WO2002002293A1 - Spritzgiessmachine mit kontinuierlich arbeitender plastifiziereinheit - Google Patents

Spritzgiessmachine mit kontinuierlich arbeitender plastifiziereinheit Download PDF

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WO2002002293A1
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Rainer Zimmet
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Krauss-Maffei Kunststofftechnik Gmbh
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    • B29C45/17—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
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    • B29C45/53—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it into the mould using injection ram or piston
    • B29C45/54—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it into the mould using injection ram or piston and plasticising screw
    • B29C45/542—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it into the mould using injection ram or piston and plasticising screw using an accumulator between plasticising and injection unit, e.g. for a continuously operating plasticising screw
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    • B29C2045/466—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it into the mould supplying the injection unit directly by a compounder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
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    • B29C45/53—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it into the mould using injection ram or piston
    • B29C45/54—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it into the mould using injection ram or piston and plasticising screw
    • B29C2045/547—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it into the mould using injection ram or piston and plasticising screw continuously rotating plasticising screw cooperating with a single injection plunger

Definitions

  • the invention relates to an injection molding machine according to the preamble of claim 1.
  • An injection molding machine of this type is known from DE 195 05 984 A1, in which two piston injection devices, which are controlled by reversing valves and can be alternately filled with melt, are arranged after a screw plasticizing unit consisting of two synchronizing plasticizing screws.
  • a screw plasticizing unit consisting of two synchronizing plasticizing screws.
  • the functional division between a screw plasticizing unit on the one hand and a piston injection device on the other hand has the advantage that a screw plasticizing unit with optimal Plasticizing services can be used.
  • Such a screw plasticizing unit can also be used in a particularly suitable manner for mixing in diverse components as a compounder if two plasticizing screws rotating in the same direction are used, the melt mixture product obtained in this way being able to be further processed in a subsequent injection molding process.
  • the cyclical loading of one or more piston injection devices with the melt volume continuously generated by the screw plasticizing device can cause irregular pressure conditions in the immediate discharge area of the screw plasticizing device, which can have a negative effect on the plasticizing quality in the screw plasticizing device. This is particularly the case if several components are to be plasticized in the screw plasticizing device in a percentage ratio that must be observed exactly.
  • the invention is therefore based on the object of eliminating interferences resulting from the cyclical spraying operation for the melt production with simple structural measures in an injection molding machine of the type mentioned and ensuring a uniform quality of the melt consisting of one or more components.
  • Fig. 1 shows the basic diagram of a plasticizing unit consisting of a screw plasticizing device and a downstream piston injection device in an operating position at the end of the injection process and
  • Fig. 2 shows the plasticizing unit according to Fig. 1 after the filling of
  • the plasticizing unit 1 shows a plasticizing unit 1 of an injection molding machine, not shown in detail.
  • the plasticizing unit 1 is supported on the machine frame 2 of the injection molding machine and can be moved thereon by means of a hydraulic device 3.
  • the plasticizing unit 1 consists of a screw plasticizing device 4 and a piston injection device 5.
  • the screw plasticizing device 4 is composed of a screw cylinder 6, in which a plasticizing screw 7 is mounted. Two plasticizing screws can also be arranged side by side, of which the second plasticizing screw is covered by the plasticizing screw 7 visible in the drawing. One or both plasticizing screws are coupled to a rotary drive (not shown).
  • the worm cylinder 6 is designed with its outer contours as a piston and is displaceably mounted in a housing 9 by means of a hydraulic adjusting device 8.
  • the housing 9 encloses a melt collecting space 10.
  • a feed hopper 11 opens into the screw cylinder 6 and can be filled with product via a gravimetric metering device 12.
  • a second product funnel 13 can be used to enter and compound a second product component into the screw flight via a second gravimetric metering device (not shown).
  • a second gravimetric metering device not shown.
  • several components can be entered into the son corner cylinder at the respective suitable plasticizing zones, the exact percentage composition being able to take place via several control-related gravimetric metering devices.
  • the piston injection device 5 consists of an injection cylinder 15 enclosing a cylinder space 14, in which an injection piston 16 is guided.
  • An injection line 17 leads from the cylinder space 14 to the injection nozzle 18, with which the plasticizing unit 1 is brought into contact with the fixed platen of the injection molding machine (not shown).
  • the movement of the plasticizing unit 1 is accomplished by the hydraulic device 3 supported on the machine frame 2.
  • the melt collecting space 10 and the cylinder space 14 are connected to one another via a melt line 19.
  • a valve Vi is arranged in the melt line 19 and a valve V 2 is arranged in the injection line 17.
  • the plasticizing unit 1 according to FIG. 1 is in an operating position at the end of the injection process and the plasticizing unit 1 according to FIG. 2 is in the operating position at the beginning of the injection process with the injection cylinder 15 completely filled.
  • the melt collecting space 10 is filled with melt which is produced by one or two continuously running plasticizing screws 7.
  • the screw cylinder 6 is loaded via one or more gravimetric metering devices in the required percentage composition.
  • the decisive factor here is that the dynamic pressure P st of the melt in the melt collecting space 10 is always kept constant and above a value which corresponds to the pressure loss ⁇ p occurring in the melt line 19.
  • the pressure P st in the melt collecting space 10 is kept constant by regulating the speed of the plasticizing screws 7 and / or by moving the melt cylinder 6 with the hydraulic adjusting device 8.
  • the screw cylinder is moved from the position Pi to the position P2.
  • a quantity of melt required for a spraying cycle has accumulated in the melt collecting space 10
  • this is transferred into the cylinder space 14 of the piston injection device 5.
  • the valve V 1 is opened and the valve V 2 is closed.
  • the injection piston 16 is moved from its position P a (according to FIG. 1) to the position P D.
  • the screw cylinder 6 moves from the position P 2 (according to FIG. 1) to the position Pi.
  • the screw cylinder 6 is moved in such a way and / or the speed of the plasticizing screw 7 is set so that the melt collecting chamber 10 is always on constant dynamic pressure P st is maintained. Due to the dynamic pressure P st , which is always kept constant in front of the plasticizing screws 7, the production of melt in a constant quality is guaranteed in all operating phases.
  • valve V 1 is closed and the melt from cylinder space 14 is injected via melt line 19 and open valve V 2 at injection pressure PE into the cavity (not shown) formed by the molds.
  • the injection piston 16 assumes the position P a (according to FIG. 1).
  • the screw cylinder 6 is retracted during the injection process and during the holding pressure phase, whereas the forward movement of the screw cylinder 6 takes place after the holding pressure phase has ended in order to transfer the melt from the full melt collecting chamber 10 into the cylinder chamber 14.
  • the screw cylinder 6 and the injection piston 16 thus perform opposite directions during the injection phase and during the transfer phase.

