DE102011105765B4 - Method for injection molding of plastic molded parts made of thermoplastic material - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung (1) zum Spritzgießen von Kunststoff-Formteilen aus thermoplastischem Kunststoff, wobei die Vorrichtung einen Schneckenzylinder (2) mit einer sich darin befindlichen rotatorisch bewegbaren Plastifizierschnecke (3) zum Herstellen von thermoplastischer Kunststoffschmelze (4) und Mittel (5) zum Einspritzen eines Fluids (6) an einer axialen Einspritzposition (G) des Schneckenzylinders (2) umfasst, an der sich zumindest zeitweise Schneckengänge (7) der Plastifizierschnecke (3) befinden, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (5) zum Einspritzen eines Fluid (6) einen Düsenkopf (8) umfassen, in den eine einzige Fluidbohrung (9) eingearbeitet ist, wobei in der Fluidbohrung (9) translatorisch beweglich angeordnete Verschlussmittel (10) angeordnet sind, die in Abhängigkeit ihrer Lage den Zufluss von Fluid (6) zulassen oder unterbinden, wobei die Verschlussmittel (10) mit einem Aktuator (19) verbunden sind, der die Verschlussmittel (10) translatorisch in der Fluidbohrung (9) bewegen kann, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: a) Messen des Drucks des Fluids (pF), mit dem das Fluid (6) am Düsenkopf (8) anliegt; b) Zuleiten des gemessenen Wertes des Fluiddrucks (pF) an einen Vergleicher (17) und Weitergabe eines vom Vergleicher (17) berechneten Kennsignals (S) an eine Steuerung (18); c) Veranlassung der Betätigung des Aktuators (19) zum Zulassen einer Fluideingabe in die Kunststoffschmelze (4) durch die Steuerung (18), sobald zum einen ein in der Steuerung (18) hinterlegter Spritzgießzyklus die Fluideingabe vorgibt und zum anderen das vom Vergleicher (18) bereitgestellte Kennsignal (S) einen vorgegebenen Wert erreicht oder übersteigt.Method for operating a device (1) for injection molding plastic molded parts made of thermoplastic, the device comprising a screw cylinder (2) with a rotatably movable plasticizing screw (3) for producing thermoplastic melt (4) and means (5) for injecting a fluid (6) at an axial injection position (G) of the screw cylinder (2), at which there are at least temporarily screw flights (7) of the plasticizing screw (3), characterized in that the means (5) for injecting a fluid (6) comprise a nozzle head (8) into which a single fluid bore (9) is incorporated, closure means (10) which are arranged so as to be translationally movable are arranged in the fluid bore (9) and, depending on their position, the inflow of fluid (6) allow or prevent, the closure means (10) being connected to an actuator (19) which translates the closure means (10) can move in the fluid bore (9), the method comprising the steps of: a) measuring the pressure of the fluid (pF) with which the fluid (6) is applied to the nozzle head (8); b) supplying the measured value of the fluid pressure (pF) to a comparator (17) and passing on an identification signal (S) calculated by the comparator (17) to a controller (18); c) initiating the actuation of the actuator (19) to allow fluid input into the plastic melt (4) by the control (18) as soon as an injection molding cycle stored in the control (18) specifies the fluid input and on the other hand the comparator (18 ) provided identification signal (S) reaches or exceeds a predetermined value.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Spritzgießen von Kunststoff-Formteilen aus thermoplastischem Kunststoff, wobei die Vorrichtung einen Schneckenzylinder mit einer sich darin befindlichen rotatorisch bewegbaren Plastifizierschnecke zum Herstellen von thermoplastischer Kunststoffschmelze und Mittel zum Einspritzen eines Fluids an einer axialen Einspritzposition des Schneckenzylinders umfasst, an der sich zumindest zeitweise Schneckengänge der Plastifizierschnecke befinden.The invention relates to a method for operating a device for injection molding of plastic molded parts made of thermoplastic material, wherein the device comprises a worm cylinder with therein rotatably movable plasticizing screw for producing thermoplastic melt and means for injecting a fluid at an axial injection position of the worm cylinder at which, at least at times, screw flights of the plasticizing screw are located.

Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der DE 198 48 151 A1 bekannt. Hier wird für die Herstellung von Kunststoff-Formteilen aus thermoplastischer Schmelze das Strukturschaumgießen mit physikalischer Begasung der Schmelze eingesetzt. Bei diesem Verfahren wird mit Treibmittel versehene Schmelze in die Kavität eines Spritzgießwerkzeugs eingespritzt. Der Gasdruck drückt die Schmelze während der Abkühlung gegen die Kavitätswände, so dass abkühlungsbedingte Volumenkontraktionen ausgeglichen werden können und die Formteiloberfläche frei von Einfallstellen ist.Such a method is for example from the DE 198 48 151 A1 known. Here, structural foam casting with physical gassing of the melt is used for the production of plastic molded parts from thermoplastic melt. In this process, blowing agent-provided melt is injected into the cavity of an injection mold. The gas pressure presses the melt during the cooling against the cavity walls, so that cooling volume contraction can be compensated and the molding surface is free of sink marks.

