herstellung eines nicht dargestellten Formteils aus mikrozel
lularem Schaum an. Der mikrozellulare Schaum wird durch Plastifizieren des Kunst
stoffmaterials 4 und Vermischen des plastifizierten Kunststoffmaterials mit einem Auf
schäummittel im Bereich der Mischeinheit 7 hergestellt, wobei zumindest bis zur Aus
spritzeinrichtung 9 innerhalb des Schneckengehäuses oder -zylinders 14 ein Druck hö
her als ein Aufschäumdruck des im plastifizierten Kunststoffmaterials gelösten Auf
schäummittels herrscht.
Ein entsprechendes Aufschäummittel ist alternativ oder sowohl als auch durch Auf
schäummittelzufuhreinrichtungen 5 dem plastifizierten Kunststoffmaterial zuführbar. Die
Aufschäummittelzufuhreinrichtung 5 weist zumindest eine im Schneckengehäuse 14
mündende Zuführleitung 26 und eine mit dieser verbundene Pumpe für das Auf
schäummittel auf. Weiterhin kann ein entsprechendes Ventil in der Zuführleitung 26 an
geordnet sein.
Die Aufschäummittelzuführeinrichtung 5 kann stetig über einen gewissen Zeitraum oder
auch pulsierend Aufschäummittel in entsprechender Menge und unter entsprechendem
Druck dem plastifizierten Kunststoffmaterial zuführen.
Die Mischeinheit 7 ist aus einer Zahnradpumpe 22 und einer dieser zugeordneten An
triebseinrichtung 23 gebildet. Mittels der Antriebseinrichtung 23 wird die Zahnradpumpe
in Relation zu einer Schneckenvorschubgeschwindigkeit des plastifizierten Kunststoff
materials gedreht.
Zwischen Mischeinheit 7 und Verweil- und Löseraum 30 ist eine Verschlusseinrichtung
11 angeordnet. Diese kann beispielsweise als Bolzenverschluss oder Ventil ausgebildet
sein.
Die Einspritzeinheit 8 ist eine Kolben-Zylinder-Einheit 12. Diese weist einen Kolben 16
auf, der sich senkrecht zur Längsrichtung 25 der Schnecke 2 in einem sich vom Schnecken
gehäuse 14 radial nach außen erstreckenden Aufnahmezylinder 13 der Kolben-
ZylinderEinheit 12 bewegt. Je nach Stellung des Kolbens 16 im Aufnahmezylinder 13
ist ein Aufnahmevolumen 17 innerhalb des Aufnahmezylinders 13 bestimmt, welches
sich im Wesentlichen zwischen einem freien Ende des Kolbens 16 und einer Unterseite
des Aufnahmezylinders 13 erstreckt, und welches einen volumenvariablen Teil des Ver
weil- und Löseraums 30 bildet.
Das Aufnahmevolumen 17 ist durch Messung eines Verstellweges 15 des Kolbens 16
bestimmbar.
Zwischen Verweil- und Löseraum 30 und Formwerkzeug 10 ist die Ausspritzeinrichtung
9 angeordnet. Diese weist eine Verschlussdüse 18 auf, deren Ausspritzöffnung bzw.
-spalt 19 in der Größe einstellbar ist. Weiterhin ist die Verschlussdüse 18 verschließbar.
Das Formwerkzeug 10 kann einen Auswerfer (nicht dargestellt) aufweisen, durch den
ein fertiggestelltes und abgekühltes Formteil aus dem Formwerkzeug 10 auswerfbar ist.
Zur Bestimmung eines Drucks innerhalb des Formwerkzeugs 10 oder innerhalb des
Schneckengehäuses 14 sind Drucksensoren 20, 21 angeordnet. Diese sind wie die üb
rigen Einrichtungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 über entsprechende Verbin
dungsleitungen 27 mit einer Steuereinrichtung 24 für die Vorrichtung 1 verbunden. Über
die Verbindungsleitungen 27 sind entsprechende Messdaten beispielsweise von den
Drucksensoren 20, 21, bezüglich des Verstellweges 15, bezüglich der Drehgeschwin
digkeit der Zahnradpumpe 22, des Drucks und der Menge des durch die Aufschäum
mittelzufuhreinrichtung 5 zugeführten Aufschäummittels und dergleichen mübertragbar
und zur Steuerung und Regelung entsprechender Parameter der Vorrichtung 1 umsetz
bar.
