DE19902990C2

DE19902990C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Spritzgießen von Formteilen

Info

Publication number: DE19902990C2
Application number: DE19902990A
Authority: DE
Inventors: Helmut Eckardt; Juergen Ehritt; Karl-Heinz Hill
Original assignee: Battenfeld GmbH
Current assignee: Battenfeld GmbH
Priority date: 1999-01-26
Filing date: 1999-01-26
Publication date: 2002-12-05
Anticipated expiration: 2019-01-27
Also published as: EP1022111B1; DE19902990A1; US6468464B1; ATE238150T1; EP1022111A1; DE50001821D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spritzgießen von Formteilen, die aus einer Mi schung aus mindestens einem Kunststoffmaterial und mindestens einem Zusatz in Form von faser- oder pulverförmigen Füll- oder Verstärkungsstoffen, insbesondere Glasfasern, Kohlenstoff-Fasern, Holzfasern, Kreide, mineralischen Füllstoffen und/oder Talkum, bestehen, nach Patentanspruch 1. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vor richtung zum Spritzgießen von Formteilen nach dem Oberbegriff des Patentan spruchs 8.

Bei der Verarbeitung von gefüllten bzw. verstärkten Kunststoffen sowie bei Kunststoff mischungen gibt es häufig Probleme bei der Vermischung der einzelnen Bestandteile der spritzzugießenden Mischung. Insbesondere bei langfasrigen Verstärkungsmateriali en (z. B. Glasfasern, Kohlenstoff-Fasern, gewachsenen Fasern wie Holz) kommt es nicht nur auf eine schonende Aufbereitung des Materials mit dem Ziel einer möglichst geringen Zerstörung der Fasern an, sondern auch auf eine möglichst gleichmäßige Verteilung. Probleme gibt es insbesondere dann, wenn Füllstoffe wie beispielsweise Talkum, Kreide, mineralische Füllstoffe oder Glasfasern einer Kunststoffgrundmasse zuzumischen sind und die Mischung zu homogenisieren ist.

Zwar sind Mischkammern beispielsweise aus der DE 74 14 436 U1 bekannt. Dort wer den Mehrkomponenten-Kunststoffe, insbesondere Polyurethan, verarbeitet, indem einer Mischkammer die zu vermischenden einzelnen Komponenten zugeführt werden. Dabei werden die einzelnen Komponenten über Zuführungsleitungen in die Mischkammer gefördert. Gleichzeitig wird ein Rührwerk, das sich in der Mischkammer befindet, in Gang gesetzt. Damit beginnt auch der Austritt des durchmischten Kunststoffes aus der Austrittsöffnung der Mischkammer in die Werkzeugkavität.

Die DE 297 16 742 U1 zeigt ein Mischteil, in das zwei Extruder unterschiedliche Kunst stoffkomponenten direkt extrudieren. Die Durchmischung tritt erst im Mischteil auf.

Erste Probleme ergeben sich dann, wenn das der Mischung zugrundeliegende Kunst stoffgrundmaterial in einer klassischen Spritzgießmaschine aufzubereiten ist, die meist mit einer Schubschnecken- Plastifizier- und -Spritzeinheit ausgestattet ist. Dann treten nämlich da durch Schwierigkeiten auf, daß der diskontinuierliche Plastifizier vorgang auf den Mischvorgang im Mischelement trifft, der am besten bei kontinuierlichem Betrieb erfolgt.

Kaum Vorbilder für eine Lösung finden sich im Stand der Technik da für, wenn - gemäß der eingangs genannten Gattung - Kunststoffe mit fa ser- oder pulverförmigen Füll- oder Verstärkungsstoffen gemischt und homogenisiert werden sollen.

Bekannt sind hierfür nur Lösungen, bei denen durch die Plastifizier- und Einspritzschnecke sowohl die Aufschmelzung als auch die Homogeni sierung erfolgt; in den Mischbereich der Schnecke werden dabei neben dem Kunststoffgrundmaterial auch die Füllstoffe zugegeben. Solche Lö sungen führen aber nicht zu einem besonders guten Resultat: Auf schmelzen, Zudosieren, gleichmäßiges Vermischen und Einspritzen sind Teilvorgänge, die ungleiche Prozeßbedingungen erfordern, die in einer solchen Einheit nur unter dem Eingehen von Kompromissen möglich wird. Insbesondere bei langfasrigen Zusatz- oder Füllstoffen kommt es dabei immer wieder zu einer Zerstörung der Fasern, was die Qualität des fertigen Formteils herabsetzt.

