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Die
Erfindung betrifft eine Spritzgießmaschine mit einer Plastifiziereinheit
und einer Schließeinheit mit einem Formwerkzeug, wobei
zumindest ein Teil der Form, insbesondere einer Formhälfte,
zumindest annähernd rechtwinklig zur Maschinenlängsachse bewegbar
ist und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Spritzgießmaschine.
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Derartige
Spritzgießmaschinen finden bereits vielseitig Anwendung
und dienen dem Herstellen von unterschiedlichsten Formteilen aus
spritzgegossenem Plastik.
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Besondere
Spritzgießmaschinen werden seit kurzer Zeit von der Firma
Engel hergestellt und sind in der prioritätsbegründenden,
nicht veröffentlichten
österreichischen
Patentanmeldung A 1719/2007 gezeigt.
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Die
Aufgabe der Erfindung liegt nun darin, für eine Spritzgießmaschine,
die prozesstechnisch niedrige Formzuhaltekräfte und hohe
Plastifizierleistungen benötigt, eine daran angepasste
Plastifiziereinheit bzw. Einspritzeinheit zur Verfügung
zu stellen. Niedrige Formzuhaltekraft bedeutet in diesem Zusammenhang,
dass, wenn für das Füllen einer Kavität
mit einer bestimmten Breite und einer bestimmten Länge
im Formwerkzeug einer herkömmlichen Spritzgießmaschine
mit Einspritzaggregat eine bestimmte Formzuhaltekraft (beispielsweise
100 t) bei einem bestimmten Einspritzdruck (beispielsweise 2000
bar) benötigt wird, für die gleich ausgebildete Kavität
aufgrund prozesstechnischer Gegebenheiten eine um mindestens die
Hälfte niedrige Formzuhaltekraft (> 50 t) benötigt wird. Hohe Plastifizierleistung bedeutet
in diesem Zusammenhang, dass die Schneckenumfanggeschwindigkeit
der Schnecke der Plastifiziereinheit auch über der bei
einem herkömmlichen Spritzgussaggregat üblichen
Maximal-Geschwindigkeit von ca. 1 m/s liegt. Es kann hierbei eine
Schneckenumfanggeschwindigkeit von bis zu 5 m/s erreicht werden.
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Die
Aufgabe der Erfindung liegt nun darin, die Plastifiziereinheit bzw.
Einspritzeinheit der Spritzgießmaschine an die Erfordernisse
der niedrigen Formzuhaltekräfte und hohen Plastifizierleistungen anzupassen.
Vor allem soll gewährleistet sein, dass die Schmelze mit
dem erforderlichen Druck, Geschwindigkeit, Volumen und Dichte in
das Formwerkzeug gelangt.
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Dies
wird dadurch gelöst, dass die Plastifiziereinheit ein Extrusionsaggregat
mit einer in einem Zylinder axial feststehenden und rotierbaren
Plastifizierschnecke aufweist und wobei die Plastifiziereinheit
zwischen einem Extruderkopf des Extrusionsaggregates und einer Einspritzdüse
eine Schmelzepumpe aufweist. Durch das Rotieren der Plastifizierschnecke
wird die Schmelzepumpe ständig mit Schmelze versorgt, wobei
die Schmelze über die Schmelzepumpe mit gleichmäßigem
Druck, gleichmäßiger Dichte und gleichmäßiger
Geschwindigkeit in die Kavität des Formwerkzeuges gepresst
bzw. gefördert wird. Hierbei ist weder ein, wie bei einem
Einspritzaggregat üblicher, Einspritzvorgang durch die Plastifizierschnecke
vorgesehen noch möglich, da die Plastifizierschnecke axial
feststehend ausgeführt ist. Diese Schmelzepumpe kann den
Druck, der im Extrusionsaggregat entsteht, über die Einspritzdüse in
Richtung des entstehenden Formteils weiterleiten und erhöhen.
Vor allem dient diese Schmelzepumpe der Regelung und Steuerung des
Einspritzstromdruckes und des Einspritzstromvolumens
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass die Schließeinheit
ein Formwerkzeug mit einer entlang einer ersten Richtung verfahrbaren
Formaufspannplatte und einer weiteren Formaufspannplatte aufweist,
wobei zwischen den Formaufspannplatten Formhälften aufgespannt
sind. Bevorzugt kann dabei vorgesehen sein, dass zumindest ein Teil
des Formwerkzeuges entlang einer zumindest annähernd rechtwinklig
zur ersten Richtung verlaufenden zweiten Richtung verfahrbar ist.
Bei einer solchen Ausführung der Schließseite
sind niedrige Formzuhaltekräfte und hohe Plastifizierleistungen erforderlich.