In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in ei
nem Schnitt analog zu Fig. 1 dargestellt. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen
versehen.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 unterscheidet sich von dem nach Fig. 1 durch die
Ausbildung der Mischeinheit 7 durch Zahnradpumpen. Diese können einen eigenen An
trieb aufweisen, siehe auch Fig. 1, oder können durch das mittels der Schnecke 2 in
Transportrichtung 6 vorgeschobene Material gedreht werden.
In dem Verweil- und Löseraum 30 ist als Einspritzeinheit 8 ein in Transportrichtung 6 in
beide Richtung verschiebbarer Kolben 28 angeordnet. Dieser weist im wesentlichen in
Transportrichtung 6 verlaufende Durchlaßbohrungen 29 auf. Durch diese kann ge
mischtes Material bei Bewegung des Kolbens 28 in Richtung Mischeinheit 7 in den Ver
weil- und Löseraum 30 eintreten. Das Volumen des Verweil- und Löseraums 30 wird
durch die Stellung des Kolbens 28 relativ zum Schneckengehäuse 14 bestimmt. Zum
Ausspritzen des im Verweil- und Löseraums 30 für eine bestimmte Verweilzeit unter
bestimmten Druck und bestimmter Temperatur enthaltenen Materials ist nach Öffnen
der Ausspritzeinrichtung 9 der Kolben 28 in Richtung zum Formwerkzeug 10 verschieb
bar. Dabei sind die Durchlaßbohrungen 29 durch diesem zugeordnete Absperreinrich
tungen wie Ventile 31 verschlossen.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand der Fig. 1 und 2 kurz er
läutert.
Es wird von einem Ausgangszustand ausgegangen, bei dem das Formwerkzeug 10 ge
schlossen und noch nicht gefüllt ist. Der Verweil- und Löseraum 30 mit Einspritzeinheit 8
ist mit einer entsprechenden Mischung aus plastifiziertem Kunststoffmaterial und Auf
schäummittel bis zu einem bestimmten Aufnahmevolumen 17 geladen. Die Verschluss
einrichtung 11 ist geschlossen und zwischen Einspritzeinheit 8 und Formwerkzeug 10
bzw. Ausspritzeinrichtung 9 liegt ein Mindestdruck an, der zumindest höher als ein ent
sprechender Aufschäumdruck ist. Die Verschlussdüse 18 ist geschlossen. In dem
Schneckengehäuse 14 ist im Bereich von Schnecke 2 und Mischeinheit 7 ein Mindest
druck ebenfalls höher als der Aufschäumdruck aufgebaut. Eine Zufuhr von Aufschäum
mittel mittels der Aufschäummittelzufuhreinrichtung 5 ist unterbrochen.
In diesem Zustand wird der Kolben 16 bzw. 28 der Einspritzeinheit 8 bewegt, um einen
Düsenanlagedruck zum Einspritzen der Mischung in das Formwerkzeug 10 aufzubauen.
Die Verschlussdüse 18 wird anschließend geöffnet und unter Aufrechterhalten eines
Einspritzdrucks bewegt sich der Kolben 16 in dem Aufnahmezylinder 13 bzw. der Kol
ben 28 im Verweil- und Löseraum 30 zum Pressen des Materials in Richtung Ver
schlussdüse 18. Das Aufrechterhalten des Einspritzdrucks erfolgt beispielsweise durch
Geschwindigkeitsregelung der Kolben 16, 28 entlang ihrer Verstellwege oder über
Druckregelung mittels Drucksensor 20.
Nach entsprechender Zudosierung von Material zum Formwerkzeug 10 schließt die
Verschlussdüse 18 und ein Mindestdruck wird innerhalb des Schneckengehäuses 14 im
Verweil- und Löseraum 30.
Gleichzeitig zu den vorangehenden Abläufen oder nach Beendigung des Einspritzens in
das Formwerkzeug 10 erfolgt ein Plastifizieren von weiterem Kunststoffgranulat 4 durch
die Schnecke 2 bis ein gewisser Staudruck vor der Verschlusseinrichtung 11 aufgebaut
ist. Anschließend wird die Verschlusseinrichtung 11 geöffnet und Material von Schnecke
2 und Mischeinheit 7 in Richtung Verweil- und Löseraum 30 gefördert. Gleichzeitig dazu
erfolgt ein Zufuhr von Aufschäummittel über die Zuführleitung 26 mittels der zugeord
neten Pumpe, wobei ein Druck bei der Zufuhr des Aufschäummittels größer als ein
Schmelzdruck im plastifizierten Kunststoffmaterial ist. Die Steuerung dieses Drucks er
folgt über den Gegendruck der Einspritzeinheit 8 und erst bei Erreichen dieses entspre
chenden Drucks wird ein Ventil in der Aufschäummittelzufuhreinrichtung 5 geöffnet und
entsprechendes Aufschäummittel wird dem plastifizierten Kunststoffmaterial zugesetzt.
