DE102013218193A1

DE102013218193A1 - Compounder-Spritzgieß-Einheit

Info

Publication number: DE102013218193A1
Application number: DE201310218193
Authority: DE
Inventors: Joerg Gerigk; Tariq Oweimreen; Volkmar Schulze; Thomas Karcz; Thomas Bucki; Dr. Nicolai Nobert
Original assignee: HP Pelzer Holding GmbH
Current assignee: Adler Pelzer Holding GmbH
Priority date: 2013-09-11
Filing date: 2013-09-11
Publication date: 2015-03-12
Also published as: US20160207241A1; DE202014010824U1; MX2016002111A; KR20160058758A; EP3043977A1; WO2015036331A1; RU2016112122A; CN105531096A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Compounder-Spritzgieß-Einheit, bei der ein kontinuierlich arbeitender Compounder mit einer diskontinuierlich arbeitenden Schnecken-Spritzgießmaschine gekoppelt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Compounder-Spritzgieß-Einheit, bei der ein kontinuierlich arbeitender Compounder mit einer diskontinuierlich arbeitenden Schnecken-Spritzgießmaschine gekoppelt ist.
Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Ausführungen von Spritzeinheiten, gekoppelt mit einer Compoundiereinheit, bekannt. Der Compounder ist bevorzugt ein Doppelschneckenextruder und je nach Materialtyp gleichlaufend oder gegenlaufend. Die Spritzeinheit ist bevorzugt eine Kolbenspritzgießmaschine. Praktisch angewendet werden solche Lösungen bei denen der Compounder kontinuierlich läuft, und die Spritzgießmaschine diskontinuierlich arbeitet. Für den Zeitraum des Spritzvorgangs kann die Spritzgießmaschine kein Material aufnehmen. Die Speicherung oder Verarbeitung des Materials unterscheidet dann die einzelnen Lösungen.
Aus der EP 1 144 174 B1 ist eine Compounder-Spritzgießeinheit bekannt, bei der abwechselnd 2 Spritzgießmaschinen mit Schmelze durch einen kontinuierlich laufenden Doppelschneckenextruder versorgt werden.
Hier wird durch eine kontinuierlich in eine Richtung laufende Strömung das first in-first out erreicht.
Aus der EP 1 306 187 B1 ist eine weitere Lösung bekannt. In dieser Lösung ist zwischen der Spritzgießeinheit und dem Compounder ein Materialreservoir vorgesehen. Durch ein Sperrventil zum Reservoir wird eine Rückströmung während des Spritzvorgangs verhindert.
In der EP 1 333 968 B1 und der US 2 950 501 A wird eine Lösung beschrieben, bei der ein definierter Spalt zwischen Kolben und Zylinder zum kontinuierlichen Transport der Schmelze in den Spritzraum dient. Über Verteilerkanäle soll eine gleichmäßige Befüllung erreicht werden.
In der WO 2009/147227 A1 wird in einer ähnlichen Lösung das Material über Kanäle im Kolben oder des Zylinders in den Spritzraum befördert. Vorteilhaft gegenüber der vorgenannten Lösung soll die Realisierung des first in-first out Prinzips sein.
In einer weiteren Ausführung wird in der WO 01/78963 A1 eine Spritzeinheit für eine Kolbenspritzgießmaschine mit einem Extruder als Plastifiziereinheit beschrieben. Dabei ist das vordere Ende des Extruders über eine Schmelzeleitung mit dem Einspritzraum der Kolbeneinspritzeinheit verbunden. Die Schmelzeleitung besitzt ein Absperrventil. Bei geschlossenem Absperrventil vergrößert sich die Rückstaulänge nach hinten in den Extruder.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Compounder-Spritzgieß-Einheit aus handelsüblichen Bauteilen (Anlagen), ohne wesentlichen Umbau, bereitzustellen, bei der die kontinuierlich anfallende, homogene Compoundschmelze in einer diskontinuierlich arbeitenden Schnecken-Spritzgießmaschine während des Spritzgießvorgangs kontinuierlich gespeichert bzw. so gepuffert wird, dass im nächsten Spritzgießvorgang das Reservoir vollständig geleert ist.