Hiermit können vorteilhaft geschäumte Formteile mit einer kompakten Haut und einem geschäumten Kern hergestellt werden. Insbesondere beim vorliegenden Einsatz eines physikalischen Treibmittels (Fluid, insbesondere Gas) ist es vorteilhaft, dass ein höherer Gasdruck als beim Einsatz eines chemischen Treibmittels aufgebaut werden kann, um höher viskose Kunststoffe gut verarbeiten und Formteile mit geringen Wanddicken herstellen zu können. So erfolgt eine gleichmäßige Verteilung des Gases in der Schmelze.Hereby advantageously foamed moldings can be produced with a compact skin and a foamed core. In particular, in the present use of a physical blowing agent (fluid, in particular gas), it is advantageous that a higher gas pressure than when using a chemical blowing agent can be constructed to process higher-viscosity plastics well and to produce moldings with low wall thicknesses. This results in a uniform distribution of the gas in the melt.

Ähnliche Lösungen sind aus der US 3 461 498 A , aus der DE 100 56 650 A1 und aus der DE 26 22 001 A1 bekannt.Similar solutions are from the US 3 461 498 A , from the DE 100 56 650 A1 and from the DE 26 22 001 A1 known.

Aufgrund der Viskositätsunterschiede zwischen Gas und Schmelze hat das Gas allerdings die Tendenz, eine oder mehrere große Blasen zu bilden. Um dies zu vermeiden, muss sowohl das Gasvolumen sehr genau zudosiert werden, als auch die mit Gas versetzte Schmelze intensiv vermischt werden, wobei die Schmelze unter einem ausreichend hohen Druck gehalten werden muss, um ein unerwünschtes Aufschäumen im Schneckenzylinder zu vermeiden.However, due to the differences in viscosity between the gas and the melt, the gas tends to form one or more large bubbles. To avoid this, both the gas volume must be metered very accurately, as well as the gasified melt must be mixed intensively, the melt must be kept under a sufficiently high pressure to avoid unwanted foaming in the screw cylinder.

Zum Einspritzen des Fluids (des Gases) in den Schneckenzylinder werden zumeist Injektoren für das Fluid eingesetzt, die in den Schneckenzylinder eingeschraubt werden. Dabei müssen diese Einspritzdüsen die folgenden Funktionen erfüllen: Zunächst muss mit ihnen das Fluid in die Kunststoffschmelze reproduzierbar eingespritzt werden können. Dann muss sichergestellt sein, dass es bei jedem Spritzgießzyklus zu einem Freiblasen gegebenenfalls in den Injektor eingedrungener Schmelze kommt, um die Funktionsfähigkeit des Systems zu gewährleisten. Weiterhin ist es wichtig, die Mittel zum Einspritzen eines Fluids so zu gestalten, dass den hohen Schmelzedrücken beim Einspritzen standgehalten werden kann.For injecting the fluid (the gas) in the screw cylinder usually injectors are used for the fluid, which are screwed into the screw cylinder. These injectors must fulfill the following functions: First, the fluid must be injected into the plastic melt reproducible with them. It must then be ensured that, with each injection molding cycle, a blow-in, if necessary, of the melt which has penetrated into the injector occurs in order to ensure the functioning of the system. Furthermore, it is important to design the means for injecting a fluid so that the high melt pressures during injection can be withstood.

Die bisher hierzu bekannten Gaseinspritzdüsen erfüllen diese Aufgaben meist nur teilweise oder unvollständig.The previously known gas injectors fulfill these tasks usually only partially or incompletely.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art so weiterzuentwickeln, dass die Fluideingabe, insbesondere die Gaseingabe, unter Vermeidung der genannten Nachteile in reproduzierbarer Weise erfolgt und so ein stabiler Spritzgießprozess ausführbar wird. Des weiteren soll eine zugehörige Spritzgießvorrichtung insbesondere hinsichtlich der Mittel zur Eingabe des Fluids problemlos den hohen Spritzdrücken in der Schmelze standhalten können.The invention is therefore based on the object, a method of the generic type so that the fluid input, in particular the gas input, while avoiding the disadvantages mentioned in a reproducible manner and so a stable injection molding process is executable. Furthermore, an associated injection molding apparatus should be able to easily withstand the high injection pressures in the melt, in particular with regard to the means for introducing the fluid.

Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte vorsieht:

• a) Messen der Drucks des Fluids, mit dem das Fluid am Düsenkopf anliegt;
• b) Zuleiten des gemessenen Wertes des Fluiddrucks an einen Vergleicher und Weitergabe eines vom Vergleicher berechneten Kennsignals an eine Steuerung;
• c) Veranlassung der Betätigung des Aktuators zum Zulassen einer Fluideingabe in die Kunststoffschmelze durch die Steuerung, sobald zum einen ein in der Steuerung hinterlegter Spritzgießzyklus die Fluideingabe vorgibt und zum anderen das vom Vergleicher bereitgestellte Kennsignal einen vorgegebenen Wert erreicht oder übersteigt.