Daher sind auch Lösungen zum Einsatz gekommen, bei denen versucht wurde, Füllstoffe einer Kunststoffgrundmasse über besonders ausgelegte Schnecken zuzudosieren. Hier sind insbesondere Doppelschnecken extruder zu nennen, die jedoch einen kontinuierlichen Betrieb erforder lich machen, während der Spritzgießprozeß diskontinuierlich ablaufen muß. Dadurch ergibt sich in nachteilhafter Weise die Notwendigkeit ei ner recht aufwendigen Abstimmung, damit der kontinuierlich arbeitende Doppelschneckenextruder mit vorgegebener Leistung an den intermittie rend arbeitenden Spritzgießprozeß angepaßt werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zu schaffen, mit dem bzw. mit der es mög lich werden soll, Kunststoffen, die in klassischen Schubschnecken- Plastifizier- und -Spritzeinheiten aufgeschmolzen worden sind, beliebige Mengen von Zusatzstoffen in Form von faser- oder pulverförmigen Füll- oder Verstärkungsstoffen, insbesondere Glasfasern, Kohlenstoff-Fasern, Holzfasern, Kreide, mineralischen Füllstoffen und/oder Talkum, beizumischen und die so erhaltene Mischung möglichst gut zu homogenisieren. D. h. es sollen unterschiedli che Komponenten direkt in der Spritzgießmaschine compoundiert und die Bestandteile innig miteinander vermischt werden. Wesentliches Augenmerk soll dabei darauf liegen, daß auch eine homogene Durchmischung erreicht werden kann, wenn langfasrige Zu satzstoffe beigemischt werden sollen, ohne daß es zu einer Zerstörung der Fasern kommt.

Diese Aufgabe wird verfahrensgemäß durch ein Verfahren zum Spritzgießen von Formteilen, die aus einer Mischung aus mindestens einem Kunststoffmaterial und min destens einem Zusatz in Form von faser- oder pulverförmigen Füll- oder Verstärkungs stoffen, insbesondere Glasfasern, Kohlenstoff-Fasern, Holzfasern, Kreide, minerali schen Füllstoffen und/oder Talkum, bestehen gelöst, das die Schritte aufweist:

a) Plastifizieren einer Mischung des Kunststoffmaterials mit den sich darin befindli chen Füll- oder Verstärkungsstoffen in einer Schubschnecken-Plastifizier- und - Spritzeinheit (1) durch Rotieren einer Plastifizier- und -Einspritzschnecke (2), die in einem Schneckenzylinder (3) rotatorisch und axial beweglich angeordnet ist;
b) Austreiben der plastifizierten Mischung aus Kunststoffmaterial und Füll- oder Verstärkungsstoffen durch axiales Verschieben der Plastifizier- und Einspritz schnecke (2) aus der Schubschnecken-Plastifizier- und -Spritzeinheit (1) in ein Mischelement (4);
c) Homogenisieren der Mischung aus Kunststoffmaterial und Füll- oder Verstär kungsstoffen in dem Mischelement (4) durch einen Mischer (5), der im Misch element (4) beweglich und von einem mechanischen Antrieb (6) antreibbar an geordnet ist;
d) Austreiben der homogenisierten Mischung aus Kunststoffmaterial und Füll- oder Verstärkungsstoffen vom Mischelement (4) in ein Spritzgießwerkzeug (7).

Grundgedanke der Erfindung ist es demnach, einer bekannten Schubschnecken- Plastifizier- und -Spritzeinheit einen "dynamischen Mischer" nachzuschalten, dessen Zweck es ist, eine gute Homogenisierung im Falle dessen zu erzielen, daß insbesonde re langfasrige Zusatzstoffe einer Kunststoffgrundkomponente beizumischen sind. Durch die vorgeschlagene Verfahrenskombination ergibt sich der Vorteil, daß durch den nachgeschalteten Mischer weder in der Schneckeneinheit noch im Mi scher selber eine solche mechanische Beanspruchung der beizumischen den Fasern erfolgen muß, daß diese geschädigt, namentlich gebrochen, werden. Durch die vorgeschlagene Verfahrensabfolge werden langfasri ge Anteile, die dem Kunststoff beizumischen sind, ohne übermäßig gro ße mechanische Beanspruchung schonend gefördert und - im Mischer - homogen in die Grundmasse eingemischt.

Der Schneckeneinheit kommt damit primär die Aufgabe der Plastifizie rung und des Zumischens von Zusatzstoffen bei, während die Homoge nisierung selber primär im nachgeschalteten "dynamischen Mischer" er folgt.

