DE102009012481B3 - Injection molding machine for processing e.g. plastic to produce foamed material, has storage chamber connected with lock chamber by valve unit, where storage chamber and lock chamber are vented by another valve unit - Google Patents
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Spritzgießmaschine zur Verarbeitung von Kunststoffen und anderen plastifizierbaren Massen wie pulvrigen oder keramischen Massen zur Herstellung von mit physikalischen Treibstoffen aufgeschäumten Werkstoffen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The The invention relates to an injection molding machine for processing of plastics and other plasticizable masses such as powdery or ceramic masses for the production of physical fuels frothed Materials according to the preamble of claim 1.
Im
Bereich des Spritzgießens
existieren neben dem Kompaktspritzgießen verschiedene Sonderverfahren.
Eines dieser Sonderverfahren ist das Schaumspritzgießen, das
die Herstellung von aufgeschäumten
Strukturschaumteilen ermöglicht.
Solche Formteile haben im Gegensatz zu kompakten Formteilen einen
sandwichartigen Aufbau, das heißt
eine mehr oder minder kompakte Außenhaut mit einem geschlossenzelligen
Kern. Eine Spritzgießmaschine zur
Herstellung von mit physikalischen Treibstoffen aufgeschäumten Werkstoffen
ist aus der
Das Schaumspritzgießen weist im Gegensatz zum Spritzgießen kompakter Formteile einige wesentliche Vorteile auf. Diese sind beispielsweise eine Dichtereduktion des Formteils, eine erhöhte spezifische Steifigkeit durch Verlagerung der Flächenträgheitsmomente in die Randschichten des Bauteils und eine erhöhte Dämmwirkung, beispielsweise gegen Wärme. Auch die Herstellung von Formteilen mit großen Wanddicken ist möglich, was größere Freiheiten im Design erlaubt. Das Verfahren ermöglicht außerdem, Formteile mit geringeren Eigenspannungen, Verzugsarmut und häufig günstigeren Fertigungstoleranzen sowie geringeren Einfallstellen herzustellen.The foam injection molding In contrast to injection molding of compact molded parts has some essential Advantages. These are, for example, a density reduction of Molding, an increased specific Stiffness due to displacement of the area moments of inertia in the surface layers of the component and an increased insulation effect, for example against heat. The production of moldings with large wall thicknesses is possible, which greater freedom allowed in the design. The process also allows molded parts with lower Residual stresses, low distortion and often more favorable manufacturing tolerances and produce smaller sinkholes.
Für die Herstellung aufgeschäumter Formteile können im Wesentlichen zwei verschiedene Treibmittelarten unterschieden werden: physikalische Treibmittel und chemische Treibmittel. Die physikalischen Treibmittel weisen gegenüber chemischen Treibmitteln oftmals entscheidende Vorteile auf. Aufgrund ihrer zumeist stabilen chemischen Verbindungen ist bei deren Einsatz keine Zunahme der Degradation des zu verarbeitenden Werkstoffs zu befürchten. Physikalische Treibmittel sind verhältnismäßig kostengünstige Treibmittel. Darüberhinaus sind durch Einsatz physikalischer Treibmittel größere Aufschäumgrade erzielbar. Diese physikalischen Treibmittel werden im Folgenden auch als physikalischen Treibfluide bezeichnet, um mehrere Formen des Aggregatzustandes von flüssig über gasförmig bis überkritisch zu berücksichtigen.For the production frothed Moldings can essentially distinguish two different types of blowing agent are: physical blowing agents and chemical blowing agents. The physical blowing agents have chemical blowing agents Often decisive advantages. Because of their mostly stable chemical compounds is in their use no increase in Degradation of the material to be processed to fear. Physical blowing agents are relatively inexpensive blowing agents. Furthermore By using physical blowing agents larger foaming degrees can be achieved. This physical Propellants are also referred to below as physical propellants referred to several forms of aggregate state from liquid to gaseous to supercritical to take into account.
Die
Wirkungsweise physikalischer Treibmittel, die dem aufzuschäumenden
Werkstoff direkt zudosiert werden, beruht zum einen auf der Änderung des
Aggregatzustandes dieser Substanzen, wie etwa dem Verdampfen einer
Flüssigkeit
(z. B.: FCKW), oder zum anderen auf der Übersättigung des Werkstoffs hinsichtlich
eines zuvor im Werkstoff gelösten Fluids.
