DE102015007409B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines polymeren Formteiles sowie ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines polymeren Formteiles sowie ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zur Herstellung eines polymeren Formteiles aus wenigstens zwei verschiedenen festen Vorprodukten, wobei für zumindest zwei der wenigstens zwei verschiedenen festen Vorprodukte zum Aufschmelzen je eine Anordnung (1) zum Aufschmelzen von mindestens je einem der festen Vorprodukte zur Polymerherstellung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass jede Anordnung (1)- ein Gehäuse (2) zur Aufnahme des festen Vorprodukts über eine Öffnung,- mindestens eine im Gehäuse (2) angeordnete Aufschmelzvorrichtung (4), die so angeordnet ist, dass ihr das feste Vorprodukt zum Aufschmelzen zuführbar ist,- mindestens eine mit einer Öffnung des Gehäuses (2) verbundene - vorzugsweise schaltbare - Ablassvorrichtung (5), und- wenigstens eine Injektionsvorrichtung (6), wobei die Ablassvorrichtung (5) mit der wenigstens einen Injektionsvorrichtung (6) verbunden ist, aufweist und dass die in den Anordnungen (1) aufgeschmolzenen und über die Ablassvorrichtung (5) zu der Injektionsvorrichtung (6) abgelassenen Vorprodukte durch die Injektionsvorrichtung (6) einem gemeinsamen Formgebungswerkzeug (11) zuführbar sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines polymeren Formteiles aus wenigstens zwei verschiedenen festen Vorprodukten in einer Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteil mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 19 und eine Vorrichtung zur Herstellung eines polymeren Formteiles aus wenigstens zwei verschiedenen festen Vorprodukten.
  • Die Erfindung befasst sich mit der Thematik des Aufschmelzens von Monomeren, Präpolymeren oder polymeren Vorprodukten zur nachfolgenden reaktiven Verarbeitung.
  • Als Stand der Technik können für das Aufschmelzen von festen Vorprodukten in Form reaktiver Komponenten und nachfolgende Reaktivverarbeitung verschiedenste Ansätze als bekannt vorausgesetzt werden. Im Falle von Lactamen, insbesondere ε-Caprolactam und der nachfolgenden Polymerisation zu Polyamid 6, ist dies in erster Linie im Kontext der nachfolgenden Verarbeitungsschritte zu sehen:
    • Bekannt ist die Verarbeitung von additivierten Caprolactam-basierten Schmelzen in Reaktivanlagen im Rahmen des Harzinjektionsverfahrens, wobei das Aufschmelzen oder Aufheizen der Vorprodukte in gerührten, meist druckbeaufschlagten oder evakuierten Kesseln geschieht. Die Komponenten werden hierbei über Pumpen- oder Doppelkolbensysteme im Kreislauf geführt. Die Vereinigung mehrerer reaktiver Komponenten erfolgt in einem Mischelement aus welchem die reaktive Mischung in eine offene oder geschlossene Form ausgetragen wird. Beispielhaft kann hierzu auf die DE 1 299 885 und die DE 600 31 851 T2 verwiesen werden.
  • Weiters ist im Rahmen der Herstellung von Gusspolyamid die diskontinuierliche Herstellung von Bauteilen bzw. Blöcken auf Polyamidbasis bekannt. Hierbei werden üblicherweise die nicht additivierten Monomere aufgeschmolzen und über Schmelzetemperatur unter Ausschluss von Feuchtigkeit in entsprechend dimensionierten Behältnissen gelagert und erst vor der Verwendung additiviert.
  • Eine weitere Möglichkeit zum Aufschmelzen und folgender Verarbeitung reaktiver Komponenten, insbesondere für ε-Caprolactam oder Laurinlactam, stellt wie in EP 2 572 851 A1 beschrieben die Schubschneckenplastifizierung dar, wobei der Aufschmelz- und Injektionsvorgang der jeweiligen reaktiven Komponente in einer funktionellen Einheit durchgeführt werden.
  • Insbesondere für niederviskose Substanzen kann in diesem Kontext mit Abdichtungen auf der Basis von Polymeren gearbeitet werden ( EP 2 454 075 B1 ). Dem Aufheiz- und Schmelzprozess liegen hierbei sowohl Schereinwirkung als auch Thermodiffusion zu Grunde.