Gemäß einer ersten Fortbildung ist vorgesehen, daß die Füll- oder Ver stärkungsstoffe dem bereits zumindest teilaufgeschmolzenen Kunst stoffmaterial in den Schneckenzylinder zugeführt werden. Dabei werden die Füll- oder Verstärkungsstoffe dem Schneckenzylinder an einer Stelle zugegeben, an dem bereits schmelzflüssige Kunststoffschmelze vorliegt, wo aber trotzdem noch die Schneckengänge der Plastifizier- und Ein spritzschnecke wirksam sind.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn vorgesehen wird, daß obiger Schritt d) aus den Teilschritten besteht:

1. Austreiben der homogenisierten Mischung aus Kunststoff material und Füll- oder Verstärkungsstoffen vom Mischele ment (4) in einen Schmelzespeicher (8);
2. Kumulieren einer für die Herstellung eines Formteils ausrei chenden Menge Mischung in dem Schmelzespeicher (8);
3. Austreiben der angesammelten Mischung aus dem Schmel zespeicher (8) in das Spritzgießwerkzeug (7).

Im Schmelzespeicher wird dann also Gemisch aus Kunststoff und Zu satzstoff angesammelt und erst dann, wenn genügend Material für einen Schuß vorliegt, dieses in das Werkzeug eingespritzt.

Weiterhin kann vorgesehen werden, daß der vom Mischelement (4) oder Schmelzespeicher (8) ausgetriebenen Mischung aus Kunststoffmaterial und Füll- oder Verstärkungsstoffen vor der Einspritzung ins Spritzgieß werkzeug eine weitere Kunststoffkomponente zugemischt wird. Dies ist besonders dann interessant, wenn ein Formteil aus mehreren Kunststoff komponenten gespritzt werden soll.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Mischelement von mindestens zwei parallel angeordneten Schubschnecken-Plastifizier- und -Spritzeinheiten (1, 9) befüllt wird, wobei mindestens eine Schubschnecken-Plastifizier- und Spritzeinheit (1, 9) eine Mischung aus Kunststoffmaterial und Füll- oder Verstärkungsstoffen aufbereitet.

Zur guten Vermischung im "dynamischen Mischer" kann vorgesehen werden, daß der Mischer (5) eine Rotationsbewegung ausführt, die nach einem in der Steuerung der Spritzgießmaschine hinterlegten Drehzahl profil mit über der Zeit ungleichförmigem Verlauf erfolgt. Insbesondere kann vorgesehen werden, daß während der Plastifizierung der Mischung keine Rotation des Mischers (5) erfolgt.

Die Vorrichtung zum Spritzgießen von Formteilen, die aus einer Mi schung aus mindestens einem Kunststoffmaterial und mindestens einem Zusatz in Form von faser- oder pulverförmigen Füll- oder Verstärkungs stoffen, insbesondere Glasfasern, Kohlenstoff-Fasern, Holzfasern, Krei de, mineralischen Füllstoffen und/oder Talkum, bestehen, weist auf:

- mindestens eine Schubschnecken-Plastifizier- und -Spritzeinheit (1) zum Plastifizieren einer Mischung des Kunststoffmaterial mit den sich darin befindlichen Füll- oder Verstärkungsstoffen mit einer Plastifizier- und Einspritzschnecke (2), die in einem Schneckenzylinder (3) rotatorisch und axial beweglich angeord net ist und
- ein Spritzgießwerkzeug (7), in das die plastifizierte Mischung aus Kunststoffmaterial und Füll- oder Verstärkungsstoffen einge spritzt wird,

wobei zwischen der Schubschnecken-Plastifizier- und -Spritzeinheit (

1

) und dem Spritzgießwerkzeug (

7

) ein Mischelement (

4

) angeordnet ist, das einen Mischer (

5

), der von einem mechanischen Antrieb (

6

) angetrieben wird, zur Homogenisie rung der Mischung des Kunststoffmaterials mit den sich darin befindlichen Füll- oder Verstärkungsstoffen aufweist.

Fortbildungsgemäß ist vorgesehen, daß zur Zuführung von Füll- oder Verstär kungsstoffen in das bereits zumindest teilaufgeschmolzene Kunststoffmaterial eine Zuführeinrichtung für Zusatzstoff (10) vorgesehen ist, die die Füll- oder Ver stärkungsstoffe in den Bereich des Schneckenzylinders (3) zuführt.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn zwischen dem Mischelement (4) und dem Spritzgießwerkzeug (7) ein Schmelzespeicher (8) angeordnet ist. Dann ist es sinnvoll, daß der Schmelzespeicher (8) Mittel zum Einspritzen von kumuliertem Kunststoffmaterial in das Spritzgießwerkzeug (7) aufweist.

