DE4414246A1

DE4414246A1 - Injection moulding of thermoplastic components and process plant

Info

Publication number: DE4414246A1
Application number: DE19944414246
Authority: DE
Inventors: Ralf Dr Dedeken; Helmut Eckardt
Original assignee: Battenfeld GmbH
Current assignee: Battenfeld GmbH
Priority date: 1994-04-23
Filing date: 1994-04-23
Publication date: 1995-10-26

Abstract

In a plastics injection moulding process the polymer is plasticised by an extruder with a screw (2) and barrel (3), metered into a collecting space (6) in front of the screw (2) and pumped into the tool cavity (8) by a pressure increasing pump (7). In a second process variation the melt is placed into a temporary storage chamber and held under given pressure and environmental conditions before being pumped into the cavity (8). In a third process variation the melt is simultaneously plasticised by the screw (2) and injected by the pump (7), the rotation of both pump (7) and screw (2) being synchronised. In a fourth process variation the screw (2) rotates continuously to produce melt and the pump (7) drive is synchronised such that it only operates when sufficient melt is available for a shot. Also claimed is a process plant including the screw extruder (2, 3), injection pump (7) and moulding tool (9).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Spritzgießen von Formteilen aus spritzgießfähigem Kunststoff, bei welchem das Kunststoffmaterial durch eine drehangetriebene Schnecke (2) in einem Schneckenzylinder (3) eines Extruders (2, 3) plastifiziert wird (Dosieren) und die Kunststoffschmelze in die Kavität (8) eines Spritzgießwerkzeugs (9) ausgetrieben wird (Einspritzen). Desweiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a process for the injection molding of molded parts made of injection-moldable plastic, in which the plastic material is plasticized (metering) by a rotary screw ( 2 ) in a screw cylinder ( 3 ) of an extruder ( 2 , 3 ) and the plastic melt in the cavity ( 8 ) an injection mold ( 9 ) is driven out (injection). Furthermore, the invention relates to a device for performing the method.

Für das Spritzgießen von Formteilen aus Kunststoff sind im wesentlichen drei verschiedene Verfahren bzw. Vorrichtungen bekannt:For the injection molding of molded parts made of plastic are essentially three different methods and devices are known:

Die älteste Form der Einspritzung von Kunststoff beim Spritzgießen ist die Kolbeneinspritzung. Dabei wird das zu plastifizierende Kunststoffgranulat zunächst in einem Zylinder aufgeheizt; die so entstehende Kunststoffschmelze wird dann mit Hilfe eines Kolbens in das Spritzgießwerkzeug eingespritzt. Wesentliche Nachteile dabei sind die relativ lange Aufheizzeit und das schlechte Durchmischen des Kunststoffes vor dem Einspritzen. Daher wird diese Art der Plastifizierung und Einspritzung kaum noch verwendet.The oldest form of injection of plastic in injection molding is the piston injection. This is what is to be plasticized Plastic granules are first heated in a cylinder; the like that resulting plastic melt is then with the help of a piston in the Injection mold injected. The main disadvantages are relatively long heating up time and the poor mixing of the Plastic before injection. Therefore, this type of Plasticization and injection are rarely used.

Bei der Schneckenplastifizierung mit Schmelzespeicher wird der mit Hilfe einer axial feststehenden, jedoch eine Rotationsbewegung ausführenden Schnecke plastifizierte und geförderte Kunststoff in einen Schmelzespeicher gefüllt, aus dem er nach Erreichen des gewünschten Volumens mit Hilfe eines Spritzkolbens in das Spritzgießwerkzeug eingespritzt wird. Diese Vorrichtungen sind seit langem bekannt und werden vor allem noch zum Erzielen großer Spritzmassen und für die Verarbeitung von Strukturschaum verwendet. Ein wesentlicher Nachteil dieser Vorrichtung ist, daß "tote Ecken" vorhanden sind, die sich infolge der schlechten Spülwirkung bei dem gegebenen Schmelzeflußverlauf zwischen Extruder und Schmelzespeicher ergeben. Zwischen Schmelzespeicher und Extruder ist, um Masserückfluß beim Spritzen in den Extruder zu verhindern, ein Rückstromventil angeordnet. Auch bei optimierter Ausführung des Spritzkolbens ist eine schlechte Spülung des Materials gegeben.In the case of screw plasticization with melt storage, the is with With the help of an axially fixed, but a rotational movement plastic and conveyed plastic into one Melt memory filled, from which it is reached after reaching the desired Volume into the injection mold using an injection plunger is injected. These devices have long been known and are mainly used to achieve large injection molding compounds and for Processing of structural foam used. A major disadvantage this device is that there are "dead corners" that result from each other the poor flushing effect given the melt flow between extruder and melt storage. Between Melt storage and extruder is to reflux mass when spraying in to prevent the extruder from being arranged a backflow valve. Also at optimized design of the plunger is a bad flushing of the Given material.

Heute werden überwiegend Schneckenkolbenspritzaggregate für das Plastifizieren und Einspritzen von Kunststoffmaterial in ein Spritzgieß werkzeug eingesetzt. Dabei handelt es sich um Extruderschnecken, die sowohl eine Rotationsbewegung zum Plastifizieren des Granulats als auch eine Translationsbewegung zum Einspritzen der Schmelze ins Werkzeug ausführen.Today mainly screw piston injection units are used for the Plasticizing and injecting plastic material into an injection molding tool used. These are extruder screws that both a rotational movement to plasticize the granules and also a translational movement to inject the melt into the Execute tool.