Anschließend erfolgt eine Mischung von Aufschäummittel und plastifiziertem Kunst
stoffmaterial bzw. Schmelze im Bereich eines freien Endes der Schnecke 2 und/oder im
Bereich der Mischeinheit 7. Die Mischeinheit kann passiv durch einen Vorschub der
Schmelze mittels der Schnecke 2 oder auch aktiv durch die entsprechende Antriebsein
richtung 23 betätigt werden.
Bei einer aktiv betätigten Mischeinheit 7 ist darauf zu achten, dass deren Drehzahl ent
sprechend einer Schneckenvorschubgeschwindigkeit geregelt wird.
Während der Förderung der Schmelze in Richtung Verweil- und Löseraum 30 werden
Kolben 16, 29 druckgeregelt zurückgefahren und nach Erreichen eines bestimmten Ver
stellweges, der ein einstellbares Aufnahmevolumen des Verweil- und Löseraums 30
bestimmt, wird die Zufuhr von Aufschäummittel unterbrochen, die Mischeinheit 7 wird
angehalten, falls sie separat angetrieben wird, eine Schneckenvorschubbewegung wird
beendet, die Verschlusseinrichtung 11 schließt und Einspritzeinheit 8 und Schnecke 2
halten einen Mindestdruck auf der jeweiligen Seite der Verschlusseinrichtung 11 inner
halb des Schneckengehäuses 14 aufrecht.
Sollte während des Füllens des Verweil- und Löseraums 30 bereits eine entsprechende
Abkühlzeit für ein noch im Formwerkzeug 10 angeordnetes Formteil abgelaufen sein,
wird dieses durch einen entsprechenden Auswerfer nach Öffnen des Werkzeugs aus
geworfen. Ansonsten wird eine Restkühlzeit abgewartet und dann nach Auswerten und
erneutem Schließen des Formwerkzeugs, wird ein erneuter Einspritzvorgang, wie oben
beschrieben, eingeleitet.
Erfindungsgemäß ist insbesondere zu beachten, daß die Schmelze mit Aufschäummittel
im Verweil- und Löseraum 30 nach der Mischung für eine bestimmte Verweilzeit unter
bestimmten Druck- und Temperaturbedingungen verbleibt. Dabei hat sich herausge
stellt, daß die Qualität des hergestellten Materials mit zunehmender Verweilzeit, zuneh
mendem Druck und zunehmender Temperatur verbessert wird. In diesem Zusammen
hang ist zu beachten, daß eine Verweilzeit ausreichend sein kann, die gerade zum Be
füllen des Verweil- und Löseraums 30 notwendig ist. Der Druck im Verweil- und Löse
raum ist durch entsprechende Stellung des Kolbens 16, 28 bestimmbar und die Tempe
ratur kann durch zusätzliche Heizeinrichtungen beispielsweise am Schneckengehäuse
14 entsprechend eingestellt werden.
Es sei noch angemerkt, daß der Kolben 28 im Bereich seiner Durchgangsbohrungen 29
so ausgebildet sein kann, daß er die Mischeinheit 7 ersetzt oder zumindest bei Durchtritt
der Schmelze durch die Durchlaßbohrungen eine Nachmischung stattfindet.
