DE202006008764U1

DE202006008764U1 - Plastifizier- und Einspritzvorrichtung mit Aufschäumeinrichtung

Info

Publication number: DE202006008764U1
Application number: DE200620008764
Authority: DE
Original assignee: Krauss Maffei Kunststofftechnik GmbH
Current assignee: KraussMaffei Technologies GmbH
Priority date: 2006-06-02
Filing date: 2006-06-02
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2016-06-03

Abstract

Plastifizier- und Einspritzvorrichtung für eine Spritzgießmaschine umfassend
– eine Plastifiziereinheit (10–18) zum Herstellen einer Schmelze aus einem oder mehreren Ausgangsmaterialien,
– eine Speichereinrichtung (20–24), die mit der Plastifiziereinheit (10–18) zum Empfang von Schmelze über eine Schmelzeleitung zumindest zeitweise strömungsmäßig verbunden ist,
– einer Einspritzeinrichtung (30–38), die mit der Speichereinrichtung (20–24) zumindest zeitweise strömungsmäßig verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen der Plastifiziereinheit (10–18) und der Speichereinrichtung (20–24) eine Einrichtung (82–88) zur Einbringung von Gas in die Schmelze vorgesehen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Plastifizier- und Einspritzvorrichtung mit einer Aufschäumeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Vorrichtungen der eingangs genannten Art, bei denen die Plastifizier- und Einspritzvorrichtung konstruktiv getrennt sind, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Insbesondere sind auch solche Vorrichtungen bekannt, bei denen zwischen der Plastifizier- und Einspritzvorrichtung eine Speichereinrichtung zur puffernden Aufnahme einer Schmelze, insbesondere einer Kunststoffschmelze, vorgesehen ist. Eine solche Speichereinrichtung ermöglicht insbesondere den kontinuierlichen Betrieb einer – beispielsweise als Zweischneckenextruder ausgebildeten – Plastifiziereinrichtung trotz einer intermittierend arbeitenden Einspritzeinrichtung.
Bekannt sind überdies Vorrichtungen zur Ausbildung von geschäumten Thermoplastprodukten, wobei zur Durchführung des Schäumprozesses ein Gas in die Kunststoffschmelze eingebracht wird, welches nach dem Einfüllen der so begasten Kunststoffschmelze in eine Kavität aufquillt und eine Porenstruktur erzeugt.
Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der DE 102 30 331 bekannt, bei der die Begasung in die Plastifiziereinrichtung integriert vorgesehen ist.
Allerdings hat sich herausgestellt, dass gerade bei der Einarbeitung von Zusatzstoffen in die Kunststoffschmelze (Eincompoundierung) die Gasbeladung im Plastifizierzylinder nicht die gewünschten Aufschäumeffekte ergibt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Anordnung anzugeben, bei der geschäumte Kunststoffprodukte, die aus mehreren Ausgangsmaterialien bestehen, mit einer sehr fein verteilten Schaum- und Porenstruktur herstellbar sind.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Entsprechend einem Kerngedanken der vorliegenden Erfindung wird ein Gas zwischen der Plastifiziereinheit und der Speichereinrichtung in die Schmelze, insbesondere die Kunststoffschmelze eingeleitet.
Zur Einleitung des Gases kann eine Gasdosiereinrichtung verwendet werden, wie sie an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Gasdosiereinrichtung kann dabei eine Pumpe, ein oder mehrere Ventile und einen Gasbehälter mit dem Schäumgas umfassen.
Im Zusammenspiel mit einer Schmelzeleitung ist eine Einleitvorrichtung für das Gas vorgesehen, wobei diese Einrichtung zur Eindüsung des Gases in die Kunststoffschmelze ausgebildet ist. Sie kann beispielsweise ein oder mehrere Düsen oder sonstige Einleitvorrichtungen umfassen. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform für eine solche Einleitvorrichtung ist ein poröser, einen Strömungskanal umfassender Körper. Durch den Strömungskanal wird die Kunststoffschmelze hindurch geleitet. Über den porösen Körper wird das Gas vollflächig und über den Strömungskanal verteilt der Schmelze zugeführt. Auf diese Weise ist eine besonders gute und feine Zudosierung des Gases in die Schmelze möglich, so dass sich aufgrund der guten Verteilung eine feine, den Kunststoff gleichmäßig durchsetzende Porenstruktur ergibt.
