DE102006048400B4

DE102006048400B4 - Spritzgießmaschine für thermoplastischen Kunststoff

Info

Publication number: DE102006048400B4
Application number: DE200610048400
Authority: DE
Inventors: Gerhard Bäck; Werner Kappelmüller; Walther Pitscheneder; Hans Wobbe
Original assignee: Engel Austria GmbH
Current assignee: Engel Austria GmbH
Priority date: 2005-10-13
Filing date: 2006-10-12
Publication date: 2009-05-14
Anticipated expiration: 2026-10-13
Also published as: DE102006048400A1

Abstract

Spritzgießmaschine für thermoplastischen Kunststoff mit Einrichtungen zum Plastifizieren des Kunststoffes und zum Einspritzen des plastifizierten Kunststoffes durch eine Einspritzdüse in eine Form, wobei die Einspritzdüse relativ zur Form in mehreren Richtungen verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (1) zum Plastifizieren des Kunststoffes und die Einrichtung (2) zum Einspritzen des Kunststoffes aneinander anpressbar und voneinander trennbar sind, und dass die getrennte Einrichtung (2) zum Einspritzen durch eine Handhabungseinrichtung (3) bewegbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spritzgießmaschine für thermoplastischen Kunststoff mit Einrichtungen zum Plastifizieren des Kunststoffes und zum Einspritzen des plastifizierten Kunststoffes durch eine Einspritzdüse in eine Form, wobei die Einspritzdüse relativ zur Form in mehreren Richtungen verstellbar ist.
Seit mehreren Jahrzehnten gehört zur Standardausrüstung einer Spritzgießmaschine eine Plastifizierschnecke, deren Drehung zunächst den Kunststoff plastifiziert, woraufhin er durch axiale Bewegung der Schnecke unter Druck in einen Formhohlraum eingespritzt wird. Damit das fertige Produkt entnommen werden kann, besteht die Form aus zwei trennbaren Hälften, welche während des Einspritzens durch eine Schließeinheit zusammengehalten werden.
Gar nicht selten und insbesondere beim Montagespritzguss stellt der Platzbedarf der Plastifizier- und Einspritzeinrichtung eine erhebliche Behinderung dar. Diese wird nur zeitweise verringert, wenn, wie in DE 904 463 B vorgesehen, die Einspritz düse dadurch verschwenkbar ist, dass sie zusammen mit der Plastifiziereinheit höhenverstellbar und schwenkbar auf einem Fahrgestell angeordnet ist.
Die DE 299 06 554 U1 offenbart einen durch ein Handhabungsgerät zwischen einer Plastifiziereinheit und einer Spritzeinheit hin und her bewegbaren Zwischenspeicher für Schmelze.
Die von der Erfindung zur Lösung der Aufgabe vorgesehene Maßnahme geht von einem Verzicht auf die selbstverständlich gewordene Verwendung der Plastifizierschnecke als Einspritzkolben aus und sieht eine getrennt manipulierbare Einrichtung zum Einspritzen des Kunststoffes vor. Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, dass die Einrichtung zum Plastifizieren des Kunststoffes und die Einrichtung zum Einspritzen des Kunststoffes aneinander anpressbar und voneinander trennbar sind, und dass die getrennte Einrichtung zum Einspritzen durch eine Handhabungseinrichtung bewegbar ist.
Als Handhabungseinrichtung kann vor allem ein herkömmlicher Industrieroboter dienen, welcher die Einspritzeinrichtung zum Einspritzvorgang an die Form heranführt und zum neuerlichen Füllen vor die Plastifiziereinrichtung schwenkt und an diese anpresst. Um Rückstände im Speicherraum der Einrichtung zum Einspritzen zu vermeiden, ist es dabei sinnvoll, diesen mit einem Einlass zu versehen, welcher der Einspritzdüse gegenüberliegt, sodass der Speicherraum und ein gegebenenfalls vorhandener Kolben gleichsinnig vom Kunststoff durchströmt wird.
Vorzugsweise wird man – wenn nötig – die erfindungsgemäß vorgesehene gesonderte Einspritzeinrichtung über Leitungen, sei es hydraulisch oder elektrisch, mit Energie versorgen. Damit kann nicht nur der Einspritzdruck erzeugt werden. Durch Beheizung der Einspritzeinheit kann vielmehr auch sichergestellt werden, dass der darin befindliche Kunststoffvorrat unabhängig von der allfälligen Isolierung der Einheit sich nicht abkühlt und erstarrt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anschließend anhand der Zeichnung erläutert. In dieser zeigt:
1 eine schaubildliche Darstellung der Gesamtanordnung,
2 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Einspritzeinheit und
3 und 4 Längsschnitte durch alternative Ausgestaltungsformen von Einspritzeinheiten.
