DE202014010824U1

DE202014010824U1 - Compounder-Spritzgieß-Einheit

Info

Publication number: DE202014010824U1
Application number: DE202014010824.2U
Authority: DE
Original assignee: HP Pelzer Holding GmbH
Current assignee: Adler Pelzer Holding GmbH
Priority date: 2013-09-11
Filing date: 2014-09-05
Publication date: 2016-10-17
Anticipated expiration: 2024-09-06
Also published as: US20160207241A1; MX2016002111A; KR20160058758A; EP3043977A1; WO2015036331A1; RU2016112122A; CN105531096A; DE102013218193A1

Abstract

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) mit einem Standardeinzug (6), dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Compounder 1 direkt mit dem Standardeinzug (6) der Schnecken-Spritzgießmaschine (2) über eine Verbindungseinheit (8) ohne Gegendruck durch die Schnecken-Spritzgießmaschine (2) verbunden ist, die Spritzgießmaschine (2) einen Einzugsraum als Reservoir (10) für ein kontinuierlich durch den Compounder (1) produziertes Compound aufweist und einen Sensor des Compounders (1) zur Füllstandsmessung (7) aufweist.

Description

Die Neuerung 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 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 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 EP 2 050 554 A1 wird ein Compound unter Gegendruck in die Spritzmaschine gefördert bei entsprechenden Schneckengeometrien.
In US 6,875,385 B2 wird ein Fasermaterial unter Druck mit einer Schmelze beschichtet.
Johannaber, F.; "Injection molding machines: a user's guide", Carl Hanser Verlag, München, Wien, New York, 1994, S. 242 und 243 betrifft allgemeinen Stand der Technik.
In 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 Neuerung 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 2 während des Spritzgießvorgangs kontinuierlich gespeichert bzw. so gepuffert wird, dass im nächsten Spritzgießvorgang das Reservoir 10 vollständig geleert ist.
Die Neuerung betrifft eine Compounder-Spritzgieß-Einheit umfassend einen Compounder 1, insbesondere einen Doppelschneckenextruder 3, zur Herstellung einer homogenen Schmelze aus wenigstens einem Kunststoff und weiteren Zusätzen und eine Schnecken-Spritzgießmaschine 2, die mit dem Compounder 1 verbunden ist.
Der Anschluss des Compounders 1 an die Spritzgießmaschine 2 kann in unterschiedlichen Bereichen des Zylinders der Spritzgießmaschine 2 erfolgen. Erneuerungsgemäß ist der Compounder 1 so mit der Spritzgießmaschine 2 verbunden, dass der Bereich der Spritzgießschnecke 5 von der Materialzuführung durch den Compounder 1 bis zur Standard-Materialeinbringung 6 (serienmäßiger Einfülltrichter der Schnecken-Spritzgießmaschine 2) ein Reservoir 10 für das kontinuierlich durch den Compounder 1 produzierte Material darstellt.
In einer ersten Ausführungsform betrifft die vorliegende Neuerung eine Compounder-Spritzgieß-Einheit umfassend einen Compounder (1), insbesondere einen Doppelschneckenextruder 3, zur Herstellung einer stofflich und thermisch homogenen Compoundschmelze 12, aus wenigstens einem Kunststoff und weiteren Zusätzen; und einer Schnecken-Spritzgießmaschine 2 mit einem Standardeinzug 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Ausgang des Compounder 1 direkt mit dem Standardeinzug 6 der Schnecken-Spritzgießmaschine 2 über eine Verbindungseinheit 8 ohne Gegendruck durch die Schnecken-Spritzgießmaschine 2 verbunden ist,
die Spritzgießmaschine 2 einen Einzugsraum als Reservoir 10 für ein kontinuierlich durch den Compounder 1 produziertes Compound aufweist; und einen Sensor des Compounders 1 zur Füllstandsmessung 7 aufweist.
In einer besonderen Ausführung wird ohne feste Kopplung das Material aus dem Compounder 1 direkt in den serienmäßigen Einfülltrichter der Spritzgießmaschine 2 eingebracht; und der Dosierraum wirkt als Materialreservoir 10. Hierbei entspannt sich das Material 12 in einen drucklosen Zustand, wird jedoch naturgemäß zur Schneckenspitze hin, das heißt dem Stau- bzw. Schneckenvorraum 11 wieder verdichtet.
Nachfolgend wird die Arbeitsweise der neuerungsgemäßen 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 12 (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 12 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 neuerungsgemäße 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
12: Spritzgießmaterial

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1144174 B1 [0003]
EP 1306187 B1 [0004]
EP 1333968 B1 [0005]
US 2950501 A [0005]
EP 2050554 A1 [0006]
US 6875385 B2 [0007]
WO 2009/147227 A1 [0009]
WO 01/78963 A1 [0010]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Johannaber, F.; ”Injection molding machines: a user's guide”, Carl Hanser Verlag, München, Wien, New York, 1994, S. 242 und 243 [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) mit einem Standardeinzug (6), dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Compounder 1 direkt mit dem Standardeinzug (6) der Schnecken-Spritzgießmaschine (2) über eine Verbindungseinheit (8) ohne Gegendruck durch die Schnecken-Spritzgießmaschine (2) verbunden ist, die Spritzgießmaschine (2) einen Einzugsraum als Reservoir (10) für ein kontinuierlich durch den Compounder (1) produziertes Compound aufweist und einen Sensor des Compounders (1) zur Füllstandsmessung (7) aufweist.
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 gegebenenfalls nicht benötigten 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)