DE10156522A1

DE10156522A1 - Spritzgießcompounder

Info

Publication number: DE10156522A1
Application number: DE10156522A
Authority: DE
Inventors: Walter Wohlrab
Original assignee: Krauss Maffei Kunststofftechnik GmbH
Current assignee: KraussMaffei Technologies GmbH
Priority date: 2001-11-16
Filing date: 2001-11-16
Publication date: 2003-06-05
Anticipated expiration: 2021-11-17
Also published as: US20040265419A1; DE10156522B4; EP1456001A1; CA2467256A1; WO2003041940A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Spritzgießcompounder, umfassend einen Extruder mit einem Extrudergehäuse und zumindest einer im Extrudergehäuse drehbar angeordneten Extruderschnecke zur Erzeugung von Schmelze, einer Einspritzeinrichtung, die mit dem Ausgang des Extruders strömungsmäßig verbunden oder verbindbar ist, sowie einer Speichereinrichtung zum Zwischenspeichern von Schmelze. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Speichereinrichtung in Förderrichtung des Extruders vor dem Ende der zumindest einen Extruderschnecke mit dem Extrudergehäuse derart verbunden ist, um in dem Extruder gebildete Schmelze in der Speichereinrichtung zu speichern.

Description

Die Erfindung betrifft einen Spritzgießcompounder, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, verschiedene Ausgangsmaterialien, von denen zumindest ein Ausgangsmaterial ein thermoplastisches Material ist, in einem Extruder zu einer homogenen Schmelze zu verarbeiten, um diese Schmelze dann über eine Einspritzvorrichtung in eine Form einzubringen. Dazu wird die Schmelze mit hohem Druck in eine Kavität eingedrückt. Beispiele für unterschiedliche miteinander zu vermischende Materialien sind thermoplastische Polymere oder sogenannte Thermosetting-Polymere mit organischen oder anorganischen Partikeln oder faserförmigen Füllelementen und Keramiken mit Wachs- oder Polymerbindemitteln.

Nachfolgend wird eine solche Vorrichtung, umfassend einen Extruder sowie eine strömumgsmäßig in Anschluss daran angeordnete Einspritzvorrichtung, als Spritzgießcompounder bezeichnet. Ein Spritzgießcompounder ist beispielsweise aus der WO 86/06321 bekannt. Dieses Dokument beschreibt insbesondere in Fig. 2 einen Compounder, mit einem Zwei-Schnecken-Extruder zur Erzeugung von Schmelze, die dann in eine Kolbeneinspritzeinheit weitergeleitet wird. Durch das Vorschieben des Kolbens wird die in der Kammer der Einspritzeinrichtung vorhandene Schmelze in die Kavität der Werkzeugform eingebracht. Beim Zurückfahren des Kolbens gibt eine Rückstromsperre den Weg für die Schmelze nach vorne frei, so dass wieder eine ausreichende Einschussmengen vor dem Kolben platzierbar ist.

Als nachteilig hat sich bei einem solchen Spritzgießcompounder erwiesen, dass der Extruder nur diskontinuierlich betrieben werden kann und bei jedem Einspritzvorgang zwischenzeitlich abzuschalten ist.

Um einen quasi-kontinuierlichen Betrieb bei einem kontinuierlich arbeitenden Extruder und einer intermittierend arbeitenden Einspritzvorrichtung sicherzustellen, sind bereits Vorrichtungen bekannt, bei denen ein Zwischenspeicher (auch Pufferspeicher genannt) vorgesehen ist. In diesem wird das ständig vom Extruder nachgelieferte Schmelzematerial während eines Einspritzvorganges zwischengespeichert. Wird die Einspritzvorrichtung wieder zur Befüllung mit Schmelze freigegeben, wird sowohl aus dem Extruder als auch aus dem Zwischenspeicher Schmelzematerial in die Einspritzeinrichtung eingeführt. Als Vertreter solcher Vorrichtungen seien die US 6,071,462, die DE 11 42 229 sowie die JP Gbm-36-19372 genannt.

