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Dokumentenidentifikation DE19849452C2 23.08.2001
Titel Dosiervorrichtung
Anmelder Stemke, Lothar, 04720 Döbeln, DE
Erfinder Stemke, Lothar, 04720 Döbeln, DE
Vertreter Bauer, S., Dipl.-Ing. Faching. f. Schutzrechtsw., Pat.-Anw., 09661 Hainichen
DE-Anmeldedatum 28.10.1998
DE-Aktenzeichen 19849452
Offenlegungstag 11.05.2000
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 23.08.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.08.2001
Addition 19926319.1
IPC-Hauptklasse B29C 31/04
IPC-Nebenklasse B29C 43/34   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Kunststoffverarbeitung. Ein bevorzugtes Anwendungsfeld der Erfindung ist die Aus- oder Nachrüstung von Spritzgießmaschinen, deren Formmassenbereitungseinrichtungen als Extruder ausgeführt sind.

Die Verarbeitung von Kunststoffhalbfabrikaten wie Granulaten oder dgl. erfolgt, indem eine Schmelze bereitet und anschließend unter hohem Druck in eine Form gepreßt wird, in der die Masse erkaltet und nach Öffnen der Form die Formteile ausgeworfen werden. Die hierzu erforderlichen Drücke sind ein bedeutendes Kriterium für die konstruktive Ausführung der Maschinen und der Werkzeuge, vor allem hinsichtlich der zu beherrschenden Zuhaltekräfte. Insbesondere die Spritzgießtechnologie stellt extrem hohe Ansprüche in dieser Richtung, wenn oberflächenstrukturierte Werkstücke sowie solche, die scharfkantiges Füllen erfordern, zu fertigen sind.

Aus der deutschen Auslegeschrift 11 74 491 ist eine Spritzgießmaschine zur Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe bekannt, nach welcher die Spritzmasse nicht unmittelbar aus einer an einen Extruder angeschlossenen Spritzdüse in eine Form verbracht wird, sondern mittels eines Zylinders, in dem ein Kolben translatorisch beweglich angeordnet ist, ein Depot für die Spritzmasse zu bilden, das mittels des Kolbens in die Form entleert wird. Dafür verfügt der Kolben über einen Kanal, dessen Ausgang als Düse ausgebildet ist und mit einer Angußbohrung in der Form korrespondiert. Der Kolben ist an einem mit dem Extruderausgang starr verbundenen Joch über Rollen laufende Seile aufgehängt, wobei an den freien Seilenden Gegengewichte angeordnet sind. Der Kolbenhub entsteht, indem die Form gegen den Kolben gedrückt wird und diesen derart in den Zylinder verschiebt bis der Zylinder durch den Kolbenkanal in die über die Angußbohrung korrespondierende Form entleert ist. Die Gegengewichte haben dabei den Zweck, die Prozeßkräfte zu reduzieren.

Nachteilig an dieser bekannten Spritzgießmaschine ist, daß die Entleerung des Depots über einen sehr engen Weg erfolgt, der aus dem mit einer Düse abgeschlossenen Kolbenkanal und der korrespondierenden Angußbohrung entsteht, und deshalb hohe Prozeßkräfte aufgewendet werden müssen, die wiederum durch Einsatz der potentiellen Energie der Gegengewichte reduziert werden. Ein weiterer Nachteil besteht in dem technologischen Aufwand, die Angußkegel der entstehenden Spritzteile mechanisch beseitigen zu müssen.

Aus der Veröffentlichung der internationalen Anmeldung WO 98/09768 A1, die auf der Priorität der südafrikanischen Anmeldungen 96/7509 und 97/4923 beruht, ist bekannt, einen Aufnahmeraum vorzusehen, in den die Schmelze eingebracht und anschließend mittels eines Stempels in die Formkavität gedrückt wird, um sowohl den Formenreichtum der Spritzgießtechnologie als auch durch Reduzierung der Betriebsdrücke größere Volumina und Formate als beim Spritzgießen herstellen zu können. Die bekannte Vorrichtung zur Herstellung von Formteilen umfaßt eine Übergabeeinheit, die einen Aufnahmeraum zur Aufnahme einer Charge Formmasse umgibt. Die Formmasse gelangt in granuliertem oder geschmolzenem Zustand durch einen beheizten Durchgang mittels einer Zuführspindel in eine Röhre und wird daraufhin mittels eines Stempels in den Aufnahmeraum verschöben. Daraufhin wird die Übergabeeinheit in eine zweite Stellung gebracht, in welcher der Aufnahmeraum mit einer Öffnung in einer Formplatte fluchtet. Die Öffnung steht in Verbindung mit einer Spritzkavität in der Form des herzustellenden Formteiles. In dieser Stellung der Übergabeeinheit verschiebt ein zweiter Stempel die Charge geschmolzene Formmasse aus dem Aufnahmeraum heraus durch die Öffnung in die Spritzkavität. In der Füllstellung zeigt sich der Aufnahmeraum einseitig geöffnet, so daß der erste Stempel die Formmasse hineinschieben kann. In der Entleerungsstellung ist der Aufnahmeraum zweiseitig geöffnet, so daß sowohl der Ausschiebestempel eintauchen als auch die Formmasse den Aufnahmeraum verlassen kann. Der Positionswechsel der Übergabeeinheit von der Füllstellung in die Entleerungsstellung kann translatorisch oder nach Art eines 2-Wege-Ventils rotatorisch erfolgen.