Die Erfindung betrifft eine Compounder-Spritzgieß-Einheit umfassend einen Compounder, insbesondere einen Doppelschneckenextruder, zur Herstellung einer homogenen Schmelze aus wenigstens einem Kunststoff und weiteren Zusätzen und eine Schnecken-Spritzgießmaschine, die mit dem Compounder verbunden ist.
Der Anschluss des Compounders an die Spritzgießmaschine kann in unterschiedlichen Bereichen des Zylinders der Spritzgießmaschine erfolgen. Erfindungsgemäß ist der Compounder so mit der Spritzgießmaschine verbunden, dass der Bereich der Spritzgießschnecke von der Materialzuführung durch den Compounder bis zur Standard-Materialeinbringung (serienmäßiger Einfülltrichter der Schnecken-Spritzgießmaschine) ein Reservoir für das kontinuierlich durch den Compounder produzierte Material darstellt.
In einer besonderen Ausführung wird ohne feste Kopplung das Material aus dem Compounder direkt in den serienmäßigen Einfülltrichter eingebracht; und der Dosierraum wirkt als Materialreservoir.
Nachfolgend wird die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand der 1 beschrieben.
Der Compounder 1 startet mit der Produktion eines Compounds.
Das Compound wird bis zur Einstellung einer stofflichen und thermischen Homogenität über das Anfahrventil 9 ausgeschleust.
Mit dem Schließen des Anfahrventiles 9 wird das stofflich und thermisch homogene Compound (Compoundschmelze) in die Schnecken-Spritzgießmaschine 2 gefördert. Die Schnecke 5 der Spritzgießmaschine 2 beginnt zu drehen. Durch die Drehbewegung der Schnecke 5 wird das Compound nach vorn, vor die Schneckenspitze, in den Stau- bzw. Schneckenvorraum 11 gefördert, bis sich genügend Compound für den Einspritzvorgang angesammelt hat. Aufgrund des Druckes, der sich im Stau- bzw. Schneckenvorraum 11 aufbaut, wird die Schnecke 5 axial zurückgedrückt.
Durch axiales Verschieben der Schnecke 5, bei geschlossener Rückstromsperre in Richtung Düse wird das Compound über die Düse und den Angießkanal mit hohem Druck in den Werkzeughohlraum gespritzt.
In dieser Zeit werden die Schneckengänge der Schnecke 5 die hinter der Verbindungseinheit 8 in Richtung Standardeinzug 6 von Compounder 1 und Spritzgießmaschine 2 liegen, mit neuem Compound aus dem Compounder 1 gefüllt. Die Schnecke 5 dreht zu diesem Zeitpunkt nicht.
Im nachfolgenden Arbeitsgang beginnt die Schnecke 5 wieder zu drehen/rotieren; der Dosiervorgang beginnt erneut. Durch diese erfindungsgemäße Lösung, bei der die Verbindungseinheit 8 nicht im Standardeinzug 6 der Schnecke 5 liegt, sondern im Bereich des ersten Drittels bis zu einem Viertel der Länge der Schnecke 5 in Förderrichtung vom Standardeinzug 6, wird bei kontinuierlicher Compoundzuführung in jedem Fall erreicht, dass im nächsten Spritzgießvorgang alles Compound verspritzt/aufdosiert wird und sich kein altes Compound ansammeln kann.
Am Standardeinzug 6 der Spritzgießmaschine 2 ist zum einem vorzugsweise ein Sensor 7 angebracht, der den Füllstand der Spritzgießmaschine 2 überwacht und beim Überschreiten des vorgesehenen Reservoirs 10 den Compounder 1 abschaltet. In einer speziellen Ausführung ist zum anderen oder auch simultan dieser Bereich mit Vakuum belegt.
Für luftempfindliche Materialien kann dieser Bereich mit Schutzgas belegt sein.
In einer speziellen Ausführung wird das Compound direkt in den Standardeinzug 6 der Spritzgießmaschine 2 extrudiert. Der Compounder 1 wird mit der Produktion von Compound gestartet. Das Compound wird bis zur Einstellung einer stofflichen und thermischen Homogenität über das Anfahrventil 9 ausgeschleust. Mit dem Schließen des Anfahrventils 9 wird Compound in den Standardeinzug 6 der Spritzgießmaschine 2 gefördert und die Schnecke 5 beginnt zu rotieren. Dabei wird alles Compound nach vorne, vor die Schneckenspitze, in den Stau- bzw. Schneckenvorraum 11 gefördert; bis sich genügend Schmelze für den Einspritzvorgang angesammelt hat. Aufgrund des Druckes, der sich im Stau- bzw. Schneckenvorraum 11 aufbaut, wird die Schnecke 5 axial zurückgedrückt.