Im Rahmen des Spritzgießprozesses
wird die Übersättigung
des Polymeren und damit die Schaumentstehung in nahezu allen Fällen allein
infolge des Druckabfalls beim Austritt der Schmelze aus der Düse der Plastifiziereinheit
oder bei Eintritt in die Kavität
initiiert. Ein gattungsbildender Stand der Technik ist aus
Chemische Treibmittel sind im Gegensatz dazu Substanzen, die erst während des Verarbeitungsprozesse aufgrund einer chemischen Reaktion – meist eingeleitet durch Wärmezufuhr – Gas abspalten und dadurch die Erzeugung einer Schaumstruktur im Werkstoff ermöglichen. Ursache für die Gasabspaltung kann entweder die thermische Zersetzung des Treibmittels oder eine chemische Reaktion verschiedener im Treibmittel enthaltener Substanzen sein. Das entstehende Gas ist zumeist N2, CO2 oder CO.Chemical blowing agents, by contrast, are substances which only split off gas during the processing process due to a chemical reaction, usually initiated by the application of heat, and thus enable the production of a foam structure in the material. The cause of the gas separation can be either the thermal decomposition of the blowing agent or a chemical reaction of various substances contained in the blowing agent. The resulting gas is usually N 2 , CO 2 or CO.
Die physikalischen Treibmittel umfassen beispielsweise neben den Kohlenwasserstoffen Wasser, Stickstoff und Kohlendioxid. Da Kohlenwasserstoffe jedoch entweder nicht umweltverträglich sind (HFCKW) oder aufgrund ihrer Brennbarkeit nur unter erheblichen Sicherheitsauflagen verarbeitet werden können (z. B. Pentan), gewinnen Treibmittel wie Kohlendioxid und Stickstoff zunehmend an Bedeutung.The physical blowing agents include, for example, in addition to the hydrocarbons Water, nitrogen and carbon dioxide. However, hydrocarbons either not environmentally friendly are (HCFC) or due to their flammability only to considerable Safety requirements can be processed (eg pentane), win Propellants such as carbon dioxide and nitrogen are becoming increasingly important.
Das Schaumspritzgießen lässt sich prinzipiell in zwei Verfahrensvarianten gliedern, die hinsichtlich des Drucks, der während der Verarbeitung im Werkzeug wirksam ist, unterschieden werden können.The foam injection molding let yourself in principle divided into two process variants, with respect to the pressure that during the processing in the tool is effective, can be differentiated.
Niederdruckverfahren:Low pressure process:
Der aufschäumende Werkstoff wird im Rahmen der Niederdruckverfahren zunächst in einem Schneckenzylinder plastifiziert (Schneckenvorplastifizierung). Soll ein chemisches Treibmittel eingesetzt werden, muss dieses dem Werkstoff zuvor in einem Aufbereitungsschritt zugesetzt werden. Im Falle der Verwendung eines physikalischen Treibmittels wird dieses dem aufzuschäumenden Werkstoff beispielsweise nach der Plastifizierung im Schneckenzylinder zudosiert (2-stufige Schnecke). Die Schnecke befördert dann das Polymer/Treibfluid-Gemisch mit hoher Geschwindigkeit in die Kavität. Das dosierte und in die Kavität eingespritzte Polymervolumen ist geringer als das Volumen der Kavität, ein Kennzeichen der Niederdruckverfahren. Erst durch das Aufschäumen der Schmelze wird das Formnest vollständig aufgefüllt. Der Aufschäumvorgang wird dabei durch den Druckabfall der Schmelze entlang des Fließweges ausgelöst.Of the foaming Material is initially used in the low-pressure process in a screw cylinder plasticized (Schneckenvorplastifizierung). If a chemical blowing agent to be used, this must be the Material previously be added in a treatment step. In the case of using a physical blowing agent, this becomes to be frothed Material, for example, added after plasticizing in the screw cylinder (2-stage screw). The screw then conveys the polymer / blowing fluid mixture at high speed into the cavity. The dosed and into the cavity injected polymer volume is less than the volume of the cavity, a hallmark the low pressure method. Only by the foaming of the melt is the Mold nest completely refilled. The foaming process is triggered by the pressure drop of the melt along the flow path.
Die Niederdruckverfahren zur Herstellung geschäumter Formteile zeichnen sich je nach Aufschäumgrad durch Werkzeuginnendrücke von weniger als 70 bar aus. So genügen oftmals schon Aluminiumwerkzeuge mit geringer Komplexität den gestellten Anforderungen. Außerdem ist ein Arbeiten mit geringen Zuhaltekräften möglich. Die Nachteile der Niederdruckverfahren liegen vor allem in der oftmals schlechten Oberflächenqualität der hergestellten Formteile.The Low pressure processes for the production of foamed moldings are distinguished depending on the degree of foaming through cavity pressure less than 70 bar. For example, aluminum tools are often enough with low complexity the requirements. In addition, working with low clamping forces possible. The disadvantages of the low-pressure method are mainly in the often bad Surface quality of the molded parts produced.