The solution of this problem by the invention is characterized in that the method provides the following method steps:

• a) measuring the pressure of the fluid with which the fluid rests against the nozzle head;
• b) supplying the measured value of the fluid pressure to a comparator and forwarding a characteristic signal calculated by the comparator to a controller;
• c) causing the actuation of the actuator to allow a fluid input into the plastic melt by the controller, as soon as on the one hand deposited in the control injection molding specifies the fluid input and on the other hand, the indicator signal provided by the comparator reaches or exceeds a predetermined value.

Das Kennsignal kann dabei aus dem Fluiddruck selber generiert sein. Möglich und bevorzugt ist es aber, dass das Kennsignal aus dem Differenzdruck zwischen dem Fluiddruck und dem im Schneckenzylinder an der Stelle des Düsenkopfs oder an einer benachbarten Stelle herrschenden Schmelzedruck generiert wird.The identification signal can be generated from the fluid pressure itself. However, it is possible and preferred for the characteristic signal to be generated from the differential pressure between the fluid pressure and the melt pressure prevailing in the screw cylinder at the location of the nozzle head or at an adjacent location.

Eine entsprechende Spritzgießvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Mittel zum Einspritzen eines Fluid einen Düsenkopf umfassen, in den eine einzige Fluidbohrung eingearbeitet ist, wobei in der Fluidbohrung translatorisch beweglich angeordnete Verschlussmittel angeordnet sind, die in Abhängigkeit ihrer Lage den Zufluss von Fluid zulassen oder unterbinden, wobei die Verschlussmittel mit einem Aktuator verbunden sind, der die Verschlussmittel translatorisch in der Fluidbohrung bewegen kann.A corresponding injection molding device is characterized in that the means for injecting a fluid comprise a nozzle head, in which a single fluid bore is incorporated, wherein in the fluid bore translationally arranged movable closure means are arranged, which allow or prevent the inflow of fluid depending on their position wherein the closure means are connected to an actuator which can translate the closure means in the fluid bore.

Der Aktuator kann als hydraulisches, pneumatisches oder elektromagnetisches Betätigungselement ausgebildet sein. The actuator may be formed as a hydraulic, pneumatic or electromagnetic actuator.

Der Düsenkopf hat bevorzugt eine zylindrische Kontur, wobei der Durchmesser des Düsenkopfs vorzugsweise maximal 10 mm, besonders bevorzugt maximal 8 mm, beträgt. Der Düsenkopf kann in einer Bohrung in der Wandung des Schneckenzylinders angeordnet sein, der einen dem Durchmesser des Düsenkopfs entsprechenden Durchmesser aufweist. An den Düsenkopf kann sich ein mit einem Gewinde versehener Befestigungsabschnitt anschließen, der in einer Gewindebohrung in der Wandung des Schneckenzylinders eingeschraubt ist, wobei der Durchmesser des Befestigungsabschnitts größer ist als der Durchmesser des Düsenkopfs. Der Durchmesser des Befestigungsabschnitts beträgt dabei bevorzugt mindestens 130% des Durchmessers des Düsenkopfs. Die Länge des zylindrischen Düsenkopfs beträgt vorzugsweise maximal 8 mm, besonders bevorzugt maximal 6 mm.The nozzle head preferably has a cylindrical contour, wherein the diameter of the nozzle head is preferably at most 10 mm, particularly preferably at most 8 mm. The nozzle head may be arranged in a bore in the wall of the screw cylinder, which has a diameter corresponding to the diameter of the nozzle head. The nozzle head may be followed by a threaded fastening section which is screwed into a threaded bore in the wall of the worm cylinder, the diameter of the fastening section being larger than the diameter of the nozzle head. The diameter of the fastening section is preferably at least 130% of the diameter of the nozzle head. The length of the cylindrical nozzle head is preferably not more than 8 mm, more preferably not more than 6 mm.

Die vorgeschlagene Fluideinspritzdüse wird also aktiv über hydraulische, pneumatische oder elektrische Elemente geöffnet und geschlossen, wobei die Verschlussmittel (Verschlussnadel) mit dem Aktuator (Betätigungsmitteln) verbunden sind.The proposed fluid injection nozzle is thus opened and closed actively via hydraulic, pneumatic or electrical elements, wherein the closure means (valve pin) are connected to the actuator (actuating means).

Die Eingasungsöffnung für die Gaseinspritzung in den Schneckenzylinder weist nur eine einzige Bohrung auf. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass bei mehreren Bohrungen sich die eine oder andere Bohrung leicht mit Schmelze zusetzen kann und dann kein Gas mehr hindurch lässt. Wenn sich diese Bohrungen unkalkulierbar zusetzen, ist eine reproduzierbare Einspritzung einer definierten Gasmenge bei gegebenem Eingasungsdruck praktisch nicht mehr möglich. Bei der vorgeschlagenen einzigen Bohrung dagegen wird diese Bohrung bei jedem Zyklus wieder frei geblasen bzw. gereinigt, so dass die Reproduzierbarkeit des Prozesses gewährleistet ist.The gas injection injection opening in the screw cylinder has only a single bore. It has been found that with several holes, one or the other hole can easily clog with melt and then no gas can pass through. If these holes add incalculable, a reproducible injection of a defined amount of gas at a given gas injection pressure is practically no longer possible. In the proposed single hole, however, this hole is blown free again or cleaned at each cycle, so that the reproducibility of the process is ensured.