Nachteilig an dieser bekannten Vorrichtung ist der Umstand, daß die Übergabeeinheit mittels eines speziellen Antriebes verschoben wird, wodurch konstruktiv und steuerungstechnisch ein beträchtlicher Aufwand entsteht.

Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, den konstruktiven und steuerungstechnischen Aufwand bei Formgebungseinrichtungen mit arbeitsdruckreduzierender Vordosierung der Formmassen zu senken.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Dosiervorrichtung gelöst, die für Formgebungsmaschinen mit Formmassenbereitungseinrichtung und Formkavität geeignet ist. Die Formkavität wird mittels einer ersten und einer zweiten Formplatte gebildet und mit Formmasse ausgefüllt. Der Ausgang der Formmassenbereitungseinrichtung ist mit einem in seinem Volumen veränderbaren Aufnahmeraum verbunden, der wiederum mittels einer Öffnung mit der Formkavität verbunden ist. Der Aufnahmeraum entsteht in einer Buchse zwischen der Stirnfläche eines darin translatorisch beweglich angeordneten Stempels und der Formkavität. Wenn der Stempel die hintere Endstellung einnimmt, weist der Aufnahmeraum ein Volumen auf, das wenigstens so groß ist wie das Volumen der Formkavität. Der Stempel dient zum Verschieben der Formmasse aus dem Aufnahmeraum in die Formkavität. Wenn der Stempel eine vordere Stellung einnimmt, ist seine Stirnfläche mit dem Rand der Öffnung bündig. Der Stempel ist mit der Formmassenbereitungseinrichtung mechanisch starr verbunden und mit einem Kanal versehen, in den der Ausgang der Formmassenbereitungseinrichtung mündet. Die Buchse ist als Bestandteil der ersten Formplatte ausgeführt und verfügt über eine erste Öffnung, in die der Stempel eintaucht, und eine zweite Öffnung, die der ersten Öffnung gegenüber angeordnet ist. Die zweite Öffnung bildet derart die Verbindung mit der Formkavität, daß die Buchse ohne Verengung in die Formkavität mündet. Der Stempel ist mit einem Anschlag versehen, der in der vorderen Endstellung des Stempels auf dem die erste Öffnung der Buchse umgebenden Rand aufliegt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die Verbindung mit dem Ausgang der Formmassenbereitungseinrichtung befindet sich der Stempel in der hinteren, der Ausgangsstellung, wenn sich die Formmassenbereitungseinrichtung in der von der Form entfernten Stellung befindet. In dieser hinteren Stellung des Stempels ist der Aufnahmeraum aufgespannt, so daß durch den Kanal der Aufnahmeraum mit Formmasse gefüllt wird. Mittels des Vorschubs der Formmassenbereitungseinrichtung wird der Stempel aus der hinteren Stellung translatorisch in Richtung auf die Formkavität in der Buchse geführt bewegt, wodurch das Volumen des Aufnahmeraums verringert und die Formmasse aus dem Aufnahmeraum durch die zweite Öffnung der Buchse in die Formkavität gedrückt wird. Der hierfür erforderliche Druck ist gegenüber dem bei der herkömmlichen Spritzgießtechnologie aufzuwendenden Druck auf unter 30% reduziert, so daß einerseits kleinere Formmassenbereitungseinrichtungen einsetzbar sind und andererseits hinsichtlich der Stabilität des die Formkavität umhüllenden Werkzeuges entsprechend geringerer Aufwand zu treiben ist und deshalb seine Beschaffenheit und Komplexität in weiteren Grenzen gestaltet werden können. Nach dem Erreichen der vorderen Endstellung des Stempels, die mittels des Anschlags des Stempels am Rand der ersten Öffnung der Buchse bestimmt ist, ist das Volumen des Aufnahmeraumes im Minimum. Die Charge Formmasse befindet sich vollständig in der Formkavität, so daß die Abkühlung der Formmasse und nachfolgend der Auswurf des Werkstücks erfolgt.

