DE19521450C2 - Method and device for reactive injection molding of molded parts with thermoset properties - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Formteilen mit Duromereigenschaften, die durch reaktives Spritzgießen aus funktionalisierten Thermoplasten und/oder thermoplastischen Elastomeren gebildet werden nach den Patentansprüchen 1 und 6.The invention relates to a method and an apparatus for Manufacture of molded parts with thermoset properties reactive injection molding from functionalized thermoplastics and / or thermoplastic elastomers are formed according to the Claims 1 and 6.

Im Spritzgießverfahren können sowohl Massenteile als auch hochqualitative technische Teile hergestellt werden. Dabei wird die Auswahl des verwendeten Werkstoffes durch wirtschaftliche und/oder funktionelle Kriterien bestimmt. Überwiegend werden Kunststoffe verwendet. Neben Thermoplasten, Duroplasten, Elasto­ meren und thermoplastischen Elastomeren lassen sich aber auch technische Keramiken oder fließfähige Mischungen aus anderen Stoffen oder verschiedene Materialkombinationen verarbeiten. Je nach dem verwendeten Werkstoff wird das Verfahren modifi­ ziert. Es erfolgt eine Anpassung der Verfahrensparameter Druck, Temperatur und Zeit an den Werkstoff und es ist eine spezielle konstruktive Ausführung der Fertigungsvorrichtung erforderlich.In the injection molding process, both mass parts and high quality technical parts are manufactured. Doing so the selection of the material used by economic and / or functional criteria are determined. Mostly become Plastics used. In addition to thermoplastics, thermosets, elasto mer and thermoplastic elastomers can also technical ceramics or flowable mixtures of others Process fabrics or different combinations of materials. Depending on the material used, the process is modified graces. The process parameters are adjusted Pressure, temperature and time on the material and it is one special design of the manufacturing device required.

Bei der Verarbeitung von Thermoplasten und technischen Kerami­ miken erfolgt die Formteilbildung im Werkzeug durch Umwand­ lung der Schmelze in eine feste Phase, d. h. durch Temperaturän­ derung. Das Verfahren umfaßt im Wesentlichen die Schritte Plastifizieren, Einspritzen, Abkühlen und Entformen. Die eigen­ schaftsbildende Temperatursenkung erfordert eine relativ lange Entformungszeit und verlängert den Arbeitszyklus insgesamt in unwirtschaftlicher Weise. Maßnahmen zur Verkürzung der Entfor­ mungszeit, beispielsweise durch Werkzeugkühlung, sind dagegen mit aufwendigem Energieverlust verbunden.When processing thermoplastics and technical kerami miken, the molding is formed in the tool by conversion development of the melt into a solid phase, d. H. by temperature change change. The process essentially comprises the steps Plasticizing, injecting, cooling and demoulding. The own Shank-lowering temperature requires a relatively long time Demoulding time and extends the working cycle in total uneconomical way. Measures to shorten the entfor time, for example through tool cooling, are against this associated with expensive energy loss.

Im Gegensatz dazu finden bei der Verarbeitung von Duroplasten, Elastomeren und thermoplastischen Elastomeren irreversible chemische Reaktionen statt, die zusätzlich zu der Phasenumwand­ lung von flüssig bzw. plastifiziert in fest einen neuen Werk­ stoff mit vernetzten oder verzweigten Molekülstrukturen ent­ stehen lassen. Der Duroplastwerkstoff wird in einem dem Spritz­ gießen vorgelagerten Prozeß aufbereitet, sodaß auf der Spritz­ gießmaschine nur eine Materialkomponente verarbeitet wird. Das plastifizierte Material wird in die Werkzeugkavität einge­ spritzt. Die chemische Reaktion, die zur räumlichen Vernetzung oder Verzweigung der Molekülketten führt, erfolgt nach dem Ein­ spritzen in das wegen der erforderlichen Reaktionstemperatur beheizte Werkzeug und verursacht eine eigenschafts- und form­ bildende Aushärtung des Formteils. Um eine vorzeitige chemi­ sche Reaktion vor dem Einspritzen in die Werkzeugkavität zu verhindern, wird die Plastifiziereinheit temperiert bzw. ge­ kühlt.In contrast, when processing thermosets, Elastomers and thermoplastic elastomers irreversible chemical reactions take place in addition to the phase change liquid or plasticized into a new plant  Ent with cross-linked or branched molecular structures ent leave. The thermoset material is sprayed pour upstream process prepared so that on the spray casting machine is processed only one material component. The plasticized material is inserted into the tool cavity splashes. The chemical reaction that leads to spatial networking or branching of the molecular chains takes place after the Ein inject because of the required reaction temperature heated tool and causes a property and shape forming curing of the molded part. To prevent premature chemi reaction before injection into the mold cavity prevent, the plasticizing unit is tempered or ge cools.

Die verwendeten hochviskosen Werkstoffe lassen großflächige und filigrane Werkstücke nur nach dem Spritzprägeverfahren herstellen. Das setzt jedoch einen erhöhten maschinentechni­ schen Aufwand und komplizierte Tauchkantenwerkzeuge voraus und ist mit Gratbildung, aufwendiger Nacharbeit sowie Gewichtsab­ weichungen des Werkstückes verbunden.The highly viscous materials used leave large areas and filigree workpieces only by injection molding produce. However, this requires increased machine technology the effort and complicated plunge edge tools ahead and is with burr formation, elaborate rework and weight loss softening of the workpiece.

Die an sich gegebenen Vorteile der durch Spritzgießen herge­ stellten Formteile aus Duroplasten werden durch einen relativ hohen Energieeintrag zur chemischen Reaktion und die lange Zy­ klus- und Herstellzeit der Formteile aufgehoben.The inherent advantages of injection molding Molded parts made of thermosets are made by a relative high energy input for the chemical reaction and the long Zy Class and manufacturing time of the molded parts canceled.

