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Dokumentenidentifikation DE10020062B4 30.09.2004
Titel Dosiervorrichtung und Dosierverfahren
Anmelder Maschinenfabrik Lauffer GmbH & Co KG, 72160 Horb, DE
Erfinder Laube, Jörg, 72160 Horb, DE;
Bronke, Dieter, 78250 Tengen, DE
Vertreter Klocke & Späth, 72160 Horb
DE-Anmeldedatum 22.04.2000
DE-Aktenzeichen 10020062
Offenlegungstag 31.10.2001
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 30.09.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.09.2004
IPC-Hauptklasse B29C 43/34

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Dosiervorrichtung und ein Dosierverfahren für eine Kunststoffpresse mit den Merkmalen der Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 5.

Zum Pressen von Kunststoff ist es bekannt, eine abgemessene Menge des Kunststoffs in schüttfähiger Form beispielsweise als Granulat in eine Kavität eines geöffneten Presswerkzeugs einzubringen und anschließend durch Schließen des Werkzeugs zu einem Halbzeug oder Fertigteil zu pressen. Das Werkzeug ist beheizt, um den Kunststoff auf eine Erweichungs- und Aushärtungstemperatur zu erwärmen. Dies hat den Nachteil, dass das Werkzeug so lange geschlossen bleiben muss, bis der Kunststoff auf die Erweichungs- und Aushärtungstemperatur erwärmt ist. Zwar ist es bekannt, den Kunststoff vor dem Einbringen in das Werkzeug vorzuwärmen, um die Aufwärmzeit im Werkzeug zu verkürzen, jedoch kann der Kunststoff nur auf Temperaturen bis ungefähr 60° C vorgewärmt werden, da er bei höheren Temperaturen bereits zu verbacken beginnt und damit nicht mehr schüttfähig und dem Werkzeug nicht mehr dosiert zuführbar ist. Das Verbacken ist vom Aushärten des Kunststoffs zu unterscheiden, das erst bei höheren Temperaturen von ungefähr 140° C und mehr stattfindet. Beim Verbacken verkleben die Kunststoffteilchen des schüttfähigen Kunststoffs miteinander, wobei die Teilchengrenzen bestehen bleiben und die Kunststoffteilchen noch nicht zu einer homogenen Masse verschmelzen. Trotz Vorwärmung muss also der Kunststoff im geschlossenen Werkzeug von der Vorwärmtemperatur, die durch das Verbacken der Kunststoffteilchen begrenzt ist, auf die Erweichungs- und Aushärtungstemperatur erwärmt werden. Eine Verkürzung der Schließdauer des Werkzeugs ist durch Vorwärmung des Kunststoffs nur begrenzt möglich.

Zur Dosierung des Kunststoffs ist es bekannt, den schüttfähigen Kunststoff in eine Dosierkammer einzufüllen, deren Volumen auf die Kavität des Press- und Formwerkzeugs abgestimmt ist. Aus der Dosierkammer wird die abgemessene Kunststoffmenge beispielsweise mittels eines Schiebers in die Kavität des geöffneten Werkzeugs geschoben. Die Dosierkammer hat den Nachteil, dass die Anpassung ihres Volumens an die Kavität aufwendig ist. Weiterer Nachteil ist, dass eine Änderung des Volumens der Dosierkammer, die beispielsweise wegen einer Abnutzung des Werkzeugs erforderlich werden kann, ebenfalls aufwendig ist. Zusätzlicher Nachteil der Dosierkammer ist, dass ihr Volumen unveränderlich und damit nicht an eine andere Kavität eines anderen Werkzeugs anpassbar ist. Es ist deswegen für jede Kavität eine eigene Dosierkammer erforderlich.