Durch axiales Verschieben der Schnecke 5, bei geschlossener Rückstromsperre, in Richtung Düse, wird das Compound über die Düse und den Angußkanal mit hohem Druck in den Werkzeughohlraum gespritzt. In dieser Zeit wird der Standardeinzug 6 als Reservoir für das Compound genutzt. Die Schnecke 5 dreht zu diesem Zeitpunkt nicht.
Im nachfolgenden Arbeitsgang beginnt die Schnecke 5 erneut zu rotieren, dabei wird alles Compound nach vorne, vor die Schneckenspitze, in den Stau- bzw. Schneckenvorraum 11 gefördert; bis sich erneut genügend Compound für den Einspritzvorgang angesammelt hat.
Durch axiales Verschieben der Schnecke 5, bei geschlossener Rückstromsperre, in Richtung Düse, wird das Compound über die Düse und den Angießkanal mit hohem Druck in den Werkzeughohlraum gespritzt.
Durch diese Lösung wird in jeden Schuss alles Compound immer nach vorne gefördert und damit das Prinzip „first in-first out” realisiert. Über einen Sensor 7 im Standardeinzug 6 wird die Füllung überwacht und gegebenenfalls der Compounder 1 gesteuert. In einer speziellen Ausführung ist dieser Bereich mit Vakuum belegt. Für luftempfindliche Materialien kann dieser Bereich mit Schutzgas belegt sein.
Ausführungsbeispiel:
Zur Anwendung kam eine handelsübliche Spritzgießmaschine der Fa. Engel, Schwertberg, Österreich, vom Typ Engel Duo 23000-17290 und ein Doppelschneckenextruder (Compounder) der Firma Coperion, Stuttgart, Deutschland, vom Typ STS – 65 mit 40 d Verfahrensteillänge. Der Doppelschneckenextruder hatte eine zum Einarbeiten von Füllstoffen übliche Schneckenkonfiguration und verfügte über eine gravimetrische Dosierung.
Über diese gravimetrische Dosierung wurde die Rezeptur, die aus 65 Gew-% mineralischem Füller (Schwerspat), 17 Gew-% thermoplastische Olefine (TPO) (Engage), 17 Gew-% Polypropylen (PP) und 1 Gew-% übliche thermischen Stabilisatoren besteht, mit einem Austrag von 300 kg/h in den Doppelschneckenextruder eindosiert.
Die beiden Maschinen sind über eine kurze Schmelzeleitung/Verbindungseinheit verbunden, in welche ein Anfahrventil integriert ist. Über dieses Anfahrventil wird das Anfahrmaterial in ein Ablöschbecken, welches sich unter dem Anfahrventil befindet, ausgeschleust. Wenn nun von der gravimetrischen Dosierung das Signal „Rezept OK” gemeldet wurde, schloss das Anfahrventil nach einer definierten Zeit, damit gewährleistet wurde, dass kein undefiniertes, nichthomogenes Compound in den Spritzgießprozess eingesteuert wird.
Mit dem Schließen des Anfahrventils begann die Dosierschnecke der Spritzgießmaschine zu rotieren und dosierte das Compound auf, um es dann in ein Spritzgießwerkzeug zu pressen.
Während der Einspritz- und Nachdrucksequenz wurde das produzierte Compound des Doppelschneckenextruders im freien Volumen zwischen Verbindungseinheit und Standardeinzug der Dosierschnecke der Spritzgießmaschine gepuffert, um dann beim nächsten Zyklus vollständig in den Stau- bzw. Schneckenvorraum der Spritzgießmaschine gefördert zu werden.
Bei dem Spritzgießwerkzeug handelte es sich in diesem Anwendungsfall um ein Stirnwand-Werkzeug zur Herstellung von akustischen Bauteilen für die Automobilindustrie.
Das vorgehende Ausführungsbeispiel kann aber nach entsprechenden Anpassungen der Schneckengeometrie und Rezeptur prinzipiell für jedes Produkt auf der Anlage angewendet werden, wo sich das Compoundieren eines Werkstoffes wirtschaftlich rechnet.
Bezugszeichenliste