Die Eigenschaften der hergestellten Formteile sind von dem gewählten Werkstoff abhängig und können innerhalb des Herstel­ lungsprozesses oder von Herstellungsprozeß zu Herstellungspro­ zeß nicht verändert werden.The properties of the molded parts are from that selected material and can be within the manuf development process or from manufacturing process to manufacturing pro don't change.

Dadurch läßt sich beispielsweise ein Formteil mit unter­ schiedlichen Eigenschaften in verschiedenen Bereichen in einem Herstellungsprozeß nicht herstellen.This allows, for example, a molded part with under different properties in different areas in one Do not manufacture manufacturing process.

Das durch die Erfindung zu lösende Problem besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum reaktiven Spritzgießen von Formteilen mit Duromereigenschaften nachzuweisen, die bei geringerem Energieverbrauch und einfacheren Werkzeugen kürzere Herstellzeiten ermöglichen und somit wirtschaftlicher sind. Außerdem sollen Formteile mit unterschiedlichen Eigenschaften herstellbar sein.The problem to be solved by the invention is a Process and apparatus for reactive injection molding of Detect molded parts with thermoset properties that at lower energy consumption and simpler tools shorter Enable manufacturing times and are therefore more economical.  In addition, molded parts with different properties be producible.

Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird mit dem in Patentanspruch 1 beschriebenen Verfahren gelöst.The problem underlying the invention is solved in Claim 1 described method solved.

Infolge Nutzung der Wärme der Materialgrundkomponente und/oder wenigstens einer der Reaktionskomponenten als Reakti­ onswärme für die Molekülvernetzung und/oder -verzweigung kann Energie für die Werkzeugheizung gespart werden. Ein Temperieren oder Kühlen des Werkzeuges erlaubt ein schnelles Erreichen der Entformungstemperatur und damit ein Verkürzen der Herstel­ lungszeit.As a result of using the heat of the basic material component and / or at least one of the reaction components as a reacti heat for molecular crosslinking and / or branching can Energy for tool heating can be saved. A tempering or cooling the tool allows the tool to be reached quickly Demoulding temperature and thus a shortening of the manufacturing delivery time.

Über die Temperaturen der einzelnen Materialkomponenten kann die Geschwindigkeit der Vernetzungsreaktion beeinflußt wer­ den. Dadurch sowie der Art der Materialkomponenten sowie die variable Einstellmöglichkeit ihres Mischungsverhältnisses, selbst während eines Herstellungsprozesses, ist eine Vielzahl unterschiedlicher Formteileigenschaften erzielbar, die somit verschiedenen Anforderungen genügen.About the temperatures of the individual material components can the speed of the crosslinking reaction affects who the. As a result, as well as the type of material components and the variable setting of your mixing ratio, even during a manufacturing process, is a multitude different molded part properties can be achieved meet different requirements.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Patentanspruch 6 ermög­ licht das reaktive Spritzgießen auf der in beschriebener Weise modifizierten Spritzgießmaschine. Sie erlaubt die genaue Ein­ haltung der vorgegebenen Mischungsverhältnisse der Material­ komponenten, die über den Einspritzhub konstant oder veränder­ lich sind. Sie verhindert, als wesentliche Voraussetzung für die Anwendung des Verfahrens, den Ablauf chemischer Vernetzungs- und/oder Verzweigungsreaktionen im Bereich der Düse.The device according to the invention made possible according to claim 6 light the reactive injection molding in the manner described modified injection molding machine. It allows the exact on maintaining the specified mixing ratios of the material components that change or change constantly over the injection stroke are. It prevents, as an essential requirement for Application of the process, the course of chemical crosslinking and / or branching reactions in the area of the nozzle.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind Einrichtungen zur Überwachung der Fördergeschwindigkeiten der Materialkomponenten vorhanden, von denen abhängig die Ver­ schlußnadel gesteuert wird. Dadurch wird verhindert, daß eine Materialkomponente unkontrolliert in den Zuführkanal der anderen gelangen kann und das in der Düsenbohrung, beispiels­ weise während des Nachdrucks ein reaktionsfähiges Gemisch ver­ bleibt.According to an advantageous embodiment of the invention Devices for monitoring the conveyor speeds of the Material components available, on which the Ver final needle is controlled. This prevents a Material component uncontrolled in the feed channel of the others can get in the nozzle bore, for example refer to a reactive mixture during the reprint remains.

Die gesteuerte Verschlußnadel sorgt dafür, daß erst bei Beginn der Werkzeugfüllphase die Reaktionskomponente zuge­ mischt wird und gewährleistet auch, daß die Mischung kurz vor Ende der Werkzeugfüllphase gestoppt wird, sodaß während der Nachdruckphase der Düsenkanal für den nächsten Herstellzyklus von vernetzungsfähigem Materialkomponentengemisch gereinigt wird. Durch den Verschluß mittels der Verschlußnadel wird sichergestellt, daß sich in den Pausen zwischen den Werkzeug­ füllphasen kein reaktionsfähiges Materialkomponentengemisch mehr im Bereich der Düse befindet.The controlled locking needle ensures that only at the beginning  the reaction component is added to the tool filling phase is mixed and also ensures that the mixture just before End of the tool filling phase is stopped so that during the Post-pressure phase of the nozzle channel for the next manufacturing cycle cleaned of cross-linkable material component mixture becomes. Through the closure by means of the locking needle ensure that there are breaks between the tool filling phases no reactive material component mixture more in the area of the nozzle.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung können derartige Verfahrensfehler auch durch entsprechende Steuerung der Verschlußnadel auf der Grundlage von Einrichtungen verhindert werden, die die Ein­ spritzdrücke des Einspritzzylinders und des Injektionszylin­ ders überwachen.According to a further advantageous embodiment of the inventions device according to the invention can cause such procedural errors also by appropriate control of the valve pin on the The basis of facilities that prevent the injection pressures of the injection cylinder and the injection cylinder monitor it.