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Bekannt
sind solche Schließseiten von Spritzgießmaschinen
seit kurzen durch die Firma Engel, welche in der prioritätsbegründenden,
nicht veröffentlichten
österreichischen
Patentanmeldung A 1719/2007 eine solche Schließeinheit
gemäß der vorhergehenden Ausführungsbeispiele
zeigt. Diese Spritzgießmaschinen zur Durchführung
einer sogenannten „Exjection
®"
verbinden die Vorteile des Spritzgießens von Plastikteilen
mit dem Extrudieren von Plastikteilen. Bei dieser „Exjection
®" ist auf der Schließseite
der Spritzgießmaschine die Kavität der Formhälften
während des Einspritzens vergrößerbar. Das
heißt, es können langgezogene Formteile hergestellt
werden, die nicht nur einen durchgehenden und gleichbleibenden Profilschnitt aufweisen,
sondern auch zusätzliche Elemente (wie beispielsweise Versteifungsrippen)
aufweisen können.
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Bei
einer Plastifiziereinheit mit Schmelzepumpe kann vorzugsweise vorgesehen
sein, dass die Schmelzepumpe am Extruderkopf und an der Einspritzdüse
angeflanscht ist.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass
zwischen Extruderkopf und Schmelzepumpe mindestens ein Schmelzepuffer
angeordnet ist. Dieser Schmelzepuffer sammelt Schmelze vom Extruder
und presst die Schmelze je nach Bedarf über die Schmelzepumpe
in die Form. Während des Auswerfens des Formteiles kann
somit kurzfristig nicht eingespritzt werden. Die Schmelze, die vom
Extrusionsaggregat kontinuierlich erzeugt wird, wird im Schmelzepuffer
zurückgehalten und am Beginn des nächsten Einspritzvorganges
in größerer Menge in die Form eingebracht.
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Damit
beim Einspritzen der Schmelze in Richtung der Einspritzdüse
kein Rückstoß der Schmelze in Richtung des Extruders
auftritt, kann zwischen Schmelzepuffer und Extruderkopf ein Rückstoßventil
angeordnet sein. Auch ist es gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel möglich, zwei Schmelzepuffer,
die alternierend vom Extruder mit Schmelze gefüllt werden,
vorzusehen. Somit kann ebenfalls der Extruder kontinuierlich plastifizieren und über
die Schmelzpuffer wird abwechselnd die Form gefüllt.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass
der Extruder als Mehrschneckenextruder ausgeführt ist.
Je nach erforderlicher Menge an Schmelze kann somit der Extruder auch
als Zwei- oder Mehrschneckenextruder ausgeführt sein.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass
die Spritzgießmaschine zumindest im Bereich zwischen den
Formaufspannplatten frei von Holmen ist. Vorzugsweise kann die gesamte
Spritzgießmaschine holmlos ausgeführt sein.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betrieb einer
Spritzgießmaschine nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele
geschützt, wobei die Plastifizierschnecke während
des Betriebes kontinuierlich rotiert und einen kontinuierlichen
Schmelzestrom erzeugt.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform dieses Verfahrens kann vorgesehen
sein, dass die Schmelzepumpe das Volumen und/oder den Druck des
Schmelzestromes steuert. Gemäß einer weiteren
Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Schmelzepumpe
das Volumen und/oder den Druck des Schmelzestromes regelt. Durch
zumindest eine dieser beiden Ausführungen kann zuerst das Schmelzestromvolumen
an das zu erzeugende Formteil angepasst werden. Das heißt,
dass die Pumpe das Volumen der Kavität mit Schmelze füllt. Wenn
dann das vorbestimmte Volumen für die Füllung
der Kavität erreicht wurde, wird durch die Schmelzepumpe
zusätzlicher Druck auf den Schmeizestrom ausgeübt,
da sich die Schmelze beim Abkühlen zusammenzieht (Volumenverringerung),
wodurch unerwünschte Ausbuchtungen im Formteil entstehen
könnten. Durch die zusätzliche Drucksteuerung
bzw. Druckregelung des Schmelzestromes durch die Schmelzepumpe wird
der Druck dermaßen erhöht, dass die Volumenverminderung
beim Zusammenziehen während der Abkühlung der
Schmelze durch den zusätzlichen Druck durch die Schmelzepumpe
auf den Schmelzestrom ausgeglichen wird. Somit bleibt trotz des
Zusammenziehens und des Abkühlens der Schmelze das gesamte
Volumen der Kavität gefüllt und es findet keine
Volumensverminderung statt.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform kann dabei vorgesehen sein,
dass mit dem zumindest einen verfahrbaren Teil der Form, vorzugsweise längserstreckte,
Profilteile hergestellt werden. Die Länge der Profilteile
ist abhängig von der Öffnungsweite des verfahrbaren
Teiles der Form. Je nach Art der Ausführung liegt die Länge
der Profilteile dabei in etwa zwischen 1 und 6 Metern.