Hochdruckverfahren:High pressure process:
Eine Verbesserung der Oberflächenqualität geschäumter Bauteile lässt sich durch den Einsatz eines so genannten Hochdruckverfahrens zur Herstellung geschäumter Formteile erzielen. Hierbei wird der gesamte Werkzeughohlraum mit dem Schmelze/Treibfluid-Gemisch gefüllt, wobei das Werkzeugvolumen kleiner als das Volumen des herzustellenden Formteiles ist. In einer sich an die Einspritzphase anschließenden Nachdruckphase werden die Randschichten des Formteils komprimiert, um eine geschlossene Randschicht zu erzielen. Das Aufschäumen wird durch die Vergröße rung des Werkzeughohlraumes initiiert. Dies kann durch Verwendung eines Tauchkantenwerkzeuges oder durch Ziehen des Kerns umgesetzt werden. Ein derartiges Werkzeug wird auch als „atmendes” Werkzeug bezeichnet. Alternativ kann der zum Schäumen notwendige Druckabbau durch Zurückziehen des Spritzkolbens realisiert werden, wobei die überschüssige Schmelze in den Spritzzylinder zurück schäumt. Hochdruckverfahren arbeiten mit Werkzeuginnendrücken, die Werte in der Größenordnung wie beim Kompaktgießen annehmen können.A Improvement of the surface quality of foamed components let yourself through the use of a so-called high-pressure process for the production foamed Achieve moldings. Here, the entire mold cavity with the melt / blowing fluid mixture filled, the tool volume is smaller than the volume of the molded part to be produced. In a Be following the injection phase subsequent emphasis phase the marginal layers of the molding compressed to a closed To achieve edge layer. Foaming is caused by the magnification of the Mold cavity initiated. This can be done by using a dipping edge tool or by pulling the core. Such a tool will also as a "breathing" tool designated. Alternatively, the need for foaming pressure reduction by retreating the injection piston can be realized, wherein the excess melt in the injection cylinder back foamed. High pressure processes work with cavity pressures, the values on the order of magnitude as with compact casting can.
Varianten beider Verfahren haben jeweils eine weitere Verbesserung der Oberflächenqualität der geschäumten Bauteile zum Ziel. Insbesondere Maßnahmen wie zyklisches Heizen und Abkühlen des Werkzeuges (z. B. Variotherm-Verfahren) oder Einspritzen bei Gasgegendruck (Gasgegendruck-Verfahren) sind für die Verbesserung der Oberflächenqualität von besonderer Bedeutung.variants Both methods each have a further improvement in the surface quality of the foamed components to the goal. In particular, measures like cyclic heating and cooling of the Tool (eg Variotherm method) or injection at gas back pressure (Gas back pressure method) are for the improvement of the surface quality of special Importance.
Beim zyklischen Heizen und Abkühlen des Werkzeuges bewirkt eine Erwärmung der Werkzeugwandung nach dem Einspritzvorgang auf eine Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur des Werkstoffes ein Anschmelzen der Formteiloberfläche. Somit werden Oberflächenfehler, die vom Einspritzen herrühren, beseitigt. Danach muss die Werkzeugwandung gekühlt werden, um ein Erstarren des Werkstoffes zu ermöglichen. Nachteile des Verfahrens sind lange Zykluszeiten, die komplizierte Werkzeugtechnik sowie ein hoher spezifischer Energieverbrauch.At the cyclic heating and cooling of the tool causes heating the mold wall after the injection process to a temperature melting above the softening temperature of the material the molding surface. Thus, surface defects, that come from injecting, eliminated. Thereafter, the mold wall must be cooled to a solidification to allow the material. Disadvantages of the process are long cycle times that are complicated Tool technology and a high specific energy consumption.