Auf jede Abweichung von den vorgegebenen Einspritzgeschwindig­ keits- oder -druckwerten reagiert die Steuerung mit einer Unterbrechung der Zufuhr der Injektionskomponenten durch Stoppen der Bewegung des Injektionszylinders und das Schließen der Verschlußnadel.For any deviation from the specified injection speed The controller responds with a pressure or pressure value Interruption of the injection components Stopping the movement of the injection cylinder and closing it the valve pin.

Infolge der Überwachung des Einspritzdruckes des Einspritzzy­ linders der Materialgrundkomponente kann auch das Abfahren des Düsenkörpers von dem Werkzeug gesteuert und so ein Spülen mit der Material­ grundkomponente, beispielsweise auch im Falle eines verstopften Angußkanals im Werkzeug, gewährleistet werden. Dadurch wird verhindert, daß sich das eingestellte Mischungsverhältnis der Materialkomponenten unzulässig verändert oder gar eine Materi­ alkomponente in den Fließkanal einer anderen gelangen und zu einer Vernetzung und/oder Verzweigung der Molekülstrukturen führt.As a result of monitoring the injection pressure of the injection cycle linders the basic material component also the shutdown of the nozzle body controlled by the tool and so rinsing with the material basic component, for example also in the case of a blocked Sprue channel in the tool, are guaranteed. This will prevents the set mixing ratio of the Material components changed inadmissibly or even a material alkomponent into the flow channel of another and to cross-linking and / or branching of the molecular structures leads.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist auch darin zu sehen, daß das Verwirbelungselement als Schraube ausgebildet ist, die der Materialgrundkomponente während des Einspritzvor­ ganges eine schraubenlinienförmige Bewegung verleiht. An advantageous embodiment of the invention is also in it to see that the swirl element is designed as a screw is that of the basic material component during the injection ganges gives a helical movement.  

Nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine turbulente Strömung und intensive Vermischung er­ zielt, weil der Injektionskanal exzentrisch und unter einem spitzen Winkel nach dem Gegenstromprinzip entgegen der Einspritzrich­ tung der Materialgrundkomponente in die Düsenbohrung mündet. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Düsenkörper im Bereich des Verwirbelungselementes für die Materialgrundkomponente durch ein Heizelement beheizt und im Bereich des Injektionskanals für die Reaktionskompo­ nente mittels einer Temperiereinrichtung gekühlt wird.According to another advantageous embodiment of the invention it becomes a turbulent flow and intense mixing aims because the injection channel is eccentric and under a point Angle according to the counterflow principle against the injection nozzle tion of the basic material component opens into the nozzle bore. An advantageous embodiment of the invention provides that the nozzle body in the area of the swirling element for the Basic material component heated by a heating element and in Area of the injection channel for the reaction compo is cooled by means of a temperature control device.

Dadurch werden die Temperaturdifferenz und damit die stoffli­ chen Eigenschaften der Materialkomponenten in der gewünschten Weise vor der Vermischung beeinflußt.As a result, the temperature difference and thus the material Chen properties of the material components in the desired Affected way before mixing.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht Verfahrensdrücke größer als 1000 bar, die bisher nicht realisierbar waren.The device according to the invention enables process pressures greater than 1000 bar, which were previously not possible.

Nachstehend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention is illustrated below using an exemplary embodiment explained in more detail.

In der zugehörigen Zeichnung stellt dar:The accompanying drawing shows:

Fig. 1: Vorrichtung für reaktives Spritzgießen in schematischer Darstellung im Schnitt. Fig. 1: Device for reactive injection molding in a schematic representation in section.

Fig. 2: Einzelheit Düsenbohrung mit exzentrisch mündendem Injektionskanal im Schnitt, Fig. 2: detail of the nozzle bore with eccentrically mündendem injection channel in section,

Fig. 3: Einzelheit Düsenbohrung mit im Gegenstromprinzip mündenden Injektionskanal im Schnitt. Fig. 3: Detail of the nozzle bore with the injection channel opening in the counterflow principle on average.

Bei dem Verfahren des reaktiven Spritzgießens von Formteilen mit Duromereigenschaften wird als Materialgrundkomponente bei­ spielsweise ein funktionalisierter thermoplastischer Kunst­ stoff, wie molekular abgebautes Polyamid, in von Spritzgießma­ schinen bekannter Weise durch Wärme- und Friktionsenergie homogen aufgeschmolzen und dosiert. Dazu wird der in Fig. 1 dar­ gestellte Plastifizierzylinder 4 und der Schneckenkolben mit Rückstromsperre 3 verwendet. Die Zonenaufteilung, Steigung und Gangtiefe der Plastifizierschnecke 4 sind speziell der Verar­ beitung funktionalisierter Thermoplaste und/oder thermoplasti­ scher Elastomere angepaßt. Der Antrieb des Schneckenkolbens mit Rückstromsperre 3 erfolgt durch den Schneckenantriebsmotor 26. Der Staudruck und die Einspritzbewegung werden von dem Ein­ spritzzylinder 24 realisiert. Über das Wegmeßsystem für die Schneckenposition 25 kann jeweils die Stellung sowie die Ge­ schwindigkeit des Schneckenkolbens mit Rückstromsperre 3 ermittelt werden. Außerdem wird der Einspritzdruck im Ein­ spritzzylinder 24 über einen Sensor ermittelt und ausgewertet. Es ist aber auch möglich die Materialgrundkomponente auf einer Spritzeinheit mit Vorplastizierung aufzuschmelzen, bei der Plastifizieren und Einspritzen funktionell getrennt von einer Plastifizierschnecke und einem Einspritzkolben vorgenommen wer­ den. Die schräg gestellte Plastifizierschnecke eignet sich ins­ besondere für die Förderung dünnflüssiger Schmelzen.In the process of reactive injection molding of molded parts with thermoset properties, a functionalized thermoplastic, such as molecularly degraded polyamide, is melted and metered in a manner known from injection molding machines by heat and friction energy as a basic material component in homogeneous manner by means of heat and friction energy. For this purpose, the plasticizing cylinder 4 shown in FIG. 1 and the screw piston with a non-return valve 3 are used. The zone division, pitch and depth of the plasticizing screw 4 are specially adapted to the processing of functionalized thermoplastics and / or thermoplastic elastomers. The worm piston with non-return valve 3 is driven by the worm drive motor 26 . The dynamic pressure and the injection movement are realized by an injection cylinder 24 . Via the position measuring system for the screw position 25 , the position and the speed of the screw piston with the non-return valve 3 can be determined. In addition, the injection pressure in an injection cylinder 24 is determined and evaluated by a sensor. However, it is also possible to melt the basic material component on an injection unit with pre-plasticizing, in which plasticizing and injection are carried out functionally separately from a plasticizing screw and an injection piston. The inclined plasticizing screw is particularly suitable for the conveyance of low-viscosity melts.