Schneckenkolbenspritzaggregate weisen jedoch gewisse Nachteile auf, die sich bei der Produktion von Kunststoffteilen negativ auswirken:However, screw piston injection units have certain disadvantages, that have a negative impact on the production of plastic parts:

Während der Plastifizierung von Kunststoffgranulat verändert sich die effektive Schneckenlänge. Zu Beginn der Plastifizierung wird mit der maximalen Schneckenlänge gearbeitet. Ist dann ein gewisses Volumen Schmelze plastifiziert, das sich im Vorraum der Schnecke sammelt, verfährt man die Schnecke axial entgegengesetzt zur Werkzeug- Einspritzrichtung, um das sich vor der Schnecke befindliche Schmelze- Volumen zu dosieren. Da die Eintriftsstelle des Granulats ortsfest ist und sich die Schnecke zu dieser Stelle relativ (axial) bewegt, ändert sich die effektive plastifizierende und mischende Schneckenlänge, die aktiv ist, ständig. Die Verweilzeit der Schmelze und auch die Druck- und Temperaturverteilung ändern sich also während der Plastifizierung permanent.This changes during the plasticization of plastic granulate effective screw length. At the beginning of the plasticization, the maximum screw length worked. Then is a certain volume Plasticized melt that collects in the vestibule of the snail, if the screw is moved axially opposite to the tool Injection direction to the melt located in front of the screw Dosing volume. Since the entry point of the granulate is stationary and if the screw moves relatively (axially) to this point, the changes effective plasticizing and mixing screw length, which is active, constantly. The residence time of the melt and also the pressure and Temperature distribution therefore change during plasticization permanent.

Zur gezielten Führung der Schmelze vom Schneckenzylinder in das Spritzgießwerkzeug ist eine Rückstromsperre erforderlich, die es verhindert, daß Schmelze beim Einspritzen ins Werkzeug zurück in Richtung Schnecke fließt. Jedoch unterliegt die Rückstromsperre einem nicht unerheblichen Verschleiß und bereitet rheologische Probleme.For the targeted guidance of the melt from the screw cylinder into the Injection mold, a non-return valve is required prevents melt from being injected back into the mold Flows towards the snail. However, the non-return valve is subject to one not inconsiderable wear and rheological problems.

Während der Abkühlphase des ins Werkzeug eingespritzten Kunststoffes ist es ferner erforderlich, daß im Schneckenvorraum ein Massepolster bereitgestellt wird, um Schmelze infolge abkühlungsbedingter Schrumpfung ins Werkzeug nachzudrücken. Am Ende der Nachdruckphase darf die Schnecke jedoch noch nicht ihren vordersten mechanischen Anschlag erreicht haben, da stets eine gewisse Toleranz für das ins Werkzeug einzuspritzende Schmelzevolumen vorgesehen werden muß. Das bedingt jedoch immer einen gewissen Volumenrest im Schneckenvorraum, der zu schlechten Spülverhältnissen führt.During the cooling phase of the plastic injected into the mold it is also necessary that a cushion of mass in the antechamber is provided to melt as a result of cooling Press shrinkage into the tool. At the end of However, the snail must not be in the foremost phase have reached mechanical stop because there is always a certain tolerance intended for the melt volume to be injected into the mold must become. However, this always requires a certain volume remaining in the Anteroom that leads to poor rinsing conditions.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Spritzgießen von Formteilen aus spritzgießfähigem Kunststoff und eine Vorrichtung hierfür zu schaffen, die obige Nachteile vermeidet, die Vorrichtung soll insbesondere nur geringen Verschleiß aufweisen, eine gute Spülwirkung für die Kunststoffschmelze haben und rheologisch gut auslegbar sein.The invention has for its object a method for Injection molding of molded parts from injection moldable plastic and a To create a device for this, which avoids the above disadvantages In particular, the device should have only slight wear, one have a good rinsing effect for the plastic melt and rheologically good can be interpreted.

Die Lösung der Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Einspritzen der Kunststoffschmelze durch mindestens eine Druckerhöhungspumpe (7) erfolgt. Diese erzeugt den für die Förderung der Kunststoffschmelze in die Kavität (8) des Spritzgießwerkzeugs (9) erforderlichen Druck. Zum Einsatz kommen dabei vorzugsweise rotierende Verdrängerpumpen, insbesondere Zahnradpumpen, aber auch Schraubenpumpen und Flügelzellenpumpen.The achievement of the object by the invention is characterized in that the injection of the plastic melt is carried out by at least one booster pump ( 7 ). This generates the pressure required to convey the plastic melt into the cavity ( 8 ) of the injection mold ( 9 ). Rotating positive displacement pumps, in particular gear pumps, but also screw pumps and vane pumps are preferably used.

Der Vorteil dieser erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß keine - Verschleiß aufweisende - Rückstromsperre mehr erforderlich ist. Ferner ist eine gute Spülwirkung gegeben, da das Einspritzen von Kunststoff- Schmelze in das Spritzgießwerkzeug ohne "tote Ecken" erfolgt, bei gleichzeitiger gleichmäßiger Dosierung und hohem Druckaufbau.The advantage of this solution according to the invention is that no - Wear-bearing - non-return valve is more required. Further there is a good rinsing effect because the injection of plastic Melt into the injection mold without "dead corners" simultaneous even dosing and high pressure build-up.

Beim Einsatz insbesondere einer Zahnradpumpe ergibt sich der weitere Vorteil, daß diese im Stillstand die Sperrwirkung eines sonst im Spritzgießmaschinenbau eingesetzten Düsenverschlusses aufweist; ferner gibt es konstruktionsbedingt keine Leckströmungen.When using in particular a gear pump, the further results Advantage that this is the blocking effect of an otherwise in standstill Injection molding machine construction used nozzle closure; further there are no leakage flows due to the design.

