DE10055022A1 - Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus mikrozellularem Schaum und entsprechende Vorrichtung - Google Patents

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.