Die in 1 dargestellte Anlage weist eine ortsfeste Einrichtung zum Plastifizieren von Kunststoffgranulat auf, welches über einen Trichter 12 zugeführt wird. Die Einrichtung ist ortsfest und kann einen üblichen Plastifizierzylinder 13 umfassen. Anders als bisher üblich, spritzt die im Plastifizierzylinder angeordnete Schnecke den flüssigen Kunststoff nicht direkt in eine Form sondern in eine unabhängige Einrichtung 2 zum Einspritzen. Diese Einrichtung 2 ist in 1 zweimal dargestellt. Rechts im Bild befindet sich die Einrichtung 2 auf einer Ablage 6, sodass der Plastifizierzylinder 13 an die Einlassöffnung 10 der Einrichtung 2 herangeführt werden kann.
Bereits beim Einfüllen des Kunststoffes in die Einrichtung 2 kann diese, wie links im Bild dargestellt, mit einem Handhabungsgerät 3 verbunden sein, welches dazu dient, die Einrichtung 2 mit der Einspritzdüse 5 an eine nicht dargestellte Form heranzuführen. Diese Form kann an einer ortsfesten Schließeinheit angeordnet sein. Besonders flexibel wird das System jedoch, wenn auch die Schließeinheit samt der Form auf einem weiteren Handhabungsgerät angeordnet ist. In diesem Fall können Schließeinheit und Einspritzeinheit an ein Werkstück herangeführt werden, auf welches ein Kunststoffteil aufgespritzt werden soll.
2 zeigt im Detail den Aufbau einer hydraulisch betriebenen Einrichtung 2 zum Einspritzen von Kunststoff. Diese Einrichtung liegt beim Befüllen mit der Einlassöffnung 10 an der Düse des Plastifizierzylinders 13. Dabei gelangt Kunststoff über das Rückschlagventil 7 in den Innenraum des Zylinders 11. Über die Leitungen 4 (1) zugeführte Hydraulikflüssigkeit betätigt die Hydraulikeinheiten 8, sodass der Hohlkolben 9 den Kunststoff durch die Einspritzdüse 5 in die Form einpresst.
Alternativ kann man die Einrichtung 2 beim Aufladen an der Plastifiziereinrichtung 1 mit einem Energievorrat für den Einspritzvorgang versehen. Günstigerweise ist dabei vorgesehen, dass der beim Aufladen an der Plastifiziereinrichtung 1 in der Einrichtung 2 angelegte Energievorrat vollständig dazu ausreicht, den plastifizierten Kunststoff aus der Einrichtung 2 zum Einspritzen des Kunststoffes in die Form einzuspritzen. Bevorzugt reicht dieser Energievorrat darüber hinaus auch noch zum Aufbringen des Nachdruckes im Anschluss an den eigentlichen Einspritzvorgang aus. Bei dieser Vorgehensweise handelt es sich somit um ein so genanntes Expansionsspritzgussverfahren, bei dem der plastifizierte Kunststoff beim Aufladen in der Einrichtung 2 zum Einspritzen des Kunststoffes so unter Druck gesetzt wird, dass der gespeicherte Druck für ein Einspritzen und Nachdrücken ausreicht. Der hierfür benötigte Energievorrat kann beim Aufladen der Einrichtung 2 im plastifizierten Kunststoff in der Einrichtung 2 und/oder in einem gegebenenfalls zusätzlich vorhandenen Druckspeicher 14 gespeichert werden. Dieser kann, wie im Ausführungsbeispiel in 4 gezeigt, in die Einrichtung 2 zum Einspritzen des Kunststoffes integriert oder, wie in 3 gezeigt, als separater Bauteil mit der Einrichtung 2 über eine Druckleitung 18 verbunden sein. Als Druckspeicher 14 können z. B. hydropneumatische Blasenspeicher oder mechanische Systeme wie z. B. Federspeicher 16 (siehe 4) verwendet werden.
Bei der in 3 gezeigten Variante einer Einrichtung 2 zum Einspritzen des Kunststoffes wird der plastifizierte Kunststoff beim Aufladen an der Plastifiziereinrichtung 1 durch den Einlass 10 bei geöffnetem Rückschlagventil 7 in den Speicherraum 19 des Zylinders 11 eingebracht und mit dem für den Einspritzvorgang benötigten Druck beaufschlagt. Der zusätzliche Druckspeicher 14, welcher über die Druckleitung 18 und das Steuerventil 15 mit dem Speicherraum 19 im Zylinder 11 verbunden ist, ist optional und dient, wenn vorhanden, ebenfalls der Druckspeicherung für den Einspritzvorgang. Zusätzlich zum Aufladen über den plastifizierten Kunststoff im Speicherraum 19 kann eine Vorspannung des Druckspeichers 14 auch durch hier nicht gezeigte externe Druckquellen vorgesehen sein.
Bei entsprechend hohem gespeicherten Energievorrat kann vollständig auf den in 2 gezeigten mittels Hydraulikeinheit 8 betätigten Kolben 9 verzichtet werden. Die Heizeinrichtung 17 dient dazu, die Temperatur des plastifizierten Kunststoffes während seiner Verweilzeit im Zylinder 11 auf dem gewünschten Niveau zu halten oder wieder dort hin zu bringen. Zusätzlich können auch Kühleinrichtungen vorgesehen sein, um den Kunststoff in seinem vorgespannten Zustand im Speicherraum 19 gezielt einzufrieren. Dies kann vollständig aber auch nur bereichsweise erfolgen. So kann ein gezieltes Einfrieren und späteres Wiederaufwärmen des Kunststoffes im Bereich der Einspritzdüse 5 auch die Funktion eines Ventils übernehmen, indem der Kunststoff nach dem Aufladen in der Plastifiziereinheit 1 gezielt abgekühlt wird, sodass sich ein die Einspritzdüse 5 verschließender Pfropfen bildet, welcher dann nach Ankoppeln der Einheit 2 an die Form, in die eingespritzt werden soll, wieder gezielt mittels einer entsprechend ausgebildeten Heizeinrichtung 17 aufgetaut werden kann.