Während des Einspritzens und damit Füllen der Kavität des Werkzeuges wird der Materialgrundkomponente eine Reak­ tionskomponente, beispielsweise Epoxydharz, bei intensiver Vermischung injiziert. Damit befindet sich im Werkzeug ein selbsttätig vernetzungs- und/oder verzweigungsfähiges Materi­ alkomponentengemisch, welches nach erfolgter chemischer Reakti­ on die gewünschten Eigenschaften des Formteils besitzt und nach wesentlich kürzerer Zeit als von Thermoplasten her bekannt entformt werden kann.During the injection and thus filling the cavity of the The basic material component becomes a reak tion component, for example epoxy resin, with intense Mixing injected. This is in the tool automatically networking and / or branching material alkomponent mixture, which after chemical reaction one has the desired properties of the molded part and after a much shorter time than known from thermoplastics can be demolded.

Ein Merkmal des Verfahrens besteht darin, daß die Eigenwärme wenigstens einer der Materialkomponenten zur Vernetzungsreak­ tion genutzt wird. Damit eröffnet sich eine Vielzahl von Mög­ lichkeiten die Geschwindigkeit der Vernetzungsreaktion zu beeinflussen. Die Wahl geeigneter Materialkomponenten und die variable Einstellmöglichkeit ihres Mischungsverhältnisses an der Maschinensteuerung gestattet eine zielgerichtete Gestal­ tung der Formteileigenschaften, die dadurch den jeweiligen Anforderungen angepaßt werden können.A feature of the process is that the natural heat at least one of the material components for crosslinking craze tion is used. This opens up a multitude of possibilities  the speed of the crosslinking reaction influence. The choice of suitable material components and the variable setting of your mixing ratio the machine control allows a targeted design tion of the molded part properties, which the respective Requirements can be adjusted.

Während des Einspritzens verhindert der Schneckenkolben mit Rückstromsperre 3 ein Rückströmen der flüssigen Schmelze der Materialgrundkomponente. Diese passiert den Düsenkörper 1 und wird von dem darin befindlichen, als Schraube 2 ausgestalteten Verwirbelungselement schraubenlinienförmig umgelenkt. In der Düsenbohrung 12 trifft sie mit wenigstens einer Reak­ tionskomponente so zusammen, daß eine turbulente Strömung und intensive Durchmischung mit dem Ergebnis einer homogenen Materialkomponentenmischung erzielt wird. Diese wird durch die verschiedenen Strömungsrichtungen und -geschwindigkeiten sowie Temperaturen der Materialkomponenten unterstützt.During the injection, the screw piston with non-return valve 3 prevents the liquid melt of the basic material component from flowing back. This passes through the nozzle body 1 and is deflected helically by the swirling element located therein, which is designed as a screw 2 . In the nozzle bore 12 it meets with at least one reac tion component so that a turbulent flow and intensive mixing with the result of a homogeneous material component mixture is achieved. This is supported by the different flow directions and speeds as well as temperatures of the material components.

Zu diesem Zweck ist in den Düsenkörper 1 der Injektionskanal 13 eingebracht, an dem die Verbindungsleitung 20 zu dem Injek­ tionszylinder 15 für die Reaktionskomponente ange­ schlossen ist. Der Injektionskanal 13 schneidet die Düsenboh­ rung 12, wie Fig. 2 zeigt, exzentrisch an und ist mit der Ver­ schlußnadel 5 absperrbar. Die Richtung des in die Düsenbohrung 12 mündenden Injektionskanals 13 kann ein Zusammentreffen der Materialkomponenten nach dem besonders wirksamen Gegenstrom­ prinzip realisieren, wie in Fig. 3 dargestellt, aber auch, zusam­ men mit der exzentrischen Anordnung seiner Mündung in der Düsenbohrung 12 eine gleichfalls schraubenlinienförmige Bewe­ gung, aber mit gegenüber der Materialgrundkomponente entgegen­ gesetzter Drehrichtung, bewirken.For this purpose, the injection channel 13 is introduced into the nozzle body 1 , to which the connecting line 20 to the injection cylinder 15 for the reaction component is connected. The injection channel 13 cuts the Düsenboh tion 12 , as shown in FIG. 2, eccentrically and can be shut off with the connecting needle 5 . The direction of the injection channel 13 opening into the nozzle bore 12 can realize a meeting of the material components according to the particularly effective countercurrent principle, as shown in FIG. 3, but also, together with the eccentric arrangement of its mouth in the nozzle bore 12, also a helical movement , but with the opposite direction of rotation compared to the basic material component.