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Abstract

Bei einer Spritzgiessmaschine zur Herstellung von Spritzgiessteilen aus Kunststoff oder metallischen Materialien, mit einer starr mit den Maschinenrahmen (12) verbundenen festen Formaufspannplatte, mit einer zur festen Formaufspannplatte führbaren beweglichen Formaufspannplatte und mit einer mit der festen Formaufspannplatte über eine oder mehrere Einspritzdüsen koppelbaren Plastifiziereinheit (1), die mindestens eine Schneckenplastifiziervorrichtung (4) und mindestens eine von der Schneckenplastifiziervorrichtung (4) gespeiste Kolbeneinspritzvorrichtung (5) aufweist, sollen die vom zyklusweisen spritzbetrieb herrührenden Störeinflüsse ausgeschlossen werden. Hierzu wird vorgeschlagen, dass die Schneckenplastifiziervorrichtung (4) aus einem Schneckenzylinder (6) besteht, in dem eine oder zwei Plastifizierschnecken (7) gelagert sind und der als Kolben (6) ausgebildet ist, der in einem einen Schmelzesammelraum (10) einschliessenden Gehäuse (9) reversierbar geführt ist, wobei der Schmelzesammelraum (10) über eine Schmelzeleitung (19) mit dem Zylinderraum (14) der aus Einspritzzylinder (15) und Einspritzkolben (16) bestehenden Kolbeneinspritzvorrichtung (5) in Verbindung steht und wobei in der Schmelzeleitung (19) und in der vom Zylinderraum (14) zur Einspritzdüse (18) führenden Einspritzleitung (17) jeweils ein Ventil V1 und V2 angeordnet ist.

