DE19653099C2

DE19653099C2 - Verfahren zum Spritzgießen von aus mindestens zwei unterschiedlichen Materialien bestehenden Kunststoffgegenständen

Info

Publication number: DE19653099C2
Application number: DE1996153099
Authority: DE
Inventors: Helmut Eckardt; Karl-Heinz Hill; Juergen Ehritt; Rainer Teschner
Original assignee: Battenfeld GmbH
Current assignee: Adcuram Maschinenbauholding 80333 Muenchen De GmbH
Priority date: 1996-12-20
Filing date: 1996-12-20
Publication date: 1999-05-20
Anticipated expiration: 2016-12-21
Also published as: DE19653099A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spritzgießen von aus mindestens zwei unterschiedlichen Materialien bestehenden Kunststoff gegenständen, das die Schritte aufweist:

a) Fördern einer ersten Kunststoffkomponente in ein Misch element,
b) Zumindest teilweise gleichzeitig mit Schritt a): Fördern mindestens eines zweiten Materials, vorzugsweise einer zweiten Kunststoffkomponente, in ein Mischelement und
c) Fördern der im Mischelement vermischten Materialien in die Kavität eines Spritzgießwerkzeugs,

wobei die Vermischung der mindestens zwei Materialien im Mischelement durch eine von einem mechanischen Antrieb bewirkte Mischbewegung vorgenommen wird.

Bei der Herstellung von Kunststoffgegenständen, die aus mehreren Rohmaterialien bestehen, kommt es darauf an, diese möglichst gut vor dem Einspritzen ins Formwerkzeug zu vermischen, damit aus den beiden unterschiedlichen Rohstoffen ein möglichst homogener Spritzgieß werkstoff entsteht. Der intensiven Vermischung der einzelnen Materialkomponenten kommt also eine große Bedeutung zu.

Hierzu ist folgende Lösung bekannt: Die zu vermischenden einzelnen Kunststoffkomponenten werden zunächst getrennt aufgeschmolzen, wobei in bekannter Weise Plastifizierextruder eingesetzt werden. Die beispielsweise zwei unterschiedlichen Schmelzen werden dann in ein Mischelement eingespeist, in dem beide Kunststoffkomponenten vermischt werden. Die Schmelzen werden dabei durch eine Anordnung von statischen Mischelementen hindurchgepreßt, so daß es zu einem Homogenisierungsprozeß kommt. Die Mischelemente weisen beispiels weise Stifte und andere Mischelemente auf, die - in bekannter Weise - zu einer guten Vermischung der Schmelze führen.

Nachteilig ist bei dem bekannten Vorgehen, daß die Vermischung - insbesondere wenn die zu vermischenden Komponenten stark unterschiedliche Viskosität aufweisen - bei ungenügend langer Mischstrecke nicht ausreichend ist und außerdem mit einem starken Druckverlust einhergeht.

Aus dem DE GM 74 14 436 ist ein verbessertes gattungsgemäßes Verfahren bekannt, bei dem ein Mischelement zum Einsatz kommt, das von einem mechanischen Antrieb in Bewegung versetzt wird, um eine Mischung der zu verarbeitenden Kunststoffkomponenten zu erreichen. D. h. der Gießkopf ist zwecks Vermischung der Einzelkomponenten mit einer Mischkammer ausgerüstet, in die die Komponenten des Kunststoffes über Zuführungsleitungen eingeführt werden. In diesen Leitungen sind pneumatisch verstellbare Absperrventile angeordnet. In der Mischkammer selber ist ein Rührwerk für die Durchmischung der Komponenten angeordnet. Über die Leitungen werden von Vorrats behältern aus die einzelnen Komponenten in die Mischkammer gefördert. Gleichzeitig wird das Rührwerk in Gang gesetzt. Damit beginnt der Austritt des durchmischten Kunststoffes in die Form.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Mischverfahren zu schaffen, mit dem eine angepaßte Durchmischung der zu verarbeitenden Kunststoffkomponenten erreicht werden kann. Es sollen auch Komponenten mit sehr unterschiedlicher Viskosität vor der Einspritzung ins Werkzeug einwandfrei homogenisiert werden, wobei gleichzeitig ein platzsparendes Mischelement angestrebt wird.

In Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Mischbewegung im Mischelement (2) gemäß einer vorgegebenen Zeitfunktion (n(t)) erfolgt.