Bei diesen Spritzgießcompoundern ist die Speichereinrichtung jedoch zum Teil aufwändig konstruiert und es sind jeweils Zu- und Ableitungen vom Speicher weg bzw. zum Speicher hin notwendig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Spritzgießcompounder der eingangsgenannten Art anzugeben, der sich durch die Einfachheit seiner Konstruktion sowie durch seine kostengünstige Herstellungsweise auszeichnet.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Demgemäß ist bei einem bekannten Spritzgießcompounder die an sich bekannte Speichereinrichtung in Förderrichtung des Extruders vor dessen Ausgang und in Axialrichtung gesehen in einem Bereich der Extruder-Schnecke mit dem Innenraum des Extrudergehäuses strömungsverbunden.

Durch diese konstruktive Ausgestaltung gelangt eine im Extruder hergestellte Schmelze bei einer Betriebsweise noch bevor sie zu dessen Ausgang gelangt in den Zwischenspeicher und wird in einem anderen Betriebszustand wieder aus dem Zwischenspeicher in den Extruder hinein ausgeführt. Die dabei vorzusehende Öffnung des Extrudergehäuses, durch den der Aus- bzw. Eintrag der Schmelze aus oder in die Speichereinrichtung durchgeführt wird, befindet sich somit in axialer Richtung des Extruders gesehen im Bereich der zumindest einen Extruder-Schnecke. Dies bringt weitere Vorteile mit sich. So kann die Schmelze nach dem Verlassen des Extruders direkt der Einspritzeinrichtung zugeführt werden, ohne dass es nochmals eines gesonderten Umwegs über einen Speicher bedarf. Zudem wird die im Speicher zwischengespeicherte Schmelze während des Austragsvorganges aus der Speichereinrichtung wieder mit im Extruder befindlicher Schmelze gemischt. Zu diesem Zweck sind vorzugsweise Mischelemente im Extruder, insbesondere an den Extruder- Schnecken vorgesehen. Diese Mischelemente können sowohl im Bereich der Austrags- und Einlassöffnung, wie auch strömungsabwärts vorgesehen sein. Insgesamt ist mit der vorliegenden Erfindung also ein kontinuierlich angetriebener Extruder angegeben, dessen Schmelzeproduktion nur chargenmäßig abgenommen werden muss.

Ein weiterer Vorteil kann bei hochviskosem Schmelzmaterial darin gesehen werden, dass das letzte Ende des Extruders mit seiner Förderwirkung den Transport der Schmelze und das Einbringen in die Einspritzeinrichtung unterstützt.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Speichereinrichtung integral mit dem Extruder ausgebildet. Insbesondere kann die Speichereinrichtung unmittelbar am Extrudergehäuse angeflanscht sein. Dies führt zu einer besonders kompakten Ausführungsform des Spritzgießcompounders. Dadurch können insbesonders zusätzliche Leitungen und damit Kosten eingespart werden.

Bei einer einfachen Ausführungsform der Erfindung weißt die Speichereinrichtung ein Speichergehäuse, beispielsweise in zylindrischer Form auf, in dessen Innenraum ein Kolben zur Bildung des Speicherraums mit variablen Volumen verschieblich geführt ist. Der Kolben in der Speichereinrichtung kann in Richtung zur Extruder-Schnecke hin und/oder von der Extruder-Schnecke weg fremdbeaufschlagt werden. In diesem Falle ist ein geregeltes Aus- oder Einbringen von Schmelze in die Speichereinrichtung möglich. Natürlich müssten in diesem Fall entsprechende Feder-, Hydraulik-, Pneumatik-, elektromotorische oder mechanische Vorrichtungen zu Beaufschlagung des Kolbens sowie entsprechende Steuer- und Regelvorrichtungen vorgesehen sein.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die extruderschneckenseitige Fläche des Kolben der Speichereinrichtung komplementär zu der Schneckengeometrie derart ausgebildet ist, dass die Kontur des Extrudergehäuses, insbesondere des Extruderzylinders, bei vollständig nach innen verschobenen Kolben nachgebildet ist. Dies führt dazu, dass der Zwischenspeicher vollkommen entleert werden kann und keine Rückstände in der Speichereinrichtung verbleiben.

