AT409359B - Spritzgiessverfahren und einrichtung zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Description

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   Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spritzgiessverfahren zum Einspritzen einer in einem Plasti- fizierzylinder einer Spritzgiessmaschine aufbereiteten einphasigen Lösung aus Polymer und Treibmittel in eine Form. 



   Die vorliegende Erfindung steht in engem Zusammenhang mit dem sogenannten MuCell- Verfahren. Ziel dieses Verfahrens ist es, leichte Kunststoffbauteile mit homogen verteilten, kleinen Gasblasen (Zellen) herzustellen. Erreicht wird dies dadurch, dass beim Aufbereiten des einzusprit- zenden Materials das Treibmittel, beispielsweise N2 oder C02, in superkritischem Zustand beige- mengt wird. Dazu wird im Plastifizierzylinder ein hoher Druck erzeugt, sodass Polymer und Treib- mittel eine einphasige Lösung bilden. Durch den raschen Druckabfall beim Füllvorgang des Werk- zeuges schäumt das Treibmittel als Gas den Kunststoff auf und erzeugt einen mikrozellularen Schaum. 



   Problematisch ist es im Zusammenhang mit diesem Verfahren, wenn die die Spritzgiessma- schine bedienende Person eine Schutzeinrichtung, beispielsweise ein Schutzgitter, öffnen muss. 



  Dies kann notwendig sein, um einen Anguss zu entfernen oder Teile zu entnehmen. Aus Sicher- heitsgründen war es bisher üblich, beim Öffnen einer Schutzeinrichtung den Zufluss des Druckfluids zum Einspritzzylinder abzusperren. Dies führt jedoch beim MuCell-Verfahren dazu, dass der Mas- sedruck im Plastifizierzylinder unter jenen Grenzwert absinkt, ab dem die einphasige Lösung zer- fällt und unbrauchbar wird. Eine Schaumbildung im Plastifizierzylinder ist jedoch unerwünscht und macht das aufbereitete Material unbrauchbar. 



   Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Einrichtung anzubieten, mit denen unter Aufrechterhaltung hoher Sicherheitsstandards eine Abtrennung des Treibmittels im Plastifi- zierzylinder vermieden wird. 



   Dies wird beim erfindungsgemässen Verfahren dadurch erreicht, dass beim Öffnen einer Schutz- einrichtung der Spritzgiessmaschine durch die die Maschine bedienende Person die Verbindung zwischen Plastifizierzylinder und Form unterbrochen und die maximale Geschwindigkeit der Ver- schiebung der im Plastifizierzylinder angeordneten Schnecke begrenzt wird. 



   Funktioniert die vorgesehene Unterbrechung der Verbindung zwischen   Plastifizierzylinder   und Form, bewegt sich die Schnecke nach dem Öffnen der Schutzeinrichtung überhaupt nicht, und die erfindungsgemäss vorgesehene Möglichkeit einer Bewegung mit ganz geringer Geschwindigkeit führt nur zur Aufrechterhaltung jenes Druckes, der notwendig ist, um den einphasigen Zustand von Polymer und Treibgas zu erhalten. Damit auf jeden Fall die Sicherheit Vorrang hat, wird vorgese- hen, dass die maximale Geschwindigkeit der Schnecke auf Null reduziert wird, falls nicht eine End- lagenüberwachung die Unterbrechung der Verbindung zwischen Plastifizierzylinder und Form mei- det. 



   Die konstruktive Durchführung der Erfindung ist dann am einfachsten, wenn davon ausge- gangen werden kann, dass der Druck auch bei stillstehender Schnecke aufrecht erhalten werden kann. Dies ist dann der Fall, wenn bei einer hydraulischen Maschine das beim Öffnen der Schutz- einrichtung ausgeschaltete Regelventil völlig dicht ist und damit den aufgebrachten Druck - allen- falls zusammen mit einem Rückschlagventil - halten kann.