  • Vergleichbar hierzu sind kolbenbasierte Systeme bekannt, in erster Linie für nicht reaktive Systeme, bei welchen die aufzuschmelzenden Substanzen unter Druckbeaufschlagung über verschiedenartigste Scher- und Mischteile gepresst werden und somit der Energieeintrag bei hochviskosen Massen maximiert wird. Als Beispiel sei hier die DE10 2006 038 804 B3 angeführt.
  • Wie bereits in der DE 1 942 992 A angeführt, sind weiters auch kolbenbasierte Systeme bekannt, bei welchen die vorgeheizten reaktiven Komponenten bereits in einem einzelnen Kolben vermischt und erst nach Einsetzen der Reaktion ausgetragen werden, um durch die höhere Viskosität der reaktiven Mischung das Abdichten während des Verfahrens des Injektionskolbens zu vereinfachen. Insbesondere für sehr voluminöse Bauteile wie etwa Rotorblätter von Windrädern hat sich die Vakuuminfusion mit bevorzugt duroplastischen Harzsystemen etabliert, entsprechende Ansätze auf Basis niedrigviskoser Vorstoffe thermoplastischer Polymere wie ε-Caprolactam wurden in Composites: Part A 38 (2007) 666-681 beschrieben.
  • Weiterhin bekannt aus dem Stand der Technik ist die DE 15 54 855 A , welche ein Verfahren zum Entlüften von Kunststoffen sowie Spritzgussmaschinen zur Ausführung des Verfahrens offenbart.
  • Ferner beschreibt die GB 531 100 A eine Vorrichtung, in der eine vorgegebene Menge eines thermoplastischen Materials im festen Zustand, vorzugsweise als Granulat, einem Zylinder zugeführt und darin erhitzt wird, wodurch es plastisch wird und so durch einen Kolben in ein Formwerkzeug gespritzt werden kann.
  • Aus der US 4 667 850 A ist eine Vorrichtung zum Schmelzen und Dispensieren von thermoplastischen Materialien bekannt. Insbesondere ist die Vorrichtung dazu geeignet, Temperaturschwankungen des geschmolzenen thermoplastischen Materials, welches aus dem Auslass der Vorrichtung tritt, niedrig zu halten.
  • Zudem beschreibt die DE 692 10 197 T2 eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Verflüssigen von Feststoffen. Genauer gesagt bezieht sich die Lehre dieser Patentschrift auf eine bedarfsgesteuerte, im System integrierte Verflüssigungsvorrichtung für feste Stücke wässriger Gelatinelösungen.
  • Die US 6 254 813 B1 befasst sich mit einem Problem, das auftreten kann, wenn zwei oder mehr reaktive Komponenten (z. B. Epoxidharze und Kunststoff) verarbeitet werden. So neigt das reaktive Gemisch nach dem Spritzgießen der Kunststoffteile häufig dazu, die Spritzgießvorrichtung zu verstopfen. Um diesen Verstopfungseffekt bei der Verarbeitung reaktiver Stoffgemische zu verhindern, werden eine Vorrichtung und ein Verfahren offenbart, womit dies möglich ist.
  • Schließlich offenbart die US 2003 / 0 001 303 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung, welche beim Schaumstoffspritzen eingesetzt werden kann, wobei ein inertes Gas als Schäumungsmittel beim Zuführen eines Harzmaterials zu einem Injektor, verwendet wird.
  • Nachteile des Standes der Technik:
  • Bei gängigen Reaktivanlagen zur Verarbeitung von reaktiven Komponenten werden verflüssigte, niedrigviskose additivierte Komponenten kontinuierlich beheizt und unter hohem Druck im Kreislauf geführt, was mit erheblichem Energieverbrauch einhergeht. Weiters werden die Komponenten durch die periodische Entnahme einzelner Aliquote zur Bauteilherstellung und Zuführung neuer Komponenten einer erheblichen Verweilzeitstreuung unterworfen, was sich nachteilig auf die Stabilität der einzelnen Komponenten oder Additive auswirken kann. Insbesondere die zur Herstellung von Polyamiden durch anionische Polymerisation verwendeten Additive können durch vorzeitige Autopolymerisation geschädigt bzw. desaktiviert werden. Insbesondere wird ein wesentlich größeres Schmelzevolumen durchgehend beheizt und über Schmelzetemperatur gehalten, als zum jeweiligen Zeitpunkt zur Verarbeitung notwendig ist.