Aus der Zeitschrift Kunststoffe 67 (1977) Heft 1, Seite 16 ist ein Vorplastifiziergerät für Duroplast-Pressen bekannt, das ein hydraulisch angetriebenes Schneckenaggregat und eine Heizung aufweist. Zur Dosierung wird der im Vorplastifiziergerät bereits plastifizierte Kunststoff mit einer hydraulisch betätigten Absperr- und Trennvorrichtung am vorderen Ende eines Schneckenzylinders des Schneckenaggregats abgetrennt. Die Plastifizierung des Kunststoffs außerhalb der Presse und vor dem Pressen hat den Nachteil, dass die fertigen Kunststoffteile eine schlechtere Oberflächengüte und erhöhte innere Spannungen aufweisen. Weiterer Nachteil ist, dass eine Kavität eines Werkzeugs so an den als Strang aus dem Vorplastifiziergerät austretenden, bereits plastifizierten Kunststoff angepasst sein muss, dass der Kunststoff nicht aus der Kavität vorsteht. Die Formgebung der gepressten Kunststoffteile ist dadurch stark eingeschränkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dosiereinrichtung für eine Kunststoffpresse vorzuschlagen, mit der eine Verkürzung der Schließdauer eines Presswerkzeugs der Kunststoffpresse sowie eine einfache Einstellung (Dosierung) einer der Kunststoffpresse in einem Presszyklus zugeführten Kunststoffmenge möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 5 gelöst. Die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist eine Schnecke zum Fördern von Kunststoff auf. Zur Dosierung wird die Schnecke eine bestimmte Anzahl Umdrehungen (Voll- und/oder Teilumdrehungen) rotierend angetrieben und dadurch eine bestimmte Kunststoffmenge gefördert. Zur Anpassung an die Kavität eines Presswerkzeugs lässt sich die geförderte/dosierte Kunststoffmenge einfach, genau und fein durch Erhöhen oder Verringern der Anzahl der Umdrehungen der Schnecke einstellen. Da die Anzahl der Umdrehungen der Schnecke von der Zeitdauer ihrer Rotation abhängig ist, kann die dosierte Kunststoffmenge anstatt unmittelbar über die Anzahl der Umdrehungen der Schnecke auch mittelbar über die Zeitdauer ihrer Rotation bestimmt werden. Die Schnecke ermöglicht eine einfache Anpassung der dosierten Kunststoffmenge an die Kavität des Werkzeugs auch bei Abnutzung des Werkzeugs. Des weiteren ist es unschwer und schnell möglich, die dosierte Kunststoffmenge an eine andere Kavität eines anderen Werkzeugs durch Änderung der Anzahl der Umdrehungen der Schnecke beim Fördern zu ändern. Vorzugsweise wird die Anzahl der Umdrehungen der Schnecke für jedes Werkzeug, für das die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung verwendet wird, gespeichert, so dass nach einem Werkzeugwechsel nur die entsprechende Anzahl an Umdrehungen oder die Rotationsdauer abgerufen werden muss. Die Schnecke der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung wird vorzugsweise kurz vor dem Öffnen des Werkzeugs um die entsprechende Anzahl Umdrehungen oder für die entsprechende Zeitdauer rotierend angetrieben, so dass der von der Schnecke geförderte und dosierte Kunststoff unmittelbar beim Öffnen des Werkzeugs zur Verfügung steht und nach dem Entformen des vorherigen Werkstücks in die Kavität des Werkzeugs verbracht werden kann.