Alternativ zu obiger Lösung ist es auch möglich, daß die Schmelze vor ihrer Einspritzung in das Spritzgießwerkzeug (9) in einen Zwischenspeicher (11) verbracht wird, wo sie für eine gewisse Zeit unter definierten Druck- und Umfeldbedingungen gehalten wird, und daß das Einspritzen der Kunststoffschmelze in das Spritzgießwerkzeug (9) durch mindestens eine Druckerhöhungspumpe (7) erfolgt. Dadurch ist es möglich, vor dem Einspritzen der Schmelze ins Werkzeug (9) diese vorzubehandeln, namentlich sie zu entgasen. Hierzu kann der Druck im Zwischenspeicher (11) kleiner als der Umgebungsdruck gehalten werden, also ein (Teil-)Vakuum aufweisen. Vorteilhaft kann es auch sein, die Schmelze im Zwischenspeicher (11) einem Inertgas auszusetzen.As an alternative to the above solution, it is also possible for the melt to be placed in an intermediate store ( 11 ) before it is injected into the injection mold ( 9 ), where it is kept for a certain time under defined pressure and ambient conditions, and for the injection of the Plastic melt into the injection mold ( 9 ) by at least one booster pump ( 7 ). This makes it possible to pretreat the melt before injecting it into the tool ( 9 ), in particular to degas it. For this purpose, the pressure in the intermediate store ( 11 ) can be kept lower than the ambient pressure, that is to say have a (partial) vacuum. It may also be advantageous to expose the melt in the intermediate store ( 11 ) to an inert gas.

Bei dieser Lösung kann insbesondere eine kontinuierliche Schmelzeproduktion in den Zwischenspeicher (11) ins Auge gefaßt werden, wodurch sich eine axiale Verschiebung der Extruderschnecke (2) im Schneckenzylinder (3) erübrigt. Dies wiederum hat den Vorteil, daß dann stets die volle Schneckenlänge für die Plastifizierung des Kunststoffgranulats eingesetzt werden kann.With this solution, a continuous melt production in the intermediate store ( 11 ) can be envisaged, whereby an axial displacement of the extruder screw ( 2 ) in the screw cylinder ( 3 ) is unnecessary. This in turn has the advantage that the full screw length can then always be used for the plasticization of the plastic granulate.

Nach einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird - insbesondere unter Verzicht auf eine Axialverschiebung der Schnecke (2) - das Einspritzen der Kunststoffschmelze durch mindestens eine Druckerhöhungspumpe (7) bewerkstelligt, wobei jedoch der Drehantrieb der Schnecke (2) und der Antrieb der Druckerhöhungspumpe (7) synchronisiert sind. D. h., daß - insbesondere unter Verzicht auf ein Schmelzereservoir - das soeben im Extruder (2, 3) plastifizierte Kunststoffmaterial sofort durch die Druckerhöhungspumpe (7) in die Kavität (8) des Werkzeugs (9) eingebracht wird. Freilich setzt dies eine entsprechende Abstimmung der Leistungsfähigkeit von Extruder und Pumpe voraus.According to a further embodiment of the invention, in particular without the axial displacement of the screw ( 2 ), the injection of the plastic melt is carried out by at least one booster pump ( 7 ), but the rotary drive of the screw ( 2 ) and the drive of the booster pump ( 7 ) are synchronized are. This means that - in particular without a melt reservoir - the plastic material just plasticized in the extruder ( 2 , 3 ) is immediately introduced into the cavity ( 8 ) of the tool ( 9 ) by the pressure booster pump ( 7 ). Of course, this requires a corresponding coordination of the performance of the extruder and pump.