  • Bei schubschneckenbasierten Systemen, welche zum Aufschmelzen und Dosieren entsprechender reaktiver Komponenten verwendet werden können, kommt es anders als bei der Verwendung von auf Schmelzespeichern beruhenden Konzepten zu vernachlässigbarer Verweilzeitstreuung. Durch die Durchführung des Aufschmelz- und Injektionsvorgang in einer funktionellen Einheit ist als Schwachpunkt allerdings die benötigte Rückstromsperre zu sehen, welche verhindert, dass bei Druckaufbau sowie der Injektion aufgeschmolzenes Material zurück in den Aufschmelzbereich gedrückt wird. Insbesondere bei niederviskosen Systemen ist hierbei die dauerhafte Abdichtung und Reproduzierbarkeit sehr problematisch. Ferner ist der Energieeintrag durch Scherwirkung bei niederviskosen Systemen vernachlässigbar.
  • Die gemeinsame Injektion der reaktiven Komponenten nach vorherigem Vermischen in einem Injektionskolben ist vor allem in Bezug auf die Reproduzierbarkeit und mögliche Ablagerungen im verwendeten Injektionskolben als nachteilig anzusehen. Ferner ist dieses Prinzip bei aufwändigeren Formgeometrien und längeren Fließwegen a priori nicht wirtschaftlich applizierbar, da es zu einer Aushärtung vor vollständiger Füllung der Bauteilkavität kommen würde. Zusätzlich wird durch die Injektion einer bereits höherviskosen Mischung die Infiltration textiler Verstärkungselemente wie z.B. eines Faserhalbzeuges oder Preformlings stark erschwert.
  • Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung zur Herstellung eines polymeren Formteiles aus wenigstens zwei verschiedenen festen Vorprodukten, ein Verfahren zur Herstellung eines polymeren Formteiles aus wenigstens zwei verschiedenen festen Vorprodukten in einer Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils, bei welchen die oben diskutierten Probleme nicht oder zumindest nur in einem verringerten Ausmaß auftreten.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Herstellung eines polymeren Formteiles mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Die Erfindung ermöglicht ein zweistufiges Verfahren, bei welchem der Aufschmelz- und Injektionsvorgang reaktiver Komponenten in verschiedenen Anlagenelementen realisierbar ist. Der Aufschmelzvorgang wird vorzugsweise in einer dafür vorgesehenen, ggf. inertisierten oder evakuierten, bevorzugt mit zylindrisch ausgeführtem Gehäuse ausgebildeten Anordnung zum Aufschmelzen durchgeführt. Besonders bevorzugt ist mindestens eine mit einer Öffnung des Gehäuses verbundene Zuführeinheit für das feste Vorprodukt vorgesehen. Der Injektionsvorgang in die Kavität eines Formgebungswerkzeuges einer Formgebungsmaschine wird durch eine davon getrennte Injektionsvorrichtung realisiert.
  • Anders als bei einer gängigen im Rezirkulationsbetrieb arbeitenden Reaktivanlage, bei welcher aufgeschmolzenes Material für mehrere Bauteile im Tagesbehälter bei erhöhter Temperatur gehalten und im Kreislauf gepumpt wird, wird durch die Erfindung sicher gestellt, dass nur jene Mengen aufgeschmolzen werden, welche auch zur anschließenden Verarbeitung genutzt werden, womit einer unnötigen thermischen Belastung der reaktiven Komponenten über einen längeren Zeitraum bzw. einer unkontrollierbaren Verweilzeitstreuung entgegengewirkt werden kann.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • Bei der Erfindung werden die pulver-, schuppen- oder pastillenförmige Ausgangsrohstoffe (feste Vorprodukte) bevorzugt von oben oder seitlich mittels mindestens einer Zuführeinheit auf die Aufschmelzvorrichtung geführt. Dieses Aufschmelzelement ist bevorzugt kegelförmig ausgeführt und wird zum Beispiel mit einer Temperatur, welche zumindest 5°C über dem Schmelzpunkt der aufzuschmelzenden Komponenten liegt, betrieben.
  • Beim Auftreffen des festen Vorproduktes auf der Oberfläche der Aufschmelzvorrichtung wird dieses aufgeschmolzen und sammelt sich in geschmolzener Form in einer unterhalb liegenden, bevorzugt beheizten Sammelzone (zum Beispiel Schmelzebecken). Eine möglichst enge Passung (0,05 - 2 oder 5 mm) zwischen Aufschmelzvorrichtung und dem Gehäuse stellt sicher, dass keine Feststoffe in die darunter liegende Sammelzone gelangen können.