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Bei
diesem Verfahren kann vorgesehen sein, dass über das Extrusionsaggregat
und die Schmelzepumpe ein Einspritzdruck von bis zu 400 bar erzeugt
wird. Bei einem herkömmlichen Einspritzaggregat wird ein
Einspritzdruck von ca. 1500 bis 2500 bar erreicht. Je nach Art des
zu spritzenden Formteiles kann beim hier dargelegten Ausführungsbeispiel das
Extrusionsaggregat einen Druck von 300 bar erreichen, der über
die Schmelzepumpe auf ca. 400 bar erhöht wird.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand
der Figurenbeschreibung, unter Bezugnahme auf die in den Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbeispiele, im Folgenden Näher
erläutert. Darin zeigen:
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1 eine
Ansicht der Spritzgießmaschine,
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2 einen
Querschnitt der Spritzgießmaschine und
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3 bis 5 symbolische
Darstellungen der Plastifiziereinheit mit einer Querschnittsdarstellung
der Schließeinheit.
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1 zeigt
im linken Bereich die Schließseite 1 der Spritzgießmaschine,
wobei diese Seite zur Schließkrafterzeugung für
die bewegliche Formaufspannplatte 9a dient. Im rechten
Bereich ist die gesamte Plastifiziereinheit 2 dargestellt,
wobei die Einzelheiten der Plastifizierseite 2 nicht dargestellt
sind. Ebenfalls sind hierbei die Formen, die zwischen den Formaufspannplatten 9 angeordnet
wären, nicht dargestellt.
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2 zeigt
die Spritzgießmaschine aus 1 von oben,
wobei zusätzlich die Form 8, bestehend aus zwei
Formhälften 8a und 8b, in geöffnetem Zustand
dargestellt sind. Diese Formhälften 8a und 8b sind
auf der bewegbaren Formaufspannplatte 9a und der feststehenden
Formaufspannplatte 9b angebracht. Hierbei ist nicht nur
eine Bewegung der Formhälften 8a und 8b zueinander
bzw. voneinander weg möglich, sondern auch eine Bewegung
der Formhälfte 8a quer zur Maschinenlängsachse 13.
In diesem Fall bewegt sich die gesamte Formhälfte 8a quer
zur Maschinenlängsachse 13, wobei auch nur ein
Teil (z. B. ein Schiebeschlitten) der Formhälfte 8a die
Kavität zwischen den Formhälften vergrößern
könnte. Die Formhälfte 8a wird an den
Auslegern 12 bewegt, die über Gleitschuhe an den
Führungen 11 beweglich befestigt sind. Die Formteile
und die sich vergrößernde Kavität sind
in diesem Fall nicht dargestellt.
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In
den 3 bis 5 ist auf der linken Seite jeweils
ein schematischer Querschnitt der Schließeinheit 1 dargestellt,
wobei die Formaufspannplatten 9a und 9b mit den
dazwischen befindlichen Formhälften 8a und 8b in
offener Stellung dargestellt sind. Die rechte Formhälfte 8b weist
dabei das verfahrbare Teil auf, welches durch eine Art Schiebeschlitten
die Kavität während des Einspritzvorganges vergrößert.
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3 zeigt
im rechten Bereich die Plastifiziereinheit 2, wobei die
Plastifizierschnecke 3a, deren Zylinder 3b und
der Extruderkopf 3c mit dem Einfülltrichter 6 das
Extrusionsaggregat 3 bilden. Am Extruderkopf 3c ist
hierbei die Schmelzepumpe 5 und anschließend eine
Einspritzdüse 7 angeflanscht. Dieser Bereich der
Einspritzdüse 7 ist im Bereich der Formaufspannplatte 9b angeordnet.
In der Schmelzepumpe 5 wird der gewünschte, möglichst
auf das zu spritzende Formteil abgestimmte, Druck der Schmelze erzeugt
und geregelt.
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4 zeigt
die Plastifiziereinheit 2, mit einem zwischen dem Estrusionsaggregat 3 und
der Einspritzdüse 7 angeordneten Schmelzepuffer 4. Dieser
Schmelzepuffer 4 kann, während über die
Einspritzdüse 7 nicht eingespritzt wird, Schmelze
vom Estrusionsaggregat 3 aufnehmen und bei Bedarf wieder
an die Einspritzdüse 7 weiterleiten. Hierbei könnte
im Bereich zwischen Einspritzkopf 3c und Schmelzepuffer 4 ein
Rückstoßventil angeordnet sein. Auch könnte
hierbei das Extrusionsaggregat 3 zwei Schmelzepuffer 4 abwechselnd
versorgen.
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5 zeigt
eine Plastifiziereinheit 2, bei welcher ein Schmelzepuffer 4 und
eine Schmelzepumpe 5 nacheinander angeordnet sind.
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Generell
ist hiermit eine Spritzgießmaschine zur Verarbeitung von
Bauteilen, die prozesstechnisch niedrige Formzuhaltekräfte
und hohe Plastifizierleistungen benötigen, dargelegt. Dies
wird durch eine vorzugsweise holmlose Schließeinheit erreicht,
wobei die Plastifiziereinheit ein Extrusionsaggregat, wobei zur
Einspritzdruckregulierung eine nach dem Extruderkopf angeordnete
Schmelzepumpe und/oder ein Schmelzepuffer vorgesehen sein kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - AU 1719/2007 [0003, 0008]