Schließlich ist erfindungsgemäß auch der Fall angedacht, daß das Einspritzen der Kunststoffschmelze durch mindestens eine Druckerhöhungspumpe (7) erfolgt, wobei der Drehantrieb der Schnecke (2) permanent läuft, so daß laufend Kunststoffschmelze hergestellt wird, und wobei der Antrieb der Druckerhöhungspumpe (7) derart synchronisiert ist, daß er stets dann betätigt wird, wenn genügend Schmelze für den nächsten Schuß im Schneckenvorraum (6) vorhanden ist. In diesem Fall wird also laufend Schmelze erzeugt; wenn davon genug im Schneckenvorraum (6) vorhanden ist, erfolgt eine Einspritzung durch die Pumpe (7). Die Arbeitsgeschwindigkeit des Extruders (2, 3) ist dabei also auf das einzuspritzende Kunststoff-Volumen und die gewünschte Zykluszeit abgestimmt; die gesamte Zykluszeit wird für die Plastifizierung genutzt. Daher können somit auch kleine Schnecken für relativ große Schußgewichte eingesetzt werden. Finally, according to the invention, the case is also considered that the injection of the plastic melt is carried out by at least one booster pump ( 7 ), the rotary drive of the screw ( 2 ) running continuously, so that plastic melt is produced continuously, and the drive of the booster pump ( 7 ) in this way is synchronized that it is always operated when there is enough melt for the next shot in the screw vestibule ( 6 ). In this case, melt is continuously produced; if there is enough of this in the screw vestibule ( 6 ), the pump ( 7 ) injects it. The working speed of the extruder ( 2 , 3 ) is thus matched to the plastic volume to be injected and the desired cycle time; the entire cycle time is used for plastification. Therefore, small screws can be used for relatively large shot weights.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung versorgt ein Extruder (2, 3) mehrere Druckerhöhungspumpen (7) insbesondere an verschiedenen Spritzgießwerkzeugen (9). Hierdurch läßt sich unter gewissen Umständen eine sehr wirtschaftliche Kunststoffverarbeitung erreichen. Es wird dann also möglich, über einen einzigen Schmelzeextruder z. B. über kurze Verteilerkanäle mehrere Pumpen zu bedienen, über die die Einspritzung an jeweils einer Anspritzstelle erfolgt.According to a further feature of the invention, an extruder ( 2 , 3 ) supplies several pressure boosting pumps ( 7 ), in particular on different injection molds ( 9 ). As a result, very economical plastic processing can be achieved under certain circumstances. It then becomes possible to use a single melt extruder, e.g. B. to operate several pumps via short distribution channels, via which the injection takes place at one injection point.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung obiger Verfahren besteht aus einem Extruder (2, 3) mit einer drehangetriebenen Schnecke (2) und einem Schneckenzylinder (3), einer Einspritzeinheit (7) und einem Spritzgießwerkzeug (9). Erfindungsgemäß besteht die Einspritzeinheit aus mindestens einer Druckerhöhungspumpe (7). Der Druck in der Druckerhöhungspumpe (7) wird dabei insbesondere durch die Rotationsbewegung mindestens eines Bauelements erzeugt. Dabei kommen bevorzugt rotierende Verdrängerpumpen zum Einsatz. Speziell geeignet als Druckerhöhungspumpen sind Zahnradpumpen, Schrauben pumpen und Flügelzellenpumpen, die vorzugsweise für eine gute Verarbeitbarkeit des Kunststoffs beheizbar sind.The device according to the invention for carrying out the above method consists of an extruder ( 2 , 3 ) with a rotary screw ( 2 ) and a screw cylinder ( 3 ), an injection unit ( 7 ) and an injection mold ( 9 ). According to the invention, the injection unit consists of at least one booster pump ( 7 ). The pressure in the booster pump ( 7 ) is generated in particular by the rotational movement of at least one component. Rotating positive displacement pumps are preferred. Gear pumps, screw pumps and vane pumps are particularly suitable as booster pumps, which are preferably heated for good processing of the plastic.

In manchen Fällen kann es vorteilhaft sein, die Druckerhöhungspumpen (7) direkt ins Spritzgießwerkzeug (9) zu integrieren; sie können dabei so ausgebildet sein, daß sie an ihrer Schmelze abgebenden Stelle diese ohne weiteres Bauelement direkt in die Kavität (8) des Spritzgießwerkzeugs (9) einspritzen. Dadurch kann eine einfache und zuverlässige Bauart erreicht werden.In some cases, it may be advantageous to integrate the booster pumps ( 7 ) directly into the injection mold ( 9 ); they can be designed in such a way that they inject them at their melt-dispensing point directly into the cavity ( 8 ) of the injection mold ( 9 ) without any further component. This enables a simple and reliable design to be achieved.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungs gemäßen Vorrichtung lassen sich somit wie folgt zusammenfassen:The advantages of the method and the fiction The device according to the invention can thus be summarized as follows:

- No more non-return valves are required. The Non-return valves in the known design always provide one Compromise between wear and rheological interpretation Thermally sensitive raw materials are non-return valves can only be used to a limited extent; it is precisely these plastics that can be now process easily. Since the gear pump in particular has a self-locking effect and has practically no leakage flow, When injecting the melt it is ensured that no melt can flow back towards the snail.
- The self-cleaning effect of gear pumps is very good. A Color or a raw material change of the material can thus in a short time Time.
- There are no "dead corners". Because of the combing The effect of the gear wheels of a gear pump means that there are no dead spaces, in which the material stagnates and is therefore thermally damaged can. Furthermore, due to the transport effect of a gear pump Always the first material to be injected first.
- A gear pump ensures precise volumetric dosing. There no leakage flow occurs, is at constant speed and constant Pressure ensures a constant injection volume per time.
- The emphasis after the volumetric filling of the Injection mold is easy even with thin melts possible. Due to the blocking effect of the booster pump and the Missing leakage flow can also occur with thin-bodied raw materials, such as e.g. B. with polyamides, high reprints over the desired period be maintained.
- Due to the high volume constancy and lack of leakage flow given extremely good shot weight consistency, d. H. the Weight differences from molded part to molded part are very small and lie in an area that is hardly possible with the conventional push auger can be realized.
- The realization of injection weights is also possible usually with conventional push screws due to their given diameter / length range are not feasible; the Snail no longer takes on the task of injecting, the injection quantity is only from the control of the Booster pump dependent and therefore any size or small.
- The melting of plastic granules (in the extruder) and that Injection of melt (through the booster pump) can done independently. This means in particular that Axial force decoupling and relief of the screw possible.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt:Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing:

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Spritzgießmaschine mit der erfindungsgemäßen Druckerhöhungspumpe. Fig. 1 shows schematically the structure of an injection molding machine with the booster pump according to the invention.

Fig. 2 stellt einen modifizierten Aufbau mit einem Zwischenspeicher dar. Fig. 2 shows a modified structure with a buffer.