  • Ist genügend aufgeschmolzenes Material in der Sammelzone vorhanden, so kann die Ablassvorrichtung geöffnet werden, wodurch das aufgeschmolzene Material zu der Injektionsvorrichtung gelangt und diese befüllt. Nach Befüllen der Injektionsvorrichtung (im Falle einer Kolbeninjektionsvorrichtung des Kolbenvorraumes) wird die Ablassvorrichtung verschlossen und eine Injektion (zum Beispiel durch Kolbenbewegung) in Injektionsrichtung ermöglicht. Durch entsprechende konstruktive Auslegung der Sammelzone lässt sich auf diese Weise eine große Bandbreite an Injektionsvolumina abdecken. Die Ablassvorrichtung weist bevorzugt ein bewegbares Verschließelement (Schieber oder Klappe) auf.
  • Die Zuführung des festen Vorprodukts durch die Zuführeinheit kann beispielsweise mittels Schnecke, Spirale, Pumpe, Förderband oder Vakuumsaugfördergerät erfolgen, optional unterstützt durch Austragshilfen wie Vibrationsaustrag durch eine Rüttelrinne, einen Schwingboden, oder dgl.
  • Die Zuführeinheit kann von der Aufschmelzvorrichtung durch eine Trennvorrichtung, zum Beispiel durch eine Zellenradschleuse, eine Klappe, Membran oder Sinterscheibe konstruktiv getrennt sein.
  • Die Zuführung des festen Vorprodukts kann gravimetrisch oder volumetrisch erfolgen.
  • Es kann zumindest eine von der mindestens einen Aufheizvorrichtung gesonderte Vorrichtung zur Temperierung des Gehäuses vorgesehen sein. Die Vorrichtung zur Temperierung kann als Heizband-, Manteltemperierung, induktive Beheizung, resistive Beheizung oder dgl. ausgebildet sein.
  • Die Aufschmelzvorrichtung ist bevorzugt zentral im Gehäuse angeordnet, und bevorzugt kegel- oder pyramidenförmig, nach oben hin verjüngend ausgebildet. Bevorzugt ist die Aufschmelzvorrichtung verstellbar im Gehäuse angeordnet (zum Beispiel höhen- und/oder axial und/oder radial verstellbar).
  • Die Aufschmelzvorrichtung kann zum Beispiel aus Metall oder Keramik ausgeführt sein.
  • Bevorzugt ist die Aufschmelzvorrichtung konstruktiv derart ausgeführt, dass das feste Vorprodukt seitlich oder von oben auf eine beheizte, zur Horizontalen geneigte Fläche aufgegeben wird. Bevorzugt ist neben anderen Formen eine Kegelform, aber auch eine geneigte Platte ist denkbar (besser zu reinigen aber weniger Oberfläche).
  • Die Temperierung der Aufschmelzvorrichtung erfolgt bevorzugt durch eine Innentemperierung. Vom Temperaturbereich her ist die Temperierung an die aufzuschmelzende(n) Komponente(n) anzupassen und wird meist in einem Bereich von 70 - 250° C liegen.
  • Die Ablassvorrichtung kann als aktiv betätigbares Ablassventil (oder Hahn, oder Klappe, Schleuse, Pumpenanschluss, Schieber) ausgebildet sein. Die Betätigung der Ablassvorrichtung kann elektrisch, pneumatisch, hydraulisch, piezoelektrisch oder magnetisch erfolgen
  • Ist eine Druckregulierungsvorrichtung vorgesehen, kann das Druckniveau wenigstens im Bereich der mindestens einen Aufschmelzvorrichtung und/oder Zuführeinheit durch Anlegen von Unter- (Vakuum) oder Überdruck zum Beispiel zwischen 0,01 und 10 bar, im speziellen zwischen 0,2 und 1,5 bar variiert werden.
  • Es kann eine Vorrichtung zur Einbringung eines Schutzgases (zum Beispiel N2, Ar, synthetische oder getrocknete Luft) in das Gehäuse vorgesehen sein.
