DE10230331B3

DE10230331B3 - Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen von geschäumten Kunststoffartikeln

Info

Publication number: DE10230331B3
Application number: DE10230331A
Authority: DE
Inventors: Rainer Zimmet; Jochen Zwiesele; Matthias Sieverding; Marco Gruber
Original assignee: Krauss Maffei Kunststofftechnik GmbH
Current assignee: KraussMaffei Technologies GmbH
Priority date: 2002-07-05
Filing date: 2002-07-05
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2022-07-06

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen von geschäumten Kunststoffartikeln. Das Kunststoffmaterial wird in einem Extruder (10) plastifiziert, mit Treibmittel versetzt und über eine Einspritzeinheit (50) in eine Form (60) eingespritzt. Zwischen dem Extruder und der Einspritzeinheit (50) ist ein Zwischenspeicher (40) vorgesehen, so daß der Extruder kontinuierlich betrieben werden kann, wobei sich während des Einspritzens Kunststoffmaterial im Zwischenspeicher (40) sammelt. DOLLAR A Der Zwischenspeicher (40) weist eine aktive Vorrichtung (44, 46) zur Druckregelung auf, die abhängig von dem Drucksensor betrieben wird, so daß Druckschwankungen während des Betriebs und bei Störungen ausgeglichen werden können. Dies ist insbesondere bei der Verarbeitung von empfindlichen, mit Treibmittel versetzten Kunststoffmassen vorteilhaft.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen von geschäumten Kunststoffartikeln.

Aus der DE 1 142 229 C ist es bekannt, zwischen einem Extruder und einem Einspritzzylinder einen Druckspeicher in Form einer Kolben-Zylinder-Anordnung vorzusehen. Während des Einspritzens bei dieser Anordnung kann der Extruder kontinuierlich betrieben werden, da Kunststoffmaterial während des Einspritzens im Zylinderraum des Druckspeichers gesammelt werden kann, wobei der Kolben durch den Druck des vom Extruder geförderten Kunststoffmaterials gegen Federkraft oder Gasdruckkraft verdrängt wird.

Andererseits kann es auch bei kontinuierlichem Betrieb des Extruders zu Unregelmäßigkeiten in der Förderung des Kunststoffmaterials kommen, beispielsweise aufgrund eines Rückstaus, weil beim Einspritzen der Fließweg zum Einspritzzylinder unterbrochen wird oder weil die Massenträgheit bzw. Reibung des Kolbens im Druckspeicher überwunden werden muß. Hier kann es zu Schädigungen empfindlicher Kunststoffmaterialen, beispielsweise mit Treibmittel versetzten Kunststoffmassen, kommen.

Bei den aus der WO 98/31521 A1 und der DE 19934693 A1 bekannten Vorrichtungen wird Kunststoffmaterial in einem Extruder plastifiziert, und dem plastifizierten Kunststoffmaterial wird ein Treibbmittel zugesetzt. Anschließend wird das Material in einen Einspritzzylinder geleitet, von dem es nach Füllung des Zylinders in eine Form eingespritzt wird.

Ber der aus der DE 10055022 A1 bekannten Vorrichtung wird Kunststoffmaterial in einem Extruder plastifiziert, durch einen Mischer geleitet und in einem Verweil- und Löseraum gesammelt. Dieser Verweil- und Löseraum kann mittels eines Schiebers oder dergleichen abgeschlossen werden und bildet einen Einspritzzylinder, in dem das plastifizierte und mit Treibmittel versetzte Kunststoffmaterial mittels einer Kolben-Zylinder-Einheit unter einem vorgebbaren Druck gehalten werden kann und aus dem es mittels der Kolben-Zylinder-Einheit in eine Form eingespritzt werden kann.

Da während des Einspritzens der Einspritzzylinder bei den bekannten Vorrichtungen zum Herstellen von geschäumten Kunststoffartikeln nicht mit Kunststoffmaterial befällt werden kann, muß der Extruder diskontinuierlich betrieben werden, was beim Anhalten bzw. Anfahren zu Druckschwankungen und und damit zu Schädigungen von empfindlichen Kunststoffmaterial führen kann.

Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen von geschäumten Kunststoffartikeln anzugeben, bei denen eine schonende Behandlung der Kunststoffmaterialien sichergestellt ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 bzw. durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 5 gelöst; die abhängigen Patentansprüche betreffen vorteilhafte Weiterwicklungen der Erfindung.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, den Extruder kontinuierlich mit einem während des Einspritzvorgangs befüllbaren Zwischenspeicher zu betreiben, wobei der Druck des Speichers regelbar ist. Dadurch kann ein physikalisches Treibmittel oder auch ein reaktives Treibmittel bei konstantem Druck eingearbeitet werden. Damit ist der Einsatz von im Prinzip beliebigen Treibmitteln in gewünschten Aggregatzuständen, beispielsweise gasförmig und nicht überkritisch, möglich. Insbesondere ist es möglich, die Druckregelung des Zwischenspeichers auf einem Niveau durchzuführen, bei dem das Kunststoffmaterial noch nicht expandiert.

Vorzugsweise ist ein dichtschließendes Absperrorgan oder Entlastungsorgan nach der Plastifiziereinheit vorgesehen, um bei Störungen bei der Plastifizierung einen Druckabfall in dem plastifizierten Material im Speicherkolben und/oder im Einspritzzylinder zu vermeiden.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung erläutert, die in schematischer, teilweise weggebrochener Seitenansicht eine erfindungsgemäße Vorrichtung zeigt.
Die Vorrichtung umfaßt einen Doppelwellen-Extruder mit einem Schneckenzylinder 10, in dem zwei achsparallele Schnecken 16, 18 axial unverschieblich drehbar gelagert sind. Über einen Schneckenförderer 13 und einen Trichter 14 wird Kunststoffmaterial von einer Dosierstation 12 in das Innere des Schneckenzylinders eingeführt und durch Drehung der Schnecken 10 mittels eines Antriebs plastifiziert und in Richtung eines Ausstoßendes gefördert, an dem der Schneckenzylinder 10 in eine Verbindungsleitung 32 mündet. Zwischen dem Trichter 14 und dem Ausstoßende des Zylinders ist eine Treibmittelzufuhrstation 20 vorgesehen, die Treibmittel in Form von Gas mittels einer Pumpe 8 aus einem Gasspeicher in das vorzugsweise bereits plastifizierte Kunststoffmaterial einleitet. Dabei hat der Einsatz von axial nicht verschieblichen Schnecken den Vorteil, daß das Treibmittel immer am gleichen Ort des Verarbeitungsweges in die Kunststoffmasse eingebracht wird. Dies ist ein Unterschied zu Vorrichtungen mit Einspritzschnecken, bei denen sich die Schnecke während des Plastifizierens bewegt, so daß sich die wirksame Schneckenlänge stromab der Einbringstelle für das Treibmittel ändert. Die ortskonstante Einbringung des Treibmittels führt im Vergleich dazu zu einer Vergleichmäßigung der Schmelzequalität.
Die Verbindungsleitung 32 mündet in einen Zwischenspeicher 40, d.h. einen Sammelraum 47 eines Speicherzylinders 45, in dem ein Speicherkolben 42 verschiebbar aufgenommen ist. Der Sammelraum 47 ist über eine Leitung 70 mit einem Sammelraum 46 einer Einspritz-Kolben-Zylinder-Anordnung 50 verbunden.
Während des Betriebs wird kontinuierlich Kunststoffmaterial von dem Extruder gefördert und füllt den Sammelraum 56 der Anordnung 50, wobei der Kolben 54 von der nachfließenden Kunststoffmasse verdrängt oder geregelt zurückgezogen wird. Wenn der Sammelraum 56 bis zu einem vorgegebenen Maß mit Kunststoffmaterial gefüllt ist, wird die Verbindung zwischen dem Zwischenspeicher 40 und der Einspritzzylinderanordnung 50 über ein Sperrorgan 72 unterbrochen, und die plastifizierte Kunststoff masse wird von dem Kolben 52, der durch einen Antrieb 58 betrieben wird, in eine Form 60 eingespritzt.
Gleichzeitig sammelt sich im Sammelraum des Zwischenspeichers 40 das kontinuierlich vom Extruder nachgelieferte Kunststoffmaterial. Um dabei möglichst konstante Druckverhältnisse zu ermöglichen, ist der Kolben 42 des Zwischenspeichers 40 mit einer Verschiebevorrichtung verbunden. Die Verschiebevorrichtung umfaßt zwei Kolben-Zylinder-Anordnumgen 44 und 46, wobei die jeweiligen Kolben über ein Verbindungsglied 48 mit dem Kolben 45 des Zwischenspeichers 40 verbunden sind. Durch Beaufschlagen der Kolben der Kolbenzylindereinheiten 44, 46 mit einem Druckmittel können die Kolben verschoben werden und bewegen dementsprechend über das Verbindungsglied 48 den Kolben 42 des Zwischenspeichers 40. Dabei ist die Anordnung vorzugsweise so getroffen, daß die Verschiebevorrichtung eine definierte Kraft auf den Kolben des Zwischenspeichers 40 ausüben, so daß das plastifizierte Kunststoffmaterial im Zwischenspeicher unter einem definierten Druck steht, d.h. die Kolben der Verschiebevorrichtung werden in der Figur von oben mit Druckmitteln beaufschlagt. Bei anderen Anwendungen kann es auch sinnvoll sein, den Kolben des Zwischenspeichers aktiv nach oben zu verschieben, so daß in diesem Fall die Kolben 44, 46 von unten mit Druckmitteln beaufschlagt werden.