Natürlich kann der Extruder mit ein, zwei oder mehr Schnecken bestückt sein. Besonders geeignet haben sich Zwei-Schneckenextruder erwiesen, deren Schnecken gleich- oder gegensinnig betrieben werden.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und mit Bezug auf die vorliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Spritzgießcompounders mit Einspritzeinrichtung und Extruder samt integrierter Speichereinrichtung und
Fig. 2 eine Schnittdarstellung aus Fig. 1 gemäß Schnitt A-A.
Beim vorliegenden konkreten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Spritzgießcompounders ist ein Extruder 10 vorgesehen, der ein Extrudergehäuse 12 in Form eines Extruderzylinders aufweißt. In dem Extrudergehäuse 12 sind zwei gleichsinnig rotierende Extruder-Schnecken 14 drehbar angeordnet. Ein Antrieb für die Extruder- Schnecken ist vorliegend nicht dargestellt, da er nicht unmittelbarer Gegenstand der Erfindung ist.
Im Extrudergehäuse 12 sind zwei Einfüllöffnungen, nämlich ein erster Einfülltrichter 16 und ein zweiter Einfülltrichter 18, vorgesehen. Über die Einfülltrichter können verschiedene Materialien in den Extruder 10 eingeführt werden. Beispielsweise ist möglich, über den ersten Einfülltrichter 16 ein Polypropylen-Granulat in den Extruder 10 einzubringen und über den zweiten Einfülltrichter 18 ein Glasfasermaterial beizugeben.
Durch den Betrieb der Extruder-Schnecken 14 entsteht im Extruder 10 dann eine Schmelze mit Glasfaserbeimischung. Der Ausgang 20 des Extruders 10 ist in an sich bekannter Weise über eine Verbindungsleitung 22 mit dem vorderen Teil einer Einspritzeinrichtung 40 verbunden. Dabei mündet die Verbindungsleitung 22 in den vorderen Teil einer Einspritz-Kammer 42 der Einspritzeinrichtung 40. Um die Einspritzeinrichtung 40 vom Extruder 10 abkoppeln zu können, ist in der Verbindungsleitung 22 ein Ventil 24 zur Unterbrechung der Strömungsverbindung vorgesehen.
Die Einspritzeinrichtung 40, auch Shot-pot genannt, ist herkömmlich ausgebildet und umfasst im wesentlichen einen Einspritzkolben 44, der in einem Einspritzzylinder 55 hin und her bewegbar ist. Die Beaufschlagung des Einspritzkolbens 44 erfolgt über eine nicht näher dargestellte Hydraulikeinrichtung, die in einer Hydraulik-Kammer 46 einen Hydraulik-Kolben 47 zum Hin- und Herbewegen des Einspritzkolbens 44 beaufschlagt.
Die Funktionsweise der Einspritzeinrichtung 40 ist an sich bekannt. Bei geöffnetem Ventil 24 wird die Einspritz-Kammer 42 unter Zurückziehen oder -schieben des Kolbens 44 mit Schmelze befüllt. Ist die Einspritz-Kammer 42 in gewünschter Weise befüllt, so wird das Ventil 24 geschlossen, und die Schmelze wird durch Beaufschlagung des Kolbens 44 nach vorne über eine Einspritzdüse in eine Kavität eines Formwerkzeugs (nicht dargestellt) eingebracht.
Ein wesentlicher Bestandteil bei der vorliegenden Ausführungsform ist eine Speichereinrichtung 50 für die Schmelze, die ein zylindrisches Gehäuse 52 umfasst, welches am Extrudergehäuse 12 unmittelbar angeflanscht ist. In dem zylindrischen Gehäuse 52 ist senkrecht zur Förderrichtung des Extruders 10 hin und her verschieblich ein Kolben 54 gelagert. Durch das Hin- und Herbewegen des Kolbens wird ein Reservoir mit variablen Volumen geschaffen. Der Innenraum des Extruders 10 ist mit diesem Reservoir strömungsmäßig verbunden, und zwar vorliegend über eine Bohrung mit gleichbleibendem Durchmesser.
Das extruderschneckenseitige Ende 56 des Kolbens 54 ist wie in Fig. 2 näher dargestellt entsprechend der Innenkontur des Extruderzylinders 12 ausgebildet. Auf diese Weise lässt sich das Reservoir bei vollständig nach innen verschobenen Kolben auf Null bringen, so dass in diesem Zustand keine Schmelzereste in der Speichereinrichtung verbleiben können.