Eine gute Verteilung der Porenstruktur kann zudem dadurch erreicht werden, dass strömungsmäßig hinter der Gaseinleitposition ein Mischer, insbesondere ein statischer Mischer, vorgesehen ist, der die zunächst möglicherweise nur randseitig mit Gas beladene Schmelze im gesamten Schmelzematerial verteilt.
Die vorliegende Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und mit Bezug auf die einzige beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die einzige Zeichnung zeigt eine sehr schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst einen Zweischneckenextruder 10 mit einem Plastifizierzylinder und zwei im Plastifizierzylinder drehbar aufgenommene Schnecken 12. Alternativ kann auch eine Einschnecke verwendet werden, die sich allerdings nicht in dem Maße für Eincompoundierarbeiten eignet.
Über eine Einfüllöffnung 14 kann ein Ausgangsmaterial dem Zweischneckenextruder 10 zugeführt werden. Das Ausgangsmaterial wird durch Drehen der Schnecken 12 mittels eines Antriebsmotors 18 im Zylinder aufgeschmolzen und in Richtung der Extruderspitze befördert. Über eine weitere Einfüllöffnung können Zusatzstoffe wie Fasern, Pulver, Farbe oder ein anderes Kunststoffmaterial etc. zugeführt werden.
Am Ausgang des Zweischneckenextruders wird die so erzeugte Kunststoffschmelze über eine Schmelzeleitung zu einer Speichereinrichtung 20 geführt, in der sie zwischengespeichert werden kann. Das Volumen der Speichereinrichtung 20 ist durch Hin- und Herverfahren eines Kolbens 22 veränderlich ausgestaltet. Der Kolben 22 wird mittels zweier Hydraulikzylinder 24 geregelt beaufschlagt, die über Hydraulikleitungen 25 und 26 mit einem Regelventil 28 gesteuert sind. Das Regelventil 28 ist mit einer Pumpe Pu sowie einem Behälter 88 verbunden.
Von der Speichereinrichtung 20 erstreckt sich eine weitere Schmelzeleitung 52 zu einer Einspritzeinrichtung, die aus einem Einspritzzylinder 30, einem im Einspritzzylinder 30 hin und her beweglichen Einspritzkolben 32, einem den Einspritzkolben 32 betätigenden Hydraulikkolben 38 und einem Hydraulikzylinder 36, in dem der Hydraulikkolben 38 geführt ist, besteht. Einspritzseitig des Einspritzkolbens 32 ist eine Schmelzekammer 34 vorgesehen, in der die vom Extruder bzw. der Speichereinrichtung 20 stammende Schmelze aufgenommen wird, bevor sie in eine nicht dargestellte Kavität eines Formwerkzeugs durch Nach-vorne-Verschieben des Einspritzkolbens 32 überführt wird.
Um während des Einspritzvorgangs keinerlei Schmelze aus der Schmelzekammer 34 in Richtung der Speichereinrichtung 20 zurückzudrücken, ist in der Schmelzeleitung 52 ein Absperrventil 54 vorgesehen, mit welchem die Strömungsverbindung unterbrochen werden kann.
Überdies ist auch am formwerkzeugseitigen Ausgang der Schmelzekammer 34 ein Absperrventil 60 vorgesehen, so dass die Schmelze erst ab einem bestimmten Zeitpunkt (und nicht bereits vorher) in die Kavität eines Formwerkzeugs überführt wird.
Der im Hydraulikzylinder 36 aufgenommene Hydraulikkolben 38 wird über zwei Hydraulikleitungen 37 und 39 mit Hydraulikdruck beaufschlagt und kann durch wechselweises Beaufschlagen der Hydraulikleitungen entsprechend hin und her verschoben werden. Die Hydraulikleitungen 37 und 39 erhalten von einem Regelventil das Hydraulikfluid. Dieses Regelventil ist wiederum mit der Pumpe Pu sowie einem Behälter zur Aufnahme von Hydraulikfluid verbunden.
Beide Regelventile 28 und 40 sind mit einer Steuereinrichtung 72 verbunden und erhalten von dieser entsprechende Steuer- bzw. Regelbefehle. Die Steuereinrichtung 72 erhält einen Sensorsignal P von einem Drucksensor 70, der den Druck am Ausgang des Zweischneckenextruders ermittelt.
Aufgrund dieses Drucksignals können die beiden Regelventile 28 und 40 gesteuert werden.