Die Spritzeinheit 1 der - in Fig. 1 nicht weiter dargestellten - Spritzgießmaschine besteht aus einer Schnecke 2, die sich in einem Schneckenzylinder 3 befindet. Das Verfahren eignet sich grundsätzlich für alle im Spritzgießen zu verarbeitenden Kunststoffe, wie z. B. Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere. Das entsprechende Kunststoffgranulat (bzw. Kunststoffgrieß, etc.) befindet sich im Einfülltrichter 4; es gelangt in den Schneckenzylinder 3, in dem zwecks Plastifizierung die Schnecke 2 rotiert. Zusätzlich wird von Heizbändern 5 Wärme in den Kunststoff eingeleitet; zur Erhitzung können natürlich auch äquivalente Mittel vorgesehen sein, z. B. eine Flüssigkeits- Temperierung mittels Heizschlangen. Für die Dosierung des für einen Spritzgießzyklus benötigten Volumens fördert die Schnecke 2 durch ihre Rotation Schmelze in den Schneckenvorraum 6. Ist das durch die Ausgangsstellung der Schnecke 2 im Schneckenzylinder 3 gegebene Schneckenvorraumvolumen gefüllt und wird mehr Schmelze für den anstehenden Schuß benötigt, verschiebt sich die Schnecke 2 axial (vom Werkzeug 9 weg, in Fig. 1 also nach rechts), wodurch sich das Schneckenvorraumvolumen vergrößert. Um einen Staudruck während des Plastifizierens zu erzeugen bzw. aufrechtzuerhalten, wirkt auf die Schnecke eine Kraft F (s. Pfeil in Fig. 1). Diese wird durch einen - nicht dargestellten - Druckmechanismus erzeugt, wobei die Kraft F pneumatisch, hydraulisch, elektrisch oder mechanisch (durch eine Feder) erzeugt werden kann.The injection unit 1 of the injection molding machine - not shown in FIG. 1 - consists of a screw 2 , which is located in a screw cylinder 3 . The method is basically suitable for all plastics to be processed in injection molding, such as. B. thermoplastics, thermosets and elastomers. The corresponding plastic granulate (or plastic powder, etc.) is in the hopper 4 ; it gets into the screw cylinder 3 , in which the screw 2 rotates for the purpose of plasticizing. In addition, 5 bands of heat are introduced into the plastic; equivalent means can of course also be provided for heating, e.g. B. a liquid temperature control by means of heating coils. For the metering of the volume required for an injection molding cycle, the screw 2 conveys melt through its rotation into the screw space 6 . If the screw space volume given by the initial position of the screw 2 in the screw cylinder 3 is filled and more melt is required for the incoming shot, the screw 2 shifts axially (away from the tool 9 , that is to the right in FIG. 1), which increases the screw space volume . In order to generate or maintain a dynamic pressure during plastication, a force F acts on the screw (see arrow in FIG. 1). This is generated by a - not shown - pressure mechanism, wherein the force F can be generated pneumatically, hydraulically, electrically or mechanically (by a spring).

Üblicherweise kommt - wie oben beschrieben - zur Schmelze aufbereitung ein Extruder zum Einsatz. Grundsätzlich eignen sich hierfür aber auch andere Vorrichtungen, die zum Aufschmelzen und Fördern des Kunststoffes geeignet sind, z. B. ein "Wärmeschrank"; derartige Vorrichtungen sind ebenfalls vom Erfindungsgedanken umfaßt.Usually - as described above - it melts processing an extruder for use. Basically, they are suitable for this but also other devices for melting and conveying the Plastic are suitable, for. B. a "warming cabinet"; such Devices are also encompassed by the inventive concept.

Die sich im Schneckenvorraum (6) gesammelte Schmelze gelangt in die Druckerhöhungspumpe 7. Bei dieser handelt es sich vorzugsweise um eine Zahnradpumpe. Während der Dosierung der Schmelze befindet sich die Druckerhöhungspumpe 7 in Ruhestellung. Sie wirkt damit gleichzeitig als Düsenverschluß und hindert die Schmelze daran, aus der Düse 10 auszutreten. Zum Einspritzen wird die Druckerhöhungspumpe 7 in Bewegung gesetzt, wobei der Extruder nur einen geringen Speisedruck aufbringen muß. Dieser kann so gering gehalten werden, daß keine nennenswerte Leckströmung des Kunststoffes über die Schneckenstege bzw. durch Zurückfließen in den Schneckengängen auftritt. Für das Einspritzen erzeugt die Druckerhöhungspumpe 7 den hierfür benötigten hohen Einspritzdruck. Mit diesem wird die Schmelze dann in die Kavität 8 des (zweiteiligen) Spritzgießwerkzeugs 9 eingespritzt. Die Druckerhöhungspumpe 7 wird je nach zu verarbeitendem Material auf die gewünschte Temperatur gebracht und dort gehalten, entweder durch elektrische Beheizung oder Flüssigkeitsbeheizung, wobei die Temperatur höher oder tiefer als die Werkzeugtemperatur liegen kann.The melt collected in the screw antechamber ( 6 ) reaches the booster pump 7 . This is preferably a gear pump. During the metering of the melt, the pressure booster pump 7 is in the rest position. It thus also acts as a nozzle seal and prevents the melt from emerging from the nozzle 10 . For the injection, the pressure booster pump 7 is set in motion, the extruder only having to apply a low feed pressure. This can be kept so low that there is no appreciable leakage flow of the plastic over the screw flights or by flowing back into the screw flights. For the injection, the booster pump 7 generates the high injection pressure required for this. With this, the melt is then injected into the cavity 8 of the (two-part) injection mold 9 . Depending on the material to be processed, the pressure booster pump 7 is brought to the desired temperature and held there, either by electrical heating or liquid heating, the temperature being able to be higher or lower than the tool temperature.

Im Falle einer Zahnradpumpe als Druckerhöhungspumpe 7 wird die gewünschte Schmelzefrontgeschwindigkeit bzw. Füllzeit durch entsprechend ausgewählte Pumpen bzw. durch entsprechende Vorwahl der Arbeitsdrehzahl der Pumpe in Verbindung mit dem Kammervolumen pro Umdrehung erreicht.In the case of a gear pump as a pressure booster pump 7 , the desired melt front speed or filling time is achieved by appropriately selected pumps or by appropriately preselecting the working speed of the pump in connection with the chamber volume per revolution.