   Um eine Kontrolle über den aufgebrach- ten Druck zu haben, wird man jedoch im allgemeinen bei einer hydraulischen Maschine, bei der eine Versorgungsleitung mit absperrbarem Steuerventil für den Einspritzzylinder vorhanden ist, eine das Steuerventil umgehende Zusatzleitung vorsehen, in der eine Einrichtung zur Reduzierung der Menge des zum Einspritzzylinder zufliessenden Druckfluids sowie gegebenenfalls eine Einrich- tung zur Reduzierung des Drucks angeordnet sind. 



   In Abweichung von der bestehenden Norm (EN 201/1997) kommt es zu keiner Absperrung des Zuflusses zum Einspritzzylinder. Eine blosse Verringerung des Hydraulikdrucks wäre allerdings nicht ausreichend, um eine Gefährdung der die Spritzgiessmaschine bedienenden Person auszu- schliessen. Erst durch eine Reduktion der Menge des zum Einspritzzylinder zufliessenden Druck- fluids wird erreicht, dass selbst bei einem störungsbedingten Austritt des aufbereiteten Materials aus dem Plastifizierzylinder keine Gefährdung entsteht, da der Austritt aufgrund der reduzierten Druckfluidmenge nur äusserst langsam erfolgt. 



   Grundsätzlich wäre es möglich, die Reduzierung der Menge und gegebenenfalls des Druckes des zum Einspritzzylinder zufliessenden Druckfluids durch Verstellung der Versorgungspumpe zu bewirken. Da die Versorgungspumpe jedoch nicht ausschliesslich den Einspritzzylinder beliefert, ist ein Rückgang von Druck und Menge beim Druckfluid für das gesamte System unerwünscht. Die 

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 erfindungsgemässe, das absperrbare Steuerventil umgehende Zusatzleitung mit einer Einrichtung zur Reduzierung der Menge des zum Einspritzzylinder zufliessenden Druckfluids erlaubt eine auf den Einspritzzylinder beschränkte Beeinflussung von Menge und Druck. Die übrigen Bereiche der Spritzgiessmaschine bleiben unbeeinflusst. 



   Im Optimalfall wird der Druck des zum Einspritzzylinder zufliessenden Druckfluids soweit redu- ziert, dass das Druckniveau im Plastifizierzylinder gerade ausreicht, um die darin aufbereitete ein- phasige Lösung aus Polymer und Treibgas in einphasigem Zustand zu halten. 



   Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung bei hydraulischen Maschinen beschränkt. Bei elekt- risch angetriebenen Maschinen kann die Begrenzung der maximalen Verschiebegeschwindigkeit der Schnecke ebenfalls erzielt werden, indem die Drehgeschwindigkeit des antreibenden Servomo- tors überwacht wird. Der aufgebrachte Druck ergibt sich aus dem vom Motor erzeugten Drehmo- ment, welches weitgehend von der im Motor herrschenden Stromstärke abhängt. 



   Erhöhen lässt sich die Sicherheit dadurch, dass ein Antrieb der Schnecke nur dann erhalten bleibt, wenn ein Endlagenschalter den geschlossenen Zustand einer den Plastifizierzylinder ab- schliessenden Verschlussdüse meldet. 



   Konstruktiv wird dies bei hydraulischen Maschinen dadurch gelöst, dass in der Zusatzleitung ein absperrbares Steuerventil vorgesehen ist, und dass der Plastifizierzylinder mit einer vorzugsweise hydraulisch betätigten Verschlussdüse mit zumindest einem Endlagenschalter versehen ist, wobei das in der Zusatzleitung angeordnete Steuerventil mittels einer Steuerung in Abhängigkeit der Sig- nale des Endlagenschalters steuerbar ist. 



   Weitere Merkmale und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfol- genden Beschreibung der Zeichnung, in der die erfindungsgemässe Einrichtung in je einer Prinzip- skizze einer hydraulisch und einer elektrisch angetriebenen Maschine dargestellt ist. 



   Das in Fig. 1 dargestellte Einspritzaggregat weist einen Plastifizierzylinder 1 auf, in dem eine Schnecke 2 drehbar und längsverschieblich gelagert ist. Über den Trichter 3a sowie die Leitung 3b werden Kunststoffmaterial bzw. Treibmittel in flüssigem Zustand dem Plastifizierzylinder 1 zuge- führt. In vorderen Bereich des Plastifizierzylinder 1 ist mindestens ein Drucksensor 4 zur Überwa- chung des Drucks im Plastifizierzylinder 1 angeordnet. Diese Drucküberwachung ist wichtig, da im Plastifizierzylinder 1 über den gesamten Zyklus jener Massedruck aufrecht erhalten werden muss, der sicherstellt, dass das Treibmittel mit dem Polymer in Lösung bleibt. 