  • Es kann ein Füllstandsensor vorgesehen sein (für das feste Vorprodukt und/oder die Schmelze). Die Füllstandsmessung kann sowohl oberhalb der Aufschmelzvorrichtung als auch im Bereich der Sammelzone oder einem Bypassrohr erfolgen. Die Füllstandsmessung kann durch kapazitive-, resistive-, konduktive-, radiometrische-, induktive, vibronische-, gravimetrische- oder schallwellenbasierte Messprinzipien erfolgen.
  • In der Sammelzone kann eine Rühr- und/oder Mischvorrichtung zur Unterstützung der Homogenisierung angebracht sein, evtl. integriert in ein ebenfalls optional rotierendes Gehäuse.
  • Es können Maßnahmen zur Temperaturhomogenisierung mittels Wärmetauscher zwischen der Anordnung und der Injektionsvorrichtung erfolgen und/oder statische Mischteile vorgesehen sein.
  • Es kann eine Einbringvorrichtung zur Einbringung flüssiger oder fester Additive unterhalb der Aufschmelzvorrichtung vorgesehen sein.
  • Beim Aufschmelzen von mehreren Komponenten in entsprechenden Anordnungen können die Volumenströme vor Eintrag in die Kavität des Formgebungswerkzeugs in einem separatem Mischkopf/Mischelement oder in einer eigenen dem Formgebungswerkzeug zurechenbaren Kavität vermischt/homogenisiert werden.
  • Als feste Vorprodukte zur Polymerherstellung werden bevorzugt addivierte Mischungen von ε-Caprolactam oder Laurinlactam, Vorprodukte von thermoplastischen Epoxidharzen oder vernetzenden Silikonen verwendet.
  • Die festen Vorprodukte können Additive enthalten, insbesondere zur Initiierung und Beschleunigung der Reaktion, Regulierung der Kettenlänge sowie des Verzweigungsgrades, Stabilisierung der erhaltenen Polymeren oder vernetzten Endprodukte (UV-Schutz, Flammschutz, Antioxidantien), funktionellen Additive, Farben und Chromophore, Füllstoffe, Kristallisationshilfsmittel und Nukleierungsmittel, Modifikatoren zur Verbesserung mechanischer Eigenschaften insbesondere der Schlagzähigkeit, Coupling Agents zur Unterstützung einer möglichen Faser/Matrix Anbindung, Entfernung störender Feuchtigkeit oder anderer niedermolekularer Stoffe, Entformungshilfsmittel.
  • Es kann eine Einbringung einer textilen Verstärkung oder allgemein separates Einbringen von Fasern und/oder Füllstoffen in eine oder mehrere Kavitäten des Formgebungswerkzeugs erfolgen.
  • Die Injektion der einzelnen aufgeschmolzenen Vorprodukte kann mit konstantem Volumenstrom, konstantem Druck, vorgegebenem Druck- oder Volumsprofil, oder intermittierend erfolgen.
  • Schutz wird auch begehrt für ein Verfahren zur Herstellung eines polymeren Formteiles aus wenigstens zwei verschiedenen festen Vorprodukten in einer Vorrichtung. Als ein erster Schritt ist dabei das Aufnehmen des festen Vorprodukts in ein Gehäuse über eine Öffnung vorgesehen. Danach erfolgt das Zuführen des festen Vorprodukts, vorzugsweise über eine mit dem Gehäuse verbunden Zuführeinheit (Fördereinheit), zu einer im Gehäuse angeordneten Aufschmelzvorrichtung. Von dieser wird das feste Vorprodukt zu einer Schmelze aufgeschmolzen. Die Schmelze sammelt sich dadurch in einer dafür vorgesehenen Sammelzone. Als letztes erfolgt noch das Ablassen der Schmelze über eine mit dem Gehäuse verbundene Ablassvorrichtung zu einer mit der Ablassvorrichtung verbundenen Injektionsvorrichtung. Dadurch wird die Injektionsvorrichtung mit der Schmelze befüllt. Vor dem Einspritzen der Schmelze über die Injektionsvorrichtung in eine Kavität eines Formwerkzeugs wird die Ablassvorrichtung geschlossen.