4 zeigt eine Variante einer für den Expansionsspritzguss vorgesehenen Einspritzeinrichtung 2, bei der als integrierter Druckspeicher 14 ein Federspeicher 16 in Form einer Schraubenfeder vorgesehen ist. Der Federspeicher 16 beaufschlagt einen Übertragungskolben 19, der dichtend im Zylinder 11 in dessen Längsrichtung verfahrbar gelagert ist. Das Aufladen bzw. Befüllen der Einrichtung 2 erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel über die Einspritzdüse 5. Beim Aufladevorgang wird im Druckspeicher und im plastifizierten Kunststoff im Speicherraum 19 der benötigte Energievorrat gespeichert. Die Heizeinrichtung 17 sowie gegebenenfalls vorhandene Kühleinrichtungen erfüllen wiederum die bezüglich 3 geschilderten Funktionen. Anstelle des Druckspeichers 14 bzw. der Druckfeder 16 kann auch eine zum gewünschten Zeitpunkt zündbare Sprengladung oder Treibladung auf der vom Speicherraum 19 abgewandten Seite des Kolbens 9 als zusätzliche Druckquelle für den Einspritzvorgang vorgesehen sein. Dies veranschaulicht, dass neben dem reinen Expansionsspritzguss, bei dem der für den Einspritzvorgang benötigte Energievorrat im plastifizierten Kunststoff selbst und gegebenenfalls zusätzlich in einem Druckspeicher 14 beim Aufladen an der Plastifiziereinheit 1 gespeichert wird, auch eine Unterstützung des Expansionsvorgangs durch zusätzliche extern mit Energie versehene Quellen wie die Sprengladung oder den Einspritzkolben gemäß 2 möglich ist. Bei der einfachsten Form der Einheit 2 zum Einspritzen des Kunststoffes kann hingegen auf sämtliche zusätzlichen Druckquellen oder Druckspeicher und gegebenenfalls auch auf die Heiz- und/oder Kühleinrichtung verzichtet werden. Letztendlich reicht, wenn man den zum Einspritzen benötigten Energievorrat vollständig im plastifizierten Kunststoff speichert, ein Zylinder 11 mit Einspritzdüse 5 und einem schaltbaren Absperrorgan zwischen Einspritzdüse und Speicherraum 19 aus, wenn durch entsprechende Isolierung oder ausreichend schnelles Vorgehen das Abkühlen des plastifizierten Kunststoffes in der Einrichtung 2 in vertretbaren Grenzen gehalten wird.
Ein Verfahren, bei dem die Einrichtung 2 zum Expansionsspritzgießen verwendet wird, läuft beispielsweise wie folgt ab:
Zunächst wird die Einheit 2 zum Einspritzen an die Plastifiziereinheit 1 angepresst, sodass plastifizierter Kunststoff von der Plastifiziereinheit 1 in den Speicherraum 19 der Einheit 2 unter hohem Druck eingepresst werden kann. Bei diesem Vorgang wird der für den Einspritzvorgang benötigte Energievorrat im plastifizierten Kunststoff im Speicherraum 19 und/oder dem gegebenenfalls vorhandenen Druckspeicher 14 aufgebaut und gespeichert. Ist das gewünschte Druckniveau erreicht, so wird die Verbindung zwischen Einheit 2 und Plastifiziereinheit 1 durch ein entsprechendes Absperrorgan bzw. Ventil oder durch bereichsweises oder vollständiges Einfrieren des Kunststoffes verschlossen. Die Einheit zum Einspritzen 2 kann dann von der Plastifiziereinheit 1 abgekoppelt und zur Form, in die eingespritzt werden soll, transportiert werden. Nach dem Ankoppeln der Einheit 2 an diese Form wird der Einspritzvorgang durch Öffnen des Absperrorgans bzw. Wiederverflüssigen des Harzes mittels der Heizeinrichtung 17 eingeleitet. Sobald sich der plastifizierte Kunststoff frei in den Formhohlraum bewegen kann, erfolgt die Expansion des unter Druck stehenden Kunststoffes gegebenenfalls unter Zuhilfenahme der im Druckspeicher 14 gespeicherten Energie. Daraufhin wird der benötigte Nachdruck aufgebracht und anschließend erfolgt das Abkoppeln der Einheit 2 von der Form 1, woraufhin ein Einspritzen in weitere Formen oder ein Wiederaufladen an der Plastifiziereinheit 1 erfolgen kann. Als Option kann vorgesehen sein, dass die Einheit 2 zum Einspritzen des plastifizierten Kunststoffes mit einer Mischung aus plastifiziertem Kunststoff und Treibgas beladen wird, wobei das Gas im Kunststoff in der Regel löslich ist und den Einspritzvorgang unterstützt.