Des weiteren weist die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung eine Heizung im Bereich der Schnecke auf, mit der der Kunststoff in der Dosiervorrichtung auf eine Vorwärmtemperatur erwärmt wird, die vorzugsweise oberhalb einer Verbackungstemperatur und unterhalb der Erweichungs- und Aushärtungstemperatur des Kunststoffs liegt. Durch die Heizung wird der schüttfähig zugeführte Kunststoff in der Dosiervorrichtung so weit erwärmt, dass die einzelnen Kunststoffteilchen während des Förderns mit der Schnecke miteinander Verbacken. Um den Kunststoff nach dem Fördern wieder in eine schütffähige Form zu bringen, weist die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung einen Zerkleinerer auf, der der Schnecke in Förderrichtung nachgeschaltet ist und der den Kunststoff nach dem Austritt aus der Schnecke in schüttfähige Teilchen zerkleinert. Die auf eine Temperatur über der Verbackungstemperatur erwärmten Teilchen der dosierten Kunststoffmenge werden vorzugsweise unmittelbar nach ihrem Austritt aus der Dosiervorrichtung beispielsweise mittels eines Schieber in die Kavität des geöffneten Presswerkzeugs eingebracht. Da der Kunststoff in der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung außerhalb des Presswerkzeugs auf eine Temperatur oberhalb der Verbackungstemperatur erwärmt wird, verkürzt sich die Zeitdauer zur Erwärmung des Kunststoff im Presswerkzeug und damit die Schließdauer des Presswerkzeugs, wodurch sich die Zykluszeit beim Kunststoffpressen verkürzt.

Weiterer Vorteil der Erfindung ist die einfache Dosierbarkeit, insbesondere die einfache Einstellung und Anpassung der dosierten Kunststoffmenge. Zusätzlicher Vorteil ist die einfache und schnelle Änderung der dosierten Kunststoffmenge zur Anpassung an ein anderes Werkzeug durch Ändern der Anzahl der Umdrehungen, die die Schnecke für eine Befüllung einer Kavität eines Werkzeugs ausführt.

Der Zerkleinerer kann beispielsweise ein oder mehrere, am Austritt der Schnecke angeordnete, rotierende Messer aufweisen. Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist ein plattenförmiges Zerkleinerungselement vorgesehen, das Durchtrittsöffnungen für den mit der Schnecke geförderten Kunststoff aufweist. Das plattenförmige Zerkleinerungselement ist in seiner Ebene beweglich, wodurch der durch die Durchtrittsöffnungen des Zerkleinerungselements durchtretende Kunststoff in schüttfähige Teilchen zerkleinerbar ist. Das Zerkleinerungselement kann beispielsweise eine rotierend antreibbare Scheibe sein. Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Zerkleinerungselement als hin- und her beweglicher Schieber ausgebildet, der quer zur Schnecke verschieblich an deren Austritt angeordnet ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine erfindungsgemäße Dosiervorrichtung in Draufsicht (1), Seitenansicht ( 2) und in Stirnansicht (3) sowie eine vergrößerte Einzelheitdarstellung (4).

Die in der Zeichnung dargestellte, erfindungsgemäße, insgesamt mit 10 bezeichnete Dosiervorrichtung für eine nicht dargestellte Kunststoffpresse weist zwei Schnecken 12 auf, die getrennt voneinander in eigenen Bohrungen 14 in einem Gehäuse 16 drehbar gelagert sind. Über je eine Gelenkwelle 18 sind die beiden Schnecken 12 unabhängig voneinander von je einem eigenen Elektromotor 20 rotierend antreibbar. An einem den Gelenkwellen 18 zugewandten Ende der Schnecken 12 weist das Gehäuse 16 eine Einfüllöffnung 22 für jede der beiden Schnecken 12 auf.

Das Gehäuse 16 ist mit einer Heizung 24 ausgebildet. Die Heizung 24 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Anzahl Heizstäbe 24 (1) auf, die parallel zu den Schnecken 12 um die Schnecken 12 herum im Gehäuse 16 angeordnet sind.

An einem Austritt an einem den Einfüllöffnungen 22 fernen Ende der Schnecken 12 münden die Bohrungen 14 des Gehäuses 16, in denen die Schnecken 12 einliegen, in Fallrohre 26, die zu nicht dargestellten Schiebern führen, von denen mit den Schnecken 12 geförderter und dosierter Kunststoff in Kavitäten eines geöffneten Presswerkzeugs der nicht dargestellten Kunststoffpresse verbringbar ist.