Description

Spritzgießmaschine mit kontinuierlich arbeitender Plastifiziereinheit
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Spritzgießmaschine gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 .
Aus der DE 195 05 984 A1 ist eine Spritzgießmaschine dieser Art bekannt, bei der einer aus zwei gleichlaufenden Plastifizierschnecken bestehenden Schneckenplastifiziereinheit zwei Kolbeneinspritzeinrichtungen nachgeordnet sind, die, gesteuert über Um- steuerventile, wechselweise mit Schmelze befüllbar sind. Im Vergleich zu einer herkömmlichen Spritzgießmaschine, bei der die Plastifizierung und die Spritzdruckerzeugung des Kunststoffgranulats oder des metallischen Materials durch eine mit einer Rückstromsperre ausgerüsteten Schubschnecke bewerkstelligt wird., hat die Funktionsaufteilung auf eine Schneckenplastifiziereinheit einerseits und eine Kolbeneinspritzeinrichtung andererseits den Vorteil, dass eine Schneckenplastifiziereinheit mit optimalen Plastifizierleistungen zum Einsatz gebracht werden kann. Eine derartige Schneckenplastifiziereinheit kann auch bei Anordnung von zwei gleichsinnig drehenden Plastifizierschnecken in besonders geeigneter Weise zum Einmischen vielfältiger Komponenten als Compounder genutzt werden, wobei das damit erhaltene Schmelzemischprodukt in einem nachgeordneten Spritzgießvorgang zyklusweise weiterverarbeitet werden kann.
Die zyklusweise Beschickung einer oder mehrerer Kolbeneinspritzvorrichtungen mit dem von der Schneckenplastifiziervorrichtung kontinuierlich erzeugten Schmelzevolumen kann im unmittelbaren Austragsbereich der Schneckenplastifiziervorrichtung unregelmäßige Druckzustände verursachen, die sich auf die Plastifizierqualität in der Schneckenplastifiziervorrichtung negativ auswirken kann. Dies ist insbesondere der Fall, wenn in der Schneckenplastifiziervorrichtung mehrere Komponenten in einem genau einzuhaltenden prozentualen Verhältnis zu plastifizieren sind. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer Spritzgießmaschine der genannten Art vom zyklusweisen Spritzbetrieb herrührende Störeinflüsse für die Schmelzeerzeugung mit einfachen baulichen Maßnahmen auszuschließen und eine gleichförmige Qualität der aus einer oder mehreren Komponenten bestehenden Schmelze sicherzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebene Spritzgießmaschine gelöst. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 das Grundschema einer aus einer Schneckenplastifiziervorrichtung und einer nachgeordneten Kolbeneinspritzvorrichtung bestehenden Plastifiziereinheit in einer Betriebsposition am Ende des Einspritzvorgangs und
Fig. 2 die Plastifiziereinheit nach Fig. 1 nach Abschluss des Umfüllens von
Schmelze vom Schmelzesammelraum der Schneckenplastifiziervorrich- tung in den Zylinderraum der Kolbenspritzeinheit.
Die Fig. 1 zeigt eine Plastifiziereinheit 1 einer nicht näher dargestellten Spritzgießmaschine. Die Plastifiziereinheit 1 ist auf dem Maschinenrahmen 2 der Spritzgießmaschine abgestützt und auf diesem mittels einer Hydraulikeinrichtung 3 verfahrbar.
Die Plastifiziereinheit 1 besteht aus einer Schneckenplastifiziervorrichtung 4 und einer Kolbeneinspritzvorrichtung 5.
Die Schneckenplastifiziervorrichtung 4 setzt sich zusammen aus einem Schneckenzylinder 6, in dem eine Plastifizierschnecke 7 gelagert ist. Es können auch zwei Plastifizierschnecken nebeneinander angeordnet sein, von denen die zweite Plastifizierschnecke von der in der Zeichnung sichtbaren Plastifizierschnecke 7 verdeckt ist. Die eine oder beide Plastifizierschnecken sind mit einem Drehantrieb (nicht dargestellt) gekoppelt. Der Schneckenzylinder 6 ist mit seinen Außenkonturen als Kolben ausgebildet und ist mittels einer hydraulischen Stellvorrichtung 8 in einem Gehäuse 9 verschiebbar gelagert. Das Gehäuse 9 umschließt einen Schmelzesammelraum 10.
In den Schneckenzylinder 6 mündet ein Einfülltrichter 11, der über eine gravimetrische Dosiervorrichtung 12 mit Produkt befüllbar ist. Über einen zweiten Einfülltrichter 13 kann über eine zweite gravimetrische Dosiervorrichtung (nicht dargestellt) eine zweite Produktkomponente in den Schneckengang eingegeben und eincompoundiert werden. Grundsätzlich können mehrere Komponenten (Verstärkungsfasern, Fest- und Füllstoffe u. dergl.) an den jeweils geeigneten Plastifizierzonen in den Sohneckenzylinder eingegeben werden, wobei die exakte prozentuale Zusammensetzung über mehrere regelungstechnisch verknüpfte gravimetrische Dosiereinrichtungen erfolgen kann.
Die Kolbeneinspritzvorrichtung 5 besteht aus einem einen Zylinderraum 14 einschließenden Einspritzzylinder 15, in dem ein Einspritzkolben 16 geführt ist. Aus dem Zylinderraum 14 führt eine Einspritzleitung 17 zu der Einspritzdüse 18, mit der die Plastifiziereinheit 1 an der festen Formaufspannplatte der Spritzgießmaschine (nicht dargestellt) zur Anlage gebracht wird. Die Verfahrbewegung der Plastifiziereinheit 1 wird dabei von der am Maschinenrahmen 2 abgestützten Hydraulikeinrichtung 3 bewerkstelligt.
Der Schmelzesammelraum 10 und der Zylinderraum 14 sind über eine Schmelzeleitung 19 miteinander verbunden.
In der Schmelzeleitung 19 ist ein Ventil V-i und in der Einspritzleitung 17 ist ein Ventil V2 angeordnet.
Die Plastifiziereinheit 1 nach Fig. 1 befindet sich in einer Betriebsstellung am Ende des Einspritzvorgangs und die Plastifiziereinheit 1 nach Fig. 2 befindet sich in der Betriebsstellung zu Beginn des Einspritzvorgangs mit vollständig befülltem Einspritzzylinder 15. lm Betrieb wird gemäß Fig. 1 bei abgesperrtem Ventil Vi der Schmelzesammelraum 10 mit Schmelze befüllt, die von einer oder zwei kontinuierlich laufenden Plastifizierschnecken 7 erzeugt wird. Die Beschickung des Schneckenzylinders 6 erfolgt je nach Anzahl der Produktkomponenten über eine oder mehrere gravimetrische Dosiervorrichtungen in der erforderlichen prozentualen Zusammensetzung. Maßgeblich ist hierbei, dass der Staudruck Pst der Schmelze im Schmelzesammelraum 10 stets konstant und oberhalb eines Wertes gehalten wird, der dem in der Schmelzeleitung 19 eintretenden Druckverlust Δ p entspricht. Die Konstanthaltung des Drucks Pst im Schmelzerammelraum 10 wird durch Regelung der Drehzahl der Plastifizierschnecken 7 und/oder durch Verfahren des Schmelzezylinders 6 mit der hydraulischen Stellvorrichtung 8 bewirkt. Im Verlauf des Befüllens des Schmelzesammelraumes 10 wird der Schneckenzylinder von der Position Pi in die Position P2 gebracht. Nach Ansammlung einer für einen Spritzzyklus erforderlichen Schmelzemenge im Schmelzesammelraum 10 wird diese in den Zylinderraum 14 des der Kolbeneinspritzvorrichtung 5 umgefüllt. Hierzu wird, wie in Fig. 2 dargestellt, das Ventil V1 geöffnet und das Ventil V2 geschlossen. Der Einspritzkolben 16 wird dabei von seiner Position Pa (gemäß Fig. 1) in die Position PD gefahren. Gleichzeitig bewegt sich der Schneckenzylinder 6 von der Position P2 (gemäß Fig. 1 ) in die Position P-i. Auch in dieser Betriebsphase wird der Schneckenzylinder 6 so verfahren und/oder die Drehzahl der Plastifizierschnecken 7 wird so eingestellt, dass im Schmelzesammelraum 10 stets ein konstanter Staudruck Pst erhalten bleibt. Durch den vor den Plastifizierschnecken 7 stets konstant gehaltenen Staudruck Pst wird in allen Betriebsphasen die Produktion von Schmelze in gleichbleibender Qualität gewährleistet.
Nach Erreichen der Position Pb wird das Ventil V1 geschlossen und die Schmelze aus dem Zylinderraum 14 wird über die Schmelzeleitung 19 und das geöffnete Ventil V2 mit Einspritzdruck PE in die von den Formwerkzeugen gebildete Kavität (nicht dargestellt) eingespritzt. Der Einspritzkolben 16 nimmt dabei die Position Pa (gemäß Fig. 1) ein.
Während des Einspritzens und während der erforderlichen Nachdruckphase läuft bei geschlossenem Ventil V-i die Schmelzeproduktion durch die Schneckenplastifiziervor- richtung 4 kontinuierlich und bei gleichbleibendem Staudruck Pst weiter. Der Schneckenzylinder 6 wird dabei mittels der hydraulischen Stellvorrichtung 8 zurückgefahren bis nach Erreichen der Position P2 der vorbeschriebene Umfüllvorgang wieder in Gang gesetzt werden kann.
Das Zurückfahren des Schneckenzylinders 6 findet während des Einspritzvorganges und während der Nachdruckphase statt, wohingegen die Vorwärtsbewegung des Schneckenzylinders 6 nach Beendigung der Nachdruckphase zum Umfüllen der Schmelze vom vollen Schmelzesammelraum 10 in den Zylinderraum 14 erfolgt. Schneckenzylinder 6 und Einspritzkolben 16 führen somit während der Einspritzphase und während der Umfüllphase entgegengesetzt gerichtete Bewegungen aus.
Spritzgießmaschine mit kontinuierlich arbeitender Plastifiziereinheit
Bezugszeichenliste
1 Plastifiziereinheit
2 Maschinenrahmen
3 Hydraulikeinrichtung
4 Schneckenplastifiziervomchtung
5 Kolbeneinspritzvorrichtung
6 Schneckenzylinder
7 Plastifizierschnecke
8 Hydraul. Stellvorrichtung
9 Gehäuse
10 Schmelzesammelraum
1 1 Einfülltrichter, erster
12 Gravimetrische Dosiervorrichtung
13 Einfülltrichter, zweiter
14 Zylinderraum
15 Einspitzzylinder
16 Einspritzkolben
17 Einspritzleitung
18 Einspritzdüse
19 Schmelzeleitung

Claims

Patentansprüche
1. Spritzgießmaschine zur Herstellung von Spritzgießteilen aus Kunststoff oder metallischen Materialien, mit einer starr mit dem Maschinenrahmen verbundenen festen Formaufspannplatte, mit einer zur festen Formaufspannplatte führbaren beweglichen Formaufspannplatte und mit einer mit der festen Formaufspannplatte über eine oder mehrere Einspritzdüsen koppelbaren Plastifiziereinheit, die mindestens eine Schneckenplastifiziervomchtung und mindestens eine von der Schneckenplastifiziervomchtung gespeiste Kolbeneinspritzvorrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneckenplastifiziervomchtung (4) aus einem Schneckenzylinder (6) besteht, in dem eine oder zwei Plastifizierschnecken (7) gelagert sind und der als Kolben ausgebildet ist, der in einem einen Schmelzesammelraum (10) einschließenden Gehäuse(9) reversierbar geführt ist, wobei der Schmelzesammelraum (10) über eine Schmelzeleitung (19) mit dem Zylinderraum (14) der aus Einspritzzylinder(15) und Einspritzkolben (16) bestehenden Kolbeneinspritzvorrichtung (5) in Verbindung steht und wobei in der Schmelze- leitung(19) und in der vom Zylinderraum (14) zur Einspritzdüse (18) führenden Einspritzleitung (17) jeweils ein Ventil V-i und V2 angeordnet ist.
2. Spritzgießmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Schneckenplastifiziervomchtung (4) ein Compounder mit zwei gleichsinnig drehenden Plastifizierschnecken (7) ist.
3. Spritzgießmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Schneckenplastifiziervomchtung (4) aus einem Schneckenzylinder (6) mit zwei gegensinnig drehenden Plastifizierschnecken (7) besteht.
4. Spritzgießmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Schneckenplastifiziervomchtung (4) aus einem Schneckenzylinder (6) mit einer Plastifizierschnecke (7) besteht.
5. Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Produktzuführung für die Schneckenplastifiziervorrichtung (4) über eine oder mehrere in den SchneckenfÖrdergang des Schneckenzylinders (6) einmündenden gravimetrischen Dosiervorrichtungen (12) erfolgt.
6. Verfahren zum Betreiben der Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl einer oder zweier Plastifizierschnecken (7) und/oder die Axialbewegung des als Kolben wirkenden Schneckenzylinders (6) nach der Maßgabe eingestellt wird, dass der Staudruck Pst im Schmelzesammelraum (10) konstant und größer als der in der Schmelzeleitung (19) entstehende Druckverlust Δ p ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit der gravimetrischen Dosiervorrichtung (12) eine gleichmäßige Produktzuführung bewerkstelligt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei aus mehreren Komponenten bestehendem zuzuführendem Produkt das über mehrere gravimetrische Dosierungsvorrichtungen (12) an einer oder mehreren Zuführöffnungen in den Schneckengang des Schneckenzylinders (6) entsprechend der prozentualen Komponentenzusammensetzung des zuzuführenden Produktes eingegeben wird, die Gesamt-Produktmenge nach der Maßgabe eines konstanten Staudruckes pst im Schmelzesammelraum (10) zugeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer nur eine Plastifizierschnecken) enthaltenden Schneckenplastifiziervorrichtung (4) und einer undosierten Produktzuführung, bzw. einem aus dem vollen Zuführtrichter (1 1 ) von der Plastifizierschnecke (7) eingezogenen Produkt die Schneckendrehzahl nach Maßgabe der Einhaltung eines konstanten Staudrucks pst geregelt wird.
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