Die zum Einspritzen erforderliche Füllzeit bzw. Fließfrontgeschwindigkeit kann durch entsprechende Steuerung der Druckerhöhungspumpe erfolgen. Dies kann zeitabhängig (Laufzeit der Pumpe) oder wegabhängig (d. h. "umdrehungsabhängig", Festlegung der Anzahl der Umdrehungen der Pumpe) geschehen; hierbei kann die Drehzahl der Pumpe konstant sein oder gemäß einer gewünschten Profilform gefahren werden. Der Umschaltpunkt von der Einspritzphase auf die Nachdruckphase erfolgt wahlweise druckabhängig (Schmelzedruck bzw. Werkzeuginnendruck), zeitabhängig oder umdrehungsabhängig. Die Nachdruckphase selbst kann z. B. umdrehungsabhängig bei konstanter Drehgeschwindigkeit gesteuert bzw. geregelt werden. Ferner sind auch direkte Regelkreise möglich, bei denen der Zustand der Werkzeugfüllung über einen oder mehrere Werkzeuginnendruckaufnehmer bestimmt wird; der gemessene Druck ist dann die Regelgröße während der Nachdruckphase. Der Soll-Druck kann in Form eines gewünschten Profils festgelegt werden. Die Sollgröße ist also der Werkzeuginnendruck oder eine andere, den Schmelzezustand im Werkzeug beschreibende Größe, während die Stellgröße die Geschwindigkeit bzw. die Umdrehungszahl der Druckerhöhungspumpe ist.The filling time or time required for injection Flow front speed can be controlled by appropriate control of the Booster pump done. This can be time dependent (duration of the Pump) or path dependent (i.e. "rotation dependent", defining the Number of revolutions of the pump) happen; here the Pump speed may be constant or according to a desired one Profile shape are driven. The switchover point from the injection phase the post-pressure phase is optionally pressure-dependent (Melt pressure or cavity pressure), time-dependent or depending on the rotation. The holding phase itself can e.g. B. Controlled or dependent on rotation at constant speed of rotation or be managed. Direct control loops are also possible in which the state of the tool filling over one or more Internal mold pressure transducer is determined; is the measured pressure then the controlled variable during the holding phase. The target pressure can in the form of a desired profile. The target size is So the mold pressure or another, the melt state in Tool descriptive size, while the manipulated variable Speed or the number of revolutions of the booster pump is.

Der Antrieb der Druckerhöhungspumpe 7 kann hydraulisch (z. B. über einen Hydromotor) oder elektrisch (z. B. über einen Elektromotor mit konstanter Drehzahl und Stellgetriebe oder über einen drehzahlveränderlichen Elektromotor) erfolgen.The pressure booster pump 7 can be driven hydraulically (eg via a hydraulic motor) or electrically (eg via an electric motor with constant speed and actuating gear or via a variable-speed electric motor).

Nach volumetrischer Füllung der Kavität 8 des Spritzgießwerkzeugs 9 wird durch weiteren, langsamen Betrieb der Druckerhöhungspumpe 7 die für den Aufbau des Nachdruckes nachzuschiebende Schmelze zur Kompensation der Volumenkontraktion während des Abkühlens ausgetrieben.After the cavity 8 of the injection mold 9 has been filled volumetrically, the melt to be replenished for the build-up of the pressure to compensate for the volume contraction during cooling is expelled by further, slow operation of the booster pump 7 .

Die Pumpe 7 bewerkstelligt die gewünschte Druckerhöhung zwischen Schneckenvorraum 6 und Düse 10. Eine Druckerhöhung um den Faktor 100 zwischen Eintrift und Austrift der Pumpe ist bei Einsatz einer Zahnradpumpe leicht zu erreichen, so daß schon bei geringen Vordrücken im Schneckenvorraum 6 die üblichen Spritzdrücke von 1.000 bis 2.000 bar erreicht werden können. Sind höhere Drücke erforderlich, kann die Hintereinanderschaltung mehrerer Pumpen erwogen werden. Die Schnecke muß also nur noch mit relativ geringer Kraft axial vorgespannt werden, da die Pumpe den - hohen - Spritzdruck aufbringt.The pump 7 brings about the desired pressure increase between the screw space 6 and the nozzle 10 . A pressure increase by a factor of 100 between the entry and exit of the pump is easy to achieve when using a gear pump, so that the usual injection pressures of 1,000 to 2,000 bar can be achieved even at low initial pressures in the screw space 6 . If higher pressures are required, the connection of several pumps in series can be considered. The screw therefore only has to be axially preloaded with relatively little force, since the pump applies the - high - spray pressure.

Zwischen dem Schneckenzylinder 3 und der Druckerhöhungspumpe 7 kann erfindungsgemäß auch ein Zwischenspeicher 11 angeordnet sein, s. Fig. 2. Auf eine axiale Verschiebung der Schnecke 2 kann hierbei verzichtet werden. Im Zwischenspeicher kann plastifiziertes Kunststoff material gesammelt und gezielt definierten Umfeldbedingungen ausgesetzt werden. Z. B. kann es sinnvoll sein, zwecks Entgasung der Schmelze ein Inertgas dem Inneren des Zwischenspeichers 11 aufzugeben. Möglich ist es aber auch, die Entgasung direkt bei Atmosphärendruck - also bei Ankoppelung des Zwischenspeichers an die Umwelt - oder unter Vakuum vorzunehmen.According to the invention, an intermediate store 11 can also be arranged between the screw cylinder 3 and the booster pump 7 , see FIG. Fig. 2. An axial displacement of the screw 2 can be omitted. Plasticized plastic material can be collected in the buffer and exposed to defined environmental conditions. For example, it may be useful to apply an inert gas to the interior of the intermediate store 11 for degassing the melt. However, it is also possible to carry out the degassing directly at atmospheric pressure - that is to say when the intermediate store is connected to the environment - or under vacuum.