  • Zudem wird Schutzbegehrt für ein Verfahren zur Herstellung eines, vorzugsweise faserverstärkten, Kunststoffbauteils auf Basis des genannten Verfahrens zum Aufschmelzen von mindestens einem festen Vorprodukt zur Polymerherstellung. Als wesentliche Schritte sind dabei das Vermischen der Schmelzen zu einer reaktiven Matrix, das Bereitstellen eines Einlegeteils oder eines Verstärkungselements in einer Kavität eines Formgebungswerkzeugs, das Einbringen der reaktiven Matrix in die Kavität des Formgebungswerkzeugs, das Aushärten der reaktiven Matrix mitsamt dem Einlegeteil oder mitsamt dem Verstärkungselement zu einem Kunststoffbauteil und das Entnehmen des faserverstärkten Kunststoffbauteils aus dem Formgebungswerkzeug vorgesehen. Optional kann das Einlegeteil bzw. das Verstärkungselement als Faservorformling ausgebildet sein. Optional ist es auch möglich, die Kavität vor dem Befüllen zu evakuieren. Bevorzugt ist es weiters möglich, dass die Schmelze von zwei unterschiedlichen Aufschmelzvorrichtungen vermischt wird. Diese Vermischung kann dabei während der Injektion bzw. örtlich zwischen Kavität und Injektionskolben erfolgen. Die Vermischung kann auch in einem der Kavität vorgeschalteten Mischelement (Anguss, Mischkopf, Adapterplatte, Mischkavität, statischer Mischer) erfolgen. Vor allem wenn in der Kavität eine Einlegeteil bzw. Verstärkungselement bereitgestellt ist, ist bevorzugt vorgesehen, dass eine reaktive Mischung in diese Kavität eingebracht wird. Dadurch wird das Einlegeteil bzw. das Verstärkungselement imprägniert oder umspritzt. Danach folgt das Aushärten der reaktiven Matrix. Schließlich wird die Kavität geöffnet und das Bauteil entnommen.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der 1 bis 8 für verschiedene Ausführungsbeispiele diskutiert.
  • 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel mit einer Anordnung 1, die ein Gehäuse 2 aufweist, in welchem eine, vorzugsweise beheizte, Aufschmelzvorrichtung 4 angeordnet ist, der über eine Zuführeinheit 3 (hier Schneckenförderer) ein festes Vorprodukt zuführbar ist. Die Aufschmelzvorrichtung 4 ist hier konisch (kegelförmig) ausgeführt und weist eine interne Temperierung auf. Zusätzlich ist eine Heizvorrichtung 13 zum Heizen der Wände des Gehäuses 2 vorgesehen. Das geschmolzene Material sammelt sich unterhalb der Aufschmelzvorrichtung 4 in einer Sammelzone 8, von wo es durch eine schaltbare Ablassvorrichtung 5 ablassbar ist. Es ist ein Füllstandsensor 7 vorgesehen. Weiters sind eine Vorrichtung 9 zur Einbringung eines Schutzgases und eine Druckregulierungsvorrichtung 12 gezeigt.
  • In der Variante der 2 ist der Füllstandsensor 7 als Schwinggabel ausgebildet. Der Doppelpfeil deutet die Höhenverstellbarkeit der hier als geneigte Platte ausgebildeten Aufschmelzvorrichtung 4 an. Es sind eine Abstreifvorrichtung 14 vorgesehen und ein Schieber 10.
  • Die 3 zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung eines polymeren Formteiles aus wenigstens zwei verschiedenen festen Vorprodukten mit wenigstens zwei Anordnungen 1 gemäß der 1. Die Schmelzen werden über Injektionsvorrichtungen 6 in eine Kavität eines gemeinsamen Formgebungswerkzeuges 11 eingebracht. Jede Ablassvorrichtung 5 ist direkt oder über eine Schlauch- bzw. Rohrverbindung mit einer Injektionsvorrichtung 6 verbunden.
  • Die 4 zeigt dasselbe wie die 3 aber mit Anordnungen, die im Wesentlichen der 2 entsprechen. Hier ist aber als Zuführeinheit 3 eine Saugförderung mit einem Vorratsbehälter 15 vorgesehen und es ist eine Trennvorrichtung 16 zwischen Zuführeinheit 3 und Aufschmelzvorrichtung 4 in Form einer Zellenradschleuse gezeigt.
  • Die 5 zeigt Modifikationen gegenüber der 4, wobei die Ablassvorrichtungen 5 (Umschaltventile) schräg gestellt sind. Weiters sind die Leitungen zwischen den Ablassvorrichtungen 5 und den Aufschmelzvorrichtungen 4 verlängert. Dort befindet sich auch ein zusätzliches Temperierelement 17, welches ebenfalls als Wärmetauscher ausgeführt sein kann und auch der thermischen Homogenisierung der Schmelze dienen kann.