D. h. es wird beispielsweise von der Maschinensteuerung für die Drehzahl der Mischanordnung ein Zeitverlauf vorgegeben, der unabhängig von anderen Prozeßparametern ist. Damit wird es insbesondere möglich, bereits vor der Zuführung der zu mischenden Komponenten die Mischvorrichtung zu aktivieren, so daß von Anfang an eine optimale Durchmischung der Materialien erreicht werden kann.

Weiterhin kann vorgesehen sein, daß die Mischbewegung im Mischelement (2) in Abhängigkeit von mindestens einem Zustands parameter mindestens einer der Förderelemente (6, 7) für das Fördern eines Materials (K1, K2) erfolgt. Als besonders brauchbare Parameter haben sich hier die Einspritzgeschwindigkeit der Extruder (6, 7) und deren Temperatur, aber auch der Einspritzdruck in den Extrudern herausgestellt.

Eine weitere Möglichkeit ist, daß die Mischbewegung im Mischelement (2) in Abhängigkeit von mindestens einem, die Qualität des zu fertigenden Formteils bestimmenden Parameter erfolgt. Hier kommt in Betracht, daß die Intensität der Vermischung nach Feststellung des Spritzgieß-Ergebnisses modifiziert, also z. B. intensiviert, wird.

In vorteilhafter Weise wird mit dem erfindungsgemäßen Gegenstand folgendes erreicht:

- Die Baulänge der Mischeinheit ist wesentlich kürzer als die der Mischeinheiten im Stand der Technik.
- Durch aktive Beeinflussung der Mischungsintensität können die einzelnen Materialien beliebig gut vermischt werden.
- Ein ggf. vorhandener Viskositätsunterschied zwischen den einzelnen Materialien spielt hinsichtlich der Durchmischung keine Rolle mehr. Es kann auch beispielsweise einer Kunststoffschmelze eine flüssige Komponente beigemischt werden. Im Grenzfall können auch zwei Flüssigkeiten vermischt werden.
- Das erfindungsgemäße Mischelement kann flexibel eingesetzt werden. Es ist leicht zugänglich, was insbesondere für die Handhabung und Instandhaltung wesentlich ist. Die einzelnen Maschinenelemente können leicht ausgetauscht werden.
- Es kann auf einfache Weise ein Spülbetrieb mit nur einer der zu verarbeitenden Kunststoffkomponente durchgeführt werden, wobei dann das das Mischelement passierende Material natürlich nicht in die Spritzgießform injiziert wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung dargestellt. Die Figur zeigt schematisch den Schnitt durch eine Spritzgießvorrichtung für die Verarbeitung zweier Kunststoff komponenten K1 und K2.

Zwei unterschiedliche Kunststoffe K1 und K2 werden in jeweils einem Plastifizierextruder 6 und 7 aufgeschmolzen, d. h. der Kunststoff wird zunächst in den jeweiligen Schneckenschubeinheiten plastifiziert. Die beiden Schmelzeströme werden einem Mischelement 2 zugeführt, d. h. der plastifizierte Kunststoff für das nächste zu fertigende Formteil wird von den üblichen Spritzeinheiten (in der Figur nicht näher dargestellt) der Extruder in das Mischelement geleitet. Im Mischelement werden die Schmelzen vermischt und homogenisiert, bevor sie in die Kavität 3 eines Werkzeugs 4 eingespritzt werden. Dadurch entsteht in bekannter Weise ein Spritzgießformteil 1.

Das Mischelement 2 weist - in bekannter Weise - Misch- und/oder Scherelemente 8 auf. Diese sind über einen Elektro- oder Hydromotor 5 im gezeigten Beispiel rotatorisch angetrieben, so daß es unabhängig von der Durchströmung der Elemente 8 zu einem Mischeffekt beider Komponenten K1 und K2 kommt. Hierzu steht der Elektro- oder Hydromotor 5 mit einer Welle in drehfester Verbindung, auf der Misch- und Scherelemente angeordnet sind.

Die Anordnung der Elemente 8 auf der Welle 9 kann angepaßt an die aktuellen Bedürfnisse erfolgen. Hierzu werden Mischelemente oder Scherelemente in gewünschten Sequenzen auf der Welle angeordnet, wobei Erfahrungswerte die Anordnung bestimmen.