Die Verschlußnadel 5 wird über den Hebel 6 und die Betäti­ gungsstange 7 von dem Betätigungszylinder 8 geöffnet und ge­ schlossen. Die Position wird von dem Positionsgeber 9 ermittelt und der Maschinensteuerung gemeldet. In der unbetätigten Stel­ lung sichert der Betätigungszylinder 8 den Verschluß des Injektionskanals 13 mittels der Verschlußnadel 5 sicher. Der Düsenkörper 1 wird durch das Heizelement 10 auf die für die Schmelze der Materialgrundkomponente notwendige Temperatur geheizt. Die Temperaturregelung durch die Maschinensteuerung erfolgt mittels des in dem Düsenkörper 1 angeordneten Tempera­ turfühlers 11.The locking needle 5 is opened and closed by the actuating cylinder 8 via the lever 6 and the actuating rod 7 . The position is determined by the position transmitter 9 and reported to the machine control. In the unactuated position, the actuating cylinder 8 secures the closure of the injection channel 13 by means of the locking needle 5 . The nozzle body 1 is heated by the heating element 10 to the temperature necessary for the melting of the basic material component. The temperature control by the machine control takes place by means of the temperature sensor 11 arranged in the nozzle body 1 .

Die Bereitstellung der für die chemische Vernetzungsreaktion mit der Materialgrundkomponente geeigneten Reaktions­ komponente, beispielsweise Epoxydharz, ermöglicht der Injekti­ onszylinder 15 mit dem darin befindlichen Injektionskolben 16, der durch den Arbeitszylinder 21 betätigt wird. Zur Ermitt­ lung der Position und der Geschwindigkeit des Injektionskol­ bens 16 dient das Wegmeßsystem für die Injektionskolbenpositi­ on 22. Gleichermaßen wird durch einen Drucksensor der Druck im Arbeitszylinder 21 ermittelt und ausgewertet. Am Injektionszy­ linder 15 ist der Zylinderkopf 17 angeordnet, in den das Steu­ erventil 18 integriert ist. Dieses gewährleistet bei der Rück­ zugsbewegung des Injektionskolbens 16 zuverlässig ein blasen­ freies Nachsaugen der Reaktionskomponente aus dem Vorratsbehälter 19. Bei der Einspritzbewegung des Injektions­ kolbens 16 schließt das Steuerventil 18 selbständig, sodaß die Reaktionskomponente aus dem Injektionszylinder 15, dem Zylinderkopf 17 und der Verbindungsleitung 20 in den Injekti­ onskanal 13 gedrückt wird.The provision of the reaction component suitable for the chemical crosslinking reaction with the basic material component, for example epoxy resin, is made possible by the injection cylinder 15 with the injection piston 16 therein, which is actuated by the working cylinder 21 . The position measuring system for the injection piston position 22 serves to determine the position and the speed of the injection piston 16 . Likewise, the pressure in the working cylinder 21 is determined and evaluated by a pressure sensor. At the injection cylinder 15 , the cylinder head 17 is arranged, in which the control valve 18 is integrated. During the return movement of the injection plunger 16, this reliably ensures that the reaction component is sucked in freely from the reservoir 19 . During the injection movement of the injection piston 16 , the control valve 18 closes automatically, so that the reaction component from the injection cylinder 15 , the cylinder head 17 and the connecting line 20 is pressed into the injection channel 13 .

Für den Fall der Verwendung sehr niedrigviskoser Reak­ tionskomponenten ist am Ende des Injektionszylinders 15 eine Leckagebohrung 23 angeordnet. Sie dient der Rückführung der bei sehr hohen Drücken eventuell über den Kolbenspalt des Injekti­ onskolbens 16 zurückgedrängten Reaktionskomponente zu dem Vorratsbehälter 19.In the case of using very low-viscosity reaction components, a leakage bore 23 is arranged at the end of the injection cylinder 15 . It is used to return the reaction component which is pushed back at very high pressures, possibly via the piston gap of the injection piston 16 , to the reservoir 19 .

Um die Temperaturdifferenz und damit die stofflichen Eigen­ schaften zwischen der Materialgrundkomponente und der Reaktionskomponente auch im Düsenkörper 1 vor der Vermi­ schung miteinander zu gewährleisten, können in der Nähe des In­ jektionskanals 13 Kühlbohrungen 14 angeordnet werden die das Hindurchleiten von Kühlflüssigkeit ermöglichen. In order to ensure the temperature difference and thus the material properties between the basic material component and the reaction component also in the nozzle body 1 before mixing, cooling holes 14 can be arranged in the vicinity of the injection channel 13 , which allow the passage of cooling liquid.

Der Ablauf des Herstellungsvorganges eines Formteils ist nachfolgend zusammenfassend beschrieben:The process of manufacturing a molded part is summarized below:

Die Einspritzfunktion der Materialgrundkomponente basiert auf mehrstufiger Geschwindigkeitsregelung, wählbarer Nachdruckum­ schaltung bzw. mehrstufiger Nachdruckregelung, während die Dosierfunktion der Reaktionskomponente oder -komponen­ ten auf mehrstufiger Geschwindigkeitsregelung beruht.The injection function of the basic material component is based on multi-stage speed control, selectable holding pressure circuit or multi-stage holding pressure control, while the Dosing function of the reaction component or components based on multi-stage speed control.