  • In den 6 bis 8 ist die Ablassvorrichtung 5 (Umschaltventil) nicht durch eine Ventilteller-Ventilsitz-Kombination gebildet, sondern weist ein als Schieber ausgebildetes Verschließelement 21, eine Abdichtung 18 und den Ablasskanal 22 auf. Die Abdichtung 18 kann beispielsweise aus einem keramischen Material bestehen. Bevorzugt besteht die Abdichtung 18 aus einem Kunststoff, insbesondere einem Polymer. In 6 ist der vordere (rechtsseitig dargestellte) Teil der Abdichtung 18 auf das kolbenförmige Verschließelement 21 der Ablassvorrichtung 5 aufgesteckt und durch eine Schraube 19 und einen Halteteller 20 fixiert. In 7 ist um den bzw. am gesamten vorderen Schaftbereich (Verschließelement 21) der Ablassvorrichtung 5 eine einzige längere Abdichtung angebracht. 8 zeigt dagegen eine Variante, bei der die vorzugsweise polymere Abdichtung 18 in Form von zwei voneinander beabstandeten, gegossenen Dichtringen auf den Schieber (Verschließelement 21) aufgebracht ist.
  • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Anordnung
    2
    Gehäuse
    3
    Zuführeinheit
    4
    Aufschmelzvorrichtung
    5
    Ablassvorrichtung
    6
    Injektionsvorrichtung
    7
    Füllstandsensor
    8
    Sammelzone
    9
    Vorrichtung zur Einbringung eines Schutzgases
    10
    Schieber
    11
    Formgebungswerkzeug
    12
    Druckregulierungsvorrichtung
    13
    Heizvorrichtung
    14
    Abstreifvorrichtung
    15
    Vorratsbehälter
    16
    Trennvorrichtung
    17
    Temperierelement
    18
    Abdichtung
    19
    Schraube
    20
    Halteteller
    21
    Verschließelement
    22
    Ablasskanal

Claims (19)

  1. Vorrichtung zur Herstellung eines polymeren Formteiles aus wenigstens zwei verschiedenen festen Vorprodukten, wobei für zumindest zwei der wenigstens zwei verschiedenen festen Vorprodukte zum Aufschmelzen je eine Anordnung (1) zum Aufschmelzen von mindestens je einem der festen Vorprodukte zur Polymerherstellung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass jede Anordnung (1) - ein Gehäuse (2) zur Aufnahme des festen Vorprodukts über eine Öffnung, - mindestens eine im Gehäuse (2) angeordnete Aufschmelzvorrichtung (4), die so angeordnet ist, dass ihr das feste Vorprodukt zum Aufschmelzen zuführbar ist, - mindestens eine mit einer Öffnung des Gehäuses (2) verbundene - vorzugsweise schaltbare - Ablassvorrichtung (5), und - wenigstens eine Injektionsvorrichtung (6), wobei die Ablassvorrichtung (5) mit der wenigstens einen Injektionsvorrichtung (6) verbunden ist, aufweist und dass die in den Anordnungen (1) aufgeschmolzenen und über die Ablassvorrichtung (5) zu der Injektionsvorrichtung (6) abgelassenen Vorprodukte durch die Injektionsvorrichtung (6) einem gemeinsamen Formgebungswerkzeug (11) zuführbar sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei mindestens eine mit der Öffnung des Gehäuses (2) verbundene Zuführeinheit (3) für das feste Vorprodukt vorgesehen ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zuführeinheit (3) von der mindestens einen Aufschmelzvorrichtung (4) durch eine Trennvorrichtung getrennt ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei mindestens eine zur Temperierung des Gehäuses (2) von der mindestens einen Aufschmelzvorrichtung (4) gesonderte Temperiervorrichtung (13), bevorzugt Heizvorrichtung, vorgesehen ist.
  5. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die mindestens eine Aufschmelzvorrichtung (4) mit einer sich in Richtung der Öffnung der Zuführeinheit (3) verjüngenden Form - vorzugsweise kegel- oder pyramidenförmig - ausgebildet ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Aufschmelzvorrichtung (4) am der Ablassvorrichtung (5) zugewandten Ende so im Gehäuse (2) angeordnet ist, dass ein so auf das feste Vorprodukt angepasster Spalt zwischen Aufschmelzvorrichtung (4) und Gehäuse (2) verbleibt, dass eine Passage des Vorprodukts in fester Form verhindert wird.