Zwischen dem Zweischneckenextruder 10 und der Speichereinrichtung 20 mündet die Leitung 84 einer Gasdosier-Einheit 80 in die Schmelzeleitung. Dabei ist in der Schmelzeleitung integriert ein nicht weiter dargestellter, die Einleiteinrichtung bildender zylinderförmiger poröser Körper 82 mit einer zentralen, zylinderförmigen Strömungsöffnung vorgesehen, wobei diese Strömungsöffnung die Strömungsdurchführung der Schmelzeleitung fortsetzt. Der poröse Körper ist über eine Leitung 84 mit einer Pumpe 86 verbunden, wobei die Pumpe 86 von einem Behälter 88 Gas zu der Einleit-Einrichtung fördert. Die Pumpe 86 ist über eine Steuerleitung 90 mit der Steuereinrichtung 72 verbunden und so ausgebildet, dass sie entsprechend den Steuersignalen beaufschlagt werden kann. Strömungsabwärts der durch den porösen Körper 82 gebildeten Einleiteinrichtung ist ein statischer Mischer 92 in der Schmelzeleitung vorgesehen.
Der poröse Körper 82 kann alternativ auch als einfache Gasdüse oder Bohrung für die Gaszuführung ausgebildet sein. Die Gaseinleitung (Körper 82) kann auch unmittelbar über den statischen Mischer 92 erfolgen.
Stromaufwärts des porösen Körpers 82 kann wahlweise noch ein Rückschlagventil 81 für die Schmelze angeordnet sein (z.B. ein Kugelrückschlagventil). Dieses Rückschlagventil 81 verhindert ein Einströmen des Gases in den Extruderbereich 12.
Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zum einen der Druck am Ausgang der Extrudereinrichtung ermittelt und entsprechend über die Regelventile 28 und 40 sowohl der Hydraulikteil der Einspritzeinrichtung bzw. der Hydraulikteil der Speichereinrichtung 20 beaufschlagt. Zudem wird entsprechend dem ermittelten Druck die Pumpe 86 angesteuert, die der Schmelzeleitung Gas zuführt und dieses über den porösen Körper 82 in die Schmelze eindosiert. Anhängig vom gemessenen Schmelzedruck 70 wird der Gaszuführdruck in der Zuführleitung 84 automatisch geregelt. Der Gaszuführdruck wird dabei um einen einstellbaren Wert (Delta p) über dem Schmelzedruck 70 eingeregelt.
Aufgrund des nachgeschalteten statischen Mischers 92 wird die Gasbeladung fein und gut verteilt in die Schmelze eingearbeitet, so dass nach dem Injizieren der so mit Gas beladenen Schmelze in eine Kavität ein gleichmäßiges und feines Aufschäumen ermöglicht ist. Durch die Druckregelung ist es möglich, die Schmelze derart unter Druck zu halten, dass das Gas im gesamten Bereich der Plastifizier- und Einspritzeinheit nicht aufschäumt. Das Aufschäumen passiert erst in der Kavität, in welcher der Druck unter ein bestimmtes Limit abfällt.
Oftmals ist es zur Durchführung eines physikalischen Schäumvorgangs notwendig, ein Gas in einem superkritischen Zustand in die Schmelze einzuführen. Bei der vorliegenden Erfindung kann jedoch bei bestimmten Verfahrensbedingungen auf die Einleitung eines superkritischen Gases verzichtet werden. Vielmehr ist auch die Einleitung eines Gases im normalen Zustand möglich, wodurch die Gasdosier-Einrichtung stark vereinfacht werden kann. Hilfreich für die Vermeidung der Verwendung eines superkritischen Gases ist die Gaseinbringung in den kontinuierlichen Schmelzestrom, da dadurch mit niedrigen Gasdrücken gearbeitet werden kann.
Als Treibmittelgase werden vorzugsweise Stickstoff oder CO₂ eingesetzt.
Optional kann überdies noch ein von der Maschine gesteuertes Verschlussventil in der Gasleitung 84 vorgesehen werden. In Störungsfall kann so die Gasleitung verschlossen bzw. die Gaszuführung sofort unterbunden werden. Dieses Ventil kann auch als Druckentlastungsventil für die Gasleitung ausgeführt sein.
In der Zeichnung ist kein Anfahrventil dargestellt, welches zwischen Extruder und dem Rückschlagventil 81 angeordnet sein könnte.
Eine weitere Alternative der Gaseinbringung in die Schmelze wäre die Gaseinbringung in Leitung 52, also stromabwärts der Speichereinrichtung 20; wobei auch hier zwischen der Speichereinrichtung und der Gasdüse ein Rückschlagventil vorgesehen sein könnte. Die Gaseinbringung an dieser Stelle wäre diskontinuierlich. Deshalb sollte die Gaszuführung über ein Verschlußventil noch aktiv gesteuert werden können.
Insgesamt bietet die vorliegende Erfindung eine gute Möglichkeit, aufgeschäumte Produkte mit einer gleich verteilten, feingeschäumten Porenstruktur prozesssicher herzustellen.