Durch die Ausführung mit nur einer Bohrung kann der in den Schneckenraum hereinragende und mit der Schmelze in Berührung kommende Teil des Fluideinspritzmittels, nämlich der Düsenkopf, sehr klein im Durchmesser ausgeführt werden. Beim Spritzgießvorgang können am Düsenkopf Schmelzedrücke von bis zu 3.000 bar auftreten. Auch bei maximalem von der Spritzeinheit erzeugbarem Schmelzespritzdruck ist aufgrund der kleinen Bauweise des Düsenkopfs die durch den Schmelzedruck wirkende Kraft geringer als die Kraft, die das in den Schneckenzylinder eingeschraubte Gewinde des Befestigungsabschnitts aufnehmen kann. Auch bei Maximaldruck kann es so zu keiner Beschädigung des Injektors kommen.Due to the design with only one bore, the part of the fluid injection means which projects into the screw space and comes into contact with the melt, namely the nozzle head, can be made very small in diameter. In the injection molding process melt pressures of up to 3,000 bar can occur at the nozzle head. Even with maximum melt injection pressure that can be generated by the injection unit, the force acting by the melt pressure is less than the force that can be absorbed by the thread of the fastening portion screwed into the screw cylinder due to the small design of the nozzle head. Even at maximum pressure it can come to no damage to the injector.

Bei anderen Lösungen gemäß dem Stand der Technik ist beobachtet worden, dass es bei hohen Spritzdrücken zu einer schädlichen Belastung kommen kann. Um dem vorzubauen, ist es bekannt geworden, im Schneckenzylinder Sicherungsmittel gegen unzulässig hohe Schmelzedrücke als Sicherung für den Fluidinjektor anzuordnen, was aufwändig und teuer ist. Hierauf kann bei Einsatz der vorliegenden Idee verzichtet werden.In other prior art solutions it has been observed that at high injection pressures, a deleterious loading may occur. In order to pre-assemble, it has become known to arrange securing means in the worm cylinder against inadmissibly high melt pressures as a backup for the fluid injector, which is complicated and expensive. This can be dispensed with when using the present idea.

Da üblicherweise zwischen dem Regelventil für das Gas und der Gaseinspritzdüse ein Schlauch oder ein Rohr bestimmter Länge vorgesehen werden muss, muss sich bei Beginn der Gasdosierung zunächst der Gasdruck im Schlauch bzw. Rohr aufbauen, bevor die Gaseinspritzung beginnt. Deshalb wird gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren am Eingasungsventil ein Freigabedruck eingestellt, bei dessen Erreichen der Injektor erst öffnet. Auf diese Weise wird sicher verhindert, dass bei noch zu geringem Gasdruck in das Eingasungsventil Schmelze eindringen kann.Since usually a hose or a pipe of certain length must be provided between the control valve for the gas and the gas injection nozzle, the gas pressure in the hose or pipe must first build up at the beginning of the gas metering, before the gas injection begins. Therefore, according to the proposed method, a release pressure is set at the gas injection valve, upon reaching which the injector first opens. In this way, it is reliably prevented that, if the gas pressure is still too low, melt can enter the gasification valve.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:In the drawing, an embodiment of the invention is shown. Show it:

1 schematisch eine Vorrichtung zum Spritzgießen und 1 schematically a device for injection molding and

2 die Mittel zum Einspritzen eines Fluids in detaillierterer Darstellung. 2 the means for injecting a fluid in more detail.

In 1 ist schematisch eine Vorrichtung zum Spritzgießen 1, also eine Spritzgießmaschine, in einem Verfahrensstadium dargestellt, in dem eine Schmelze-Gas-Mischung hergestellt wird. Später wird die hergestellte Kunststoffschmelze in das Spritzgießwerkzeug 11 eingespritzt, das eine entsprechende Kavität 12 aufweist. Im Schneckenzylinder 2 ist eine Plastifizier- und Einspritzschnecke 3 drehbeweglich und axial verschiebbar angeordnet. Zwecks Herstellung von thermoplastischer Kunststoffschmelze 4 rotiert die Schnecke 3 zunächst ohne Axialbewegung im Schneckenzylinder 2.In 1 schematically is an apparatus for injection molding 1 , So an injection molding machine, shown in a process stage in which a melt-gas mixture is produced. Later, the plastic melt produced in the injection mold 11 injected, that is a corresponding cavity 12 having. In the worm cylinder 2 is a plasticizing and injection screw 3 rotatably arranged and axially displaceable. For the production of thermoplastic polymer melt 4 the snail rotates 3 initially without axial movement in the worm cylinder 2 ,