   Signale des Drucksensors 4 werden an eine Steuerung 10 geleitet. Ebenfalls empfangen wer- den von der Steuerung 10 die Signale zweier Endlagenschalter 6, die am Hydraulikzylinder für die Verschlussdüse 5 des Plastifizierzylinders 1 angeordnet sind. Weiteren Input erhält die Steuerung 10 vom Wegmesssystem 9, das die Lage des Einspritzkolbens 8 im Einspritzzylinder 7 überwacht. 



   Der Einspritzzylinder 7 wird im Normalzustand über die Versorgungsleitung 11mit Druckfluid versorgt. In der Versorgungsleitung 11 ist ein absperrbares Steuerventil 13 angeordnet, das auch den Rückfluss von Druckfluid über die Rückflussleitung 12 ermöglicht. 



   Wird nun ein Schutzgitter der Spritzgiessmaschine geöffnet, so wird durch Absperrung des Steuerventils 13 der direkte Zufluss von Hydraulikfluid über die Versorgungsleitung 11 zum Ein- spritzzylinder 7 unterbrochen. Die Notversorgung, mit der ein Ausgasen des Treibmittels im Plasti- fizierzylinder 1 vermieden wird, erfolgt über die Zusatzleitung 14. Mit der Zusatzleitung 14 wird das geschlossene Steuerventil 13 umgangen. Die Zusatzleitung 14 kann von der Versorgungsleitung 11 vor dem Steuerventil 13 abzweigen oder direkt bis zur Versorgungspumpe (nicht gezeigt) ge- führt sein. 



   Wesentlich ist, dass in der Zusatzleitung 14 ein Druckminderventil 16 sowie eine Drossel 17 zur Reduktion der Durchflussmenge angeordnet sind. Weiters vorgesehen sind in der Zusatzleitung 14 ein Rückschlagventil 18 sowie ein absperrbares Steuerventil 15. Das Steuerventil 15 dient einer- seits dazu, bei geöffnetem Steuerventil 13 in der Versorgungsleitung 11 einen unerwünschten Nebenfluss über die Zusatzleitung 14 zu verhindern. Andererseits erlaubt das Steuerventil 15 in der Zusatzleitung 14 eine Notversorgung des Einspritzzylinders 7 nur dann, wenn es von der Steue- rung 10 die Meldung erhält, dass die Verschlussdüse 5 des Plastifizierzylinders 1 in der Endlage "ge- schlossen" ist. 



   Durch das Druckminderventil 16 wird der in der Versorgungsleitung 11 herrschende Hydraulik- druck so weit reduziert, dass der daraus resultierende Massedruck im Plastifizierzylinder 1 gerade ausreicht, um ein Ausgasen des Treibmittels zu unterbinden. Während des Einspritzens bedeutet 

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 dies beispielsweise, dass der Massedruck im Plastifizierzylinder 1 von etwa 1. 500 bar auf 100 bis 300 bar abgesenkt wird. Eine noch stärkere Reduktion erfolgt über die Drossel 17 bei der Druck- fluidmenge. Die Druckfluidmenge wird auf weniger als 1/10, vorzugsweise sogar auf weniger als 1/20 der üblichen Standardmaximalmenge beim Einspritzen abgesenkt. Durch diese drastische Absenkung der Druckfluidmenge werden die geforderten hohen Sicherheitsstandards aufrecht erhalten. 



   Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 erfolgt die Axialbewegung der Schnecke 4 mittels einer Spindel 19, die durch einen Elektromotor 20 angetrieben wird. Der Regler 21 wirkt auf den Motor 20 einerseits über den Leistungsteil 22, andererseits über die Motorsteuerung 23. Die Regelung ist so zu gestalten, dass es bei Öffnen des Schutzgitters nicht automatisch zu einem völligen Abschal- ten des Motors 20 kommt. Dieser hält vielmehr das zur Aufrechterhaltung des Aggregatzustandes des aufdosierten Materials notwendige Drehmoment aufrecht. Bedingung hiefür ist allerdings, dass die Verschlussdüse 5 ordnungsgemäss geschlossen ist und damit die Aufrechterhaltung des not- wendigen Druckes bei Stillstand der Schnecke 4 oder höchstens geringfügiger Vorwärtsbewegung derselben möglich ist. 



   PATENTANSPRÜCHE: 
1. Spritzgiessverfahren zum Einspritzen einer in einem Plastifizierzylinder einer Spritzgiessma- schine aufbereiteten einphasigen Lösung aus Polymer und Treibmittel in eine Form, da- durch gekennzeichnet, dass beim Öffnen einer Schutzeinrichtung der Spritzgiessmaschine durch die die Maschine bedienende Person die Verbindung zwischen Plastifizierzylinder und Form unterbrochen und die maximale Geschwindigkeit der Verschiebung der im Pla- stifizierzylinder angeordneten Schnecke begrenzt wird.

Claims (1)

1. 2. Spritzgiessverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die Schnecke wirkende Kraft so weit reduziert wird, dass das Druckniveau im Plastifizierzylinder gerade ausreicht, um die darin aufbereitete einphasige Lösung aus Polymer und Treibgas in ein- phasigem Zustand zu halten.

   3. Spritzgiessverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Plastifizierzylinder ein Massedruck von etwa 100 bis 300 bar erhalten bleibt.

   4 Spritzgiessverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit der Schnecke auf weniger als 1/10, vorzugsweise auf weniger als 1/20 der üblichen Maximalgeschwindigkeit beim Einspritzen reduziert wird.

   5 Spritzgiessverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Geschwindigkeit der Schnecke auf Null reduziert wird, falls nicht eine Endlagen- überwachung die Unterbrechung der Verbindung zwischen Plastifizierzylinder und Form meldet.

   6 Einspritzaggregat für eine Spritzgiessmaschine, insbesondere zur Durchführung des Ver- fahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einer in einem Plastifizierzylinder gelager- ten Schnecke und einem die Schnecke in Längsrichtung bewegenden Einspritzkolben, welcher in einem Einspritzzylinder gelagert ist, wobei eine Versorgungsleitung für den Ein- spritzzylinder mit einem absperrbaren Steuerventil vorgesehen ist, dadurch gekennzeich- net, dass eine das Steuerventil (13) umgehende Zusatzleitung (14) vorgesehen ist, in der eine Einrichtung (17) zur Reduzierung der Menge des zum Einspritzzylinder (7) zufliessen- den Druckfluids sowie gegebenenfalls eine Einrichtung (16) zur Reduzierung des Drucks angeordnet sind.

   7. Einspritzaggregat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Re- duzierung des Drucks des zufliessenden Druckfluids ein Druckminderventil (16) ist.

   8. Einspritzaggregat nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Reduzierung der Menge des zufliessenden Druckfluids eine Drossel (17) ist.

   9. Einspritzaggregat nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zusatzleitung (14) weiters ein absperrbares Steuerventil (15) vorgesehen ist.

   10. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Antrieb der Schnecke ein Elektromotor (20) vorgesehen ist, <Desc/Clms Page number 4> dessen Drehzahl veränderbar ist.

   11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment des Elekt- romotors (20) veränderbar ist.

   12. Einspritzaggregat nach einem der Ansprüche 6 bis 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Plastifizierzylinder (1) mit einer vorzugsweise hydraulisch betätigten Verschlussdü- se (5) mit zumindest einem Endlagenschalter (6) versehen ist, wobei das in der Zusatzlei- tung (14) angeordnete Steuerventil (15) bzw. der Elektromotor (20) mittels einer Steuerung (10) in Abhängigkeit der Signale des Endlagenschalters (6) steuerbar ist.

   13. Einspritzaggregat nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Plastifizierzylinder (1) zumindest ein Drucksensor (4) zur Überwachung des Drucks im Plastifizierzylinder (1) vorgesehen ist.