Claims

Spritzgießmaschine für thermoplastischen Kunststoff mit Einrichtungen zum Plastifizieren des Kunststoffes und zum Einspritzen des plastifizierten Kunststoffes durch eine Einspritzdüse in eine Form, wobei die Einspritzdüse relativ zur Form in mehreren Richtungen verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (1) zum Plastifizieren des Kunststoffes und die Einrichtung (2) zum Einspritzen des Kunststoffes aneinander anpressbar und voneinander trennbar sind, und dass die getrennte Einrichtung (2) zum Einspritzen durch eine Handhabungseinrichtung (3) bewegbar ist.
Spritzgießmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (2) zum Einspritzen an ihrer der Einspritzdüse (5) gegenüberliegenden Seite einen Einlass (10) für plastifizierten Kunststoff aufweist.
Spritzgießmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzdüse (5) so ausgebildet ist, dass plastifizierter Kunststoff durch sie hindurch in die Einrichtung (2) zum Einspritzen einfüllbar ist.
Spritzgießmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (2) zum Einspritzen einen Zylinder (11) aufweist, aus welchem der Kunststoff durch einen Kolben (9) auspressbar ist, welcher vorzugsweise eine Leitung für den zugeführten Kunststoff bildet, die durch ein Rückschlagventil (7) verschließbar ist.
Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (2) zum Einspritzen mit Leitungen (4) zur Energieversorgung verbunden ist sowie mit hydraulischen oder elektrischen Antrieben zum Einspritzen des Kunststoffes.
Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (2) zum Einspritzen des Kunststoffes eine Treibladung oder Sprengladung zum Einspritzen des Kunststoffes aufweist oder mit einer solchen verbindbar ist.
Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen mit der Einrichtung (2) zum Einspritzen des Kunststoffes verbindbaren oder in diese integrierten, vorzugsweise hydropneumatischen und/oder mechanischen, Druckspeicher (14) aufweist.
Spritzgießmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher (14) durch Aufladen der Einrichtung (2) zum Einspritzen des Kunststoffes an der Einrichtung (1) zum Plastifizieren des Kunststoffes mit einem Energievorrat versehbar ist.
Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (2) zum Einspritzen des Kunststoffes eine Heizeinrichtung (17) und/oder eine Kühleinrichtung aufweist.
Spritzgießmaschine nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Energievorrat beim Aufladen der Einrichtung (2) zum Einspritzen des Kunststoffes im plastifizierten Kunststoff in der Einrichtung (2) und/oder in einem gegebenenfalls zusätzlich vorhandenen Druckspeicher (14) speicherbar ist.
Spritzgießmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Energievorrat vollständig dazu ausreicht, den Kunststoff aus der Einrichtung (2) zum Einspritzen des Kunststoffes in die Form einzuspritzen und vorzugsweise zusätzlich zur Aufbringung eines Nachdruckes ausreicht.
Verfahren zum Betrieb einer Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (2) zum Einspritzen des Kunststoffes beim Aufladen an der Einrichtung (1) zum Plastifizieren des Kunststoffes mit einem Energievorrat für den Einspritzvorgang versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Energievorrat vollständig dazu ausreicht, den Kunststoff aus der Einrichtung (2) zum Einspritzen des Kunststoffes in die Form einzuspritzen und vorzugsweise zusätzlich zur Aufbringung eines Nachdruckes ausreicht.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Energievorrat beim Aufladen der Einrichtung (2) zum Einspritzen des Kunststoffes im plastifizierten Kunststoff in der Einrichtung (2) und/oder in einem gegebenenfalls zusätzlich vorhandenen Druckspeicher (14) gespeichert wird.