1: Compounder
2: Spritzgießmaschine
3: Compounder-Doppelschnecke
4: Compounder-Dosieröffnung
5: Spritzgießmaschinen-Schnecke
6: Spritzgießmaschinen-Standardeinzug
7: Sensor/Füllstandsmessung
8: Verbindungseinheit
9: Anfahrventil
10: Reservoir
11: Stau- bzw. Schneckenvorraum

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1144174 B1 [0003]
EP 1306187 B1 [0005]
EP 1333968 B1 [0006]
US 2950501 A [0006]
WO 2009/147227 A1 [0007]
WO 01/78963 A1 [0008]

Claims

Compounder-Spritzgieß-Einheit umfassend einen Compounder (1), insbesondere einen Doppelschneckenextruder, zur Herstellung einer stofflich und thermisch homogenen Compoundschmelze, aus wenigstens einem Kunststoff und weiteren Zusätzen; und einer Schnecken-Spritzgießmaschine (2), die mit dem Compounder (1) über eine Verbindungseinheit (8) verbunden ist; dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss des Compounders (1) über die Verbindungseinheit (8) an die Schnecken-Spritzgießmaschine (2) so positioniert ist, dass im Betrieb der Einheit bei vollständig in Richtung Düse gefahrener Schnecke (5), der Bereich der Schnecke (5) von der Verbindungseinheit (8) bis zum Standardeinzug (6) als Reservoir (10) für das kontinuierlich durch den Compounder (1) produzierte Compound dient.
Compounder-Spritzgieß-Einheit, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich der Schnecke (5) von der Verbindungseinheit (8) bis zum Standardeinzug (6) so ausgelegt ist, dass stets im folgenden Spritzgießvorgang/Dosiervorgang dieses, im Reservoir (10) befindliche Compound, vollständig mit aufdosiert wird.
Compounder-Spritzgieß-Einheit nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinheit (8) ein Ventil (9) zum Ausschleusen von inhomogenen Compound beim Anfahren und von ggf. nichtbenötigten Compound besitzt.
Compounder-Spritzgieß-Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinheit (8) entlang des Zylinders der Schnecken-Spritzgießmaschine (2) im Bereich des ersten Drittels der Schnecke (5) in Förderrichtung vom Standardeinzug (6) positioniert ist.
Compounder-Spritzgieß-Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecke (5) der Schnecken-Spritzgießmaschine (2) eine reine Förderschnecke ist.
Compounder-Spritzgieß-Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Standardeinzeug (6) der Schnecken-Spritzgießmaschine (2) eine Füllstandsüberwachung (7) angebracht ist.
Compounder-Spritzgieß-Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gangvolumen der Schnecke (5) dem Dosiervolumen angepasst ist.
Compounder-Spritzgieß-Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass direkt in den Standardeinzug (6) der Schnecken-Spritzgießmaschine (2) das Compound eingefördert wird und die Steuerung über eine Füllstandsüberwachung (7) erfolgt.