Fluid in Form eines Gases 6 ist in einem Vorratsbehälter 13 gespeichert. Es wird einem Verdichter 14 zugeführt, der es auf einen gewünschten Druck bringt. Vom Verdichter 14 aus gelangt das Gas über eine Leitung zu einem Mittel 5 zum Einspritzen des Fluids, nämlich zu einer Einspritzdüse, die am Schneckenzylinder 2 angebracht ist. Nicht dargestellt ist eine Volumenkontrollvorrichtung, mit der das Volumen des eingespritzten Gases geregelt werden kann. Durch die Düse 5 kann das Gas 6 gesteuert bzw. geregelt in den Schneckenzylinder 2 und damit in die Kunststoffschmelze 4 eingespritzt werden. Dies gelingt allerdings nur dann, wenn der Gasdruck p_F grösser ist als der Druck in der Schmelze p_S, d. h. die Druckdifferenz zwischen dem Druck im Fluid und in der Kunststoffschmelze Delta p = p_F – p_S muss positiv sein.Fluid in the form of a gas 6 is in a storage container 13 saved. It becomes a compressor 14 fed, which brings it to a desired pressure. From the compressor 14 From the gas passes via a line to a center 5 for injecting the fluid, namely to an injection nozzle on the screw cylinder 2 is appropriate. Not shown is a volume control device with which the volume of the injected gas can be regulated. Through the nozzle 5 can the gas 6 controlled or regulated in the screw cylinder 2 and thus into the plastic melt 4 be injected. However, this succeeds only if the gas pressure p _{F is} greater than the pressure in the melt p _S , ie the pressure difference between the pressure in the fluid and in the plastic melt Delta p = p _F - p _S must be positive.

Die Eingasung des Gases 6 über die Düse 5 erfolgt an einer axialen Einspritzposition G, an der sich zumindest zeitweise – namentlich während der Plastifizierung von Schmelze – die Schneckengänge 7 der Schnecke 3 befinden.The gasification of the gas 6 over the nozzle 5 takes place at an axial injection position G, at least at times - especially during the plasticization of melt - the screw flights 7 the snail 3 are located.

Wenn genügend Schmelze-Gas-Gemisch für einen Schuss produziert ist, kann das Gemisch in die Kavität 12 des Spritzgießwerkzeugs 11 eingespritzt werden, was nicht dargestellt ist.If enough melt-gas mixture is produced for a shot, the mixture can enter the cavity 12 of the injection mold 11 be injected, which is not shown.

Zur Schaffung eines stabilen Spritzgießprozesses wird dafür Sorge getragen, dass die Druckdifferenz Delta p weitgehend konstant bleibt, zumindest in einem vorgegebenen Toleranzbereich, der z. B. 2 bar betragen kann. Die Vorrichtung ist dafür mit einem Drucksensor 15 zur Messung des Drucks p_S in der Schmelze 4, mit einem Drucksensor 16 zur Messung des Gasdrucks p_F sowie mit einem Differenzbilder/Vergleicher 17 zur Bestimmung der Druckdifferenz Delta p = p_F – p_S ausgestattet. Die gemessene Druckdifferenz wird der Steuerung 18 der Spritzgießmaschine zugeleitet, die gemäß einem Programm dafür Sorge tragen kann, dass dieser Wert innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbandes bleibt. Als Eingriffsmöglichkeiten dienen diejenigen Spritzgießparameter, die dem Fachmann dafür geläufig sind, z. B. die Drehzahl der Schnecke und die axiale Kraft beim Einspritzen von Schmelze. Es ist evident, dass eine Reduzierung der Einspritzkraft den Schmelzedruck reduziert, worüber eine Eingriffsmöglichkeit besteht. Andererseits können auch der Gasdruck p_F und/oder das Gasvolumen entsprechend geregelt werden, um die gewünschte Druckdifferenz Delta p einzuhalten.To create a stable injection molding process care is taken that the pressure difference delta p remains largely constant, at least in a predetermined tolerance range, the z. B. may be 2 bar. The device is therefor with a pressure sensor 15 for measuring the pressure p _S in the melt 4 , with a pressure sensor 16 for measuring the gas pressure p _F and with a difference image / comparator 17 for determining the pressure difference delta p = p _F - p _S equipped. The measured pressure difference is the control 18 fed to the injection molding machine, which can ensure according to a program that this value remains within a predetermined tolerance band. As intervention options are those injection molding parameters that are familiar to those skilled, for. As the speed of the screw and the axial force during injection of melt. It is evident that a reduction of the injection force reduces the melt pressure, which provides an opportunity for intervention. On the other hand, the gas pressure p _F and / or the gas volume can be regulated accordingly in order to maintain the desired pressure difference delta p.

Statt eines Gases kann ebenso natürlich auch ein anderes Fluid, also eine Flüssigkeit, der Schmelze zugegeben werden.Of course, instead of a gas, another fluid, ie a liquid, may also be added to the melt.

Durch die Fluidzugabe wird erreicht, dass ein Formteil aus einem Kunststoff-Gas-Gemisch hergestellt wird, dass keine Einfallstellen und in Innern eine Schaumstruktur aufweist. Damit können insbesondere auch große, geschäumte Kunststoff-Formteile, wie Platten und Formteile mit dreidimensionaler Geometrie auch mit unterschiedlichen Wanddicken und Verrippungen, prozesssicher und preiswert hergestellt werden.By the addition of fluid is achieved that a molding is made of a plastic-gas mixture that has no sink marks and inside a foam structure. Thus, in particular, large, foamed plastic molded parts, such as plates and moldings with three-dimensional geometry, even with different wall thicknesses and ribbing, can be produced reliably and inexpensively.