Für die Verarbeitung mindestens zweier Kunststoffe ist es vorteilhaft, wenn min destens eine weitere Schubschnecken-Plastifizier- und -Spritzeinheit (9) zur Zu mischung einer weiteren Kunststoffkomponente zu der Mischung aus Kunst stoffmaterial und Füll- oder Verstärkungsstoffen vor der Einspritzung ins Spritz gießwerkzeug vorgesehen ist.

Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn mindestens zwei parallel angeordnete Schubschnecken-Plastifizier- und -Spritzeinheiten (1, 9) vorgesehen sind (mit parallel ist die Funktionsweise und nicht die geometrische Anordnung gemeint).

Hinsichtlich der Schneckenausbildung sind mehrere Anordnungen als vorteilhaft erkannt worden: Zunächst kann vorgesehen werden, daß die Plastifizier- und - Einspritzschnecke (2) als 3- oder Mehrzonenschnecke ausgebildet ist. Weiterhin ist es sinnvoll, daß die Plastifizier- und -Einspritzschnecke (2) als Mischteil-, Bar riere- oder Barrieremischteilschnecke ausgebildet ist. Schließlich ist es mit Vor teilen verbunden, wenn die Plastifizier- und -Einspritzschnecke (2) als Entga sungsschnecke ausgebildet ist.

Eine günstige Aufbereitung von Kunststoffmischung wird insbesondere dann erreicht, wenn vorgesehen ist, daß die Zuführeinrichtung (10) als Förderschnecke oder Dosiervorrichtung ausgebildet ist. Die Zu führeinrichtung (10) kann mit ihrem Ausstoßbereich im Entgasungs bereich der Plastifizier- und -Einspritzschnecke (2) angeordnet sein.

Schließlich kann vorgesehen werden, daß zwischen Mischelement (4) und Schmelzespeicher (8) ein Rückschlagventil, insbesondere ein Kugel rückschlagventil, oder ein Verschluß, insbesondere ein Quer bolzenverschluß, angeordnet ist.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Spritzgießvorrichtung mit einer Schub schnecken-Plastifizier- und -Spritzeinheit mit einem nachge schalteten Mischelement, in

Fig. 2 ist eine Spritzgießvorrichtung zu sehen, die in Ergänzung zu

Fig. 1 einen Schmelzespeicher aufweist, in

Fig. 3 ist eine Ausführungsvariante zu sehen, bei der die Mischele mente im Werkzeug angeordnet sind,

Fig. 4 stellt eine weitere Variante mit zwei Schubschnecken- Plastifizier- und -Spritzeinheiten dar,

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausgestaltung mit einem weiteren Spritzag gregat,

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsvariante für die Anordnung von Plastifizier- und -Spritzeinheiten und Mischelement,

Fig. 7 zeigt eine Variante der Fig. 5.

In Fig. 1 ist eine Spritzgießvorrichtung zu sehen, deren wesentliche Komponente eine Schubschnecken-Plastifizier- und -Spritzeinheit 1 ist. Diese arbeitet intermittierend, d. h. nach der Aufschmelzung von Kunst stoffmaterial - durch eine Rotationsbewegung der Plastifizier- und - Einspritzschnecke 2 - wird dieses - durch eine Axialbewegung der Schnecke 2 - in ein Spritzgießwerkzeug 7 injiziert. Dabei kann vorgese hen werden, daß dem Kunststoffgranulat, das in bekannter Weise über einen Einfülltrichter dem Schneckenzylinder 3 zugeführt wird, bereits ein Zusatz in Form eines faser- oder pulverförmigen Füll- oder Verstär kungsstoffes (z. B. Glasfasern, Kohlenstoff-Fasern, Holzfasern, Kreide, mineralischen Füllstoffen, Talkum) beigefügt ist, der dann mit aufge schmolzen und eingeknetet wird.

Es kann aber auch vorgesehen sein - und dieser Fall ist in Fig. 1 darge stellt -, daß die Zusatzstoffe mittels einer Zuführeinrichtung 10 dem be reits teilweise aufgeschmolzenen Kunststoff zugeführt wird. Vorteilhaf terweise erfolgt diese Zufuhr noch im Bereich der Schneckengänge der Schnecke 2, so daß der Zusatzstoff bereits von der Schnecke 2 in das Kunststoffgrundmaterial eingeknetet wird.