Beim Gasgegendruck-Verfahren wird ein Aufschäumen des Polymer/Treibfluid-Gemischs während des Einspritzens dadurch vermieden, dass zuvor ein Gasdruck von etwa 20 bis 30 bar im Werkzeug erzeugt wird. Somit tritt der zur Blasenbildung führende Druckabfall nicht mehr auf. Nachteilig bei diesem Verfahren sind die hohen Werkzeugkosten, da die Werkzeughälften gasdicht und mit einer hohen Oberflächenqualität gefertigt werden müssen.At the Gas back pressure method is a foaming of the polymer / blowing fluid mixture during the Injection thereby avoided that previously a gas pressure of about 20 to 30 bar is generated in the tool. Thus, the pressure drop leading to blistering occurs not on anymore. A disadvantage of this method are the high tooling costs because the tool halves must be made gas-tight and with a high surface quality.
Diese Maßnahmen werden einzeln oder auch kombiniert sowohl beim Niederdruck- als auch beim Hochdruckverfahren angewendet, so dass eine Vielzahl unterschiedlicher Verfahren eingesetzt wird. Zu den Niederdruckverfahren zählen das TSG-Verfahren (Thermoplast-Schaum-Guß), das UCC-Verfahren (Union Carbide Corpo ration) und das Variotherm-Verfahren. Zu den Hochdruckverfahren gehören das TM-Verfahren, das TAF-Verfahren (Toshiba-Asahi-Foam) bzw. DOW-Verfahren, das USM-Verfahren (United Shoe Machinery) und das TFM-Verfahren (Thermoplastic Foam Molding).These activities be used individually or combined in both the low pressure and the high pressure process applied, so a variety of different methods used becomes. The low pressure processes include the TSG process (thermoplastic foam casting), the UCC process (Union Carbide Corporation) and the Variotherm process. To the high pressure procedures belong the TM method, the TAF method (Toshiba-Asahi-Foam) or DOW method, the USM method (United Shoe Machinery) and the TFM process (Thermoplastic Foam Molding).
Bisher ist eine Kosteneinsparung beim Schaumspritzgießen nicht immer möglich, da in der Kalkulation der Rohstoffeinsparung zusätzliche Kosten für Treibmittel, längere Fertigungszeiten bzw. eine eventuelle Nachbehandlung der Oberfläche entgegenstehen. Die Herstellung von geschäumten Werkstoffen erfordert den Einsatz von speziell zu diesem Zweck konstruierten bzw. stark modifizierten Maschinen wie z. B. Niederdruck-Spritzgießmaschinen, die durch eine Schneckenvorplastifizierung mit Kolbeneinspritzung charakterisiert sind oder aber von speziellen Plastifiziereinheiten, über die das Gas eingemischt und homogenisiert wird. Weiterhin sind Ausführungen bekannt, die zwischen Einspritzdüse und Plastifiziereinheit montiert sind. Auch hierfür sind spezielle Anlagetechniken notwendig, die durch spezielle Dichttechniken des Treibfluids gegenüber dem schmelzeförmigen Werkstoff neben der zusätzlichen Notwendigkeit von Treibfluiddosierstationen einen hohen kosten- und verfahrenstechnischen Aufwand bedeuten.So far is a cost savings in foam injection molding is not always possible because in the calculation of raw material savings additional costs for propellants, longer Prevent manufacturing times or any subsequent treatment of the surface. The production of foamed materials requires the use of specially designed for this purpose or heavily modified machines such. B. low-pressure injection molding machines, that by a screw pre-plasticization with piston injection characterized by special plasticizing units, via the the gas is mixed in and homogenized. Furthermore, there are versions known between the injector and Plasticizing unit are mounted. Also for this are special investment techniques necessary, by special sealing techniques of the driving fluid over the melt-shaped material besides the additional need from Treibfluiddosierstationen a high cost and procedural Mean effort.
Die
Nachteilig hat sich jedoch heraus gestellt, dass die Be- und Entlüftungszeiten verhältnismäßig lang sind und es zu Vereisungen kommen kann.adversely However, it has turned out that the ventilation times relatively long and icing may occur.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Nachteile im Stand der Technik zu überwinden und eine zuverlässige Dosiereinheit für eine Spritzgießmaschine zu schaffen.outgoing from this prior art, the present invention is the Object to overcome the disadvantages of the prior art and a reliable one Dosing unit for an injection molding machine to accomplish.
Diese Aufgabe wird durch eine Spritzgießmaschine mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.These Task is by an injection molding machine with the features of claim 1 solved.