Um ein vorzeitiges Aufschäumen der Kunststoff-Gas- oder Kunststoff-Flüssigkeits-Mischung in der Kavität zu verhindern, kann vor der Injektion der Mischung in der Kavität ein Gegendruck aufgebaut werden, der erst allmählich mit dem Eintritt der Mischung abgebaut wird; der Schmelzefließfront wird somit ein Gaspolster entgegengesetzt. Das Aufschäumen kann darüber gesteuert bzw. geregelt werden.To prevent premature foaming of the plastic-gas or plastic-liquid mixture in the cavity, a back pressure can be built up before the injection of the mixture in the cavity, which is reduced only gradually with the entry of the mixture; the melt flow front is thus opposed by a gas cushion. The foaming can be controlled or regulated.

In 2 sind die Mittel 5 zum Einspritzen des Gases 6 näher dargestellt. Die Mittel 5 sind in der Wandung des Schneckenzylinders 2 montiert und weisen als zentrales Element einen Düsenkopf 8 auf, der eine zylindrische Form hat. Er hat einen gestuften Durchmesser d und eine axiale Länge L. Der Düsenkopf 8 ist in einer Bohrung 20 in der Wandung des Schneckenzylinders 2 montiert, die dem Durchmesser d entspricht.In 2 are the means 5 for injecting the gas 6 shown in more detail. The means 5 are in the wall of the worm cylinder 2 mounted and have as a central element a nozzle head 8th on, which has a cylindrical shape. It has a stepped diameter d and an axial length L. The nozzle head 8th is in a hole 20 in the wall of the worm cylinder 2 mounted, which corresponds to the diameter d.

Der Düsenkopf 8 weist eine Fluidbohrung 9 auf, an der ein Verschlussmittel 10 angeordnet ist, d. h. das nadelförmige Verschlussmittel 10 ist in seinem einen Endbereich als Kegel ausgebildet, der bei entsprechender axialer Lage die Fluidbohrung 9 (d. h. nach entsprechender Bewegung in Richtung des Doppelpfeils) verschließt.The nozzle head 8th has a fluid bore 9 on, on which a closure means 10 is arranged, that is, the needle-shaped closure means 10 is formed in its one end portion as a cone, the corresponding axial position, the fluid bore 9 (ie after appropriate movement in the direction of the double arrow) closes.

Der Düsenkopf 8 geht in einen im Durchmesser verbreiterten Befestigungsabschnitt 21 über, der mit einen Außengewinde versehen ist. Dieses Außengewinde ist in eine Gewindebohrung 22 eingeschraubt, die in die Wandung des Schneckenzylinders 2 eingearbeitet ist. Der Durchmesser D des Befestigungsabschnitts 21 ist größer als der Durchmesser d des Düsenkopfs 8.The nozzle head 8th goes into a widened in diameter attachment portion 21 over, which is provided with an external thread. This external thread is in a threaded hole 22 screwed into the wall of the worm cylinder 2 is incorporated. The diameter D of the attachment portion 21 is larger than the diameter d of the nozzle head 8th ,

Das nadelartig ausgebildete Verschlussmittel 10 ist mit einem Aktuator 19 verbunden, mit dem die genannte translatorische Bewegung in Richtung des Doppelpfeils ausgeführt werden kann.The needle-like closure means 10 is with an actuator 19 connected, with which said translational movement can be carried out in the direction of the double arrow.

Demgemäß kann das Verschlussmittel 10 zwischen zwei Endlagen bewegt werden. Die eine Endlage ist in 2 eingezeichnet und stellt den Zustand dar, in dem ein Gasfluss aus dem Vorratsbehälter 13 möglich ist. Es liegt ein Ringspalt zwischen dem Ende der Fluidbohrung 9 und dem axialen Ende des Verschlussmittels 10 vor. Zu erkennen ist, dass in diesem Zustand Gas vom Vorratsbehälter 13 über eine Fluidaustrittsöffnung 23 in die Fluidbohrung 9 und weiter in die Kunststoffschmelze 4 injiziert werden kann.Accordingly, the closure means 10 be moved between two end positions. The one end position is in 2 drawn and represents the state in which a gas flow from the reservoir 13 is possible. There is an annular gap between the end of the fluid bore 9 and the axial end of the closure means 10 in front. It can be seen that in this state gas from the reservoir 13 via a fluid outlet opening 23 into the fluid hole 9 and further into the plastic melt 4 can be injected.

Die andere Endlage ist nicht dargestellt und wird erreicht, wenn das kegelförmig ausgebildete Ende des Verschlussmittels 10 auf dem Ende der Fluidbohrung 9 aufsitzt. In diesem Zustand ist ein Gasfluss unterbunden.The other end position is not shown and is achieved when the conically shaped end of the closure means 10 on the end of the fluid hole 9 seated. In this state, a gas flow is prevented.

Gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung ist vorgesehen, dass sowohl der Gasdruck p_F mittels des Drucksensors 16 als auch der Druck p_S in der Schmelze 4 mittels des Drucksensors 15 ermittelt wird. Beide Werte werden im Ausführungsbeispiel zum Differenzbildner 17 geleitet, der hier als Vergleicher dient.According to the proposed method for operating the device, it is provided that both the gas pressure p _F by means of the pressure sensor 16 as well as the pressure p _S in the melt 4 by means of the pressure sensor 15 is determined. Both values become the difference former in the exemplary embodiment 17 which serves as comparator here.

Im Differenzbildner 17 wird die Differenz zwischen Gasdruck und Schmelzedruck ermittelt und hieraus ein Kennsignal S generiert. Das Kennsignal kann z. B. „+1” sein, wenn die Differenz zwischen Gas- und Schmelzedruck positiv ist, d. h. wenn der Gasdruck höher als der Schmelzedruck ist. Das Kennsignal S wird der Steuerung 18 zugeleitet.In the subtractor 17 the difference between gas pressure and melt pressure is determined and from this an identification signal S is generated. The identification signal can, for. B. "+1" when the difference between gas and melt pressure is positive, that is, when the gas pressure is higher than the melt pressure. The identification signal S is the controller 18 fed.

Soll gemäß Programmabfolge des Spritzgießzyklus Gas in die Schmelze injiziert werden, erfolgt dies erst, wenn sowohl das Zyklusprogramm die Gasinjektion vorgibt als auch das Kennsignal S den Wert „+1” aufweist. Dann nämlich ist sichergestellt, dass bei der Öffnung der Verschlussmittel 10 – infolge des Gasdrucks, der höher als der Schmelzedruck ist – keine Schmelze in die Fluidbohrung 9 eintritt. Dementsprechend wird das Sauberhalten der Mittel 5 erleichtert und die Funktionstüchtigkeit derselben aufrecht erhalten.If gas is to be injected into the melt according to the program sequence of the injection molding cycle, this only takes place when both the cycle program prescribes the gas injection and the identification signal S has the value "+1". For then it is ensured that when opening the closure means 10 - Due to the gas pressure, which is higher than the melt pressure - no melt in the fluid hole 9 entry. Accordingly, keeping clean the means 5 relieved and maintain the functionality of the same.

Ist die genannte Bedingung für den Differenzdruck nicht erfüllt, ist der Wert des Kennsignals S z. B. „0”, so dass die Gaseingabe von der Steuerung 18 nicht freigegeben wird.If the said condition for the differential pressure is not met, the value of the characteristic signal S z. B. "0", so that the gas input from the controller 18 not released.

Eine alternative Lösung sieht vor, dass statt der Differenzbildung zwischen Gas- und Schmelzedruck lediglich ein Grenzwert für den Gasdruck definiert wird, bei dem die Gaseinspritzung freigegeben wird. Das Kennsignal S kann dann z. B. im Vergleicher 17 auf den Wert „+1” gesetzt werden, wenn der per Drucksensor 16 gemessene Gasdruck über einem vorgegebenen Grenzwert liegt.An alternative solution provides that instead of the difference between gas and melt pressure only a limit value for the gas pressure is defined at which the gas injection is released. The identification signal S can then z. B. in the comparator 17 be set to the value "+1" when the by pressure sensor 16 measured gas pressure is above a predetermined limit.

Ansonsten ist der Wert des Kennsignals S z. B. „0”, so dass die Gaseingabe von der Steuerung 18 nicht freigegeben wird.Otherwise, the value of the characteristic signal S z. B. "0", so that the gas input from the controller 18 not released.

Im Falle des Ausführungsbeispiels nach 2 ist der Durchmesser d des Düsenkopf 8 an dem dem Inneren des Schneckenzylinders 2 zugewandten Ende ca. 8 mm und die Länge L desselben ca. 5 mm. Der Spritzdruck in der Schmelze wirkt somit auf die vom Durchmesser d gebildete Fläche.In the case of the embodiment according to 2 is the diameter d of the nozzle head 8th at the inside of the worm cylinder 2 facing end about 8 mm and the length L thereof about 5 mm. The injection pressure in the melt thus acts on the surface formed by the diameter d.

Durch den kleinen Durchmesser ist die auf das Gewinde des Befestigungsabschnitts 21 wirkende Kraft (Druck × Fläche) entsprechend gering. Durch den größeren Durchmesser D des Befestigungsabschnitts können die Kräfte entsprechend problemlos aufgenommen werden.Due to the small diameter is the on the thread of the mounting portion 21 acting force (pressure × area) correspondingly low. Due to the larger diameter D of the attachment portion, the forces can be taken up accordingly easily.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Vorrichtung zum SpritzgießenDevice for injection molding

22

Schneckenzylinderscrew cylinder

33

Plastifizier- und EinspritzschneckePlasticizing and injection screw

44

KunststoffschmelzePlastic melt

55

Mittel zum Einspritzen eines FluidsMeans for injecting a fluid

66

Fluid (Gas)Fluid (gas)

77

Schneckengangsnail's pace

88th

Düsenkopfnozzle head

99

Fluidbohrungfluid bore

1010

Verschlussmittelclosure means

1111

Spritzgießwerkzeuginjection mold

1212

Kavitätcavity

1313

Vorratsbehälterreservoir

1414

Verdichtercompressor

1515

Drucksensor für SchmelzePressure sensor for melt

1616

Drucksensor für GasPressure sensor for gas

1717

Differenzbilder/VergleicherDifference images / Comparator

1818

Steuerung/RegelungControl / regulation

1919

Aktuatoractuator

2020

Bohrung in der Wandung des SchneckenzylindersHole in the wall of the worm cylinder