Vorliegend nicht dargestellt sind Vorrichtungen mit denen der Kolben 52 in Richtung zu den Extruder-Schnecken 14 hin oder von dieser weg beaufschlagt werden. Beispielsweise können dafür Federelemente, Pneumatik-, Hydraulik- oder Elektromagnetische Vorrichtung verwendet werden. Durch eine entsprechende gesteuerte oder geregelte Beaufschlagung Kolbens 54 ist ein Aus- bzw. Eintrag der Schmelze aus oder in die Speichereinrichtung 50 in genau gewünschter Weise möglich. In jedem Fall sollte der Kolben 54 zur Extruder-Schnecke hin dann mit Kraft beaufschlagt sein, wenn ein Austrag der Schmelze aus der Speichereinrichtung 50 zurück in den Extruder 10 gewünscht wird.
Die Funktionsweise des vorliegenden erfindungsgemäßen Spritzgießcompounders ist wie folgt: Bei geöffnetem Ventil 24 und der Betriebsphase bei der Schmelze in die Einspritzeinrichtung 40 einzubringen ist, wird die Schmelze direkt aus dem Extruder 10 über die Verbindungsleitung 22 in die Einspritz-Kammer 42 der Einspritzeinrichtung 40 geführt.
Ist dann die Einspritz-Kammer 42 ausreichend gefüllt und wird das Ventil 24 für einen Einspritzvorgang geschlossen, so weicht die Schmelze bei fortwährendem Betrieb der Extruder-Schnecken 14 und damit fortwährender Produktion von Schmelze in die Speichereinrichtung 50 aus, wodurch der Kolben 52 in den beiliegenden Figuren nach oben verschoben wird. Im Bereich (F) des Extruders 10 findet in diesem Betriebszustand keine weitere Schmelzeförderung mehr statt. Vielmehr verbleibt die in diesem Bereich befindliche Schmelze in diesem Bereich.
Die Schmelze wird solange in die Speichereinrichtung 50 eingebracht, wie das Ventil 24 geschlossen bleibt. Dazu sollte natürlich das Volumen der Speichereinrichtung 50 derart dimensioniert werden, dass die während der Geschlossenstellung des Ventils 24 anfallende Schmelze vollständig in der als Puffer wirkenden Speichereinrichtung 50 aufgenommen werden kann.
Wird das Ventil 24 nach einem Einspritzvorgang wieder zum Füllen der Einspritzeinrichtung 40 geöffnet, drückt der nach innen beaufschlagte Kolben 52 die in der Speichereinrichtung 50 aufgenommene Schmelze wieder in den Innenraum des Extruders 10 zurück. Dabei sind die Extruder-Schnecken 14 vorzugsweise so ausgebildet, dass die aus der Speichereinrichtung 50 stammende Schmelze mit der aus dem strömungsaufwärts befindlichen Extruderteil stammenden Schmelze gemischt wird.
Während des Beladevorgangs der Einspritzeinrichtung 40 wird das Reservoir der Speichereinrichtung 50 vollständig geleert. Durch die, insbesondere, aus Fig. 2 ersichtliche Ausbildung der Kolbeninnenfläche wird sichergestellt, dass die Schmelze vollständig wieder in den Extruder 10 zurückgeführt wird. Damit werden Schmelzerückstände in der Speichereinrichtung 50 vermieden.
Der Schneckenabschnitt F kann überdies im Sinne einer besseren Förderwirkung ausgebildet werden, so dass insbesondere hochviskose Schmelze problemlos über die Versorgungsleitung 22 zur Einspritzeinrichtung 40 förderbar ist.
Mit der vorliegenden Erfindung ist ein kostengünstiger, kompakter und einfach aufgebauter Spritzgießcompounder angegeben, der auch bei kontinuierlichem Schneckenbetrieb einen chargenweise Austrag zulässt. Bezugszeichenliste 10 Extruder
12 Extruder-Zylinder
14 Extruder-Schnecke
16 erste Einfüllöffnung
18 zweite Einfüllöffnung
20 Extruder-Auslass
22 Verbindungsleitung
24 Ventil
40 Einspritzeinrichtung
42 Einspritz-Kammer
44 Einspritz-Kolben
46 Hydraulik-Kammer
47 Hydraulik-Kolben
48 Einspritzdüse
50 Speichereinrichtung
52 Gehäuse
54 Speicherkolben
56 schneckenseitiges Kolbenende