10: Zwei-Schnecken-Extruder
12: Schnecke
14: Einfüllöffnung für Ausgangsmaterial
16: Einfüllöffnung für Zusatzstoffe
18: Antrieb
20: Speicher
22: Kolben
24: Hydraulikzylinder
25: Hydraulikleitung
26: Hydraulikleitung
28: Regelventil
30: Einspritzzylinder
32: Einspritzkolben
34: Schmelzekammer
36: Hydraulikzylinder
37: Hydraulikleitung
38: Hydraulikkolben
39: Hydraulikleitung
40: Regelventil
50: Leitung
52: Leitung
54: Ventil
60: Ventil
70: Druckaufnehmer
72: Steuereinrichtung
74: Steuerleitung
76: Steuerleitung
80: Gasdosier-Einheit
81: Rückschlagventil
82: Poröser Körper
84: Gasleitung
86: Steuerbare Pumpe
88: Gasbehälter
90: Steuerleitung
92: Statischer Mischer

Claims

Plastifizier- und Einspritzvorrichtung für eine Spritzgießmaschine umfassend – eine Plastifiziereinheit (10–18) zum Herstellen einer Schmelze aus einem oder mehreren Ausgangsmaterialien, – eine Speichereinrichtung (20–24), die mit der Plastifiziereinheit (10–18) zum Empfang von Schmelze über eine Schmelzeleitung zumindest zeitweise strömungsmäßig verbunden ist, – einer Einspritzeinrichtung (30–38), die mit der Speichereinrichtung (20–24) zumindest zeitweise strömungsmäßig verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Plastifiziereinheit (10–18) und der Speichereinrichtung (20–24) eine Einrichtung (82–88) zur Einbringung von Gas in die Schmelze vorgesehen ist.
Plastifizier- und Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (82–88) zur Einbringung von Gas eine Gasdosiereinrichtung umfasst.
Plastifizier- und Einspritzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdosiereinrichtung eine Pumpe (86), ein Ventil und einen Gasbehälter (88) umfasst.
Plastifizier- und Einspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gaszufuhrleitung (84) vorgesehen ist, die bei einer Einleiteinrichtung (82) in der Schmelzeleitung endet, wobei die Einleiteinrichtung (82) zur Eindüsung des Gases in die Schmelze ausgebildet ist.
Plastifizier- und Einspritzvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einleiteinrichtung (82) ein Ventil oder einen mit einem Strömungskanal ausgestatteten porösen Körper enthält, mittels dem das Gas verteilt in die Schmel ze einleitbar ist.
Plastifizier- und Einspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass strömungsmäßig hinter der Gaseinleitposition in die Schmelzeleitung ein Mischer (92), insbesondere ein statischer Mischer, vorgesehen ist.
Plastifizier- und Einspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass strömungsmäßig vor der Gaseinleitposition ein Rückschlagventil (81) vorgesehen ist.
Plastifizier- und Einspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Plastifiziereinheit ein Einschnecken- oder ein Zweischneckenextruder vorgesehen ist.
Plastifizier- und Einspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung derart ausgebildet ist, um den Gaszuführdruck im Abhängigkeit vom gemessenen Schmelzedruck zu regeln.