Claims (41)
1. Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus mikrozellularem Schaum mit den
folgenden Schritten:
- a) Plastifizieren eines Kunststoffgranulats mittels einer Schnecke;
- b) Zuführen eines Treibmittels zum plastifizierten Kunststoff und Vermischen mit dem plastifizierten Kunststoff in einer Mischeinrichtung, wobei ein Druck hö her als ein Aufschäumdruck anliegt;
- c) Fördern der unter Druck stehenden Mischung in einen Verweil- und Löse raum (30), in welchem vorgegebene Mindestwerte von Druck und Tempe ratur für zumindest eine bestimmte Verweilzeit vorherrschen;
- d) Öffnen einer Ausspritzeinrichtung nach Ablauf der Verweilzeit und Einsprit zen der Mischung in ein Formwerkzeug, und
- e) Schließen der Ausspritzeinrichtung und Auswerfen des Formteils aus dem Formwerkzeug (10) nach Fertigstellung.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des Ver
weil- und Löseraums (30) durch eine relativ zu diesem verschiebbare Einspritzein
heit (8) variiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nach
druckregelung für die Mischung im Verweil- und Löseraum (30) mittels der Schnecke
(2) und/oder der Einspritzeinheit (8) erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass das Einspritzen der Mischung in das Formwerkzeug (10) durch die Einspritz
einheit (8) erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass eine Verschlußeinrichtung (11) eine Verbindung zwischen Schnecke (2)
und/oder Mischeinrichtung (7) einerseits und Verweil- und Löseraum (30) anderer
seits während der Schritte (ii) und (iii) herstellt, wobei die Einspritzeinheit (8) bei
Unterbrechung der Verbindung wenigstens den vorgegebenen und insbesondere
einstellbaren Mindestdruck in der Mischung aufrechterhält.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass eine Druckveränderung im Verweil- und Löseraum (30) bei insbesondere
Öffnen der Ausspritzeinrichtung oder Änderung des Volumens des Verweil- und
Löseraums (30) mit relativ kleinem Druckgradienten erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Schnecke (2) während des Schritts (iv) unter Aufrechterhaltung eines
Mindestdrucks zurückbewegt.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass nach Schritt (ii) und nach Schließen der Verschlußeinrichtung (11) die Ein
spritzeinheit (8) einen insbesondere einstellbaren Haltedruck in der Mischung auf
baut.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass eine Einspritzgeschwindigkeit während des Schritts iv) zur Regelung des
Einspritzdrucks gesteuert wird.
10. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeich
net durch Messen des Einspritzdrucks und insbesondere von Änderungen des
Einspritzdrucks (Druckgradient) im Formwerkzeug (10) während des Schrittes iv)
und Regeln des Einspritzdrucks durch Steuerung eines Abgabedrucks der Ein
spritzeinheit (8) und/oder durch Steuerung einer Öffnung (19) der Ausspritzein
richtung (9).
11. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, dass im Schritt i) die Schnecke (2) auf der Stelle dreht und im
Schritt iii) die Mischeinrichtung (7) die Mischung zum Verweil- und Löseraum (30)
mit Einspritzeinheit (8) fördert und/oder homogenisiert.
12. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, dass im Schritt i) die Schnecke (2) dreht und sich in Richtung einer
Zuführeinrichtung (3) zur Zufuhr des plastifizierbaren Materials (4) bewegt.
13. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, dass eine Aufschäummittelzufuhreinrichtung (5) im Bereich der
Schnecke (2) und/oder zwischen Schnecke (2) und Mischeinheit (7) Aufschäum
mittel dem plastifizierten Material zuführt.
14. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, dass die Aufschäummittelzufuhreinrichtung (5) das Aufschäum
mittel pulsierend, insbesondere mit einstellbarer Pulsrate zuführt.
15. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, dass die Aufschäummittelzufuhreinrichtung (5) Druck und Menge
des zugeführten Aufschäummittels regelt.
16. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, dass ein Volumen (17) der Einspritzeinheit (8) und/oder des Ver
weil- und Löseraums (30) zur Aufnahme der Mischung während Schritt iii) und zur
Abgabe der Mischung während Schritt iv) gemessen und entsprechend zur Dosie
rung der Mischung während Schritt iv) gesteuert wird.
17. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeich
net durch Aufbau eines Haltedrucks in der Mischung durch Schnecke (2)
und/oder Mischeinheit (7) vor Schritt iii).
18. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, dass nach Schritt iv) die Einspritzeinheit (8) einen Gegendruck auf
recht erhält.
19. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, dass im Schritt ii) die Zufuhr von Aufschäummittel mit einer Schnecken
vorschubgeschwindigkeit des plastifizierten Materials korreliert.
20. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, dass die Schritte i) bis iii) zumindest teilweise gleichzeitig zum Ab
kühlen des Spritzformteils im geschlossenen Formwerkzeug (10) ablaufen.
21. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, dass die Mischeinheit (7) die Mischung aktiv fördert und ihre För
dergeschwindigkeit in Abhängigkeit zur Schneckenvorschubgeschwindigkeit gere
gelt wird.
22. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, dass die Schritte i) und/oder ii) zumindest teilweise gleichzeitig
zum Schritt iv) ablaufen.
23. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden An
sprüche, wobei die Vorrichtung (1) eine Schnecke (2), der über eine Zuführein
richtung (3) plastifizierbares Kunststoffmaterial (4) zusetzbar ist, eine Aufschäum
mittelzufuhreinrichtung (5) zum Zusetzen eines Aufschäummittels, eine der
Schnecke (2) in Transportrichtung (6) nachgeordnete Mischeinrichtung (7) sowie
eine Ausspritzeinrichtung (9) und ein Formwerkzeug (10) zum Spritzgießen eines
Formteils aus von der Ausspritzeinrichtung (9) zugeführtem mikrozellularem
Schaum aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausspritzeinrichtung (9) in
Transportrichtung (6) ein für eine bestimmte Verweilzeit zumindest einen vorgege
benen Mindestdruck aufweisender Verweil- und Löseraum (30) vorgeordnet ist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einspritzein
heit (8) dem Verweil- und Löseraum (30) zugeordnet ist.
25. Vorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass eine
Verschlußeinrichtung (11) dem Verweil- und Löseraum (30) in Transportrichtung
(6) vorgeordnet und zumindest während eines Einspritzens des mikrozellularen
Schaums durch die Einspritzeinheit (8) über die Ausspritzeinrichtung (9) in das
Formwerkzeug (10) geschlossen ist.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass
die Einspritzeinheit (8) eine Kolben-Zylinder-Einheit (12) ist.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass
die Einspritzeinheit (8) im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung (25) der
Schnecke (2) angeordnet ist.
28. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekenn
zeichnet, dass ein Aufnahmezylinder (13) der Kolben-Zylinder-Einheit (12) sich im
Wesentlichen radial auswärts von einem Schneckengehäuse(14) erstreckt, und ei
nen Teil des Verweil- und Löseraums (30) bildet.
29. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche 23 bis 28, da
durch gekennzeichnet, dass ein Verstellweg (15) eines Kolbens (16) der Kolben-
Zylinder-Einheit (12) innerhalb des Aufnahmezylinders (13) zur Bestimmung und
Variation eines Aufnahmevolumens (17) regelbar ist.
30. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 23 bis 29, dadurch ge
kennzeichnet, dass die Einspritzeinheit (8) ein im Verweil- und Löseraum (30)
verschieblich gelagerter Kolben (28) ist, welcher absperrbare, im wesentlichen in
Transportrichtung verlaufende Durchlaßöffnungen aufweist.
31. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 23 bis 30, dadurch ge
kennzeichnet, dass Ventile zur Absperrung der Durchlaßöffnungen angeordnet
sind.
32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass
die Ausspritzeinrichtung (9) eine insbesondere durch ein Fluid oder elektrisch be
tätigbare Verschlussdüse (18) ist.
33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Ausspritzöffnung (19) der Ausspritzeinrichtung (9) in ihrer Größe steuerbar
oder regelbar ist.
34. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 23 bis 33, dadurch ge
kennzeichnet, dass wenigstens ein Drucksensor (20, 21) im Formwerkzeug (10)
und/oder der Ausspritzeinrichtung (9) und/oder entlang des Transportweges zwi
schen Schecke (2) und Einspritzeinheit (8) angeordnet ist.
35. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 23 bis 34, dadurch ge
kennzeichnet, dass die Mischeinheit (7) eine Zahnradpumpe (22) ist.
36. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 23 bis 35, dadurch ge
kennzeichnet, dass der Mischeinheit (7) eine in ihrer Leistung variabel einstellba
re Antriebseinrichtung (23) zugeordnet ist.
37. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 23 bis 36, dadurch ge
kennzeichnet, dass der Vorrichtung (1) eine Steuereinrichtung (24) zugeordnet
ist.
38. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 23 bis 37, dadurch ge
kennzeichnet, dass die Aufschäummittelzufuhreinrichtung (5) eine im Bereich der
Schnecke (2) und/oder zwischen Schnecke (2) und Mischeinheit (7) im Schnecken
zylinder (14) mündende Zufuhrleitung aufweist.
39. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 23 bis 38, dadurch ge
kennzeichnet, dass die Verschlusseinrichtung (11) der Mischeinheit (7) in Trans
portrichtung (6) nachgeordnet ist.
40. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 23 bis 39, dadurch ge
kennzeichnet, dass die Schnecke (2) zur Plastifizierung des zugeführten Kunst
stoffmaterials (4) und/oder zum Transport des plastifizierten Kunststoffmaterials in
ihrer Vorschubgeschwindigkeit einstellbar und/oder regelbar ist.
41. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 23 bis 40, dadurch ge
kennzeichnet, dass das Aufnahmevolumen (17) der Einspritzeinheit (8) druckge
regelt einstellbar ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2000155022 DE10055022A1 (de) | 2000-11-07 | 2000-11-07 | Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus mikrozellularem Schaum und entsprechende Vorrichtung |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE2000155022 DE10055022A1 (de) | 2000-11-07 | 2000-11-07 | Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus mikrozellularem Schaum und entsprechende Vorrichtung |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |