EP2507030A2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer faserverstärkten masse - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer faserverstärkten masseInfo
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- EP2507030A2 EP2507030A2 EP10788011A EP10788011A EP2507030A2 EP 2507030 A2 EP2507030 A2 EP 2507030A2 EP 10788011 A EP10788011 A EP 10788011A EP 10788011 A EP10788011 A EP 10788011A EP 2507030 A2 EP2507030 A2 EP 2507030A2
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- EP
- European Patent Office
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- fiber
- worm shaft
- matrix material
- fiber strand
- screw
- Prior art date
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- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
- B29C45/17—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29C45/46—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it into the mould
- B29C45/47—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it into the mould using screws
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- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
- B29B7/00—Mixing; Kneading
- B29B7/30—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices
- B29B7/34—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices
- B29B7/38—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices rotary
- B29B7/40—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices rotary with single shaft
- B29B7/42—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices rotary with single shaft with screw or helix
- B29B7/421—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices rotary with single shaft with screw or helix with screw and additionally other mixing elements on the same shaft, e.g. paddles, discs, bearings, rotor blades of the Banbury type
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- B29B7/428—Parts or accessories, e.g. casings, feeding or discharging means
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- B29C2948/92609—Dimensions
- B29C2948/92657—Volume or quantity
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- B29C2948/92—Measuring, controlling or regulating
- B29C2948/92819—Location or phase of control
- B29C2948/92828—Raw material handling or dosing, e.g. active hopper or feeding device
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- B29C45/47—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it into the mould using screws
- B29C45/50—Axially movable screw
- B29C45/52—Non-return devices
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- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
- B29C48/03—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the shape of the extruded material at extrusion
- B29C48/06—Rod-shaped
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- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
- B29C48/03—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the shape of the extruded material at extrusion
- B29C48/09—Articles with cross-sections having partially or fully enclosed cavities, e.g. pipes or channels
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- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
- B29C48/03—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the shape of the extruded material at extrusion
- B29C48/09—Articles with cross-sections having partially or fully enclosed cavities, e.g. pipes or channels
- B29C48/10—Articles with cross-sections having partially or fully enclosed cavities, e.g. pipes or channels flexible, e.g. blown foils
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- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
- B29C48/15—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. extrusion moulding around inserts
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- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
- B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29C48/36—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
- B29C48/50—Details of extruders
- B29C48/74—Bypassing means, i.e. part of the molten material being diverted into downstream stages of the extruder
- B29C48/745—Bypassing means, i.e. part of the molten material being diverted into downstream stages of the extruder for plasticising or homogenising devices
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
- B29K2023/00—Use of polyalkenes or derivatives thereof as moulding material
- B29K2023/10—Polymers of propylene
- B29K2023/12—PP, i.e. polypropylene
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
- B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
- B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
- B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
- B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
- B29K2105/12—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts of short lengths, e.g. chopped filaments, staple fibres or bristles
Definitions
- Twin-screw extruder of the fiber strand is fed via coating nozzles into the feed opening of the extruder.
- Feed opening takes place on a flat side of the
- Fiber strand passed over a cutting edge and this cut into largely predetermined lengths.
- Feed opening of the plasticizing extruder are the plasticizing extruder
- Fiber strands preferably parallel to the extruder axes and approximately tangential to an extruder shaft and the
- Cylinder bores of diameter increased by at least 4 times the thickness of the fiber strand enlarged worm cylinder.
- the quality of the fiber-reinforced plastic leaves to be desired, since the fiber length structure to no optimal Value characteristics and the fiber impregnation quality does not lead to flawless surface quality. With good
- the fibers must be re-impregnated in a shearing force intensive mixing area, under which the fiber length suffers extremely.
- From DE 100 66 145 B4 is a method for operating a
- the object of the invention is to obtain a fiber-reinforced mass, which has both optimal Wertstoffkennlay as a flawless surface quality. This is inventively with the in claim 1
- fiber reinforced mass uses a single-screw fiber incorporation process. This will be a
- External screw shaft diameter and screw housing is increased so that the fiber strands between screw flight and screw housing are not crushed and remain overwhelmingly multiple wraps around the worm shaft for impregnation endless.
- the fiber strand is preferably supplied powered holding.
- the fiber strand is withdrawn for example from a supply reel with a drive, which may have a drive roller and a counter-pressure roller pressed against the drive roller, wherein the fiber strand is passed through the nip between the two rollers.
- a drive which may have a drive roller and a counter-pressure roller pressed against the drive roller, wherein the fiber strand is passed through the nip between the two rollers.
- the fiber strand with a selectable or controllable
- Fiber strand is impregnated without entrapment effect by the screw flights in a kind Auskmmfunktion with the matrix material and thus the disturbing
- Impregnation of a fiber strand twist is reduced, for example, in coils with internal deduction, so that the
- Impregnation quality can be optimized. Another
- Impregnation improvement is achieved with torsion-free fiber strands, for example with a rotating coil with external trigger or with specially wound coils for torsion-free internal withdrawal.
- Worm shaft are supplied with a matrix material distributor in the form of a slot nozzle or a nozzle row.
- the matrix material is distributed proportionally to the side by side supplied fiber strands.
- a pre-division of the fiber strands is preferably carried out with a reduced gap between the worm shaft and the worm shaft housing. This is done partly on a preceding Vorzerteilkante and partly rubbing in one Print on auzone.
- the mass is then conveyed through the fiber mixing and dividing zone, which is designed so that the desired fiber length structure / fiber length distribution is achieved.
- Short-length resistance specifically preserves the desired fiber structure and prevents overly long fiber strands
- the baffle channel part so for example provided with the passageways
- an impregnation start dosage is used. This has the advantage that, if the discharge pressure in the matrix material processing degrades at the time of the cycle stop, matrix material immediately starts to be used for the next cycle start
- Fiber strand impregnation is available until the pressure in the matrix material treatment zone has rebuilt after a few screw revolutions.
- the invention proposes that during the cyclic injection molding process between the metering volume accumulator and the injection nozzle, a repressurization metering is used together with a shut-off device in the injection channel.
- the Nachbuchdostechnik is provided with a Nachtik appointed, which is parallel to the injection process and / or the end of
- Injection is filled with fiber reinforced mass, with the obturator of the injection channel between the
- connection to the dosing volume memory expire.
- the new filling of the dosing volume memory can thus already starting from the pressure independent of pressure.
- a larger dosing volume can be filled in the material processing for a longer time available
- the single-screw fiber incorporation process according to the invention is preferably carried out with a
- Injection unit performed.
- the fiber region in the matrix material treatment zone and the matrix material filling opening is lengthened by the metering stroke of the worm shaft.
- the matrix material transfer should not be effected by overflowing in the screw region but by means of a dewatering between the matrix material treatment zone and the fiber strand supply and impregnation zone with a cascade
- Matrix material collector and a matrix material distributor of Faserstrangzubuch- and -impregnation zone are supplied.
- a gravimetric matrix material dosage has the advantage that the fiber content in the fiber-reinforced mass can be controlled precisely.
- An accompanying with the Dosierhub gravimetric Matrixmaterialzu211 adopted, at around the Dosierhub extended filling, has the advantage that a lump-free partially filled screw filling after the injection stroke ensures a more uniform impregnating material dosing for fiber strand impregnation.
- a volumetric matrix material supply in which the screw is always filled to the maximum has the disadvantage that no narrow fiber fraction control is possible.
- Fiber strand gate to be tracked.
- the fiber strand feed opening in the worm shaft housing is advantageous
- an injection molding unit with a cyclically operating extruder can be used for an injection molding machine.
- This has the advantage that the worm shaft for
- the worm shaft housing does not have to move as an injection piston. This is for the pressure build-up in the fiber area, in
- Matrix material addition no dosing stroke extension required. This also has advantages in the fiber strand feed, because the fiber strands need not be tracked for the injection stroke. Another advantage is that for the
- Worm shaft diameter can be used.
- the Dosiervolumen acknowledgedgekoruse is arranged axially in front of the housing of the Einschneckenaggregates and an injection piston with centric flow channel and injector forms the
- Injection molding unit can be performed with continuously operating extruder.
- Extension downstream of the single-screw machine is used as a buffer used to continue to work pressure-decoupled during the injection and holding pressure.
- Injection molding can be closed with a shut-off device.
- the injection molding cylinder has at its fixed bottom a central injection channel with attached spray nozzle.
- a shut-off in this spray channel allows the cycle even without being docked to the injection mold or the cyclic lifting of the mold.
- Adjust volume by volume and the accumulator pressure and / or the pressure or the force of the actuators serve as additional monitoring.
- the matrix material may be a thermoset or
- thermoplastic resin a resin, a mixture of plastics or resins with additives and / or fillers, a metal or a metal mixture, also with a
- Aggregate or be a ceramic material.
- the fiber strand may consist of glass fibers, basalt fibers,
- the fiber-reinforced material emerging from the extrusion nozzle can, for example in the case of a thermoplastic as matrix material, be a plasticate or, for example, in the case of a metal as matrix material, a melt or, for example, in the case of thermosetting plastics
- Resins should be a pasty mass.
- the single-screw machine can be heated, for example, in the case of a thermoplastic or a metal as a matrix material and for example in the case of a thermoset as
- Matrix material formed tempered.
- Figure 1 shows a first embodiment of an extruder
- Figure 2 is a cross-section through the machine along the line II-II in Figure 1;
- Figure 3A and 3B is an enlarged view of the fiber mixing and dividing device of the machine of Figure 1 in longitudinal section and in the cross section of the line III-III as
- FIG. 4A shows a longitudinal section through a further embodiment of a single-screw extruder
- FIG. 4B shows a variant of the single-screw extruder according to FIG. 4A
- Figures 5 and 6 are each a longitudinal section through a
- FIGS. 7A and 7B each show a longitudinal section through a single-shaft machine designed as an injection molding unit, after or before injection;
- FIG. 7C shows a longitudinal section through a single-shaft machine in the form of an injection molding unit after injection, in which, unlike FIGS. 7A and 7B, the part of FIG Matrix material preparation as a separate
- Matrix material processing unit is formed.
- FIGS. 8A and 8B each show a variant of the injection molding unit according to FIGS. 7A and 7B with post-pressure metering and impregnation starting metering;
- 9A and 9B each show a longitudinal section through a
- Figures 9C and 9D correspond to Figures 9A and 9B
- Figure 10A and 10B is a longitudinal section through another
- Figure IIA and IIB is a longitudinal section through the Fasermisch- and -zerteil engaged with actively switched remindström-Sperrhub according to Figures 3A and 3B;
- Figure 12A and 12B is a longitudinal section through a
- FIGS. 13A and 13B show another embodiment of the fiber mixing and dividing device with end shear surfaces in FIG.
- Figure 13A Longitudinal section
- Figure 13B Figure 14 shows an embodiment of the fiber strand feed with rotatably mounted coils for the torsion-free
- Fiber strand feeder with measuring wheel, dancer and automatic fiber strand connecting device.
- a single-screw machine designed as an extruder is mounted on a machine frame 1.
- the single-screw machine has a worm shaft 4 in a worm shaft housing 3, which is driven by a drive 5
- the single-screw machine has a
- Matrix material treatment zone 6 a Faserstrangzubuch- un -impregnation 7, a pressure build-up zone 8 and a fiber mixing and -zerteilzone 9 and an extrusion die 10 for the fiber reinforced mass 12 on.
- the screw in the material treatment zone 6 is a single or multiple-pass three-zone screw with
- Impregnation zone 7 for fiber impregnation overflowed may also be a barrier screw or other suitable screw configuration for processing the matrix material.
- a feed opening 16 extending in the longitudinal direction of the screw shaft 16 is provided in the fiber strand supply and impregnation zone 7 for a plurality of fiber strands 17 which are fed via a fiber strand gate 18.
- the fiber strand gate 18 holds the fiber strands 17 in the respective feed track, with one through the
- Double arrow 20 shown Oszilliermony of
- Fiber strand gate 18 the supply track of the fiber strands 17 can be stabilized.
- the fiber strands 17 are drawn off according to Figure 1 and 2 of coils 19 with internal trigger and pass one
- Fiber strand drive 21 The fiber strand drive 21 has a drive roller 22 driven by a motor 21a and a counterpressure roller 23 pressed against the drive roller 22.
- the pressure of the counter-pressure roller 23 against the drive roller 22 can be adjusted by an adjusting device 30.
- the fiber strand feed opening 16 runs tangentially to the
- the frame 24 of the fiber strand drive 21 is the
- the fiber strands 17 are passed through the nip between the drive roller 22 and the platen roller 23. In this case, the fiber strands 17 by the pressure of
- Counterpressure roller 23 held, ie they can not be withdrawn faster than with the peripheral speed of the drive roller 22, even if the worm shaft 4 wrapped around the fiber strand section 25 ( Figure 2) due to a higher peripheral speed of the outer diameter of the Worm shaft 4 pulls on the fiber strands 17.
- Circumferential speed of the drive shaft 22 determined.
- the matrix material 14 supplied via the filling opening 13 is processed in the matrix material treatment zone 6.
- a thermoplastic as a matrix material is the worm shaft housing 3 in the case of a thermoplastic as a matrix material.
- Matrix material treatment zone 6 is heated so that the
- Matrix material is melted.
- the prepared or melted matrix material is supplied according to Figure 1 with the screw shaft 4 of the Faserstrangzufunrund impregnation 7, in which, in contrast to the matrix material processing zone 6, the inner diameter of the screw shaft housing 3 is greater than the outer diameter of the screw shaft 4. That is, the gap between
- Housing inner diameter and outer diameter of the screw is significantly larger in zone 7 than in zone 6.
- the feed rate of the fiber strands 17 is determined by the peripheral speed of the drive roller 22.
- Feeding speed of the fiber strands 17 is smaller than the peripheral speed of the external auger shaft diameter in the zone 7.
- Faserstrangzubuch- and -impregnation 7 laid flat with the individual endless fibers on the screw shaft 4 and the flat-laid fiber strand portion 25 in this way by inserting and drench impregnated with the matrix material.
- Impregnation zone 7 reduced. At the the Faserstrangzucht- and -impregnation 7 facing conveyor-end of the
- Pressure build-up zone 8 is a fiber strand Vorzerteilkante 27 is provided. Depending on the size of the gap between the inner diameter of the worm shaft housing 3 and the worm shaft outer diameter, the impregnated
- Fiber strands and pre-divided impregnated fiber strand pieces are partially crushed until they are conveyed by the screw shaft 4 to the fiber mixing and -zerteilzone 9.
- the fiber-reinforced mass 12 is then discharged through the extrusion die 10 as a strand 29.
- a baffle sleeve 31 is arranged in the fiber mixing and dividing device 9b on the inside of the worm shaft housing 3, which is provided with baffle channels 32.
- Inner diameter of the sleeve 31 corresponds to the
- Each baffle channel 32 is provided with an inlet opening 33, with an entry angle E in the radial and axial direction, for entry of the impregnated partially pre-divided and / or ground fiber strand 17 and has delivery downstream of the inlet opening 33, with an exit angle A in the radial and axial directions, an outlet opening 34, through which the impregnated fiber strand 17 again at the
- Baffle channels 32 are provided which have a the inner diameter of the baffle sleeve 31 corresponding outer diameter and thus form barriers, so that the impregnated
- Fiber strand 17 must flow through the chicanes 32.
- Worm shaft 4 thus divide the impregnated fiber strand at the edges of the inlet openings 33 and the
- Outlet openings 34 to a predetermined length distribution.
- Worm shaft housing 3 formed shear surfaces, which arranged with the circumference of the worm shaft 4
- the baffled sleeve 31 is designed with at least one bullying stage, which consists of baffle channel 32 with inlet opening 33 and outlet opening 34 and the associated
- Locking disk 35 is made.
- the embodiment of the single-screw machine according to FIG. 4A differs from that according to FIGS. 1 to 3 essentially in that, instead of the matrix material treatment zone 6 with filling opening 13 according to FIG. 4A
- Matrix material processing unit or metering device is provided, from which the processed matrix material according to the arrow 36 is supplied to a provided in the Faserstrangzucht- and -impregnation 7 matrix material distributor 37.
- the matrix material distributor 37 is not in the lower region of the worm shaft housing 3
- the matrix material distributor 37 is formed by a longitudinal channel 38 in the worm shaft housing 3, from which radial bores with nozzles 39 offset in the longitudinal direction of the worm shaft 4 extend into the interior of the worm shaft housing 3 in the fiber strand supply and impregnation zone 7.
- the single-screw machine according to FIG. 4B additionally has a conveying element 28a between the screw tip 28 and the delivery-side end of the fiber mixing and dividing device 9b in order to control the delivery pressure with a high nozzle resistance
- the processed matrix material is characterized by a
- Matrix material distributor 37 is supplied to the
- Matrix material distributor 37 according to FIG. 4 corresponds, ie has a longitudinal channel 38 with a row of nozzles 39.
- Matrix material receiving chamber 46 is provided, the opening of which opens into the longitudinal channel 38 of the matrix material distributor 37.
- a piston 47 according to the double arrow 47a as an adjusting device, displaceable
- shut-off device in the radial bore 44 is a shut-off device
- Matrix material receiving chamber 46 fills with matrix material. Now, if the single-screw machine starts again after the injection cycle to dose new plasticate, the stored matrix material is used immediately with the piston 47
- Matrix material supply takes place via the worm shaft 4. At the same time, a portion of this melt stream is branched off again into the matrix material receiving chamber 46, so that material is available for the next start.
- Auger conveyor corresponds.
- the single-shaft machine is known as
- Injection molding unit formed, which has a longitudinally displaceable worm shaft 4, one extended by the metering D
- Matrix material treatment zone 6 a formed with a Abstauring 43 dew between the
- Matrix material collector 49 a matrix material distributor 37 in the Faserzucht- and -impregnation zone 7, the
- the housing slide 3a is mounted on the frame 1.
- an adjusting device 92 which is provided between the housing slide 3a and the drive slide 5a, the metering stroke D or the variable Dosierhub V is carried out, wherein the Dosierhub D shown the
- the drive carriage 5a is mounted on the housing slide 3a.
- Actuator 92 moves axially toward the spray nozzle 11, wherein the baffle sleeve 31 forms the remindströmsperre (Figure 7A), which prevents injection of material from the space 51 back into the screw region.
- FIG. 7C differs from that according to FIGS. 7A and 7B primarily in that the part of FIG Matrix material processing by a separate, not
- the cascaded material collector 49 according to FIGS. 7A and 7B has three longitudinally displaced worm shaft 4
- Matrix material distributor 37 is passed.
- the traversed radial bore 44 closes with the associated check valve 48 because the pressure in the longitudinal channel 38 is greater than the pressure of the screw portion of the downstream side of the Abstauringes 43 ( Figure 8B).
- the matrix material distributor is constructed according to the figure 5, wherein in the
- Embodiment of Figure 8A and 8B also a
- Impregnation starting metering 45 is provided according to Figure 6.
- the injection molding unit has one corresponding to the metering stroke D.
- the injection molding unit according to FIGS. 8A and 8B also has a pressurized dosage 70, which is integrated in the injection channel IIa.
- the Nachbuchdostechnik 70 consists of the
- the double arrow 73a represents the adjusting unit for the piston 73 with the material-side piston end 73b.
- the stopper 73 At the beginning of the injection (FIG. 8B), it is advantageous to use the stopper 73
- Reduce metering volume 51 and the new filling of the dosing volume 51 can begin pressure-independent during the holding pressure phase.
- FIGS. 9A and 9B differs from that according to FIGS. 7A, 7B, 8A and 8B substantially in that instead of a longitudinally displaceable one
- Worm shaft 4 for forming the Dosiervolumenhunt or injection chamber 51 the end of the worm shaft housing 3 by a on the inside of the housing 3 axially
- Matrix material and / or the volumetric dosage can be used.
- Spray channel IIa with the spray nozzle 11 is docked to the mold.
- the injection piston slide 81 a is slidably mounted on the frame 1.
- the pressurized dosing 70 is integrated in the injection channel IIa, as described in FIGS. 8A and 8B.
- the metering stroke D or the variable metering stroke V is performed.
- the housing slide 3a is slidably mounted on the injection piston slide 81a.
- the bullying sleeve 31 is the
- the remindströmsperre a remindströmsperrhülse 9d is provided between the screw tip 28 and the assiab solvedem end of the baffle sleeve 31, which indirectly controlled by the pressure difference at
- the piston 74 has a funnel-shaped recess 90, which matches the shape of the screw tip 28, so that no dead space can form and the material is transported cyclically. Since that
- Dosage volume is not formed by a longitudinally movable screw, it is possible that the outer diameter of the injection piston 74 from the outer shaft diameter
- FIGS. 10A and 10B show an injection molding unit
- the injection molding unit has an injection unit 76 with an injection molding cylinder 77, to which the injection nozzle 78 is provided
- Spray channel IIa is connected to the spray nozzle 11.
- Injection cylinder 77 surrounds the injection molded storage 79 receiving the fiber reinforced mass.
- an injection piston 81 is guided axially displaceable.
- the injection piston 81 has a conical tip 82, which serves as a conical double point 82a is formed, for engaging in the funnel-shaped recess 83 in the injection cylinder 77 at the end to which the injection channel IIa is connected.
- the conical tip 82 serves as a conical double point 82a is formed, for engaging in the funnel-shaped recess 83 in the injection cylinder 77 at the end to which the injection channel IIa is connected.
- Double tip 82a is attached to the lands 82b on the injection piston 81 and serves to prevent any dead space in the material transport from the channel 84 in the
- Injection space 79 can form.
- a connecting section 89 extends on the delivery side to a further piston 85, which is guided axially displaceably in the worm shaft housing 3.
- the connecting portion 89 is provided with a channel 84 having a shut-off device 86.
- a gap 88 is provided between the further piston 85 and the tip 28 of the worm shaft 4, a gap 88 is provided for the fiber-reinforced mass.
- the further piston 85 has a funnel-shaped recess 90.
- the injection molding unit is designed essentially as described above, for example in connection with FIG. 5. That is, to the
- Fiber material processing zone 6 with the filling opening 13 for the matrix material closes on the downstream side of the
- the injection cylinder slide 77 a is on the frame first
- Closing unit 2 is provided with the (not shown) mold, is used for docking the spray nozzle 11 to the mold.
- the injection piston slide 81a with the connection portion 89 is on the injection cylinder slide 77a slidably mounted and the adjusting device 95 which between the injection piston slide 81 a and the
- FIG. 10B shows a closed shut-off device 86
- Pistons 81 and 85 also be different. After in this displacement of the space memory 88 is emptied, stops the actuator 94 and the actuator 95 with the injection cylinder 77 receives the continuous flow of the single-screw machine until the variable Injection molding in the injection molding 79 is reached. Now stops the actuator 95 and the actuator 94 with the screw housing 3 takes the continuous flow again in the space memory 88 and the obturator 86 is closed for injection.
- Figure IIA and IIB shows the enlarged view of
- Fiber mixing and -zerteil observed 9b as shown in Figure 9C and 9D shown with active remindström-Sperrhub S by means of the screw shaft 4.
- the operating principle of the fiber mixing and - zerteil touches corresponds to that of Figure 3A and 3B.
- FIG. IIA shows the worm shaft 4 in the position that the fiber-reinforced material is conveyed through the baffle channels 32 in that the locking discs 35 allow the path between the inlet openings 33 and the outlet openings 34 only through the baffle channels 32.
- Figure IIB shows the worm shaft 4 in the order to
- FIGS. 12A and 12B show the enlarged view of FIG.
- Fiber mixing and dispensing device 9c as shown in Figures 7A, 7B, 8A and 8B, preferably for use in a
- the baffle sleeve 31 also takes over the remindström-blocking function.
- the operating principle of the fiber mixing and -zerteil nails corresponds to that of Figure 3A and 3B.
- the baffle sleeve 31 has the same outer diameter as the Worm shaft and is mounted longitudinally movable in the worm shaft housing 3 against rotation.
- FIG. 12A shows the baffle sleeve 31 in the conveying position. This is due to the higher delivery pressure with the
- Figure 12B shows the baffle sleeve 31 pushed by the injection pressure in the remindström-blocking position, where it is provided at its upstream end with a conical abutment surface 67 which bears tightly against a conical abutment surface 68 on a ring 69 on the worm shaft.
- FIGS. 13A and 13B show a further embodiment of the fiber mixing and dividing zone with non-return valve.
- FIG. 13A shows a longitudinal section and
- FIG. 13B shows a development along the line XIII-XIII as
- the Einpassring 56 is arranged in the longitudinal direction at a distance from the delivery-side dividing ring 58 and this at a distance from the delivery-side dividing ring 57.
- the two dividing rings 60, 59 on the inner side of the housing engage in the gaps between the fitting ring 56 and the separating ring-side dividing ring 58 or between the two dividing rings 57, 58.
- the dividing rings 57 to 60 are each provided with axially extending to the screw shaft 4 passageways 62 to 65 for the impregnated fiber strand, so that upon rotation of the screw shaft 4 of the impregnated fiber strand through the edges at the openings of the passageways 62 to 65 to the
- shearing surfaces extending in the radial direction are thus formed by the dividing rings 59, 60, which interact with radial shear surfaces for dividing the fiber strand, which are formed by the dividing rings 57, 58.
- the backflow blocking function is not required, which means that the remindströmsperrhülse 66 can be omitted.
- the fiber spools 118 are rotatable
- the worm shaft 4 can be supplied. With a coil receiving chuck 115 can also fixed
- Inner draw-off spools are used for the rotatable outer trigger. Contrary to the fixed inner draw-off coils, the coil end of the moving coil can be made with the beginning of the new coil only with complete coil sequence in the rotatable outer trigger.
- a fiber strand connecting device 110 is provided, where the presented fiber strand of the new coil 109 is automatically connected to the end of the expiring coil 108, which is detected by the thread monitor 111, by means of a splice, adhesive, clamp or node connection.
- the clamp connection can be made of parts, which from the
- Matrix material are made.
- the dancer diversion can be carried out rolling, slowed rolling or fixed.
- the dancer stroke 119 is dimensioned so that it also the cyclic acceleration of
- Fiber coils 118 controls. In addition to the weight of the dancer deflection .101, this can also take place with a variable drive (not shown) for the dancer lift 119, which moves up and down in accordance with a force algorithm.
- Worm shaft 4 stretched.
- an adjustable or controllable force which is represented by the arrow 107
- the clamping force of the fiber strand 108 can be optimized.
- the measuring wheel 100 With the measuring wheel 100, the supplied fiber strand length to the worm shaft 4 is measured. The function shown is available for each fiber strand.
- the second coil for each fiber bundle 108 fed to the fiber strand connector 110 is an option to allow for uninterrupted production even at the coil end.
- Matrix material collector (cascading) Dosing volume chamber or injection space
- shutoff 87 funnel-shaped recess
Landscapes
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Abstract
Zur Herstellung einer faserverstärkten Masse weist eine Einwellenmaschine eine Faserstrangzufuhr- und -imprägnierzone (7) auf, der mindestens ein Faserstrang (17) zusammen mit aufbereitetem Matrixmaterial zur Faserstrangimprägnierung zugeführt wird. Der mindestens eine Faserstrang (17) wird der Faserstrangzufuhr- und -imprägnierzone (7) mit einer Geschwindigkeit zugeführt, welche kleiner als die Umfangsgeschwindigkeit des Schneckenwellenaussendurchmessers in der Faserstrangzufuhr- und -imprägnierzone (7) ist.
Description
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer
faserverstärkten Masse
Aus DE 198 36 787 AI ist es bekannt, dass bei einem
Zweiwellenextruder der Faserstrang über Beschichtungsdüsen in die Zuführöffnung des Extruders eingezogen wird. In der
Zuführöffnung erfolgt dabei auf eine Flachseite des
Faserstranges das Aufbringen eines flüssigen Kunststofffilms aus einer Beschichtungsdüse direkt, während auf die zweite Flachseite das Aufbringen indirekt durch Einpressen des
Faserstranges in den vorher aus einer zweiten
Beschichtungsdüse auf die Schneckenwelle aufgetragenen
flüssigen Kunststofffilm erfolgt. Dabei wird der Faserstrang innerhalb einer Einzugs- und Imprägnierstrecke mit den
einzelnen endlosen Fasern an den Extruderwellen einreibend bzw. durchreibend an beiden Flachseiten mit den flüssigen Kunststofffilmen benetzt. Anschließend werden die mit
Kunststoff durchimprägnierten Einzelfasern bzw. der
Faserstrang über eine Schneidkante geführt und hierbei in weitgehend vorbestimmte Längen zerschnitten. In der
Zuführöffnung des Plastifizierextruders werden die
Faserstränge vorzugsweise parallel zu den Extruderachsen und annähernd tangential auf eine Extruderwelle und um die
Extruderwellen vortreibend aufgewickelt sowie in
Zylinderbohrungen von im Durchmesser um mindestens die 4 fache Stärke des Faserstranges vergrößerten Schneckenzylinders eingezogen .
Dabei lässt die Qualität des faserverstärkten Plastifikats zu wünschen übrig, da die Faserlängenstruktur zu keinen optimalen
Wertstoffkennwerten und die Faserimprägnierqualität zu keiner makellosen Oberflächenqualität führt. Bei guten
Werkstoffkennwerten, also langen Fasern, leidet die
Oberflächenqualität und für eine gute Oberflächenqualität müssen die Fasern in einem Scherkraft intensiven Mischbereich nachimprägniert werden, worunter die Faserlänge extrem leidet.
Aus DE 4236662 C2 ist eine Vorrichtung zur Herstellung von Formteilen aus plastifizierbaren Material mit faserförmigen Einlagen bekannt. Dabei wird ein Einschneckenextruder mit auswechselbaren im Gehäuse einsetzbaren Fasereinzugstutzen verwendet, wobei jedem Einzugskanal ein Faserstrang zugeordnet ist. Der Einzugskanal ist in Drehrichtung etwa eine
Viertelumdrehung umschlingend. Zwar ist angegeben, dass der Faserstrang zerteilt wird, jedoch nicht beschrieben, wie das funktionieren soll.
Aus DE 100 66 145 B4 ist ein Verfahren zum Betrieb einer
Spritzgießmaschine mit kontinuierlich arbeitender
Plastifiziereinheit bekannt. Dabei soll der Druck im
Schmelzevorratsraum also auch der Druck in dem
Dosiervolumenraum konstant bleiben. Wenn während dem
Umfüllvorgang die Plastifizierschnecke kontinuierlich weiter arbeitet und dabei Material in das konstant zu haltende
Volumen fördert, muss zwangsläufig der Druck darin ansteigen. Bei entsprechend langer Umfüllzeit kann dabei ein unzulässig hoher Druck entstehen. Bei einem Einschnecken
Fasereinarbeitungsverfahren würde das zu einer nicht
akzeptablen Verfahrensbeeinflussung führen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine faserverstärkte Masse zu erhalten, die sowohl optimale Wertstoffkennzahlen wie eine makellose Oberflächenqualität aufweist .
Dies wird erfindungsgemäß mit dem in Anspruch 1
gekennzeichneten Verfahren erreicht, das durch die Ansprüche 2 bis 11 in vorteilhafter Weise ausgebildet wird. Im Anspruch 12 ist eine bevorzugte Einschneckenmaschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wiedergegeben und in den
Ansprüche 13 bis 30 vorteilhafte Weiterbildungen der
erfindungsgemäßen Einschneckenmaschine .
Erfindungsgemäß wird zur Verbesserung der Qualität der
faserverstärkten Masse ein Einschnecken-Faser- Einarbeitungsverfahren verwendet. Dazu wird eine
Einschneckenmaschine verwendet, bei der im Faserstrangzufunrund -imprägnierbereich der Spalt zwischen
Schneckenwellenaußendurchmesser und Schneckengehäuse so vergrößert ist, dass die Faserstränge zwischen Schneckensteg und Schneckengehäuse nicht zerrieben werden und überwiegend mehrfach umschlingend vortreibend um die Schneckenwelle zur Imprägnierung endlos bleiben.
Um eine stetige Zufuhrgeschwindigkeit des Faserstrangs zu erreichen, wird der Faserstrang vorzugsweise angetrieben haltend zugeführt. Dazu wird der Faserstrang beispielsweise von einer Vorratsspule mit einem Antrieb abgezogen, welcher eine Antriebswalze und eine gegen die Antriebswalze gedrückte Gegendruckwalze aufweisen kann, wobei der Faserstrang durch den Walzenspalt zwischen den beiden Walzen geführt wird. Durch den Druck der Gegendruckwalze wird der Faserstrang
festgehalten, d. h. er kann nicht schneller abgezogen werden als dies die Umlaufgeschwindigkeit der Antriebswalze zulässt, selbst wenn die Schneckenwelle, um die der endlose Faserstrang gewickelt ist, mit einer höheren Umfangsgeschwindigkeit umläuft .
Für den Antrieb der Faserstränge können vielfältige
Ausführungen verwendet werden, welche mit großem
Umschlingungswinkel und/oder mit Reibwertvergrößerung usw. dazu geeignet sind, dass die Haltekraft der Faserstränge größer ist, als die Einzugskraft der Schnecke.
Um die erforderliche Faserstrangimprägnierung zu erhalten, wird der Faserstrang mit einer wähl- oder regelbaren
Zuführgeschwindigkeit zur Umfangsgeschwindigkeit des
Schneckenwellenaußendurchmessers haltend angetrieben, wobei diese Geschwindigkeit kleiner der Umfangsgeschwindigkeit des Schneckenwellenaußendurchmessers ist. Mit dieser
Differenzgeschwindigkeit wird erreicht, dass der endlose
Faserstrang ohne einklemmende Wirkung durch die Schneckenstege in einer Art Auskämmfunktion mit dem Matrixmaterial intensiv imprägniert wird und damit auch der störende
Imprägniereinfluss einer Faserstrangverdrehung beispielsweise bei Spulen mit Innenabzug reduziert wird, sodass die
Imprägnierqualität optimiert werden kann. Eine weitere
Imprägnierverbesserung wird mit verdrehfreien Fasersträngen beispielsweise bei rotierender Spule mit Außenabzug oder mit speziell gewickelten Spulen für verdrehfreien Innenabzug erreicht .
Um das aufbereitete Matrixmaterial den Fasersträngen
vorteilhaft zuzuführen, kann das Matrixmaterial der
Schneckenwelle mit einem Matrixmaterialverteiler in Form einer Schlitzdüse oder einer Düsenreihe zugeführt werden. Damit wird das Matrixmaterial anteilig auf die nebeneinander zugeführten Faserstränge verteilt.
Nachdem die weitgehend endlosen Faserstränge imprägniert worden sind, wird vorzugsweise bei reduziertem Spalt zwischen Schneckenwelle und Schneckenwellengehäuse eine Vorzerteilung der Faserstränge durchgeführt. Dies erfolgt teils an einer vorstehenden Vorzerteilkante und teils zerreibend in einer
Druckauf auzone. Mittels der Druckaufbauzone wird dann die Masse durch die Fasermisch- und -zerteilzone gefördert, die so ausgelegt ist, dass damit die gewollte Faserlängenstruktur / Faserlängenverteilung erreicht wird.
Mit den Leistungsdaten der faserverstärkten Masse, der
Schikanengeometrie der Fasermisch- und -zerteileinrichtung und den Materialdaten kann die entstehende Faserstruktur beim Durchströmen durch die Fasermisch- und -zerteileinrichtung weitgehend vorbestimmt werden.
Umgekehrt kann für die gewünschte Faserstruktur die
Schikanengeometrie der Fasermisch- und -zerteileinrichtung bestimmt werden. Damit wird mit einem geringstmöglichen
Widerstand auf kurzer Länge gezielt die gewollte Faserstruktur erhalten und verhindert, dass überlange Faserstränge
durchschlupfen. Dazu müssen der Schikanekanalteil, also beispielsweise die mit den Durchtrittskanälen versehene
Schikanehülse oder die Schikaneelemente gegenüber dem
Schneckenwellengehäuse gegen Verdrehen gesichert sein. Dies kann bei einer ortsfesten Fasermisch- und -zerteileinrichtung bei der Extrudernutzung reibschlüssig und/oder formschlüssig oder formschlüssig mit geringer Längsbeweglichkeit erfolgen.
Bei einer längsbeweglichen Schneckenwelle, beispielsweise einer zyklisch arbeitenden Spritzgießeinheit wird diese
Formschlüssigkeit über die Außengeometrie der Schikanehülse oder der Schikaneelemente gewährleistet.
Dazu muss im Schneckenwellengehäuse über die Dosierhublänge die korrespondierende Geometrie zur Verschiebbarkeit der
Schikanehülse bzw. der Schikaneelemente vorgesehen werden.
Bei dem schneckenkonformen Durchmesser für die längsbewegliche Dosierhub-Schneckenwelle kann die Fasermisch- und - zerteileinrichtung zugleich als Rückströmsperre für den
Einspritzvorgang ausgebildet sein.
Bei einem kontinuierlichen Massestrangaustrag mittels festen oder manuell oder servo-verstellbaren Düsen ist es
vorteilhaft, dass nach der Fasermisch- und -zerteileinrichtung noch eine zusätzliche Druckaufbauzone vorgesehen wird, um bei hohem Widerstand der Extrusionsdüse den Materialdruck in der Fasermisch- und -zerteileinrichtung zu reduzieren.
Weiter ist es vorteilhaft, dass bei der zyklischen
Arbeitsweise mit Schneckenverlängerung, um das Matrixmaterial aufzubereiten, eine Imprägnierstartdosierung verwendet wird. Dies hat den Vorteil, dass, wenn sich beim Zyklusstopp der Förderdruck in der Matrixmaterialaufbereitung abbaut , bei neuerlichem Zyklusstart sofort Matrixmaterial für die
Faserstrangimprägnierung zur Verfügung steht, bis sich der Druck in der Matrixmaterialaufbereitungszone nach einigen Schneckenumdrehungen wieder aufgebaut hat .
Weiterhin wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass beim zyklischen Spritzgießprozess zwischen Dosiervolumenspeicher und Einspritzdüse eine Nachdruckdosierung zusammen mit einem Absperrorgan im Einspritzkanal verwendet wird. Dazu ist die Nachdruckdosierung mit einem Nachdruckspeicher versehen, der parallel zum Einspritzvorgang und/oder zum Ende des
Einspritzens mit faserverstärkter Masse gefüllt wird, wobei mit dem Absperrorgan der Einspritzkanal zwischen dem
Dosiervolumenspeicher und dem Nachdruckspeicher abgesperrt wird. Damit kann die Nachdruckphase unabhängig von der
Verbindung zum Dosiervolumenspeicher ablaufen. Die neuerliche Füllung des Dosiervolumenspeichers kann damit schon
druckunabhängig vom Nachdruck beginnen. Dadurch kann in der Materialaufbereitung bei länger zur Verfügung stehender Zeit ein größeres Dosiervolumen gefüllt
oder es kann eine kürzere Zykluszeit erreicht oder die
Matrixmasse schonender aufbereitet werden.
Den gefürchteten Materialablagerungen am Dosierkolbenende wird dadurch begegnet, dass zu Beginn des neuerlichen
Einspritzvorgangs mögliches Restmaterial in dem
Nachdruckspeicher aus dem vorhergehenden Zyklus in den
neuerlichen Zyklus dosiert wird, damit das Kolbenende als Einspritzkanalbegrenzung freigespült wird und erst dann das neue Dosiermaterial für die Nachdruckdosierung aufgenommen wird. Diese Technologie mit Nachdruckdosierung ist auch für Massen verwendbar, die nicht faserverstärkt sind.
Das erfindungsgemäße Einschnecken-Faser- Einarbeitungsverfahren wird vorzugsweise mit einer
Spritzgießeinheit durchgeführt. Dazu wird die Schneckenwelle und das Schneckenwellengehäuse für den Druckaufbau im
Faserbereich in der Matrixmaterialaufbereitungszone und der Matrixmaterialeinfüllöffnung vorteilhaft um den Dosierhub der Schneckenwelle verlängert. Vorteilhaft sollte bei größerem Dosierhub die Matrixmaterialübergabe nicht durch Überströmen im Schneckenbereich, sondern mittels einer Abstauung zwischen der Matrixmaterialaufbereitungszone und der Faserstrangzufuhr- und -imprägnierzone mit einem kaskadischen
Matrixmaterialsammler und einem Matrixmaterialverteiler der Faserstrangzufuhr- und -imprägnierzone zugeführt werden.
Eine gravimetrische Matrixmaterial Dosierung hat den Vorteil, dass der Faseranteil in der faserverstärkten Masse genau geregelt werden kann. Eine mit dem Dosierhub mitfahrende gravimetrische Matrixmaterialzuführeinrichtung, bei um den
Dosierhub verlängerter Einfüllöffnung, hat dabei den Vorteil, dass eine ansatzfreie teilgefüllte Schneckenfüllung nach dem Einspritzhub eine gleichmässigere Imprägniermaterial- Dosierleistung für die Faserstrangimprägnierung gewährleistet.
Eine volumetrische Matrixmaterialzuführung, bei welcher die Schnecke immer maximal gefüllt ist hat den Nachteil, dass keine enge Faseranteilsregelung möglich ist. Die Verlängerung für die Schneckenwelle und das Gehäuse im
Matrixmaterialzuführbereich wird hierbei jedoch eingespart.
Weiter ist es vorteilhaft, dass beim Einspritzhub die
Faserstränge mit dem Faserstrangantrieb und/oder dem
Faserstranggatter nachgeführt werden. Dazu wird vorteilhaft die Faserstrangzufuhröffnung im Schneckenwellengehäuse
förderabseitig in Schneckenwellenlängsrichtung verlängert.
Unterstützende Maßnahmen, wie Imprägnier-Startdosierung,
Nachdruckdosierung mit Einspritzkanalabsperrung, ein separates Matrixmaterialaufbereitungsaggregat anstelle der verlängerten Matrixmaterialaufbereitungszone sind dabei nutzbar.
Zudem kann für eine Spritzgießmaschine eine Spritzgießeinheit mit zyklisch arbeitendem Extruder verwendet werden. Dies hat den Vorteil, dass die Schneckenwelle zum
Schneckenwellengehäuse sich nicht als Einspritzkolben bewegen muss. Damit ist für den Druckaufbau im Faserbereich, im
Aufbereitungsbereich des Matrixmaterials und in der
Matrixmaterialzugabe keine Dosierhubverlängerung erforderlich. Dies hat auch bei der Faserstrangzuführung Vorteile, weil die Faserstränge für den Einspritzhub nicht nachgeführt werden müssen. Ein weiterer Vorteil ist, dass für den
Dosiervolumenspeicher ein größerer Durchmesser als der
Schneckenwellendurchmesser verwendet werden kann. Das
Dosiervolumenspeichergehäuse ist axial vor dem Gehäuse des Einschneckenaggregates angeordnet und ein Einspritzkolben mit zentrischem Fließkanal und Einspritzdüse bildet den
gegenüberliegenden Boden zur Schneckenspitze. Den Einspritzhub vollzieht das Einschnecken-Faser-Einarbeitungsaggregat mit allen möglichen Varianten von
Matrixaufbereitungseinrichtungen. Alle unterstützenden
Elemente, wie Imprägnier-Startdosierung, Nachdruckdosierung usw. sind gleichfalls nutzbar.
Weiter kann das erfindungsgemäße Verfahren in einer
Spritzgießeinheit mit kontinuierlich arbeitendem Extruder durchgeführt werden. Dazu wird die Spritzgießeinheit mit zyklisch arbeitendem Extruder um einen Spritzeinheit mit
Spritzgießspeicher im Spritzgießzylinder erweitert. Damit wird das Dosiervolumenspeichergehäuse, welches in axialer
Verlängerung förderabwärts vor der Einschneckenmaschine angebaut ist als Zwischenspeicher genutzt, um während der Einspritz- und Nachdruckzeit druckentkoppelt kontinuierlich weiterarbeiten zu können. Dazu ist der Doppelkolben mit zentrischem Fließkanal zwischen Zwischenspeicher und
Spritzgießspeicher mit einem Absperrorgan verschließbar. Der Spritzgießzylinder hat an seinem festen Boden einen zentralen Spritzkanal mit angebauter Spritzdüse. Ein Absperrorgan in diesem Spritzkanal ermöglicht den Zyklusablauf auch ohne an das Spritzgießwerkzeug angedockt zu sein oder das zyklische Abheben vom Formwerkzeug.
Nach der Einspritz- und Nachdruckzeit wird vorteilhaft bei Druckausgleich zu dem Zwischenspeicher und geöffnetem
Absperrorgan zwischen den beiden Speichern mittels einem
Verschiebehub das Material vom Zwischenspeicher in den
Spritzgießspeicher übergeben.
Nach der Füllung des Spritzgießspeichers bei immer weiterarbeitendem Extruder wird das Absperrorgan zwischen den beiden Speichern geschlossen und der kontinuierliche
Fördervolumenstrom fördert bis zur neuerlichen
Materialübergabe wieder in den Zwischenspeicher. Dabei ist es vorteilhaft, dass ein Regelalgorithmus den kontinuierlichen Fördervolumenstrom dem zyklischen Sprit zgießprozess anpasst und dafür einen Teil des Zwischenspeichers nutzt.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass zur Materialübergabe die beiden erforderlichen Stelleinheiten das Start-Übergabevolumen aus beiden Speichern um das kontinuierlich arbeitende
Zudosiervolumen volumenmäßig ausregeln und der Speicherdruck und/oder der Druck oder die Kraft der Stelleinheiten als zusätzliche Überwachung dient.
Das Matrixmaterial kann ein duroplastischer oder
thermoplastischer Kunststoff, ein Harz, eine Mischung aus Kunststoffen oder Harzen mit Additiven und/oder Füllstoffen, ein Metall oder eine Metallmischung, auch mit einem
Zuschlagstoff, oder ein keramisches Material sein.
Der Faserstrang kann aus Glasfasern, Basaltfasern,
Kohlenstofffasern, Chemiefasern, Naturfasern, keramischen Fasern, Metallfasern oder geeigneten Mischungen dieser
genannten Faserarten bestehen. Die aus der Extrusionsdüse austretende faserverstärkte Masse kann beispielsweise im Fall eines Thermoplasten als Matrixmaterial ein Plastifikat oder beispielsweise im Fall eines Metalls als Matrixmaterial eine Schmelze oder beispielsweise im Fall von duroplastischen
Harzen eine pastöse Masse sein.
Die Einschneckenmaschine ist beispielsweise im Fall eines Thermoplasten oder eines Metalls als Matrixmaterial beheizbar
und beispielsweise im Fall eines Duroplasten als
Matrixmaterial temperierbar ausgebildet.
Nachstehend ist die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Darin zeigen:
Figur 1 eine erste Ausführungsform einer als Extruder
ausgebildeten Einschneckenmaschine im Längsschnitt;
Figur 2 einen Querschnitt durch die Maschine entlang der Linie II- II in Figur 1;
Figur 3A und 3B eine vergrößerte Ansicht der Fasermisch- und zerteileinrichtung der Maschine nach Figur 1 im Längsschnitt bzw. im Querschnitt der Linie III- III als
Funktionsdarstellung;
Figur 4A einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Einschneckennextruders ;
Figur 4B eine Variante des Einschneckenextruders nach Figur 4A;
Figur 5 und 6 jeweils einen Längsschnitt durch einen
Einschneckenextruder nach Figur 1 und 2, als Variante in der Matrixmaterialübergabe zur Faserstrangimprägnierung;
Figur 7A und 7B jeweils einen Längsschnitt durch eine als Spritzgießeinheit ausgebildete Einwellenmaschine, nach bzw. vor dem Einspritzen;
Figur 7C einen Längsschnitt durch eine als Spritzgießeinheit ausgebildete Einwellenmaschine nach dem Einspritzen, bei der in Abweichung zu Fig.7A und Fig.7B der Teil der
Matrixmaterialaufbereitung als separates
Matrixmaterialaufbereitungsaggregat ausgebildet ist.
Figur 8A und 8B jeweils eine Variante der Spritzgießeinheit nach Figur 7A und 7B mit Nachdruckdosierung und Imprägnierstartdosierung;
Figur 9A und 9B jeweils einen Längsschnitt durch eine
Spritzgießeinheit mit zyklisch arbeitendem Extruder vor dem Füllen der Dosiervolumenkammer (Figur 9A) und mit gefüllter Dosiervolumenkammer (Figur 9B) ;
Figur 9C und 9D den Figuren 9A und 9B entsprechende
Längsschnitte, jedoch durch eine Spritzgießeinheit ohne
Nachdruckdosierung;
Figur 10A und 10B einen Längsschnitt durch eine weitere
Ausführungsform einer Spritzgießeinheit mit kontinuierlich arbeitendem Extruder bei gefülltem Spritzgießspeicher vor dem Einspritzen (Figur 10A) und nach der Nachdruckphase vor dem Füllen des Spritzgießspeichers (Figur 10B) ;
Figur IIA und IIB einen Längsschnitt durch die Fasermisch- und -zerteileinrichtung mit aktiv geschalteten Rückström-Sperrhub entsprechend der Figur 3A und 3B;
Figur 12A und 12B einen Längsschnitt durch eine
Ausführungsform der Fasermisch- und -zerteileinrichtung mit Rückstromsperre auf einer längsverschiebbaren Schneckenwelle;
Figur 13A und 13B eine andere Ausführungsform der Fasermisch und -zerteileinrichtung mit Stirnseiten-Scherflächen im
Längsschnitt (Figur 13A) und eine Abwicklung entlang der Linie XIII-XIII als Funktionsdarstellung (Figur 13B) ; und
Figur 14 eine Ausführungsform der Faserstrangzuführung mit drehbar gelagerten Spulen für die verdrehfreie
Faserstrangzuführung, mit Messrad, Tänzer und automatischer Faserstrang-Verbindeeinrichtung .
Gemäß Figur 1 und 2 ist auf einem Maschinengestell 1 eine als Extruder ausgebildete Einschneckenmaschine gelagert.
Die Einschneckenmaschine weist in einem Schneckenwellengehäuse 3 eine Schneckenwelle 4 auf, die von einem Antrieb 5
angetrieben wird.
Die Einschneckenmaschine weist eine
Matrixmaterialaufbereitungszone 6, eine Faserstrangzufuhr- un -imprägnierzone 7, eine Druckaufbauzone 8 und eine Fasermisch und -zerteilzone 9 sowie eine Extrusionsdüse 10 für die faserverstärkte Masse 12 auf.
In der Matrixmaterialaufbereitungszone 6 ist das
Schneckenwellengehäuse 3 förderaufseitig mit einer
Einfüllöffnung 13 versehen, über die das Matrixmaterial 14 als Granulat von einer Matrixmaterialzugabeeinrichtung 15
zugeführt wird, welche vorteilhaft gravimetrisch ausgebildet ist, jedoch auch volumetrisch sein kann.
Bei der Schnecke in der Materialaufbereitungszone 6 handelt es sich um eine ein- oder mehrgängige Dreizonenschnecke mit
Einzugszone 6a, Kompressionszone 6b und Meteringzone 6c, wobei dass aufbereitete Matrixmaterial von der Meteringzone 6c mit der geringen Gangtiefe 41 in die Faserzufuhr- und
Imprägnierzone7 zur Faserimprägnierung überströmt.
Es kann sich aber auch um eine Barriereschnecke oder eine andere geeignete Schneckenkonfiguration zum Aufbereiten des Matrixmaterials handeln.
In dem Schneckengehäuse 3 ist in der Faserstrangzufuhr- und -imprägnierzone 7 eine sich in Schneckenwellenlängsrichtung erstreckende Zufuhröffnung 16 für mehrere Faserstränge 17 vorgesehen, die über ein Faserstranggatter 18 zugeführt werden. Das Faserstranggatter 18 hält die Faserstränge 17 in der jeweiligen Zuführspur, wobei durch eine durch den
Doppelpfeil 20 dargestellte Oszillierbewegung des
Faserstranggatters 18 die Zuführspur der Faserstränge 17 stabilisiert werden kann.
Die Faserstränge 17 werden gemäß Figur 1 und 2 von Spulen 19 mit Innenabzug abgezogen und passieren einen
Faserstrangantrieb 21. Der Faserstrangantrieb 21 weist eine von einem Motor 21a angetriebene Antriebswalze 22 und eine gegen die Antriebswalze 22 gedrückte Gegendruckwalze 23 auf. Der Druck der Gegendruckwalze 23 gegen die Antriebswalze 22 kann durch eine Stelleinrichtung 30 eingestellt werden. Die Faserstrangzuführöffnung 16 verläuft tangential zur
Schneckenwelle 4.
Das Gestell 24 des Faserstrangantriebs 21 ist dem
Schneckenwellengehäuse 3 zugeordnet
Die Faserstränge 17 werden durch den Walzenspalt zwischen der Antriebswalze 22 und der Gegendruckwalze 23 hindurchgeführt. Dabei werden die Faserstränge 17 durch den Druck der
Gegendruckwalze 23 festgehalten, d. h. sie können nicht schneller abgezogen werden, als mit der Umfangsgeschwindigkeit der Antriebswalze 22, selbst wenn der die Schneckenwelle 4 umschlingende Faserstrangabschnitt 25 (Figur 2) aufgrund einer höheren Umfangsgeschwindigkeit des Außendurchmessers der
Schneckenwelle 4 an den Fasersträngen 17 zieht. Die Zufuhrgeschwindigkeit der Faserstränge 17 zu der
Schneckenwelle 4 wird damit allein durch die
Umfangsgeschwindigkeit der Antriebswelle 22 bestimmt.
Das über die Einfüllöffnung 13 zugeführte Matrixmaterial 14 wird in der Matrixmaterialaufbereitungszone 6 aufbereitet. Im Falle eines Thermoplasten als Matrixmaterial ist dazu das Schneckenwellengehäuse 3 in der
Matrixmaterialaufbereitungszone 6 so beheizt, dass das
Matrixmaterial aufgeschmolzen wird.
Das aufbereitete bzw. aufgeschmolzene Matrixmaterial wird gemäß Figur 1 mit der Schneckenwelle 4 der Faserstrangzufunrund Imprägnierzone 7 zugeführt, in welcher im Gegensatz zu der Matrixmaterialaufbereitungszone 6 der Innendurchmesser des Schneckenwellengehäuses 3 größer ist als der Außendurchmesser der Schneckenwelle 4. Das heißt, der Spalt zwischen
Gehäuseinnendurchmesser und Schneckenaußendurchmesser ist in der Zone 7 deutlich größer als in der Zone 6.
Gemäß Figur 2 wird der endlose Faserstrangabschnitt 25, welcher die Schneckenwelle 4 mit dem Schneckensteg 26
umwickelt, von der umlaufenden Schneckenwelle 4 in das
Schneckenwellengehäuse 3 eingezogen und damit mit dem
aufbereiteten bzw. aufgeschmolzenen Matrixmaterial
imprägniert .
Die Einzugsgeschwindigkeit der Faserstränge 17 wird durch die Umfangsgeschwindigkeit der Antriebswalze 22 bestimmt. Um den Imprägniereffekt zu vergrößern, ist die Umfangsgeschwindigkeit der Schneckenstege 26, also des
Schneckenwellenaußendurchmessers, größer als die durch den Motor 21a des Faserstrangantriebs 21 vorgegebene
Faserstrangzufuhrgeschwindigkeit. Das heißt, die
Zufuhrgeschwindigkeit der Faserstränge 17 ist kleiner als die Umfangsgeschwindigkeit des Schneckenwellenaußendurchmessers in der Zone 7.
Damit wird nämlich der Faserstrang 17 in der
Faserstrangzufuhr- und -imprägnierzone 7 mit den einzelnen endlosen Fasern an der Schneckenwelle 4 flach abgelegt und der flach abgelegte Faserstrangabschnitt 25 auf diese Weise einreibend und durchreibend mit dem Matrixmaterial getränkt.
In der Druckaufbauzone 8 ist der Spalt zwischen dem
Innendurchmesser des Schneckenwellengehäuses 3 und der
Schneckenwelle gegenüber der Faserstrangzufuhr- und
-imprägnierzone 7 reduziert. An dem der Faserstrangzufuhr- und -imprägnierzone 7 zugewandten förderaufseifigen Ende der
Druckaufbauzone 8 ist eine Faserstrang-Vorzerteilkante 27 vorgesehen. In Abhängigkeit von der Größe des Spalts zwischen dem Innendurchmesser des Schneckenwellengehäuses 3 und dem Schneckenwellenaußendurchmesser werden die imprägnierten
Faserstränge und vorzerteilten imprägnierten Faserstrangstücke teilweise zerrieben, bis sie von der Schneckenwelle 4 zur Fasermisch- und -zerteilzone 9 gefördert werden.
Über die Schneckenspitze 28 wird die faserverstärkte Masse 12 durch die Extrusionsdüse 10 dann als Strang 29 ausgetragen.
Wie insbesondere aus Figur 3A und 3B ersichtlich, ist in der Fasermisch- und -zerteileinrichtung 9b eine Schikanehülse 31 an der Innenseite des Schneckenwellengehäuses 3 angeordnet, welche mit Schikanekanälen 32 versehen ist. Der
Innendurchmesser der Hülse 31 entspricht dabei dem
Außendurchmesser der Schneckenwelle 4 in der Druckaufbauzone 8.
Jeder Schikanekanal 32 ist mit einer Eintrittsöffnung 33, mit einem Eintrittswinkel E in radialer und axialer Richtung, zum Eintritt des imprägnierten teilweise vorzerteilten und/oder zerriebenen Faserstrangs 17 versehen und weist förderabseitig von der Eintrittsöffnung 33, mit einem Austrittswinkel A in radialer und axialer Richtung, eine Austrittsöffnung 34 auf, durch die der imprägnierte Faserstrang 17 wieder an der
Innenseite der Schikanehülse 31 austritt.
Ferner sind auf der Schneckenwelle 4 Sperrscheiben 35 zwischen der Eintrittsöffnung 33 und der Austrittsöffnung 34 der
Schikanekanäle 32 vorgesehen, die einen dem Innendurchmesser der Schikanehülse 31 entsprechenden Außendurchmesser besitzen und damit Absperrungen bilden, sodass der imprägnierte
Faserstrang 17 durch die Schikanekanäle 32 strömen muss. Die Schneckenstege 26 oder Stege 26b der umlaufenden
Schneckenwelle 4 zerteilen damit den imprägnierten Faserstrang an den Kanten der Eintrittsöffnungen 33 und der
Austrittsöffnungen 34 auf eine vorgegebene Längenverteilung.
Das heißt, durch die Innenumfangsfläche der Schikanehülse 31 werden in Umfangsrichtung verlaufende, drehfest mit dem
Schneckenwellengehäuse 3 verbundene Scherflächen gebildet, die mit an den Umfang der Schneckenwelle 4 angeordneten
Scherflächen, nämlich an den Stegen 26b oder Schneckenstege 26, zum Zerteilen der imprägnierten Faserstränge 17 und
Mischen der zerteilten imprägnierten Faserstränge
zusammenwirken .
Die Schikanehülse 31 ist mit mindestens einer Schikanestufe ausgeführt, welche aus Schikanekanal 32 mit Eintrittsöffnung 33 und Austrittsöffnung 34 sowie der dazugehörigen
Sperrscheibe 35 besteht.
Die Ausführungsform der Einschneckenmaschine nach Figur 4A unterscheidet sich von der nach Figur 1 bis 3 im Wesentlichen dadurch, dass anstelle der Matrixmaterialaufbereitungszone 6 mit Einfüllöffnung 13 nach Figur 1 ein separates, in der
Zeichnung nicht dargestelltes
Matrixmaterialaufbereitungsaggregat oder Dosiereinrichtung vorgesehen ist, von dem das aufbereitete Matrixmaterial entsprechend dem Pfeil 36 einem in der Faserstrangzufuhr- und -imprägnierzone 7 vorgesehenen Matrixmaterialverteiler 37 zugeführt wird. Allerdings ist der Matrixmaterialverteiler 37 nicht im unteren Bereich des Schneckenwellengehäuses 3
angeordnet, wie in Figur 4A gezeigt, sondern vorteilhaft im oberen Bereich wie in Figur 2 dargestellt.
Der Matrixmaterialverteiler 37 wird durch einen Längskanal 38 in dem Schneckenwellengehäuse 3 gebildet, von dem sich in Längsrichtung der Schneckenwelle 4 versetzte radiale Bohrungen mit Düsen 39 in den Innenraum des Schneckenwellengehäuses 3 in der Faserstrangzufuhr- und -imprägnierzone 7 erstrecken.
Die Einschneckenmaschine nach Figur 4B weist zusätzlich zwischen der Schneckenspitze 28 und dem förderabseitigem Ende der Fasermisch- und -zerteileinrichtung 9b ein Förderelement 28a auf, um bei hohem Düsenwiderstand den Förderdruck
aufzubauen.
Die Ausführungsform der Einwellenmaschine nach Figur 5
unterscheidet sich von der nach Figur 1 und 2 im Wesentlichen dadurch, dass die Matrixmaterialaufbereitungszone 6 von der Faserstrangzufuhr- und Imprägnierzone 7 durch einen Abstauring 43 auf der Schneckenwelle 4 getrennt ist.
Das aufbereitete Matrixmaterial wird dadurch über eine
Radialbohrung 44 in dem Gehäuse 3 einem
Matrixmaterialverteiler 37 zugeführt, der dem
Matrixmaterialverteiler 37 nach Figur 4 entspricht, also einen Längskanal 38 mit einer Düsenreihe 39 aufweist.
Da beim zyklischen Arbeiten der Einschneckenmaschine bei
Schneckenwellenstillstand der Förderdruck auf das
Matrixmaterial abgebaut wird, werden bei neuerlichem
Zyklusstart in der Anfangsphase erst einige Drehungen der Schneckenwelle 4 benötigt, um den Förderdruck auf das
aufbereitete Matrixmaterial wieder aufzubauen und über den Matrixmaterialverteiler 37 der Faserimprägnierung zuzuführen. Bei der Ausführungsform nach Figur 6 ist daher für diese Zeit eine Imprägnier-Startdosierung 45 zur Zufuhr von
Matrixmaterial in die Faserstrangzufuhr- und Imprägnierzone 7 vorgesehen. Damit wird die Bildung einer fehlerhaften
faserverstärkten Masse bei Zyklusbeginn verhindert.
Gemäß Figur 6 ist dazu eine als Zylinder ausgebildete
Matrixmaterialaufnahmekammer 46 vorgesehen, deren Öffnung in den Längskanal 38 des Matrixmaterialverteilers 37 mündet. In der Matrixmaterialaufnahmekammer 46 ist ein Kolben 47, gemäß dem Doppelpfeil 47a als Stelleinrichtung, verschiebbar
gelagert .
Ferner ist in der Radialbohrung 44 ein Absperrorgan
angeordnet, das als Rückschlagventil 48 oder aktiv schaltbares Ventil ausgebildet ist, also ein Zurückströmen des
Matrixmaterials von der Faserstrangzufuhr- und -imprägnierzone 7 in die Matrixmaterialaufbereitungszone 6 während der
Startdosierung verhindert.
Während des Betriebs der Einschneckenmaschine nach Figur 6 wird der Kolben 47 zurückbewegt, sodass sich die
Matrixmaterialaufnahmekammer 46 mit Matrixmaterial füllt. Wenn nun die Einschneckenmaschine nach dem Einspritzzyklus wieder startet um neues Plastifikat zu dosieren, wird mit dem Kolben 47 das gespeicherte Matrixmaterial sofort zur
Faserimprägnierung herausgedrückt. Dabei schließt aufgrund des Druckunterschiedes das Rückschlagventil 48 damit dieses
Material der Faserimprägnierung zur Verfügung steht. Wenn nach einigen Umdrehungen der Schneckenwelle 4 sich der
Matrixmaterialdruck wieder aufgebaut und der Kolben 47 das gespeicherte Material herausgedrückt hat, öffnet sich das Rückschlagventil 48 durch den Druckunterschied und die
Matrixmaterialversorgung erfolgt über die Schneckenwelle 4. Gleichzeitig wird von diesem Schmelzestrom wieder ein Teil in die Matrixmaterialaufnahmekammer 46 abgezweigt, damit Material für den nächsten Start zur Verfügung steht. Mittels einem Regelalgorithmus und Material-Drucksensoren wird erreicht, dass der Imprägnier-Materialstrom eine hohe Gleichmäßigkeit hat und das Aufnahmevolumen für die Imprägnier-Startdosierung 45 nur der Größe der Versorgungsverzögerung der
Schneckenförderung entspricht.
Gemäß Figur 7A und 7B ist die Einwellenmaschine als
Spritzgießeinheit ausgebildet, die eine längsverschiebbare Schneckenwelle 4, eine um den Dosierhub D verlängerte
Matrixmaterialaufbereitungszone 6, eine mit einem Abstauring 43 gebildete Abstauung zwischen der
Matrixmaterialaufbereitungszone 6 und der Faserstrangzufuhr- und -imprägnierzone 7, einen kaskadischen
Matrixmaterialsammler 49, einen Matrixmaterialverteiler 37 in der Faserzufuhr- und -imprägnierzone 7, die
Faserstrangvorzerteilkante 27, eine um den Dosierhub D
verlängerte Druckaufbauzone 8, die Fasermisch- und
-zerteilzone mit Rückströmsperre 9a und eine
Dosiervolumenkammer oder Einspritzraum 51 zwischen dem
Spritzkanal IIa mit der Spritzdüse 11 und der
Schneckenwellenspitze 28 aufweist.
Mit einer Stelleinrichtung 91, welche zwischen der
Schließeinheit 2 mit dem (nicht dargestellten) Formwerkzeug und dem Gehäuseschlitten 3a vorgesehen ist, wird die
Spritzdüse 11 mit dem Spritzkanal IIa am Formwerkzeug
angedockt. Der Gehäuseschlitten 3a ist an dem Gestell 1 gelagert. Mit einer Stelleinrichtung 92, welche zwischen dem Gehäuseschlitten 3a und dem Antriebsschlitten 5a vorgesehen ist, wird der Dosierhub D bzw. der variable Dosierhub V ausgeführt, wobei der gezeigte Dosierhub D den
Auslegungsdosierhub der Spritzgießeinheit darstellt. Der Antriebsschlitten 5a ist an dem Gehäuseschlitten 3a gelagert.
Im Laufe des Dosiervorgangs wird die faserverstärkte Masse in der Dosiervolumenkammer 51 gestaut (Figur 7B) , wodurch sich die Schneckenwelle 4 um den variablen Dosierhub V in Richtung Einfüllöffnung 13 mit der Stelleinrichtung 92 verschiebt.
Wenn die Dosiervolumenkammer 51 mit faserverstärkter Masse gefüllt ist (Figur 7B) kann der Einspritzvorgang durchgeführt werden. Dazu wird die Schneckenwelle 4 mit der
Stelleinrichtung 92 axial zur Spritzdüse 11 hin bewegt, wobei die Schikanehülse 31 die Rückströmsperre bildet (Figur 7A) , die beim Einspritzen verhindert, dass Material vom Raum 51 zurück in den Schneckenbereich strömt. Eine detailierte
Beschreibung dieser Fasermisch- und -Zerteileinrichtung mit Rückstömsperre 9c ist weiter unten anhand von Figur 12A und 12B beschrieben.
Die Ausführungsform nach Figur 7C unterscheidet sich von der nach Figur 7A und 7B vor allem dadurch, dass der Teil der
Matrixmaterialaufbereitung durch ein separates, nicht
dargestelltes Matrixmaterialaufbereitungsaggregat gebildet ist, von dem das aufbereitete Matrixmaterial gemäß dem Pfeil 36 zugeführt wird.
Der kaskadische Materialsammler 49 nach Figur 7A und 7B weist drei in Längsrichtung der Schneckenwelle 4 versetzte
Radialbohrungen 44 mit jeweils einem Rückschlagventil 48 aus, damit beim Verschieben der Schneckenwelle 4 in Richtung
Einfüllöffnung 13 das aufbereitete Matrixmaterial immer im förderaufseitigen Bereich des Abstaurings 43 zum
Matrixmaterialverteiler 37 geleitet wird. Die überfahrene Radialbohrung 44 schließt mit dem zugehörigen Rückschlagventil 48, weil der Druck in dem Längskanal 38 größer ist, als der Druck des Schneckenbereichs der förderabseitigen Seite des Abstauringes 43 (Figur 8B) . Der Matrixmaterialverteiler ist entsprechend der Figur 5 aufgebaut, wobei in der
Ausführungsform nach Figur 8A und 8B zudem eine
Imprägnierstartdosierung 45 entsprechend Figur 6 vorgesehen ist .
Wie aus den Figuren 7A, 7B, 8A und 8B ersichtlich, weist die Spritzgießeinheit eine entsprechend dem Dosierhub D
verlängerte Einfüllöffnung 33 auf, um eine gravimetrische Dosierung 42 für eine teilgefüllte Schnecke vorteilhaft zu nutzen .
Wenn mit volumetrischer Dosierung gearbeitet wird entfällt die Verlängerung der Einfüllöffnung, mit dem Nachteil, dass keine feine Faseranteilsregelung möglich ist.
Die Spritzgießeinheit nach Figur 8A und 8B weist zudem eine Nachdruckdosierung 70 auf, welche in den Spritzkanal IIa integriert ist. Die Nachdruckdosierung 70 besteht aus dem
Absperrorgan 71 und der förderabseitigen Aufnähmekammer 72 mit dem Kolben 73. Der Doppelpfeil 73a stellt die Stelleinheit für den Kolben 73 mit dem materialseitigen Kolbenende 73b dar. Zu Beginn des Einspritzens (Figur 8B) wird vorteilhaft das
Kolbenende 73b von Restmaterial das vorherigen Zyklus
freigespült und dann das erforderliche Nachdruckdosiervolumen in die Aufnähmekammer 72 aufgenommen. Nach dem Einspritzen und dem Füllen der Kammer 72 wird unter Beibehaltung des
Einspritzdrucks das Absperrorgan 71 geschlossen (Figur 8A) und mit dem Kolben 73 das Nachdruckprogramm durchgeführt.
Gleichzeitig kann die Stelleinrichtung 92 den Druck im
Dosiervolumenspeicher 51 abbauen und das neuerliche Füllen des Dosiervolumenspeichers 51 kann druckunabhängig während der Nachdruckphase beginnen.
Die Ausführungsform nach Figur 9A und Figur 9B unterscheidet sich von der nach Figur 7A, 7B, 8A und 8B im Wesentlichen dadurch, dass anstelle einer längsverschiebbaren
Schneckenwelle 4 zur Bildung der Dosiervolumenkammer oder Einspritzkammer 51 das Ende des Schneckenwellengehäuses 3 durch einen an der Innenseite des Gehäuses 3 axial
verschiebbar gelagerten Kolben 74 verschlossen ist, der mit dem Spritzkanal IIa und der Spritzdüse 11 versehen ist. D.h., dass die Einschneckenmaschine als zyklisch arbeitender
Extruder verwendet wird. Da die Schneckenwelle 4 im
Verfahrensablauf nicht bzw. nur um den Rückströmsperrhub S verschoben wird, ist als Materialsammler nur eine
Radialbohrung 44 oder beim Einsatz einer Imprägnierstartdosierung eine Radialbohrung 44 mit Rückschlagventil 48 notwendig und die Einfüllöffnung 13 braucht nicht verlängert zu werden.
Es kann auch die Ausführung mit Überströmen des
Matrixmaterials und/oder die volumetrische Dosierung verwendet werden .
Mit der Stelleinrichtung 91 für den Andockhub der
Spritzgießeinrichtung an das (nicht dargestellte)
Formwerkzeug, welche hier zwischen der Schließeinheit 2 und dem Spritzkolbenschlitten 81a vorgesehen ist, wird der
Spritzkanal IIa mit der Spritzdüse 11 an das Formwerkzeug angedockt. Der Spritzkolbenschlitten 81a ist an dem Gestell 1 verschiebbar gelagert. In der dargestellten Ausführungsform ist im Spritzkanal IIa, wie in Figur 8A und 8B beschrieben, die Nachdruckdosierung 70 integriert.
Mit der Stelleinrichtung 92 für den Dosier- bzw. Einspritzhub, welche hier zwischen dem Spritzkolbenschlitten 81a und dem Gehäuseschlitten 3a vorgesehen ist wird der Dosierhub D bzw. der variable Dosierhub V ausgeführt. Der Gehäuseschlitten 3a ist am Spritzkolbenschlitten 81a verschiebbar gelagert.
In der Figur 9A und 9B ist die Schikanehülse 31 der
Fasermisch- und -Zerteileinrichtung 9b verdrehgesichert fest eingebaut. Bei dieser Ausführungsform der Rückströmsperre ist zwischen der Schneckenspitze 28 und dem förderabseitigem Ende der Schikanehülse 31 eine Rückströmsperrhülse 9d vorgesehen, welche indirekt gesteuert aus dem Druckunterschied beim
Fördern des faserverstärkten Matrixmaterials durch die
angetriebene Schneckenwelle 4 sich an der Schneckenspitze 28 anlegt und den Weg zum Füllen des Dosiervolumenspeichers 51 freigibt und sich beim Einspritzen an der Schikanehülse 31 anlegt und den Materialrückfluss in den Schneckenbereich verhindert .
In der Figur 9C und 9D ist eine Ausführungsform der Rückström- Sperrfunktion gezeigt, welche aktiv mit einem kurzen Hub S der Schneckenwelle 4 geschaltet wird. Dazu ist der
Schneckenwellenantrieb 5 mit dem Antriebsschlitten 5a an dem
Gehäuseschlitten 3a gelagert. Eine Stelleinrichtung 93, welche zwischen dem Gehäuseschlitten 3a und dem Antriebsschlitten 5a vorgesehen ist, führt den Sperrhub S an der Fasermisch- und - zerteileinrichtung 9b aus, d.h. es wird der schneckenseitige Teil der Fasermisch- und -zerteileinrichtung soweit
verschoben, dass die Sperrscheiben 35 die Schikanekanäle 32 verschließen. In der Figur IIA und IIB ist diese Fasermisch- und -zerteileinrichtung mit aktiv geschaltetem Sperrhub S vergrößert dargestellt.
Die Ausführungsform nach Figur 9C und 9D ist ohne die
möglichen Zusatzeinrichtungen wie Imprägnier-Startdosierung und Nachdruckdosierung ausgerüstet.
Bei der Figur 9A bis 9D hat der Kolben 74 eine trichterförmige Ausnehmung 90, welche zu der Form der Schneckenspitze 28 passt, damit sich keine Totraumstellen bilden können und das Material zyklisch weitertransportiert wird. Da das
Dosiervolumen nicht durch eine längsbeweglicher Schnecke gebildet wird, ist es möglich, dass der Außendurchmesser des Spritzkolbens 74 vom Schneckenwellen-Außendurchmesser
abweicht .
Die Figur 10A und 10B zeigt eine Spritzgießeinheit mit
kontinuierlich arbeitendem Extruder. Die Spritzgießeinheit weist eine Spritzeinheit 76 mit einem Spritzgießzylinder 77 auf, an den der mit einem Absperrorgan 78 versehene
Spritzkanal IIa mit Spritzdüse 11 angeschlossen ist. Der
Spritzgießzylinder 77 umschließt den die faserverstärkte Masse aufnehmenden Spritzgießspeicher 79.
In dem Spritzgießzylinder 77 ist ein Einspritzkolben 81 axial verschiebbar geführt. Der Einspritzkolben 81 weist eine konische Spitze 82, welche als konische Doppelspitze 82a
ausgebildet ist, zum Eingriff in die trichterförmige Ausnehmung 83 in dem Spritzzylinder 77 an dem Ende auf, an das der Spritzkanal IIa angeschlossen ist. Die konische
Doppelspitze 82a ist mit den Stegen 82b an dem Einspritzkolben 81 befestigt und dient dazu, dass sich keine Totraumstellen bei dem Materialtransport von dem Kanal 84 in den
Einspritzraum 79 bilden können.
Von dem Einspritzkolben 81 erstreckt sich förderaufseitig ein Verbindungsabschnitt 89 zu einem weiteren Kolben 85, der in dem Schneckenwellengehäuse 3 axial verschiebbar geführt ist. Der Verbindungsabschnitt 89 ist mit einem Kanal 84 versehen, der ein Absperrorgan 86 aufweist. Zwischen dem weiteren Kolben 85 und der Spitze 28 der Schneckenwelle 4 ist ein Zwischenraum 88 für die faserverstärkte Masse vorgesehen. Zum Eingriff der Schneckenwellenspitze 28 weist der weitere Kolben 85 eine trichterförmige Ausnehmung 90 auf.
Förderaufseitig ist die Spritzgießeinheit im Wesentlichen so ausgebildet, wie vorstehend beispielsweise in Zusammenhang mit Figur 5 beschrieben. Das heißt, an die
Fasermaterialaufbereitungszone 6 mit der Einfüllöffnung 13 für das Matrixmaterial schließt sich förderabseitig die
Faserzufuhr- und -imprägnierzone 7, nach der Vorzerteilkante 27 die Druckaufbauzone 8 und die Fasermisch- und -zerteilzone 9 an.
Der Spritzzylinderschlitten 77a ist an dem Gestell 1
verschieebar gelagert und die Stelleinrichtung 91, welche zwischen dem Spritzzylinderschlitten 77a und der
Schließeinheit 2 mit dem (nicht dargestellten) Formwerkzeug vorgesehen ist, wird zum Andocken der Spritzdüse 11 an das Formwerkzeug genutzt. Der Spritzkolbenschlitten 81a mit dem Verbindungsabschnitt 89 ist an dem Spritzzylinderschlitten 77a
verschiebbar gelagert und die Stelleinrichtung 95, welche zwischen dem Spritzkolbenschlitten 81a und dem
Spritzzylinderschlitten 77a vorgesehen ist, wird für das
Einspritzen, die Nachdruckphase und das Füllen des
Spritzgießzylinders 77 mit dem Spritzgießspeicher 79
verwendet. Mit einer weiteren Stelleinrichtung 94 kann das Schneckenwellengehäuse 3 mit dem Gehäuseschlitten 3a, welcher an dem Spritzkolbenschlitten verschiebbar gelagert ist, gegenüber dem Verbindungsabschnitt 89 mit dem Kolben 85 verschoben werden. Die Stelleinrichtung 94 ist zwischen dem Spritzkolbenschlitten 81a und dem Gehäuseschlitten 3a
vorgesehen .
Figur 10B zeigt bei geschlossenem Absperrorgan 86 und
geöffnetem Absperrorgan 78 den mit faserverstärkter Masse gefüllten Spritzgießspeicher 79. Mit dem Kolben 81 wird durch Einfahren der Stelleinrichtung 95 die faserverstärkte Masse in das (nicht dargestellte) Formwerkzeug gespritzt und der
Nachdruck über die Nachdruckphase geregelt. Während dieser Zeit fördert die kontinuierlich arbeitende
Einschneckenmaschine in den Zwischenraumspeicher 88. Nach der Nachdruckphase wird das Absperrorgan 86 geöffnet und der
Inhalt des Zwischenraumspeichers 88 wird in den
Spritzgießspeicher 79 des Spritzgießzylinders 77 gefördert. Dazu wird die Stelleinheit 94 eingefahren und die Stelleinheit 95 ausgefahren. Bei dieser Verschiebefahrt wird darauf
geachtet, dass dies volumenmäßig ausgeregelt geschieht, bei Berücksichtigung des kontinuierlichen Volumenstroms von der Einschneckenmaschine. Dadurch können die Durchmesser der
Kolben 81 und 85 auch verschieden sein. Nachdem bei dieser Verschiebefahrt der Zwischenraumspeicher 88 entleert ist, stoppt die Stelleinheit 94 und die Stelleinheit 95 mit dem Spritzgießzylinder 77 nimmt den kontinuierlichen Volumenstrom der Einschneckenmaschine auf, bis das variable
Spritzgießvolumen im Spritzgießspeicher 79 erreicht ist. Nun stoppt die Stelleinheit 95 und die Stelleinheit 94 mit dem Schneckengehäuse 3 nimmt den kontinuierlichen Volumenstrom wieder im Zwischenraumspeicher 88 auf und das Absperrorgan 86 wird für das Einspritzen geschlossen.
Figur IIA und IIB zeigt die vergrößerte Darstellung der
Fasermisch- und -zerteileinrichtung 9b wie in der Figur 9C und 9D dargestellt mit aktivem Rückström-Sperrhub S mittels der Schneckenwelle 4. Das Wirkprinzip der Fasermisch- und - zerteileinrichtung entspricht dem der Figur 3A und 3B.
Die Figur IIA zeigt die Schneckenwelle 4 in der Position, dass das faserverstärkte Material durch die Schikanekanäle 32 gefördert wird, indem die Sperrscheiben 35 den Weg zwischen den Eintrittsöffnungen 33 und den Austrittsöffnungen 34 nur durch die Schikanekanäle 32 gestatten.
Die Figur IIB zeigt die Schneckenwelle 4 in der um den
Sperrhub S versetzten Position, womit der Materialfluss durch die Schikanekanäle 32 gesperrt ist. Dazu verschließen in diesem Beispiel die Sperrscheiben 35 die Austrittsöffnungen 34, wodurch kein Rückstrom während dem Einspritzen und der Nachdruckphase möglich ist.
Figur 12A und 12B zeigt die vergrößerte Darstellung der
Fasermisch- und -zerteileinrichtung 9c wie in Figur 7A, 7B, 8A und 8B gezeigt, vorzugsweise für den Einsatz bei einer
längsbeweglichen Schneckenwelle 4, um das Dosiervolumen in der Dosiervolumenkammer 51 zu bilden, wobei die Schikanehülse 31 auch die Rückström-Sperrfunktion übernimmt. Das Wirkprinzip der Fasermisch- und -zerteileinrichtung entspricht dem der Figur 3A und 3B. Bei der längsbeweglichen Schneckenwelle 4 hat die Schikanehülse 31 den gleichen Außendurchmesser wie die
Schneckenwelle und ist im Schneckenwellengehäuse 3 verdrehgesichert längsbeweglich gelagert.
Die Figur 12A zeigt die Schikanehülse 31 in Förderposition. Dazu wird sie durch den höheren Förderdruck mit der
förderabseitigen Seite gegen die Schneckenspitze 28 gedrückt. Die Figur 12B zeigt die Schikanehülse 31 durch den Spritzdruck in die Rückström-Sperrposition geschoben, wo sie an ihrem förderaufseitigen Ende mit einer konischen Anschlagsfläche 67 versehen ist, die an einer konischen Anschlagsfläche 68 an einem Ring 69 auf der Schneckenwelle dicht anliegt.
In Figur 13A und 13B ist eine weitere Ausführungsform der Fasermisch- und -zerteilzone mit Rückströmsperre dargestellt. Die Figur 13A zeigt einen Längsschnitt und die Figur 13B eine Abwicklung entlang der Linie XIII- XIII als
Funktionsdarstellung. Danach sind auf der Schneckenwelle 4 ein Einpassring 56 und Zerteilringe 57, 58 und an der Innenseite des Schneckengehäuses 3 Zerteilringe 59, 60 jeweils drehfest, jedoch längsverschiebbar angeordnet.
Der Einpassring 56 ist dabei in Längsrichtung im Abstand von dem förderaufseitigen Zerteilring 58 und dieser im Abstand von dem förderaufseitigen Zerteilring 57 angeordnet. Die beiden Zerteilringe 60, 59 an der Gehäuseinnenseite greifen in die Lücken zwischen dem Einpassring 56 und dem förderaufseitigen Zerteilring 58 bzw. zwischen die beiden Zerteilringe 57, 58 ein. Die Zerteilringe 57 bis 60 sind jeweils mit axial zur Schneckenwelle 4 verlaufenden Durchtrittskanälen 62 bis 65 für den imprägnierten Faserstrang versehen, sodass bei Drehung der Schneckenwelle 4 der imprägnierte Faserstrang durch die Kanten an den Öffnungen der Durchtrittskanäle 62 bis 65 an den
Stirnseiten der Zerteilringe 57, 59 und 58, 60 zerteilt wird. Die schneckenseitigen Zerteilringe 57 und 58 übernehmen vorteilhaft mit den Stegen 26b noch Förderfunktion. Auf dem
Einpassring 56 ist die Rückströmsperrhülse 66 verschiebbar gelagert, wobei in der Sperrstellung der Rückströmsperre die konischen Flächen 76 und 77 an der Rückströmsperrhülse 66 bzw. dem förderaufseitigen Zerteilring 60 dicht aneinander liegen.
Nach Figur 13A und 13B sind also durch die Zerteilringe 59, 60 in radialer Richtung verlaufende Scherflächen gebildet, die zum Zerteilen des Faserstrangs mit radialen Scherflächen zusammenwirken, die durch die Zerteilringe 57, 58 gebildet werden .
Für den Einsatz bei einem kontinuierlich arbeitendem Extruder ist die Rückström-Sperrfunktion nicht erforderlich, womit dafür die Rückströmsperrhülse 66 entfallen kann.
Gemäß Figur 14 sind die Faserspulen 118 auf drehbaren
Spulentellern 112 gelagert, damit der Faserstrang 108
verdrehfrei der Schneckenwelle 4 zugeführt werden kann. Mit einem Spulenaufnahmefutter 115 können auch feststehende
Innenabzugsspulen für den drehbaren Außenabzug benutzt werden. Entgegen den feststehenden Innenabzugsspulen kann bei dem drehbaren Außenabzug das Spulenende der laufenden Spule mit dem Anfang der neuen Spule erst bei vollständigem Spulenablauf erfolgen. Dazu ist eine Faserstrang-Verbindeeinrichtung 110 vorgesehen, wo der vorgelegte Faserstrang der neuen Spule 109 mit dem Ende der ablaufenden Spule 108, welches durch den Fadenwächter 111 erkannt wird, mittels einer Spleiss- , Klebe- , Klemm- oder Knotenverbindung automatisch verbunden wird. Die Klemmverbindung kann aus Teilen erfolgen, welche aus dem
Matrixmaterial hergestellt sind.
Damit dieser Verbindevorgang mit ruhenden Strängen in der Faserstrang-Verbindeeinrichtung 110 erfolgen kann ist eine Tänzerumlenkung 101 mit dem Tänzerhub 119 zwischen der
Faserstrang-Verbindeeinrichtung 110 und der Schneckenwelle 4
vorgesehen. Die Tänzerumlenkung kann rollend, gebremst rollend oder feststehend ausgeführt sein. Der Tänzerhub 119 ist so bemessen, dass er auch die zyklische Beschleunigung der
Faserspulen 118 regelt. Dies kann zusätzlich zu dem Gewicht der Tänzerumlenkung .101 noch mit einem nicht dargestellten Regelantrieb für den Tänzerhub 119 erfolgen, welcher nach einem Kraft-Algorithmus auf- und abfährt.
Beim zyklischen Stopp der Schneckenwelle 4 werden die
drehenden Faserspulen 118 durch die jeweilige Spulenteller- Bremse 114 gebremst.
Für den Fall, dass die Faserspule 118 schneller dreht, als der Faserstrang 108 der Schneckenwelle 4 zugeführt wird, trifft die Tänzerumlenkung 101 in unterer Position auf die Reibfläche 105, wo der Faserstrang zwischen der Reibfläche 105 und der Tänzerumlenkung 101 geklemmt wird. Damit bleibt der
Faserstrang 108 zwischen dieser Einklemmung und der
Schneckenwelle 4 gespannt. Mit einer einstellbaren oder regelbaren Kraft, welche durch den Pfeil 107 dargestellt ist, kann die Spannkraft des Faserstranges 108 optimiert werden. Mit dem Messrad 100 wird die zugeführte Faserstranglänge zu der Schneckenwelle 4 gemessen. Die dargestellte Funktion ist für jeden Faserstrang vorhanden.
Die zweite Spule für jeden zugeführten Faserstrang 108 mit der Faserstrang-Verbindeeinrichtung 110 stellt eine Option dar, damit eine ununterbrochene Produktion auch bei Spulenende möglich ist.
Bezugs zeichenliste
D Dosierhub
V variabler Dosierhub
S Sperrhub
Z Zwischenspeicherhub
1 Maschinengestell
2 Schließeinheit mit Formwerkzeug
3 Schneckenwellengehäuse
3a Gehäuseschlitten
.4 Schneckenwelle1
5 Antrieb
5a Antriebsschlitten
6 Matrixmaterialaufbereitungszone
6a Einzugszone
6b Kompressionszone
6c Meteringzone
7 Faserzufuhr- und -imprägnierzone
8 Druckaufbauzone
9 Fasermisch- und -zerteilzone
9a Fasermisch- und -zerteilzone mit Rückströmsperre
9b Fasermisch- und -zerteileinrichtung
9c Fasermisch- und -zerteileinrichtung mit Rückströmsperre
.9d Rückström-Sperrhülse
10 Extrusionsdüse
11 Spritzdüse
a Spritzkanal
faserverstärkte Masse
Einfüllöffnung
Matrixmaterial
MatrixmaterialZugabeeinrichtung Zufuhröffnung
Faserstränge
Faserstranggatter
Spulen
Oszilierbewegung
Faserstrangantrieb
a Motor
Antriebswalze
Gegendruckwalze
Gestell Faserstrangantrieb Faserstrangabschnitt
Schneckensteg
a Stegkante
b Steg
Faserstrang-Vorzerteilkante Schneckenspitze
a Förderelement
Strang
Stelleinrichtung
Schikanehülse
Schikanekanal
Eintrittsöffnung
Austrittsöffnung
Sperrscheibe
Pfeil für nicht dargestelltes separates Matrixmaterialaufbereitungsaggregat Matrixmaterialverteiler
Längskanal
radiale Bohrungen mit Düsen Gangstiefe Meteringzone
gravimetrische Dosierung
Abstauring
Radialbohrung
Imprägnier-Startdosierung
Matrixmaterialaufnahmekammer
Kolben
Pfeil für Stelleinrichtung Kolben
Rückschlagventil
Matrixmaterialsammler (kaskadisch) Dosiervolumenkammer oder Einspritzraum
konische Anschlagfläche
Einpassring
Zerteilring
Zerteilring
Zerteilring
Zerteilring Durchtrittskanal
Durchtrittskanal
Durchtrittskanal
Durchtrittskanal
Rückströmsperrhülse
konische Anschlagfläche
konische Anschlagfläche
Ring
Nachdruckdosierung
Absperrorgan
Aufnähmekämmer
Kolben
a Doppelpfeil für Stelleinrichtung Kolbenb Kolbenende
Kolben
Formwerkzeug
Spritzeinheit
Spritzgießzylinder
a Spritzzylinderschlitten
Absperrorgan
Einspritzraum Einspritzkolben
a Spritzkolbenschlitten
konische Spitze
a konische Doppelspitze
b Steg
trichterförmige Ausnehmung
Kanal
Kolben
Absperrorgan
87 trichterförmige Ausnehmung
88 Zwischenraumspeicher
89 Verbindungsabschnitt
90 trichterförmige Ausnehmung
91 Stelleinrichtung für den Andockhub der
Spritzgießeinrichtung an das Formwerkzeug
92 Stelleinrichtung für den Dosierhub bzw. den Einspritzhub
93 Stelleinrichtung für den Sperrhub an der
Fasermisch- und -zerteileinrichtung
94 Stelleinrichtung für den Zwischenspeicherhub
95 Stelleinrichtung für den Einspritzhub
100 Messrad
101 Tänzerumlenkung
102 Linearführung
103 Führungsschlitten für Tänzerumlenkung
104 Pfeil für untere Endlage der Tänzerumlenkung
105 Reibfläche
106 Führungsschlitten für untere Reibfläche
107 Pfeil für Einstellung der unteren Reibfläche
108 laufender Faserstrang der abgebenden Spule
109 vorgelegter Faserstrang der neuen Spule
110 Faserstrang-Verbindungseinrichtung
111 Fadenwächter
112 Spulenteller
113 Lagerung-Spulenteller
114 Bremse-Spulenteller
115 Spulen-Aufnahmefutter
116 Umhausung-Spulenteller
117 Maschinengestell
118 Faserstrangspule
119 Doppelpfeil für Tänzerhub
Claims
Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer faserverstärkten Masse mit einer Einwellenmaschine mit einer Schneckenwelle (4) in einem Schneckenwellengehäuse (3) und einer
Faserstrangzufuhr- und -imprägnierzone (7), der mindestens ein Faserstrang (17) zusammen mit aufbereitetem
Matrixmaterial zur Faserstrangimprägnierung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine
Faserstrang (17) der Faserstrangzufuhr- und -imprägnierzone (7) mit einer Geschwindigkeit zugeführt wird, welche kleiner als die Umfangsgeschwindigkeit des
Schneckenwellenaussendurchmessers in der Faserstrangzufuhr- und -imprägnierzone (7) ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstrangzufuhrgeschwindigkeit 1 bis 70 % kleiner als die Umfangsgeschwindigkeit des Schneckenwellenaußendurchmessers ist .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstrangzufuhrgeschwindigkeit bei Beginn der Rotation der umlaufenden Schneckenwelle bis zu 100 % kleiner als die Umfangsgeschwindigkeit des
Schneckenwellenaußendurchmessers ist .
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserstrang (17) antreibend haltend oder bremsend haltend zugeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserstrang (17) Zugkraft-geregelt zugeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserstrangzufuhr- und
-imprägnierzone (7) mehrere Faserstränge (17) zugeführt
werden, wobei das aufbereitete Matrixmaterial den
Fasersträngen anteilig zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Optimierung des Soll-Fasergehalts in der faserverstärkten Masse für die Drehzahl der
Schneckenwelle (4), die Faserstrangzufuhrgeschwindigkeit und die Dosierung des Matrixmaterials (14) ein
Regelalgorithmus verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine kontinuierlich oder zyklisch arbeitende Einschneckenmaschine zum Austrag eines Strangs (29) der faserverstärkten Masse verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zyklisch oder kontinuierlich arbeitende Einschneckenmaschine als Spritzgießeinheit in einer Spritzgießmaschine verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Start der zyklisch arbeitenden Einwellenmaschine eine Startdosierung zur Imprägnierung des Faserstrangs durchgeführt wird.
Verfahren insbesondere nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einspritzen der
faserverstärkten oder nicht faserverstärkten Masse durch die Spritzdüse (11) in ein Formwerkzeug eine von der
Stelleinrichtung für den Einspritzhub unabhängige
Nachdruckdosierung der Sprit zgieß-Masse durchgeführt wird.
Einschneckenmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einer Schneckenwelle (4) in einem Schneckenwellengehäuse (3) und einer
Faserstrangzufuhr- und -imprägnierzone (7), in der
mindestens ein Faserstrang (17) in den Spalt zwischen dem
Außendurchmesser der umlaufenden Schneckenwelle (4) und dem Schneckenwellengehäuse (3) einzogen wird, wobei zur
Imprägnierung des Faserstrangs aufbereitetes Matrixmaterial zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine
Einrichtung zur Zufuhr des wenigstens einen Faserstrangs (17) vorgesehen ist, die derart ausgebildet ist, dass der Faserstrang (17) dem Spalt zwischen dem Außendurchmesser der Schneckenwelle (4) und dem Schneckenwellengehäuse (3) in der Faserstrangzufuhr- und -imprägnierzone (7) mit einer Geschwindigkeit zugeführt wird, welche kleiner als die Umfangsgeschwindigkeit des Schneckenwellenaußendurchmessers in der Faserstrangzufuhr- und
-imprägnierzone (7) ist.
13. Einschneckenmaschine nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, dass das Schneckenwellengehäuse (3) in der Faserstrangzufuhr- und -imprägnierzone (7) am Umfang mindestens eine Zuführöffnung (16) für den wenigstens einen Faserstrang (17) aufweist.
14. Einschneckenmaschine nach dem Anspruch 12 oder 13 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Matrixmaterialverteiler (37) in der Faserstrangzuführ- und -imprägnierzone (7) vorgesehen ist.
15. Einschneckenmaschine nach Anspruch 14, dadurch
gekennzeichnet, dass der Matrixmaterialverteiler (37) durch eine sich in Längsrichtung der Schneckenwelle (4)
erstreckende Schlitzdüse oder eine Düsenreihe (38) gebildet wird.
16. Einschneckenmaschine nach Anspruch 14 oder 15, dadurch
gekennzeichnet, dass der Matrixmaterialverteiler (37) an ein separates Matrixmaterialaufbereitungsaggregat oder eine Dosiereinheit angeschlossen ist.
17. Einschneckenmaschine nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, dass die Schneckenwelle (4) förderaufseitig der Faserstrangzufuhr und -imprägnierzone (7) eine
Matrixaufbereitungszone (6) aufweist und an dem
förderabseitigen Ende der Matrixaufbereitungszone (6) einen Abstauring (43) vorgesehen ist.
18. Einschneckenmaschine nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschneckenmaschine als zyklisch oder kontinuierlich arbeitender Extruder eine Spritzgießeinheit bildet.
19. Einschneckenmaschine nach Anspruch 18, dadurch
gekennzeichnet, dass die Spritzgießeinheit eine axial längsverschiebbare Schneckenwelle (4) aufweist, der
Matrixmaterialverteiler (37) mit dem Längskanal (38) mit einer Radialbohrung (44) oder mehreren in Längsrichtung der Schneckenwelle (4) versetzten Radialbohrungen (44) für das aufbereitete Matrixmaterial an einer Meteringzone (6c) in der Matrixmaterialaufbereitungszone (6) der Schneckenwelle (4) angeschlossen ist, wobei jede Radialbohrung (44) mit einem Absperrorgan versehen ist.
20. Einschneckenmaschine nach Anspruch 19, dadurch
gekennzeichnet, dass die Absperrorgane als
Rückschlagventile (48) ausgebildet sind.
21. Einschneckenmaschine nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine an den
Matrixmaterialverteiler (37) angeschlossene Imprägnier- Startdosiereinrichtung (45) mit einer
Matrixmaterialaufnahmekammer (46) vorgesehen ist, welche sich beim zyklischen Start der Schneckenwelle (3) entleert.
22. Einschneckenmaschine nach einem der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass f rderabseitig von der
Faserzufuhr- und Imprägnierzone (7) eine Fasermisch- und -
zerteilzone (9) oder Fasermisch- und -zerteilzone mit
Rückströmsperre (9a) vorgesehen ist.
23. Einschneckenmaschine nach Anspruch 22, dadurch
gekennzeichnet, dass in der Fasermisch- und
-zerteilzone (9) oder der Fasermisch- und -zerteilzone mit Rückstromsperre (9a) an der Innenseite des
Schneckenwellengehäuses (3) längsbeweglich und/oder
drehfest angeordnete, in Umfangsrichtung oder radialer Richtung verlaufende Scherflächen vorgesehen sind, die zum Zerteilen des Faserstrangs (17) mit an dem Umfang der
Schneckenwelle (4) oder radial verlaufenden, an der
Schneckenwelle (4) drehfest angeordneten Scherflächen zusammenwirken .
24. Einschneckenmaschine nach Anspruch 23, dadurch
gekennzeichnet, dass die an dem Umfang der Schneckenwelle (4) drehfest angeordneten Scherflächen durch den
Schneckensteg (26) oder Stegelemente (26b) gebildet werden.
25. Einschneckenmaschine nach Anspruch 23 oder 24, dadurch
gekennzeichnet, dass in der Fasermisch- und -zerteilzone (9) an der Schneckenwellengehäuseinnenseite eine
Schikanehülse (31) zur Bildung einer Scherfläche in
Umfangsrichtung an dem Schneckenwellengehäuse (3) drehfest angeordnet ist, welche einen dem Schneckenaußendurchmesser entsprechenden Innendurchmesser aufweist und mit wenigstens einer Schikanestufe mit einem Schikanekanal (32) mit einer Eintrittsöffnung (33) zum Eintritt des in der Faserzufuhr- und -imprägnierzone (7) imprägnierten Faserstrangs von der Innenseite der Schikanehülse (31) in den Schikanekanal (32) und mit einer förderabseitig von der Eintrittsöffnung (33) angeordneten Austrittsöffnung (34) zum Wiederaustritt des imprägnierten Faserstrangs (17) aus dem Schikanekanal (32) versehen ist, wobei die Schneckenwelle (4) zwischen der Eintrittsöffnung (33) und der Austrittsöffnung (34) des
Schikanekanals (32) mit einer Sperrscheibe (35) versehen ist .
26. Einschneckenmaschine nach einem der Ansprüche 18 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschneckenmaschine als Spritzgießeinheit mit einer längsverschiebbaren
Schneckenwelle (4) versehen ist, um bei Verschiebung in Richtung der Einfüllöffnung (13) der Spritzgießeinheit einen Einspritzdosiervolumenspeicher zu bilden, der
förderaufseitig mit einer Rückstromsperre versehen ist, wobei die Schikanehülse (31) welche drehfest und
längsbeweglich im Schneckenwellengehäuse (3) gelagert ist durch Verschieben aus dem schneckenseitigen Teil die
Rückströmsperre bildet
27. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung wenigstens einer radial verlaufenden
Scherfläche in der Fasermisch- und Zerteilzone (9)
Zerteilringe (57, 58) drehfest auf der Schneckenwelle (4) und Zerteilringe (59, 60) an der Innenseite des
Schneckenwellengehäuses (3) drehfest und längsbeweglich angeordnet sind, deren Stirnfläche aneinander angeordnet sind und die mit axial zur Schneckenwelle (4) verlaufenden Durchtrittskanälen (62 bis 65) versehen sind, um bei
Drehung der Schneckenwelle (4) den Faserstrang (17) mit den Kanten an den Durchtrittskanälen (62 bis 65) zu zerteilen.
28. Einschneckenmaschine nach einem der Ansprüche 12 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass förderaufseitig der
Fasermisch- und Zerteilzone (9) eine Druckaufbauzone (8) mit einer Vorzerteilkante (27) am Schneckenwellengehäuse (3) zur Faservorzerteilung vorgesehen ist.
Einschneckenmaschine nach Anspruch 18, dadurch
gekennzeichnet, dass der zyklisch arbeitende Extruder Einspritzkammer (51) aufweist, die durch einen der
Schneckenwellenspit ze (28) gegenüberliegenden, im Schneckenwellengehäuse (3) axial verschiebbaren Kolben (74) mit Spritzkanal (IIa) gebildet wird, der mit der Spritzdüse (11) versehen ist.
30. Einschneckenmaschine nach Anspruch 29, dadurch
gekennzeichnet, dass die Rückstromsperre an der Fasermisch- und -zerteileinrichtung (9b) durch einen aktiven Sperrhub (S) der Schneckenwelle (4) ausgeführt wird, indem die
Sperrscheibe (35), welche für die Förderung durch die
Schikanehülse (31) an dem schneckenseitigen Teil der
Fasermisch- und -zerteileinrichtung (9b) zwischen der
Eintrittsöffnung (33) und der Austrittsöffnung (34) des Schikanekanals (32) steht, die Austrittsöffnung (34) und/oder die Eintrittsöffnung (33) des Schikanekanals (32) sperrt .
31. Einschneckenmaschine nach Anspruch 18, dadurch
gekennzeichnet, dass der kontinuierlich arbeitende Extruder einen axial beweglichen Verbindungsabschnitt (89) mit einem durch ein Absperrorgan (86) verschließbaren Kanal (84) aufweist, der an dem förderabseitigen Ende einen
Einspritzkolben (81) und am förderaufseitigen Ende einen weiteren Kolben (85) aufweist, wobei der Einspritzkolben (81) mit dem Spritzgießzylinder (77) einen
Spritzgießspeicher (79) bildet, welcher mit einem
Spritzkanal (IIa) und der Spritzdüse (11) versehen ist, und der weitere Kolben (85) in dem Scheckenwellengehäuse (3) zur Bildung eines Zwischenraumspeichers (88) verschiebbar geführt ist.
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