• - Anfahren des Düsenkörpers 1 an das geschlossene Werkzeug und Aufbringen der Anpreßkraft,Moving the nozzle body 1 to the closed tool and applying the contact pressure,
• - Einspritzfunktion der Materialgrundkomponente und der Reaktionskomponente oder -komponenten durch Einleiten der Bewegung des Einspritzzylinders 24 und des Injektionszy­ linders 15 nach einem proportional vorgegebenen Geschwindig­ keitsprofil,- Injection function of the basic material component and the reaction component or components by initiating the movement of the injection cylinder 24 and the injection cylinder 15 according to a proportionally predetermined speed profile,
• - der Betätigungszylinder 8 öffnet den Injektionskanal 13 mittels der Verschlußnadel 5 erst dann, wenn sich der Ein­ spritzzylinder 24 bewegt hat und die Hydraulikdrücke des Einspritzzylinders 24 und des Injektionszylinders festgeleg­ te Grenzwerte überschritten haben,- The actuating cylinder 8 opens the injection channel 13 by means of the shut-off needle 5 only when the injection cylinder 24 has moved and the hydraulic pressures of the injection cylinder 24 and the injection cylinder have exceeded specified limit values,
• - da die Geschwindigkeiten des Einspritzzylinders 24 und des Injektionszylinders 15 stabil geregelt werden, ist ein Rück­ strömen der Materialgrund- und der Reaktionskomponente nicht möglich, durch die proportional oder variabel verlau­ fenden Profile kann ein konstantes oder variables Mischungs­ verhältnis der Materialgrundkomponenten auch bei unter­ schiedlichen Einspritzgeschwindigkeiten erreicht werden,- Since the speeds of the injection cylinder 24 and the injection cylinder 15 are stably controlled, a backflow of the basic material and the reaction component is not possible, due to the proportionally or variably running profiles, a constant or variable mixing ratio of the basic material components can also be achieved with different injection speeds be achieved
• - rechtzeitig vor Erreichen der vollständigen Füllung der Werkzeugkavität wird der Injektionskanal 13 mit der Ver­ schlußnadel 5 geschlossen und das Injizieren der Re­ aktionskomponente beendet, die Düsenbohrung 12 mit der Mate­ rialgrundkomponente gespült, wobei bei Werkstücken mit gerin­ ger Schwindung der Verschluß vor der Umschaltung auf Nach­ druck, bei größerer Schwindung hingegen während des Nach­ druckes vorgenommen wird,- In time before reaching the complete filling of the tool cavity, the injection channel 13 is closed with the United needle 5 and the injection of the reaction component is ended, the nozzle bore 12 is rinsed with the basic material component, with workpieces with low shrinkage the closure before switching to night pressure, in the case of greater shrinkage, however, is carried out during the reprint,
• - das Geschwindigkeitsprofil der injizierten Reakti­ onskomponente wird von der Maschinensteuerung entsprechend des vorgegebenen prozentualen Anteils ermittelt und reali­ siert,- the velocity profile of the injected reactants on component is determined by the machine control  of the specified percentage and reali siert,
• - die Füllung des Injektionszylinders 15 erfolgt selbsttätig durch Zurückziehen des Injektionskolbens 16 aus dem Vorrats­ behälter 19 über das Steuerventil 18,- The filling of the injection cylinder 15 takes place automatically by withdrawing the injection plunger 16 from the reservoir 19 via the control valve 18 ,
• - Fehlfunktionen der Geschwindigkeits- oder Druckregelung der Materialkomponenten veranlassen die Steuerung zur sofortigen Schließung des Injektionskanals 13 durch die Verschlußnadel 5 und damit Beendigung des Injezierens der Reakti­ onskomponente zwecks Verhinderung einer fehlerhaften chemi­ schen Reaktion,Malfunctions of the speed or pressure control of the material components cause the control to immediately close the injection channel 13 through the sealing needle 5 and thus stop the injection of the reaction component to prevent a faulty chemical reaction,
• - die Stellung der Verschlußnadel 5 wird mindestens in der Position des Verschlusses des Injektionskanals 13 überwacht.- The position of the closure needle 5 is monitored at least in the position of the closure of the injection channel 13 .

BezugszeichenlisteReference list

11

Düsenkörper
Nozzle body

22nd

Schraube
screw

33rd

Schneckenkolben mit Rückstromsperre
Screw piston with non-return valve

44th

Plastizierzylinder
Plasticizing cylinder

55

Verschlußnadel
Locking pin

66

Hebel
lever

77

Betätigungsstange
Operating rod

88th

Betätigungszylinder
Actuating cylinder

99

Positionsgeber
Position transmitter

1010th

Heizelement
Heating element

1111

Temperaturfühler
Temperature sensor

1212th

Düsenbohrung
Nozzle bore

1313

Injektionskanal
Injection channel

1414

Kühlbohrung
Cooling hole

1515

Injektionszylinder
Injection cylinder

1616

Injektionskolben
Injection plunger

1717th

Zylinderkopf
Cylinder head

1818th

Steuerventil
Control valve

1919th

Vorratsbehälter
Storage container

2020th

Verbindungsleitung
Connecting line

2121

Arbeitszylinder
Working cylinder

2222

Wegmeßsystem für die Injektionskolbenpnsition
Position measuring system for the injection plunger position

2323

Leckagebohrung
Leakage hole

2424th

Einspritzzylinder
Injection cylinder

2525th

Wegmeßsystem für die Schneckenposition
Position measuring system for the screw position

2626

Schneckenantriebsmotor
Worm drive motor

Claims (12)

1. Verfahren zum reaktiven Spritzgießen von Formteilen mit Duromereigenschaften mit einer

• 1. Spritzgießmaschine
  • 1. mit einer Plastifiziereinheit mit einer Düse
  • 2. sowie einem Schließsystem zur Aufnahme der, eine Kavität bildenden Werkzeughälften, bestehend aus
  • 3. einer feststehenden und
  • 4. einer bewegbaren Werkzeugaufspannplatte

mit folgenden Merkmalen:

• 1. Plastifizieren
  • 1. durch Aufschmelzen mindestens einer, aus funktionali­ siertem Thermoplast und/oder thermoplastischem Elastomer bestehenden Materialgrundkomponente
  • 2. mittels zugeführter Wärme- und Friktionsenergie, und
  • 3. parallel dazu, aber getrennt, Bereitstellen mindestens einer chemisch reaktionsfähigen Reaktionskomponente, wobei
  • 4. die Reaktionskomponente mit mindestens einer Materialgrundkomponente eine räumliche Molekülvernetzung und/oder -verzweigung herbeizuführen in der Lage ist, und
• 2. Einspritzen der Komponenten
  • 1. in die Kavität das Werkzeuges, welches
  • 2. unbeheizt oder
  • 3. gekühlt ist, wobei
  • 4. der Einspritzvorgang eingeleitet wird
  • 5. mit der Materialgrundkomponente, die im Düsenkörper verwirbelt wird,
  • 6. fortgesetzt wird unter Beifügen der chemisch mindestens einen reaktionsfähigen Reaktionskomponente zu der mindestens einen Materialgrundkomponente
  • 7. durch geregeltes Injizieren in deren Einspritzweg nach der Verwirbelung und intensivem Vermischen miteinander, wobei
• 3. die Kavität des Werkzeuges mit der selbständig vernetzungsfähigen Mischung aus mindestens einer Materialgrundkomponente und einer Reaktionskomponente weitgehend gefüllt wird und
• 4. das geregelte Injizieren der Reaktionskomponente und Vermischen mit der mindestens einen Materialgrundkompo­ nente vor Erreichen der vollständigen Füllung der Werkzeugkavität abgebrochen wird und
• 5. die Restfüllung und der eventuell zum Ausgleich der Schwindung notwendige Nachdruck nur mit der allein nicht reaktionsfähigen Materialgrundkomponente ausgeführt wird, sodaß sich am Ende des Einspritzvor­ ganges
  • 1. in der Werkzeugkavität und dem entformungsfähigen Angußsystem eine reaktionsfähige Mischung aus mindestens einer Materialgrundkomponente und mindestens einer Reaktionskomponente und
  • 2. im maschinenseitigen, nicht entformungsfähigen Angußsystem eine sehr geringe Menge allein nicht reaktionsfähiger Schmelze der mindestens einen Materialgrundkomponente befindet und
• 6. werkstückseigenschafts- und formbildende Verzwei­ gung und/oder Vernetzung der Molekülstrukturen durch chemische Reaktion mindestens einer Reaktionskomponente mit der Materialgrundkomponente und/oder wenigstens einer weiteren Reaktionskomponente in der Werkzeugkavität und dem entformungsfähigen Anguß­ system
  • 1. unter Nutzung der Eigenwärme der eingespritzten Materialgrund- und/oder wenigstens einer Re­ aktionskomponente als Reaktionswärme und
• 7. Entformen des Werkstückes mit Duromereigenschaften aus der Werkzeugkavität und des entformungsfähigen Angußsystems sofort nach Abschluß der eigenschafts- und formbildenden chemischen Reaktion der mindestens einen Materialgrundkomponente mit mindestens einer Reaktionskomponente.

1. Process for reactive injection molding of molded parts with thermoset properties with a

• 1. Injection molding machine
  • 1. with a plasticizing unit with a nozzle
  • 2. and a locking system for receiving the tool halves forming a cavity, consisting of
  • 3. a fixed and
  • 4. a movable platen

with the following features:

• 1. Plasticize
  • 1. by melting at least one material component consisting of functionalized thermoplastic and / or thermoplastic elastomer
  • 2. by means of supplied heat and friction energy, and
  • 3. In parallel, but separately, providing at least one chemically reactive reaction component, wherein
  • 4. the reaction component with at least one basic material component is able to bring about spatial molecular crosslinking and / or branching, and
• 2. Inject the components
  • 1. in the cavity of the tool which
  • 2. unheated or
  • 3. is cooled, being
  • 4. the injection process is initiated
  • 5. with the basic material component which is swirled in the nozzle body,
  • 6. is continued with the addition of the chemically at least one reactive reaction component to the at least one basic material component
  • 7. by controlled injection in their injection path after swirling and intensive mixing with one another, whereby
• 3. the cavity of the tool is largely filled with the independently crosslinkable mixture of at least one basic material component and one reaction component, and
• 4. The controlled injection of the reaction component and mixing with the at least one basic material component is stopped before the tool cavity is completely filled and
• 5. the remaining filling and the possibly necessary to compensate for the shrinkage is carried out only with the non-reactive basic material component, so that at the end of the injection process
  • 1. a reactive mixture of at least one basic material component and at least one reaction component and in the mold cavity and the demouldable sprue system
  • 2. In the machine-side, non-demouldable sprue system there is a very small amount of non-reactive melt alone of the at least one basic material component, and
• 6. workpiece property and shape-forming branching and / or crosslinking of the molecular structures by chemical reaction of at least one reaction component with the basic material component and / or at least one further reaction component in the mold cavity and the demouldable sprue system
  • 1. using the inherent heat of the injected basic material and / or at least one reaction component as heat of reaction and
• 7. De-molding of the workpiece with thermoset properties from the tool cavity and the demouldable sprue system immediately after completion of the property- and shape-forming chemical reaction of the at least one basic material component with at least one reaction component.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Materialgrundkomponente molekular abgebautes Polyamid verwendet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that Molecularly degraded polyamide as the basic material component is used. 3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als chemisch reaktionsfähige Materialreaktions­ komponente Epoxidharz verwendet wird.3. The method according to claim 1, characterized in that as a chemically reactive material reaction component epoxy resin is used. 4. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Injizieren der mindestens einen Reaktionskomponen­ te zu der mindestens einen Materialgrundkomponente unter intensivem Vermischen miteinander veränderbar, proportional mengenabhängig erfolgt.4. The method according to claim 1, characterized in that injecting the at least one reaction component te to the at least one basic material component intensive mixing changeable, proportional depending on the quantity. 5. Verfahren nach Patentanspruch 13 dadurch gekennzeichnet, daß das Entformen des Werkstückes durch Wärmeentzug in der Kavität des Werkzeuges beschleunigt wird.5. The method according to claim 13 characterized in that the demolding of the workpiece by heat extraction in the Cavity of the tool is accelerated. 6. Vorrichtung zum reaktiven Spritzgießen von Formteilen mit Duromereigenschaften mit einer Spritzgießmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1