Die Verschiebung des Kolbens 42 wird abhängig von den Signalen eines Drucksensors (nicht dargestellt) geregelt, der in dem Zwischenspeicher oder, vorzugsweise, im Verlauf der Leitung 32 angeordnet ist. Dabei erfolgt die Regelung vorzugsweise so, daß ein Druck eingehalten wird, bei dem die mit Treibmittel versehene Kunststoffmasse noch nicht expandiert. Die Anordnung des Drucksensors in der Leitung 32 hat dabei den Vorteil, daß Druckschwankungen, die vom Extruder verursacht werden, frühzeitig erkannt werden können und der Kolben 40 entsprechend frühzeitig verfahren werden kann.
Im Verlauf der Leitung 32 ist ferner ein Sperr- und Entlastungsorgan 30 angeordnet, mit dem die Verbindung zwischen der Ausstoßöffnung des Extruders und dem Zwischenspeicher 40 unterbrochen werden kann. Wenn beispielsweise wegen einer Störung im Extruder Kunststoffmasse mit zu geringem Druck geliefert wird oder bei einer Störung in der Einspritzeinheit Kunststoffmaterial nicht weiter verarbeitet werden kann und die Kapazität des Zwischenspeichers ausgeschöpft ist, sperrt das Organ 30 die Verbindung, so daß das Kunststoffmaterial stromab des Organs 30 mittels des Zwischenspeichers 40 auf dem erforderlichen Druck gehalten wird. Dabei kann das Organ 30 mit einer Ableitung 34 versehen sein, über die nachgefördertes Kunststoffmaterial aus dem System abgeführt wird, beispielsweise in ein Wasserbad 74.
Das Sperr- und Entlastungsorgan 30 umfaßt einen Körper 31, in den einerseits das Ausstoßende des Schneckenzylinders 10 mündet, andererseits die Verbindungsleitung 32. In dem Körper 31 ist ein Stößel 33 verschiebbar gelagert, der mit einer Kolben-Zylindereinheit 35 verbunden ist. Von einer Hydraulikmittelpumpe 39 wird Hydraulikmittel über Leitungen 36 oder 37 der Kolben-Zylindereinheit so zugeführt, daß der Stößel 33 entsprechend einer Stellung des Steuerventils 38 verschoben werden kann. Dabei ist die Anordnung vorzugsweise so getroffen, daß der Stößel in eine erste Stellung eingestellt werden kann, in der das Ausstoßende des Schneckenzylinders 10 mit der Ableitung 34 verbunden ist, und mindestens einer zweiten Stellung, in der das Organ 30 das Ausstoßende des Schneckenzylinders 10 mit der Verbindungsleitung 32 verbindet. Daneben kann noch eine weitere Stellung vorgesehen sein, in der der Stößel 33 das Ausstoßende des Schneckenzylinders 10 verschließt.
Zum Anfahren des Systems kann der Stößel zunächst in seine erste Stellung verschoben werden, so daß anfänglich produziertes Kunststoffmaterial aus dem System abgeleitet wird. Das anfänglich anfallende Kunststoffmaterial hat nämlich in der Regel zu Beginn noch nicht die erforderliche Konsistenz und/oder Zusammensetzung, die erst während des kontinuierlichen Betriebs des Extruders erzielt wird. Sobald das Material die gewünschte Konsistenz hat, was sich durch Erfahungswerte. Beobachtung des austreten den Kunststoffmaterials und/oder Messungen ergibt, wird das Organ 30 in seine Durchlaßstellung verschoben, so daß das ferner anfallende Kunststoffmaterial in den Zwischenspeicher geleitet wird. Es ist auch möglich, das Organ 35 in eine Verschlußstellung zu verfahren, was den Druckaufbau im Extruder unterstützt.
Vorzugsweise wird das Organ 30 ebenfalls abängig von den Signalen des Drucksensors betrieben, um einen übermäßigen Druckaufbau bzw. einem Druckabfall stromab des Extruders entgegenzuwirken.
Vorzugsweise wird das Sperr- und Entlastungsorgan 30 ferner im Zusammenhang mit der Dosierstation 12 betrieben. So kann beispielsweise das Sperr- und Entlastungsorgan 30 in die Entlastungsstellung verfahren werden, wenn durch eine Steuerung erkannt wird, dass über die Dosierstation 12 eine nicht korrekte Mischung von Ausgangsprodukten zugeführt wird. In diesem Fall weist die plastifizierte Kunststoffmasse nicht die erwünschte Zusammensetzung auf und kann dementsprechend aus dem System abgeleitet werden, bis eine korrekte Dosierung erzielt ist.
Einzelheiten über die einzusetzenden Antriebe sowie über eine Regeleinrichtung für den Zwischenspeicher 40 sowie für das Sperr- und Entlastungsorgan 30 sind hier nicht angegeben, da deren Umsetzung dem Fachmann geläufig ist.