Für anspruchsvolle Spritzgießformteile reicht die so zu erzielende Ho mogenisierung jedoch nicht aus. Daher ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Schubschnecken-Plastifizier- und -Spritzeinheit 1 ein Mischele ment 4 nachgeschaltet ist. Das Mischelement 4 weist im Ausführungs beispiel einen Mischer 5 auf, der von einem mechanischen Antrieb 6 z. B. einem Hydro- oder Servomotor angetrieben wird; es handelt sich insofern um einen "dynamischen Mischer", da er aktive Mischelemente hat.

Die Schubschnecken-Plastifizier- und -Spritzeinheit 1 dosiert also in be kannter Weise die Schmelze, wobei der Mischer 5 während der Dosie rung vorzugsweise still steht. Zum Einspritzen wird die plastifizierte Schmelze durch das Mischelement 4, in der der Mischer jetzt mit einer gewünschten und vorgegebenen Drehzahl rotiert, in das Spritzgießwerk zeug 7 eingespritzt.

In vorteilhafter Weise ergibt sich damit, daß nur über einen kurzen Zeit raum - nämlich die Füllzeit - eine Mischbelastung auf den Rohstoff wirkt und die Verweilzeit im Mischelement 4 nur sehr kurz ist.

Die zum Einsatz kommende Schubschnecke kann als 3- oder Mehrzo nenschnecke, als Entgasungsschnecke oder als Mischteil-, Barriere- oder Barrieremischteilschnecke ausgeführt sein. Die Zuführeinrichtung 10 für Zusatzstoffe kann eine Förderschnecke aufweisen und/oder mit einer Dosiervorrichtung ausgestattet sein, um eine genaue Zudosierung zu er reichen. Für den Auslaß der Zuführeinrichtung eignet sich besonders gut der Entgasungsbereich der Schnecke.

In Fig. 2 ist eine etwas andere Ausführungsform der Spritzgießvorrich tung zu sehen. Während in Fig. 1 die vom Mischelement 4 homogeni sierte Mischung direkt ins Werkzeug 7 gespritzt wurde, ist in Fig. 2 zu sehen, daß die Förderung vom Mischelement 4 zunächst in einen Schmelzespeicher oder Transferzylinder 8 erfolgt. Vom Schmelzespei cher 8 aus wird die Schmelze dann ins Werkzeug injiziert.

Die Schubschnecken-Plastifizier- und -Spritzeinheit 1 dosiert zunächst das gewünschte Volumen an Schmelze und Zuschlagsstoffen auf und spritzt die Mischung beim Passieren des Mischelements 4 in den Schmelzespeicher 8 ein. Dieser Vorgang erfolgt außerhalb des eigentli chen Einspritz- und Nachdruckvorgangs ins Werkzeug. Die Verbindung zwischen Mischelement 4 und Schmelzespeicher 8 wird vorteilhafter weise mit einem - nicht dargestellten - Rückschlagventil oder Verschluß versehen, das bzw. der ein Zurückströmen von Mischung aus dem Spei cher 8 in das Mischelement 4 beim Einspritzen verhindert. Ausführungs formen für das Rückschlagventil bzw. den Verschluß können z. B. Ku gelrückschlagventile oder Querbolzenverschlüsse sein, d. h. Vorrichtun gen, die ein gezieltes Öffnen und Schließen des Schmelzekanals erlau ben. Derartige Ausgestaltungen sind besonders vorteilhaft bei der Verar beitung von langfaserverstärkten Kunststoffen.

Der Vorteil der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist, daß der ei gentliche Füllvorgang getrennt von dem Homogenisierungsvorgang im Mischelement 4 erfolgen kann. Daraus folgt, daß die Einspritzgeschwin digkeit bzw. Füllzeit gezielt auf das jeweilige Formteil abgestimmt wer den kann und unabhängig von dem Füllvorgang des Schmelzespeichers 8 ist.

Die Ausführungsformen gemäß Fig. 1 und Fig. 2 eignen sich besonders gut für die Verarbeitung von extrem langfasrigen Zusatzstoffen. Dabei ist auch eine Kombination des Füllvorgangs mit unterschiedlichen Spritzgießverfahren möglich. So kann die Schmelze direkt in das ge schlossene Werkzeug eingespritzt werden. Alternativ kann auch vorge sehen sein, daß die Schmelze in das geschlossene oder teilweise ge schlossene Werkzeug so eingespritzt wird, daß abhängig vom Füllungs grad das Werkzeug wieder geöffnet wird, um in einem nachfolgenden Prägevorgang wieder geschlossen zu werden. Damit wird eine druckar me Verteilung der Schmelze erreicht. Ferner sind alternative Spritzgieß abfolgen denkbar, bei denen das Werkzeug zunächst bei einem auf ein Anfangsvolumen eingestellten Spalt eingespritzt wird und dann ge schlossen wird.