• 1. mit einer Plastifiziereinheit mit einer Düse
  • 1. in Förderrichtung der plastifizierten Material­ grundkomponente ist hinter dem Plastifizierzylinder (4) ein Verwirbelungselement (2) für die Material­ grundkomponente angeordnet
  • 2. in dem Düsenkörper (1) mündet
  • 3. je ein Injektionskanal (13) für jede Reaktionskompo­ nente in den Förderweg der verwirbelten Materi­ algrundkomponente
  • 4. der Injektionskanal (13) ist verschließbar und freigebbar
  • 5. mittels einer gesteuerten Verschlußnadel (5) und
  • 6. der Injektionskanal (13) ist mit der Reaktionskompo­ nente beaufschlagbar
  • 7. über eine Verbindungsleitung (20)
  • 8. durch einen Injektionskolben (16) eines Injek­ tionszylinders (15)
  • 9. der von einem Arbeitszylinder (21) antreibbar ist
  und
• 2. mit einem Schließsystem zur Aufnahme der eine Kavität bildenden Werkzeughälften, bestehend aus
  • 1. einer feststehenden und
  • 2. einer bewegbaren Werkzeugaufspannplatte.

6. Device for reactive injection molding of molded parts with thermoset properties with an injection molding machine for performing the method according to claim 1

• 1. with a plasticizing unit with a nozzle
  • 1. In the conveying direction of the plasticized basic material component, a swirling element ( 2 ) for the basic material component is arranged behind the plasticizing cylinder ( 4 )
  • 2. opens into the nozzle body ( 1 )
  • 3. one injection channel ( 13 ) for each reaction component in the conveying path of the intermingled basic component
  • 4. the injection channel ( 13 ) can be closed and released
  • 5. by means of a controlled locking needle ( 5 ) and
  • 6. the injection channel ( 13 ) can be acted upon with the reaction component
  • 7. via a connecting line ( 20 )
  • 8. by an injection piston ( 16 ) of an injection cylinder ( 15 )
  • 9. which can be driven by a working cylinder ( 21 )
  and
• 2. with a locking system for receiving the mold halves, consisting of
  • 1. a fixed and
  • 2. a movable platen.

7. Vorrichtung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die Steuerung der Verschlußnadel (5) in Abhängigkeit von der Fördergeschwindigkeit der Materi­ alkomponenten ein Betätigungszylinder (8) mit einer Betätigungsstange (7) und einem Hebel (6), ein Wegmeß­ system (25) eines Einspritzzylinders (24) der Materialgrundkomponente und ein Wegmeßsystem (22) des Injek­ tionskolbens (16) jeder Reaktionskomponente vorhanden ist.7. The device according to claim 6, characterized in that for the control of the closure needle ( 5 ) depending on the conveying speed of the materi alkomponents an actuating cylinder ( 8 ) with an actuating rod ( 7 ) and a lever ( 6 ), a position measuring system ( 25 ) an injection cylinder ( 24 ) of the basic material component and a displacement measuring system ( 22 ) of the injection piston ( 16 ) of each reaction component is present. 8. Vorrichtung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die Steuerung der Verschlußnadel (5) durch den Betäti­ gungszylinder (8), die Betätigungsstange (7) und den Hebel (6) in Abhängigkeit von dem Einspritzdruck der Materialkom­ ponenten ein Druckmeßsystem des Einspritzzylin­ ders (24) der Materialgrundkomponente und ein Druckmeßsystem des Injektionszylinders (15) jeder Reaktionskomponente vorhanden ist.8. The device according to claim 6, characterized in that for the control of the locking needle ( 5 ) by the actuation supply cylinder ( 8 ), the actuating rod ( 7 ) and the lever ( 6 ) as a function of the injection pressure of the material components a pressure measuring system of the injection cylinder ders ( 24 ) of the basic material component and a pressure measuring system of the injection cylinder ( 15 ) of each reaction component is present. 9. Vorrichtung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verwirbelungselement als Schraube (2) ausgeführt ist, die der Materialgrundkomponente eine schraubenlinien­ förmige Bewegung während des Einspritzvorganges verleiht.9. The device according to claim 6, characterized in that the swirling element is designed as a screw ( 2 ) which gives the basic material component a helical movement during the injection process. 10. Vorrichtung nach Patentanspruch 63 dadurch gekennzeichnet, daß der Injektionskanal (13) in die Düsenbohrung (12) exzentrisch unter einem spitzen Winkel nach dem Gegenstrom­ prinzip entgegen der Einspritzrichtung der Materialgrundkom­ ponente mündet.10. The device according to claim 63, characterized in that the injection channel ( 13 ) in the nozzle bore ( 12 ) opens eccentrically at an acute angle according to the countercurrent principle against the injection direction of the material Grundkom component. 11. Vorrichtung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Düsenkörper (1) im Bereich des Verwirbelungselementes für die Materialgrundkomponente ein Heizelement (10) und im Bereich des Injektionskanals (13) für die Reaktionskomponen­ te eine Temperiereinrichtung, die als Kühlmittel führende Kühlbohrungen (14) ausgeführt ist, angeordnet ist.11. The device according to claim 6, characterized in that in the nozzle body ( 1 ) in the area of the swirling element for the basic material component, a heating element ( 10 ) and in the area of the injection channel ( 13 ) for the reaction components te a temperature control device, the cooling holes leading as coolant ( 14th ) is executed, is arranged. 12. Vorrichtung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Injektionszylinder (15) einen Zylinderkopf (17), in welchem ein Steuerventil (18) angeordnet ist, für das Nachsaugen der Reaktionskomponente aus einem Vorratsbehälter (19) bei Rückzugsbewegung und für das selbsttätige Schließen bei Einspritzbewegung des Injektionskolbens (16), besitzt.12. The device according to claim 6, characterized in that the injection cylinder ( 15 ) has a cylinder head ( 17 ), in which a control valve ( 18 ) is arranged, for the suction of the reaction component from a reservoir ( 19 ) upon retraction movement and for the automatic closing upon injection movement of the injection piston ( 16 ).