2121

Befestigungsabschnittattachment section

2222

Gewindebohrungthreaded hole

2323

FluidaustrittsöffnungFluid outlet opening

GG

Einspritzposition für Fluid (Gas)Injection position for fluid (gas)

dd

Durchmesserdiameter

DD

Durchmesserdiameter

LL

Längelength

p_F p _F

Gasdruckgas pressure

p_S p _s

Schmelzedruckmelt pressure

Delta pDelta p

Druckdifferenz: p_F – p_S Pressure difference: p _F - p _S

SS

Kennsignalidentifying signal

Claims (3)

Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung (1) zum Spritzgießen von Kunststoff-Formteilen aus thermoplastischem Kunststoff, wobei die Vorrichtung einen Schneckenzylinder (2) mit einer sich darin befindlichen rotatorisch bewegbaren Plastifizierschnecke (3) zum Herstellen von thermoplastischer Kunststoffschmelze (4) und Mittel (5) zum Einspritzen eines Fluids (6) an einer axialen Einspritzposition (G) des Schneckenzylinders (2) umfasst, an der sich zumindest zeitweise Schneckengänge (7) der Plastifizierschnecke (3) befinden, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (5) zum Einspritzen eines Fluid (6) einen Düsenkopf (8) umfassen, in den eine einzige Fluidbohrung (9) eingearbeitet ist, wobei in der Fluidbohrung (9) translatorisch beweglich angeordnete Verschlussmittel (10) angeordnet sind, die in Abhängigkeit ihrer Lage den Zufluss von Fluid (6) zulassen oder unterbinden, wobei die Verschlussmittel (10) mit einem Aktuator (19) verbunden sind, der die Verschlussmittel (10) translatorisch in der Fluidbohrung (9) bewegen kann, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: a) Messen des Drucks des Fluids (p_F), mit dem das Fluid (6) am Düsenkopf (8) anliegt; b) Zuleiten des gemessenen Wertes des Fluiddrucks (p_F) an einen Vergleicher (17) und Weitergabe eines vom Vergleicher (17) berechneten Kennsignals (S) an eine Steuerung (18); c) Veranlassung der Betätigung des Aktuators (19) zum Zulassen einer Fluideingabe in die Kunststoffschmelze (4) durch die Steuerung (18), sobald zum einen ein in der Steuerung (18) hinterlegter Spritzgießzyklus die Fluideingabe vorgibt und zum anderen das vom Vergleicher (18) bereitgestellte Kennsignal (S) einen vorgegebenen Wert erreicht oder übersteigt.Method for operating a device ( 1 ) for injection molding of plastic molded parts made of thermoplastic material, wherein the device comprises a screw cylinder ( 2 ) with a rotatably movable plasticizing screw ( 3 ) for producing thermoplastic melt ( 4 ) and means ( 5 ) for injecting a fluid ( 6 ) at an axial injection position (G) of the worm cylinder ( 2 ), at which, at least at times, screw flights ( 7 ) of the plasticizing screw ( 3 ), characterized in that the means ( 5 ) for injecting a fluid ( 6 ) a nozzle head ( 8th ) into which a single fluid bore ( 9 ) is incorporated, wherein in the fluid bore ( 9 ) translationally movable closure means ( 10 ) are arranged, which depending on their position, the inflow of fluid ( 6 ) or prevent, the closure means ( 10 ) with an actuator ( 19 ) connecting the closure means ( 10 ) translationally in the fluid bore ( 9 ), the method comprising the steps of: a) measuring the pressure of the fluid (p _F ) with which the fluid ( 6 ) at the nozzle head ( 8th ) is present; b) supplying the measured value of the fluid pressure (p _F ) to a comparator ( 17 ) and forwarding one from the comparator ( 17 ) calculated characteristic signal (S) to a controller ( 18 ); c) causing actuation of the actuator ( 19 ) to allow a fluid input into the Plastic melt ( 4 ) by the controller ( 18 ), as soon as on the one hand in the control ( 18 ) stored injection molding cycle dictates the fluid input and on the other hand by the comparator ( 18 ) provided characteristic signal (S) reaches or exceeds a predetermined value. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kennsignal (S) der Fluiddruck (p_F) ist oder aus dem Fluiddruck (p_F) generiert wird.A method according to claim 1, characterized in that the characteristic signal (S) is the fluid pressure (p _F ) or from the fluid pressure (p _F ) is generated. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kennsignal (S) der Differenzdruck (Delta p) zwischen dem Fluiddruck (p_F) und dem im Schneckenzylinder (2) an der Stelle des Düsenkopfs (8) oder an einer benachbarten Stelle herrschenden Schmelzedruck (p_S) ist oder aus dem Differenzdruck generiert wird.A method according to claim 1, characterized in that the identification signal (S) of the differential pressure (Delta p) between the fluid pressure (p _F) and the (in the screw cylinder 2 ) at the location of the nozzle head ( 8th ) or at a neighboring location prevailing melt pressure (p _S ) or is generated from the differential pressure.

Images