Natürlich sind auch Varianten der gezeigten Ausführungsformen derart denkbar und sinnvoll, daß das Mischelement 4 bei mehreren Anspritz punkten jeweils direkt am Anspritzpunkt im oder am Werkzeug ange ordnet wird. Das bedeutet, daß bei der Verwendung von Mehrfachan spritzungen, z. B. durch Heißkanalsysteme, ein "dynamischer Mischer" an jedem Anspritzpunkt angeordnet wird, der während der Einspritzung aktiviert wird und die intensive Vermischung veranlaßt. In Fig. 3 ist eine entsprechenden Ausführungsvariante gezeigt. Die Verbindungskanä le 13, 14 sind hier versetzt dargestellt.

Fig. 4 zeigt eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Spritzgießvor richtung. Im dargestellten Falle werden zwei Kunststoftkomponenten verarbeitet, von der mindestens eine einen Zusatz in Form von faser- oder pulverförmigen Füll- oder Verstärkungsstoffen aufweist. Die Ver arbeitung, d. h. Aufschmelzung, der beiden Kunststoffe erfolgt in jewei ligen Schubschnecken-Plastifizier- und -Spritzeinheiten 1 und 9. Mit diesen beiden Spritzeinheiten können aber nicht nur völlig unterschiedli che Rohstoffe (Kunststoffe), sondern auch ein Rohstoff und ein anderer Stoff, z. B. ein Füllstoff, gefördert und dosiert werden. Weiterhin ist die Anordnung weiterer Förder- und Zudosiereinheiten (s. Fig. 1) an eine oder an beide der Schneckenzylinder möglich. Möglich ist es auch, mehr als zwei Spritzaggregate anzuordnen, die über eine gemeinsame Verbin dung mit dem nachgeschalteten Mischelement 4 in Verbindung stehen. Wie zu erkennen ist, ist hier die Version mit dem nachgeschalteten Schmelzespeicher 8 dargestellt, für den die obigen, unter Fig. 2 ge machten Ausführungen analog gelten.

Da die Spritzeinheiten 1 und 9 als Schubschneckenaggregate ausgeführt sind, erfolgt zunächst die Dosierung der einzelnen Komponenten unab hängig, gleichzeitig oder zeitversetzt zueinander. Beim Einspritzvorgang werden die einzelnen Spritzaggregate in der Weise angetrieben, daß das gewünschte Mengenverhältnis das Mischelement 4 passiert, wo die Komponenten samt Füll- oder Verstärkungsstoff miteinander vermengt und die Mischung so homogenisiert wird. Durch den nur einen relativ kurzen Zeitraum dauernden Einspritzvorgang in den Schmelzespeicher wird der Speicher 8 gefüllt. Die Einspritzung erfolgt wie zuvor im Zu sammenhang mit Fig. 2 beschrieben mittels des Schmelzespeichers 8, der auch den Nachdruck aufbringt.

Ein Vorteil der in Fig. 4 gezeigten Ausgestaltung liegt darin, daß sie sich in besonderer Weise für Compoundierzwecke eignet. So können nicht nur Kunststoffe unterschiedlicher Konsistenz (z. B. Polypropylen (PP) und Polystyrol (PS), die sich ansonsten nicht miteinander verbinden las sen) miteinander vermischt werden, sondern es ist zusätzlich auch mög lich, den einen oder den anderen Kunststoff mit den in Rede stehenden Zusatzstoffen zu versehen. Da es sich um konventionelle Schubschnec keneinheiten 1 und 9 handelt, ist ein diskontinuierlicher Betrieb möglich, ohne daß negative Auswirkungen auf die Qualität zu befürchten sind. Besonders vorteilhaft bietet sich auch diese Vorrichtung für die Verar beitung langfasriger Anteile im Kunststoff an, da auch hier eine scho nende Aufbereitung der Mischung gewährleistet ist.