Claims

Vorrichtung zum Herstellen von geschäumten Kunststoffartikeln, mit einem Extruder (10), der eine Treibmittelzufuhr (20) aufweist, mit einer Einspritzeinheit (50), mit einem zwischen Extruder (10) und Einspritzeinheit (50) angeordneten, während des Einspritzvorgangs befüllbaren Zwischenspeicher (40) für plastifiziertes Kunststoffmaterial, sowie mit einer Vorrichtung (44, 46) zum Regeln des Drucks in dem Zwischenspeicher (40).
Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Drucksensor, der im Zwischenspeicher (40) oder in einer Verbindung (32) zwischen dem Extruder- und dem Zwischenspeicher angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenspeicher eine Kolben-Zylinder-Anordnung (42, 45) zum Speichern des Kunststoffmaterials und einen Antrieb (44, 46) zum geregelten Verschieben des Kolbens aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem druckgeregelten Sperr- oder Entlastungsorgan (30) in einer Verbindung (32) zwischen Extruder (10) und Zwischenspeicher (40).
Verfahren zum Herstellen von geschäumten Kunststoffartikeln, bei dem man das Kunststoffmaterial kontinuierlich plastifiziert und durchmischt, wobei man beim Mischen das Kunststoffmaterial mit einem Treibmittel versetzt, das Kunststoffmaterial diskontinuierlich in eine Form (60) einspritzt und beim Einspritzen gleichzeitig anfallendes Kunststoffmaterial in einem Zwischenspeicher sammelt, und wobei man den Druck des Kunststoffmaterials im Zwischenspeicher regelt.