Zur Erhaltung oder zum Erreichen einer geeigneten Konsistenz der Formmasse wird vorteilhafterweise der Kanal im Stempel und/oder der Aufnahmeraum beheizt, solange die Formmasse nicht vollständig in die Formkavität eingebracht ist.

Zur Kühlung des Stempels in der Buchse dient erfindungsgemäß ein an einen Kühlkreis angeschlossener, vorteilhafterweise hohlzylinderförmig zwischen der Heizung und der Mantelfläche des Stempels angeordneter Wärmetauscher. Die Kühlung erfolgt vorzugsweise mittels einer in einem Kühlkreis strömenden Flüssigkeit, wobei der Kühlkreis mit einer Regelung ausgestattet sein kann.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Kühlung der zweiten Formplatte verbessert die Formstabilität der Formkavität und damit die Qualität insbesondere der Oberfläche der zu formenden Werkstücke. Der in der zweiten Formplatte vorteilhafterweise gegenüber der zweiten Öffnung der Buchse vorzugsweise flächig angeordnete Wärmetauscher kann an den gleichen Kühlkreis wie der in dem Stempel befindliche Wärmetauscher angeschlossen sein.

Die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung zeichnet sich durch schnelle Abfuhr der entstehenden Wärme aus, indem wenigstens die Stirnfläche des Stempels und/oder der der zweiten Buchsenöffnung gegenüberliegende Bereich der zweiten Formplatte eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen und mit den Wärmetauschern thermisch gekoppelt sind.

Nachfolgend wird die Erfindung in Form eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine Dosiervorrichtung nach der Erfindung während der Dosierphase und

Fig. 2 eine Dosiervorrichtung nach der Erfindung nach Abschluß der Formgebung.

Die Darstellung in Fig. 1 zeigt einen Extruderausgang E mit einer Extruderdüse ED. Mit dem Extruderausgang E ist mittels einer Überwurfmutter M ein Stempel S fest verbunden. Der Stempel S taucht in eine erste Öffnung einer in einem Werkzeug, das aus einer ersten Formplatte PF1 und einer zweiten Formplatte PF2 besteht, sowie einer Werkzeugaufspannplatte PS eingelassenen Buchse ein. Die in der Buchse befindliche Stirnfläche des Stempels S besteht aus wärmeleitfähigem Material WS. Zwischen der ersten Formplatte PF1 und der zweiten Formplatte PF2 ist eine die Form des Werkstücks bildende Formkavität KV dargestellt, die mit der zweiten Öffnung der Buchse verbunden ist. Der Stempel S verfügt über einen Kanal K, in den die Extruderdüse ED mündet und dessen Austritt in der Stirnfläche des Stempels S vorgesehen ist. Der Kanal K ist auf nahezu seiner gesamten Länge umgeben von einer vorzugsweise regelbaren Heizung HS. Zwischen der Heizung HS und der äußeren Mantelfläche des Stempels ist ein mit einem Kühlkreis verbundener Flüssigkeitswärmetauscher KS angeordnet. Gegenüber der zweiten Öffnung der Buchse besteht die zweite Formplatte PF2 wie die Stirnfläche des Stempels S aus wärmeleitfähigem Material WF, das in thermischem Kontakt mit einem Flüssigkeitswärmetauscher KF steht, welcher an den im Zusammenhang mit der Kühlung des Stempels S genannten Kühlkreis angeschlossen ist. Da der Extruderausgang E und damit der Stempel S eine hintere Stellung einnimmt, ist zwischen der Stirnfläche des Stempels S und der Formkavität KV in der Buchse ein Aufnahmeraum A aufgespannt. Die den Aufnahmeraum A mit der Formkavität KV verbindende Öffnung ist mittels eines Schiebers SP verschlossen. In der Buchsenwandung ist in dem Bereich des Aufnahmeraumes A eine als Band ausgeführte regelbare Heizung HA angeordnet.

Die hintere Stellung des Stempels S bewirkt, daß extrudierte Formmasse durch die Extruderdüse ED mittels des von dem Extruder erzeugten Drucks in den Kanal K und den Aufnahmeraum A gelangt und auf diese Weise vordosiert wird.

Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung nach Abschluß der Formgebung. Der Unterschied zu der Dosierphase nach Fig. 1 besteht darin, daß der Stempel S eine vordere Stellung einnimmt. Die vordere Stellung des Stempels S ist das Ergebnis des Extrudervorschubs, die mittels des von der Überwurfmutter M gebildeten Anschlags an der Werkzeugaufspannplatte PS definiert ist. In der vorderen Stellung fluchtet die Stirnfläche des Stempels S mit der zweiten Öffnung der Buchse und damit mit der Formkavität KV, wobei der Schieber SP zurückgezogen ist, so daß der Aufnahmeraum A beseitigt und die Formmasse stattdessen die Formkavität KV ausfüllt. Eine Verbesserung der Gleitfähigkeit des Stempels S in der Buchse kann durch einen geringfügigen axialen Versatz des Stempels S erreicht werden, der mittels der Überwurfmutter M ausgeglichen wird. Der Stempel S wird gekühlt, indem der Wärmetauscher KS von Kühlflüssigkeit durchströmt wird. Die Kühlung des Stempels S hat in Zusammenwirkung mit der Kühlung der zweiten Formplatte PF2 im Bereich gegenüber der zweiten Öffnung der Buchse mittels des von einer Kühlflüssigkeit durchströmten Wärmetauschers KF zur Folge, daß der Formmasse Wärme entzogen und dadurch die Abkühlung des Werkstücks beschleunigt wird. Besonders wirkungsvoll vollzieht sich der Abkühlungsvorgang durch die gute Wärmeleitfähigkeit der Bereiche WS und WF. Bezugszeichenliste E Formmassenbereitungseinrichtung, Extruder

ED Ausgang, Extruderdüse

M Anschlag, Überwurfmutter

KS Wärmetauscher im Stempel

S Stempel

HS Stempelheizung

PS Werkzeugaufspannplatte

HA Aufnahmeraumheizung

PF1 erste Formplatte

PF2 zweite Formplatte

KV Formkavität

K Kanal

WS Wärmeleitmaterial an der Stempelstirnfläche

A Aufnahmeraum

WF Wärmeleitmaterial an der Formkavität

KF Wärmetauscher in der zweiten Formplatte

SP Schieber


Anspruch[de]
  1. 1. Dosiervorrichtung für Formgebungsmaschinen mit einer Formmassenbereitungseinrichtung und einer mittels einer ersten und einer zweiten Formplatte gebildeten Formkavität, die mit Formmasse ausgefüllt wird, wobei der Ausgang der Formmassenbereitungseinrichtung mit einem in seinem Volumen veränderbaren Aufnahmeraum verbunden ist, dessen größtes Volumen wenigstens dem Volumen der Formkavität entspricht, der Aufnahmeraum mittels einer Öffnung mit der Formkavität verbunden ist und in einer Buchse zwischen der Stirnfläche eines Stempels, der translatorisch beweglich in der Buchse angeordnet zum Verschieben der Formmasse aus dem Aufnahmeraum in die Formkavität dient und zur Befüllung des Aufnahmeraums mit einem durchgehenden Kanal versehen ist, und der Formkavität entsteht, wenn der Stempel eine hintere Stellung einnimmt, und die Stirnfläche des Stempels mit dem Rand der Öffnung bündig ist, wenn der Stempel eine vordere Stellung einnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (S) mit der Formmassenbereitungseinrichtung (E) mechanisch starr verbunden ist, die als Bestandteil der ersten Formplatte (PF1) ausgebildete Buchse über eine erste Öffnung, in welche der Stempel (S) eintaucht, und eine zweite Öffnung, die der ersten Öffnung gegenüber angeordnet und mit der Formkavität (KV) unmittelbar verbunden ist, verfügt, und der Stempel (S) mit einem Anschlag (M) versehen ist, der in der vorderen Endstellung des Stempels (S) auf dem die erste Öffnung der Buchse umgebenden Rand aufliegt.
  2. 2. Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (S) wenigstens an seinem freien Ende aus wärmeleitfähigem Material (WS) besteht.
  3. 3. Dosiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (S) mit einem Wärmetauscher (KS) versehen ist, der in einen Kühlkreis eingebunden ist.
  4. 4. Dosiervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (KS) wenigstens mit der Stirnfläche des Stempels (S) thermisch gekoppelt ist.
  5. 5. Dosiervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkreis mit dem eingebundenen Wärmetauscher (KS) regelbar ausgeführt ist.
  6. 6. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Formplatte (PF2) wenigstens im der zweiten Öffnung der Buchse gegenüberliegenden Bereich aus wärmeleitfähigem Material (WF) besteht.
  7. 7. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Formplatte (PF2) mit einem Wärmetauscher (KF) versehen ist, der in einen Kühlkreis eingebunden ist.
  8. 8. Dosiervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (KF) mit dem aus wärmeleitfähigem Material (WF) bestehendem Bereich der zweiten Formplatte (PF2) thermisch gekoppelt ist.
  9. 9. Dosiervorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkreis mit dem eingebundenen Wärmetauscher (KF) regelbar ausgeführt ist.
  10. 10. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Anschlag (M) des Stempels (S) eine auf den Ausgang (ED) der Formmassenbereitungseinrichtung (E) aufgeschraubte Überwurfmutter mit Schaft dient.
  11. 11. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Öffnung der Buchse mechanisch verschlossen ist, wenn der Stempel (S) die hintere Endstellung einnimmt.






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