Claims

1. Spritzgießcompounder umfassend
einen Extruder (10) mit einem Extrudergehäuse (12) und zumindest einer im Extrudergehäuse (12) drehbar angeordneten Extruder-Schnecke (14) zur Erzeugung von Schmelze,
eine Einspritzeinrichtung (40), die mit dem Ausgang des Extruders (10) strömungsmäßig verbunden oder verbindbar ist, sowie
eine Speichereinrichtung (50) zum Aufnehmen und Abgeben von Schmelze, die mit dem Extruder strömungsmäßig verbunden oder verbindbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Speichereinrichtung (50) in Förderrichtung des Extruders (10) vor dessen Ausgang und in Axialrichtung gesehen in einem Bereich der Extruder- Schnecke (14) mit dem Innenraum des Extrudergehäuses (12) strömungsverbunden ist.

2. Spritzgießcompounder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinrichtung (50) integral mit dem Extruder (10) ausgebildet ist.

3. Spritzgießcompounder nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinrichtung (50) unmittelbar am Extrudergehäuse (12) angeflanscht ist.

4. Spritzgießcompounder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinrichtung (50) ein Speichergehäuse (52) aufweist, in dem ein Kolben zur Bildung eines Speicherraumes mit variablem Volumen verschieblich geführt ist.

5. Spritzgießcompounder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (54) in Richtung der zumindest einen Extruder-Schnecke (14) hin und/oder entgegengesetzt dazu beaufschlagbar ist.

6. Spritzgießcompounder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beaufschlagung des Kolbens (54) eine Feder-, Hydraulik-, Pneumatik- oder elektromotorische oder mechanische Vorrichtung vorgesehen ist.

7. Spritzgießcompounder nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
dass der extruderschneckenseitige Teil des Kolbens (54) derart ausgeformt ist,
dass bei vollständig zur Extruder-Schnecke (14) verschobenem Kolben (52) der Speicherraum im wesentlichen zu Null wird.

8. Spritzgießcompounder nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die innenseitige Fläche des Kolbens (52) bei vollständig zur Extruder- Schnecke (14) hin verfahrenem Kolben (52) die Innenwandung des Extrudergehäuses (12) fortsetzt.

9. Spritzgießcompounder nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Extruder-Schnecke (14) im Bereich der Speichereinrichtung (50) Mischelemente aufweist.

10. Spritzgießcompounder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Extruder (10) zwei Extruderschnecken (14) umfasst, die gleich- oder gegensinnig betreibbar sind.