Der Spritzgießmaschine und der Dosiereinheit werden Ventilmittel zugeordnet, die dafür Sorge tragen, dass die Lüftungszeiten verringert werden und Vereisungsprobleme reduziert werden. Dadurch kann ein Druckabfall sowohl im Speicher als auch in der Schleusenkammer nachhaltig verringert bzw. vermieden werden, was auch zu einer gleichmäßigen Verarbeitung und zum Erhalt eines gleichmäßig geschlossenzelligen Schaums beiträgt. In Verbindung mit der bekannten Dosiereinheit kann damit eine schnelle, zuverlässige und leicht zu bedienende Dosiereinheit geschaffen werden, die an beliebigen Spritzgießmaschinen nachgerüstet werden kann.Of the injection molding machine and the dosing unit are assigned valve means which ensure that the ventilation times be reduced and icing problems are reduced. This can a pressure drop both in the store and in the lock chamber sustainably reduced or avoided, which also leads to uniform processing and to obtain a uniformly closed-celled Foam contributes. In conjunction with the known dosing unit can thus be a fast, reliable and easy-to-use dosing unit to be created any injection molding machines retrofitted can be.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele.Further Advantages emerge from the subclaims and the following Description of several embodiments.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:in the Below, the invention will be described with reference to several in the figures embodiments explained in more detail. It demonstrate:
Bevor die Erfindung im Detail beschrieben wird, ist darauf hinzuweisen, dass sie nicht auf die jeweiligen Bauteile der Vorrichtung sowie die jeweiligen Verfahrensschritte beschränkt ist, da diese Bauteile und Verfahren variieren können. Die hier verwendeten Begriffe sind lediglich dafür bestimmt, besondere Ausführungsformen zu beschreiben und werden nicht einschränkend verwendet. Wenn zudem in der Beschreibung oder in den Ansprüchen die Einzahl oder unbestimmte Artikel verwendet werden, bezieht sich dies auch auf die Mehrzahl dieser Elemente, solange nicht der Gesamtzusammenhang eindeutig etwas Anderes deutlich macht.Before the invention is described in detail, it should be noted that they do not affect the respective components of the device as well the respective process steps is limited, since these components and methods may vary. The terms used herein are intended only to particular embodiments describe and are not used restrictively. If moreover in the description or in the claims the singular or indefinite Articles are used, this also applies to the majority of these elements, as long as the overall context is not clear makes something else clear.
An
dem in Bezug auf die Hauptförderrichtung der
Schnecke hinteren Ende weist die Schnecke
Die
Dosiereinheit
In
dem in Bezug auf die Hauptförderrichtung der
Schnecke
Die
Dosiereinheit
Sobald
der Druck in der Schleusenkammer
Ist
der Nachfüllvorgang
beendet, wird die Schleusenkammer
Die
Das
erste Ventilmittel
Im
Ausführungsbeispiel
der
Gemäß
Die
Druckregelung in der Schleusenkammer kann passiv (durch Belüften bzw.
Verbinden mit der Speicherkammer) oder aktiv mittels Druckregelung erfolgen.
Druckaufnehmer
- 11
- Spritzgießmaschineinjection molding machine
- 33
- Dosiereinheitdosing
- 55
- Plastifizierbares Materialplasticizable material
- 77
- TreibfluidversorgungPropellant fluid supply
- 99
- Druckmindererpressure reducer
- 1111
- Leitungmanagement
- 1313
- Dichtungpoetry
- 1515
- Plastifizierzylinderplasticizing
- 1616
-
Antriebseinheit
für
19 Drive unit for19 - 1717
- HeizbänderHeating tapes
- 1919
- FörderschneckeAuger
- 2020
- Einzugsbereichcatchment area
- 2121
- Plastifizierzylindereinheitplasticizing
- 2222
- statischer Mischerstatic mixer
- 2323
- Verschlussdüseshut-off
- 2424
- WerkstoffzufuhrMaterial supply
- 2828
- Entlüftungvent
- 3030
- Speicherkammerstorage chamber
- 3131
- Schleusenkammerlock chamber
- 37, 3837, 38
- TreibfluidanschlussPropellant fluid port
- 4040
- Verbindungsstutzenconnecting pieces
- 4242
- Steuereinheitcontrol unit
- 4343
- DruckaufnehmerPressure transducer
- 5151
- erstes Ventilmittelfirst valve means
- 52, 52'52 52 '
- zweites Ventilmittelsecond valve means
- 5353
- drittes Ventilmittelthird valve means
- 5454
- viertes Ventilmittelfourth valve means
- 5555
- fünftes Ventilmittelfifth valve means
- 6060
- gemeinsame Leitungcommon management
- 61, 62, 6361, 62, 63
- Leitungmanagement
- 70, 7170 71
- Ventilkegelshuttle
Claims (7)
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Family Applications (1)
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