In Fig. 5 ist die Kombination der gemäß Fig. 4 ausgebildeten Vorrich tung mit einem weiteren Spritzaggregat 11 dargestellt, wobei dieses weitere Spritzaggregat senkrecht gezeichnet ist. Mittels der dargestellten Vorrichtung und der Zwischenplatte 12, die am Werkzeug 7 angeordnet ist, oder auch über eine - nicht dargestellte - 2-Kanal-Düse, die direkt mit dem Schmelzespeicher 8 und der Spritzeinheit 11 in Verbindung steht, erfolgt die Einspritzung zur Herstellung von dreischichtigen Formteilen, wobei das Hautmaterial entweder von der Spritzeinheit 11 und das Kernmaterial von den Spritzeinheiten 1 und 9 geliefert wird oder umgekehrt. Auf diese Weise lassen sich Formteile mit besonders guten Eigenschaften erzeugen, die hohe Steifigkeiten und Festigkeiten in Verbindung mit abgestimmten Oberflächenqualitäten aufweisen.

Die in Fig. 4 und Fig. 5 gezeigten Vorrichtungen eignen sich auch in be sonderer Weise zur Aufbereitung von Recycling-Werkstoffen, insbeson dere auch für Kunststoffmischungen mit Füll- oder Verstärkungsstoffen.

Beispiel Fall 1

Es wurde Polypropylen mit 40% Glasfaseranteil mit Glasfaserlängen von ca. 12 mm zunächst durch den "dynamischen Mischer" ohne Mischbewegung (Rotation des Mischers 5) in das Werkzeug 7 einge spritzt. Es wurden plattenförmige Formteile gespritzt, die eine recht gute Verteilung der Glasfasern zeigten, jedoch zu starkem Verzug neigten.

Fall 2

Dann wurde das gleiche Material bei sonst gleichen Spritzbedingungen, jetzt jedoch mit drehendem Mischer 5, in das Werkzeug eingespritzt. Die Formteile zeigten eine sehr gleichmäßige Oberflächenstruktur und die Fasern waren gleichmäßiger verteilt. Die gleichmäßigere Verteilung hat zur Folge, daß die Platten - verglichen mit Fall 1 - keinen Verzug auf wiesen.

Bezugszeichenliste

1

Schubschnecken-Plastifizier- und -Spritzeinheit

2

Plastifizier- und Einspritzschnecke

3

Schneckenzylinder

4

Mischelement

5

Mischer

6

mechanischer Antrieb

7

Spritzgießwerkzeug

8

Schmelzespeicher (Transferzylinder)

9

zweite Schubschnecken-Plastifizier- und -Spritzeinheit

10

Zuführeinrichtung für Zusatzstoff

11

weitere Schubschnecken-Plastifizier- und -Spritzeinheit

12

Zwischenplatte

13

erster Verbindungskanal

14

zweiter Verbindungskanal

Claims

1. Verfahren zum Spritzgießen von Formteilen, die aus einer Mi schung aus mindestens einem Kunststoffmaterial und mindestens einem Zusatz in Form von faser- oder pulverförmigen Füll- oder Verstärkungsstoffen, insbesondere Glasfasern, Kohlenstoff-Fasern, Holzfasern, Kreide, mineralischen Füllstoffen und/oder Talkum, be stehen, das die Schritte aufweist:

a) Plastifizieren einer Mischung des Kunststoffmaterial mit den sich darin befindlichen Füll- oder Verstärkungsstoffen in einer Schub schnecken-Plastifizier- und -Spritzeinheit (1) durch Rotieren ei ner Plastifizier- und Einspritzschnecke (2), die in einem Schnec kenzylinder (3) rotatorisch und axial beweglich angeordnet ist;
b) Austreiben der plastifizierten Mischung aus Kunststoffmaterial und Füll- oder Verstärkungsstoffen durch axiales Verschieben der Plastifizier- und -Einspritzschnecke (2) aus der Schubschnecken- Plastifizier- und -Spritzeinheit (1) in ein Mischelement (4);
c) Homogenisieren der Mischung aus Kunststoffmaterial und Füll- oder Verstärkungsstoffen in dem Mischelement (4) durch einen Mischer (5), der im Mischelement (4) beweglich und von einem mechanischen Antrieb (6) antreibbar angeordnet ist;
d) Austreiben der homogenisierten Mischung aus Kunststoffmaterial und Füll- oder Verstärkungsstoffen vom Mischelement (4) in ein Spritzgießwerkzeug (7).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füll- oder Verstärkungsstoffe dem bereits zumindest teilaufge schmolzenen Kunststoffmaterial in den Schneckenzylinder zuge führt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt d) von Anspruch 1 aus den Teilschritten besteht:

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, daß der vom Mischelement (4) oder Schmelzespeicher (8) aus getriebenen Mischung aus Kunststoffmaterial und Füll- oder Ver stärkungsstoffen vor der Einspritzung ins Spritzgießwerkzeug eine weitere Kunststoffkomponente zugemischt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich net, daß das Mischelement von mindestens zwei parallel angeord neten Schubschnecken-Plastifizier- und -Spritzeinheiten (1, 9) be füllt wird, wobei mindestens eine Schubschnecken-Plastifizier- und Spritzeinheit (1, 9) eine Mischung aus Kunststoffmaterial und Füll- oder Verstärkungsstoffen aufbereitet.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich net, daß der Mischer (5) eine Rotationsbewegung ausführt, die nach einem in der Steuerung der Spritzgießmaschine hinterlegten Dreh zahlprofil mit über der Zeit ungleichförmigem Verlauf erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß während der Plastifizierung der Mischung gemäß Schritt a) von Anspruch 1 keine Rotation des Mischers (5) erfolgt.

8. Vorrichtung zum Spritzgießen von Formteilen, die aus einer Mi schung aus mindestens einem Kunststoffmaterial und mindestens ei nem Zusatz in Form von faser- oder pulverförmigen Füll- oder Ver stärkungsstoffen, insbesondere Glasfasern, Kohlenstoff-Fasern, Holzfasern, Kreide, mineralischen Füllstoffen und/oder Talkum, be stehen, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 7, die aufweist:
mindestens eine Schubschnecken-Plastifizier- und Spritzeinheit (1) zum Plastifizieren einer Mischung des Kunststoffmaterials mit den sich darin befindlichen Füll- oder Verstärkungsstoffen mit einer Pla stifizier- und Einspritzschnecke (2), die in einem Schneckenzylinder (3) rotatorisch und axial beweglich angeordnet ist und
ein Spritzgießwerkzeug (7), in das die plastifizierte Mischung aus Kunststoffmaterial und Füll- oder Verstärkungsstoffen eingespritzt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen der Schubschnecken-Plastifizier- und Spritzeinheit (1) und dem Spritzgießwerkzeug (7) ein Mischelement (4) angeordnet ist, das einen Mischer (5), der von einem mechanischen Antrieb (6) angetrie ben wird, zur Homogenisierung der Mischung des Kunststoffmaterials mit den sich darin befindlichen Füll- oder Verstärkungsstoffen auf weist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zu führung von Füll- oder Verstärkungsstoffen in das bereits zumindest teilaufgeschmolzene Kunststoffmaterial eine Zuführeinrichtung für Zusatzstoff (10) vorgesehen ist, die die Füll- oder Verstärkungsstoffe in den Bereich des Schneckenzylinders (3) zuführt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Mischelement (4) und dem Spritzgießwerkzeug (7) ein Schmelzespeicher (8) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzespeicher (8) Mittel zum Einspritzen von kumuliertem Kunststoffmaterial in das Spritzgießwerkzeug (7) aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekenn zeichnet, daß mindestens eine weitere Schubschnecken-Plastifizier- und -Spritzeinheit (9) zur Zumischung einer weiteren Kunststoff komponente zu der Mischung aus Kunststoffmaterial und Füll- oder Verstärkungsstoffen vor der Einspritzung ins Spritzgießwerkzeug vorgesehen ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekenn zeichnet, daß mindestens zwei parallel angeordnete Schubschnec ken-Plastifizier- und -Spritzeinheiten (1, 9) vorgesehen sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekenn zeichnet, daß die Plastifizier- und -Einspritzschnecke (2) als 3- oder Mehrzonenschnecke ausgebildet ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekenn zeichnet, daß die Plastifizier- und -Einspritzschnecke (2) als Mischteil-, Barriere- oder Barrieremischteilschnecke ausgebildet ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekenn zeichnet, daß die Plastifizier- und -Einspritzschnecke (2) als Entga sungsschnecke ausgebildet ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekenn zeichnet, daß die Zuführeinrichtung (10) als Förderschnecke oder Dosiervorrichtung ausgebildet ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung (10) mit ihrem Ausstoßbereich im Entga sungsbereich der Plastifizier- und -Einspritzschnecke (2) angeordnet ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Mischelement (4) und Schmelzespeicher (8) ein Rückschlagventil, insbesondere ein Kugelrückschlagventil, oder ein Verschluß, insbesondere ein Querbolzenverschluß, angeordnet ist.