Vor der Einspritzung der Kunststoffkomponenten K1 und K2 wird der Elektro- oder Hydromotor aktiviert, womit sich die Misch- und Scherelemente 8 in Bewegung setzen. Bereits das erste eintretende Material K1 wird so mit dem ebenfalls in das Mischelement 2 eintretenden Material K2 effizient durchmischt. Für die Drehzahl der Welle wird ein Zeitprofil vorgegeben werden, das den rheologischen Verhältnissen Rechnung trägt. Die Durchmischung wird damit - im Unterschied zum Stand der Technik - vom Einspritzvorgang abgekoppelt.

Die gute Vermischung der Einzelkomponenten ist insbesondere dann besonders wichtig, wenn die Komponenten chemisch reagieren. Durch die gute Vermischung können beispielsweise auch Kunststoffschmelzen mit stark unterschiedlicher Viskosität gut durchmischt verarbeitet werden.

Zur Maximierung der Vermischungsleistung kann vorgesehen sein, daß der Antriebsmotor 5 des Mischelements 2 die Durchmischung bereits aktiviert, bevor Schmelze K1 bzw. K2 in das Mischelement eintritt, und daß der Antrieb auch noch für gewisse Zeit nach dem Ende des Einspeisens von Schmelze in das Mischelement fortgesetzt wird.

Wenngleich der Fall nicht dargestellt ist, kann auch vorgesehen werden, anstelle der in der Figur dargestellten Konzeption ein Mischelement vorzusehen, bei dem zwei ineinandergreifende (ggf. verzahnte) Mischzylinder zum Einsatz kommen.

Obwohl grundsätzlich beim Spritzgießen zunächst ein Dosieren des Kunststoffes über die Schneckenschubeinheit des Extruders erfolgt und danach der Kunststoff über die Schnecke als Kolben eingespritzt wird und somit erst dann Schmelze in das Mischelement 2 gelangt, ist es jedoch mit der erfindungsgemäßen Lösung genauso auch möglich, bereits während der Plastifizierung den Kunststoff dem Mischelement zuzuführen und somit den normalerweise getrennten Dosier- und Einspritzvorgang durch einen gleichzeitigen Vorgang der Plastifizierung und Einspritzung vorzunehmen. Dies ist z. B. beim sog. Intrusions verfahren der Fall.

Bezugszeichenliste

1

Kunststoffgegenstand

2

Mischelement

3

Kavität

4

Spritzgießwerkzeug

5

mechanischer Antrieb: Elektro- oder Hydromotor oder ähnlicher Antrieb

6

,

7

Förderelemente für die Materialien K1, K2: Extruder

8

Misch- und/oder Scherelemente

9

Welle

10

zylindrische Bohrung
K1erstes spritzgießfähiges Kunststoffmaterial
K2zweites Material
n(t)vorgegebene Drehzahl des Elektro- oder Hydromotors

5

als Funktion der Zeit

Claims

1. Verfahren zum Spritzgießen von aus mindestens zwei unterschiedlichen Materialien (K1, K2) bestehenden Kunststoff gegenständen (1), das die Schritte aufweist:

a) Fördern einer ersten Kunststoffkomponente (K1) in ein Mischelement (2);
b) Zumindest teilweise gleichzeitig mit Schritt a): Fördern mindestens eines zweiten Materials, vorzugsweise einer zweiten Kunststoffkomponente (K2), in das Mischelement (2);
c) Fördern der im Mischelement (2) vermischten Materialien (K1, K2) in die Kavität (3) eines Spritzgießwerkzeugs (4);

wobei die Vermischung der mindestens zwei Materialien (K1, K2) im Mischelement (2) durch eine von einem mechanischen Antrieb (5) bewirkte Mischbewegung vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischbewegung im Mischelement (2) gemäß einer vorgegebenen Zeitfunktion (n(t)) erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischbewegung im Mischelement (2) in Abhängigkeit von mindestens einem Zustandsparameter mindestens eines der Förderelemente (6, 7) für das Fördern eines Materials (K1, K2) erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zustandsparameter die Einspritzgeschwindigkeit eines Förderelements (6, 7) ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zustandsparameter die Temperatur und/oder der Einspritzdruck in mindestens einem der Förderelemente (6, 7) ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischbewegung im Mischelement (2) in Abhängigkeit von mindestens einem, die Qualität des zu fertigenden Formteils bestimmenden Parameter erfolgt.