Eine andere Betriebsweise des Verfahrens ist in der Weise möglich, daß auf eine Axialbewegung der Schnecke verzichtet wird und statt dessen während des Einspritzens über die Druckerhöhungspumpe 7 der Schneckenextruder 2, 3 die erforderliche Menge Schmelze durch Plastifizieren bereitstellt. Eine hierfür allerdings erforderliche direkte Synchronisation der Antriebe von Schnecke 2 und Pumpe 7 setzt jedoch voraus, daß die erforderliche Menge Kunststoffschmelze pro Zeiteinheit, die eingespritzt werden soll, auch im selben Zeitraum vom Extruder bereitgestellt werden kann.Another mode of operation of the method is possible in such a way that an axial movement of the screw is dispensed with and instead the plastic extruder 2 , 3 provides the required amount of melt by plasticizing it during injection via the booster pump 7 . However, a direct synchronization of the drives of screw 2 and pump 7 required for this, however, presupposes that the required amount of plastic melt per unit of time to be injected can also be provided by the extruder in the same period.

Es ist auch möglich, für Mehrfachanspritzungen bzw. für die Anspritzung von Mehrfachwerkzeugen gegebenenfalls mehrere kleine Druckerhöhungspumpen 9 direkt im Spritzgießwerkzeug 9 anzuordnen; dabei bedient eine Druckerhöhungspumpe jeweils einen Anspritzpunkt. Somit ist es möglich, sehr einfache und produktionssichere Heißkanalsysteme aufzubauen. Insbesondere größere Werkzeuge können so mit einfachen Heißkanalsystemen ausgerüstet werden, da der erforderliche Gleichlauf nicht erst durch Abstimmung der Verteilerkanäle erzeugt werden muß, sondern individuell an jeder Einspritzstelle durch die Steuerung mittels einer Druckerhöhungspumpe erzeugt werden kann.It is also possible to arrange several small pressure booster pumps 9 directly in the injection mold 9 for multiple injections or for the injection of multiple tools; a booster pump serves one injection point each. This makes it possible to set up very simple and reliable hot runner systems. Larger tools, in particular, can be equipped with simple hot runner systems, since the necessary synchronization does not have to be created by coordinating the distribution channels, but can be generated individually at each injection point by the control using a booster pump.

Auch die Dekompression der Schmelze nach dem Einspritzen, z. B. bei Verwendung von extrem dünnflüssigen Rohstoffen oder bei Verwendung von konventionellen Heißkanalwerkzeugen, ist durch Drehen der Druck erhöhungspumpe in "umgekehrter" Richtung möglich. Die gewünschte Dekompression der Schmelze zwischen Pumpe und Formnest kann wiederum umdrehungs- oder schmelzedruckabhängig erfolgen.Decompression of the melt after injection, e.g. B. at Use of extremely low viscosity raw materials or when using of conventional hot runner tools, is by turning the pressure booster pump possible in "reverse" direction. The desired Decompression of the melt between the pump and the mold cavity can again take place depending on the rotation or melt pressure.

Wie bereits oben erwähnt ist es auch möglich, über einen einzigen Schmelzeextruder z. B. über kurze Verteilerkanäle mehrere Pumpen zu bedienen, über die die Einspritzung an jeweils einer Anspritzstelle erfolgt. Dann befindet sich eine Druckerhöhungspumpe unmittelbar an jeder Spritzdüse, so daß sowohl Mehrfachwerkzeuge individuell eingespritzt werden können als auch ein großes Werkzeug über mehrere Anspritzstellen gezielt gefüllt werden kann.As mentioned above, it is also possible to use a single one Melt extruder e.g. B. over short distribution channels to several pumps operate, via which the injection at one injection point he follows. Then a booster pump is immediately on each spray nozzle, so that both multi-tools individually can be injected as well as a large tool over several Injection points can be filled specifically.

Die Druckerhöhungspumpe kann im zum Werkzeug ragenden Teil so ausgebildet werden, daß sie bereits die Funktion der Spritzdüse übernimmt. Dann wird z. B. bündig oder kegelig über eine Flachführung eingespritzt oder über eine Einspritzkugel, etc.The booster pump can do so in the part protruding from the tool be trained that they already function the spray nozzle takes over. Then z. B. flush or conical on a flat guide injected or via an injection ball, etc.

Da zwischen Schmelzeextruder und Druckerhöhungspumpe nur ein geringer Druck auch beim Einspritzen auftritt, sind Schnell spannvorrichtungen zur Befestigung der Pumpe 7 am Schneckenzylinder 3 möglich. Somit wird es möglich, für unterschiedliche Einspritz aufgaben (z. B. kleines Teil, großes Teil oder sehr großes Teil) die Pumpe 7 in kurzer Zeit auf die optimale Größe umzurüsten.Since there is only a small pressure between the melt extruder and the booster pump even when injecting, quick clamping devices for fastening the pump 7 to the screw cylinder 3 are possible. This makes it possible to convert the pump 7 to the optimum size in a short time for different injection tasks (e.g. small part, large part or very large part).