  7. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Druckregulierungsvorrichtung (12) vorgesehen ist, durch welche wenigstens in dem Gehäuse (2) und/oder in der mindestens einen Zuführeinheit (3) ein Über- oder Unterdruck erzeugbar ist.
  8. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei im Gehäuse (2) eine unterhalb der Aufschmelzvorrichtung (4) angeordnete Sammelzone (8) zur Aufnahme von aufgeschmolzenem Vorprodukt angeordnet ist, wobei jene Öffnung im Gehäuse (2), mit welcher die Ablassvorrichtung (5) verbunden ist, im Bereich der Sammelzone (8) angeordnet ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei ein Füllstandsensor (7) vorgesehen ist, durch welchen die Menge an aufgeschmolzenem Vorprodukt in der Sammelzone (8) erfassbar ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei in der Sammelzone (8) eine Rühr- und/oder Mischvorrichtung angeordnet ist.
  11. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Gehäuse (2) mit einer Vorrichtung (9) zur Einbringung eines Schutzgases verbunden ist.
  12. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die mindestens eine Aufschmelzvorrichtung (4) verstellbar im Gehäuse (2) angeordnet ist.
  13. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei ein entlang einer Oberfläche der mindestens einen Aufschmelzvorrichtung (4) verschiebbarer Schieber (10) vorgesehen ist.
  14. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Injektionsvorrichtung (6) eine Kolbeninjektionsvorrichtung ist.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Injektionsvorrichtung (6) mit einem Formgebungswerkzeug (11) verbunden ist.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, wobei das Volumen der Sammelzone (8) kleiner als das Volumen der 10-fachen - bevorzugt kleiner als das Volumen der 3-fachen - Menge der zum Füllen der Injektionsvorrichtung (6) notwendigen Materials ausgebildet ist.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablassvorrichtung (5) einen Ablasskanal (22), ein im Ablasskanal (22) bewegbares, vorzugsweise verschiebbares, Verschließelement (21) und eine, vorzugsweise aus Kunststoff oder Keramik gefertigte und vorzugsweise am Verschließelement (21) angeordnete, Abdichtung (18) zwischen Verschließelement (21) und Ablasskanal (22) aufweist.
  18. Verfahren zur Herstellung eines polymeren Formteiles aus wenigstens zwei verschiedenen festen Vorprodukten in einer Vorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei für zumindest zwei der wenigstens zwei verschiedenen festen Vorprodukte zum Aufschmelzen je eine Anordnung (1) zum Aufschmelzen von mindestens je einem der festen Vorprodukte zur Polymerherstellung vorgesehen ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte: - Aufnehmen des festen Vorprodukts in ein Gehäuse (2) über eine Öffnung, - Zuführen des festen Vorprodukts, vorzugsweise über eine mit dem Gehäuse (2) verbunden Zuführeinheit (3), zu einer im Gehäuse (2) angeordneten Aufschmelzvorrichtung (4), - Aufschmelzen des festen Vorprodukts durch die Aufschmelzvorrichtung (4) zu einer Schmelze, - Ablassen der Schmelze über eine mit dem Gehäuse (2) verbundene Ablassvorrichtung (5) zu einer mit der Ablassvorrichtung (5) verbundenen Injektionsvorrichtung (6) und - Zuführen der in den Anordnungen (1) aufgeschmolzenen Vorprodukte dem gemeinsamen Formgebungswerkzeug (11).
  19. Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils, mit den Schritten: - Aufschmelzen von mindestens zwei festen Vorprodukten gemäß einem Verfahren nach Anspruch 18, - Vermischen der Schmelzen zu einer reaktiven Matrix, - Bereitstellen eines Einlegeteils oder eines Verstärkungselements in einer Kavität eines Formgebungswerkzeugs (11), - Einbringen der reaktiven Matrix in die Kavität des Formgebungswerkzeugs (11), - Aushärten der reaktiven Matrix mitsamt dem Einlegeteil oder mitsamt dem Verstärkungselement zu einem Kunststoffbauteil und - Entnehmen des faserverstärkten Kunststoffbauteils aus dem Formgebungswerkzeug (11).
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