Der hinsichtlich des Spritzgewichts spritzgießmaschinenübliche Bereich beim Schneckenschub von ca. 20 bis 80% des maximalen Hubvolumens der Schnecke kann daher deutlich erweitert werden. Bei entsprechender Auswahl der Pumpe sind auch Spritzgewichte von nur 1% des maximalen Hubvolumens bei großer Stückgewichtkonstanz möglich.The area customary in terms of injection molding machine at a screw push of approx. 20 to 80% of the maximum stroke volume the snail can therefore be expanded significantly. With appropriate Selection of the pump are also injection weights of only 1% of the maximum stroke volume possible with large piece weight consistency.

BezugszeichenlisteReference list

1 Spritzeinheit
2 Schnecke
3 Schneckenzylinder
2, 3 Extruder
4 Einfülltrichter
5 Heizbänder
6 Schneckenvorraum
7 Druckerhöhungspumpe
8 Kavität
9 Spritzgießwerkzeug
10 Düse
11 Zwischenspeicher
F Kraft 1 injection unit
2 snail
3 screw cylinders
2 , 3 extruders
4 filling funnels
5 heating tapes
6 snail vestibule
7 Booster pump
8 cavity
9 injection mold
10 nozzle
11 buffers
F force

Claims

1. A process for the injection molding of molded parts from injection-moldable plastic, in which the plastic material is first plasticized by a rotary screw ( 2 ) in a screw cylinder ( 3 ) of an extruder ( 2 , 3 ), the melt collecting in an antechamber ( 6 ) , (Dosing phase) and then the plastic melt is expelled into the cavity ( 8 ) of an injection molding tool ( 9 ) (injection phase), characterized in that the plastic melt is injected by at least one booster pump ( 7 ).

2. Process for the injection molding of molded parts made of injection-moldable plastics, in which the plastic material is first plasticized by a rotary screw ( 2 ) in a screw cylinder ( 3 ) of an extruder ( 2 , 3 ) and then the plastic melt is injected into the cavity ( 8 ) of an injection mold ( 9 ) is expelled, characterized in that
that the melt before it is injected into the injection mold ( 9 ) is placed in a buffer ( 11 ), where it is kept for a certain time under defined pressure and ambient conditions, and
that the plastic melt is injected into the injection mold ( 9 ) by at least one booster pump ( 7 ).

3. The method according to claim 2, characterized in that the screw ( 2 ) in the screw cylinder ( 3 ) is arranged axially stationary.

4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that the pressure in the intermediate store ( 11 ) is less than or equal to the ambient pressure.

5. The method according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the melt in the intermediate store ( 11 ) is exposed to an inert gas.

6. A process for the injection molding of molded parts from injection-moldable plastic, in which the plastic material is plasticized by a rotary screw ( 2 ) in a screw cylinder ( 3 ) of an extruder ( 2 , 3 ) and at the same time the plastic melt in the cavity ( 8 ) of an injection mold ( 9 ) is driven out, characterized in that the injection of the plastic melt is carried out by at least one booster pump ( 7 ), the rotary drive of the screw ( 2 ) and the drive of the booster pump ( 7 ) being synchronized.

7. The method according to claim 6, characterized in that the screw ( 2 ) in the screw cylinder ( 3 ) is arranged axially stationary.

8. A process for the injection molding of molded parts from injection-moldable plastics, in which the plastic material is first plasticized by a rotary screw ( 2 ) in a screw barrel ( 3 ) of an extruder ( 2 , 3 ), the melt collecting in a screw space ( 6 ), (Dosing phase) and then the plastic melt is expelled into the cavity ( 8 ) of an injection mold ( 9 ) (injection phase), characterized in that
that the plastic melt is injected by at least one booster pump ( 7 ),
the rotary drive of the screw ( 2 ) running continuously, so that plastic melt is continuously produced,
and wherein the drive of the booster pump ( 7 ) is synchronized in such a way that it is actuated whenever there is sufficient melt for the next shot in the screw vestibule ( 6 ).

9. The method according to at least one of claims 1 to 8, characterized characterized in that the booster pump is a rotating Displacement pump, in particular a gear pump, a screw pump or a vane pump.

10. The method according to at least one of claims 1 to 9, characterized in that an extruder ( 2 , 3 ) supplies a plurality of booster pumps ( 7 ), in particular on different injection molds ( 9 ).

11. The device for carrying out the method according to at least one of claims 1 to 10, which consists of an extruder ( 2 , 3 ) with a rotary screw ( 2 ) and a screw cylinder ( 3 ), an injection unit ( 7 ) and an injection mold ( 9 ) consists, characterized in that the injection unit consists of at least one booster pump ( 7 ).

12. The apparatus according to claim 11, characterized in that the pressure in the booster pump ( 7 ) is generated by the rotational movement of at least one component.

13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the Booster pump is a rotating positive displacement pump.

14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the booster pump ( 7 ) is a gear pump.

15. The apparatus according to claim 13, characterized in that the booster pump ( 7 ) is a screw pump.

16. The apparatus according to claim 13, characterized in that the booster pump ( 7 ) is a vane pump.

17. The device according to at least one of claims 11 to 16, characterized in that the booster pump ( 7 ) is heatable.

18. The device according to at least one of claims 11 to 17, characterized in that the pressure booster pump ( 7 ) is integrated directly into the injection mold ( 9 ).

19. The apparatus according to claim 18, characterized in that the pressure booster pump ( 7 ) integrated in the injection mold ( 9 ) at its melt-dispensing point is designed such that the melt is injected directly into the cavity ( 8 ) of the injection mold ( 9 ) without any further component becomes.