Am Austritt der Schnecken 12 ist ein in 4 vergrößert dargestellter Zerkleinerer 28 angeordnet. Der Zerkleinerer 28 weist einen Schieber 30 aus Blech auf, der querstehend zu den Schnecken 12 an deren Enden angeordnet und quer zu den Schnecken 12 verschiebbar am Gehäuse 16 geführt ist. Der Schieber 30 weist Durchtrittsöffnungen in Form ovaler, senkrecht zur Schieberichtung des Schiebers 30 stehender Schlitze 32 auf (vgl. 3, in der der Erkennbarkeit des Schiebers 30 wegen die Fallrohre 26 weggelassen sind). Die Schlitze 32 sind mit Fasen 34 auf ihren den Schnecken 12 zugewandten Seiten versehen, so dass sie auf dieser Seite scharfkantig sind.

Zum Antrieb weist der Schieber 30 einen Elektromotor 36 auf, der an ein Getriebe 38 angeflanscht ist (1). An einer Ausgangswelle 40 des Getriebes 38 ist ein Exzenter 42 angebracht. Der Exzenter 42 wird im dargestellten Ausführungsbeispiel von einer Schraube gebildet, die achsparallel und exzentrisch an der Ausgangswelle 40 des Getriebes 38 befestigt ist. Der Exzenter 42 durchgreift ein ovales Loch 44 (3), dass in einem Ende des Schiebers 30 quer zu dessen Verschieberichtung angebracht ist. Bei Rotation der Ausgangswelle 40 des Getriebes 38 bewegt sich der Exzenter 42 auf einer Kreisbahn und damit im Ovalloch 44 des Blechschiebers 30 auf und ab. Zugleich wird durch die Kreisbewegung des Exzenters 42 der Blechschieber 30 quer zu den Schnecken 12 hin und her geschoben.

Die Funktion der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung 10 und der Ablauf des erfindungsgemäßen Dosierverfahrens ist Folgender: Ein der nicht dargestellten Kunststoffpresse dosiert zuzuführender Kunststoff wird der Dosiervorrichtung 10 durch die Einfüllöffnungen 22 in schüttfähiger Form zugeführt. Der Kunststoff wird nachfolgend als Granulat bezeichnet ohne dass dadurch die Erfindung auf diese Form schüttfähigen Kunststoffs eingeschränkt werden soll. Da für das Kunststoffpressen überwiegend Duroplaste verwendet werden, wird deswegen die Erfindung anhand von Duroplasten erläutert. Die Erfindung ist außer für Duroplaste auch für andere Kunststoffe wie beispielsweise Thermoplaste anwendbar.

Zur Förderung und zum Dosieren des Granulats werden die Schnecken 12 für eine bestimmte und einstellbare Anzahl an Voll- und/oder Teilumdrehungen angetrieben. Da die Anzahl der Umdrehungen der Schnecken 12 von der Zeitdauer ihres rotierenden Antrieb mit den Elektromotoren 20 abhängt kann anstelle unmittelbar der Anzahl der Umdrehungen auch die Zeitdauer des rotierenden Antriebs eingestellt werden. Jede Schnecke 12 fördert bei einer bestimmten Anzahl an Umdrehungen eine bestimmte und damit dosierte Kunststoffmenge. Die Kunststoffmenge ist durch Einstellung der Anzahl der Umdrehungen der Schnecken 12 um Bruchteile einer vollen Umdrehung oder der Zeitdauer des rotierenden Antriebs der Schnecken 12 auf Bruchteile einer Sekunde genau und fein einstellbar. Dabei ist die Anzahl der Umdrehungen jeder Schnecke 12 unabhängig voneinander einstellbar, so dass mit jeder Schnecke 12 einer unterschiedliche Menge Kunststoff für jeweils eine Kavität dosiert werden kann.

Das Fördern des Kunststoffs mit den Schnecken 12 ist zeitlich so auf ein Öffnen des nicht dargestellten Presswerkzeugs abgestimmt, dass der dosierte Kunststoff während oder kurz vor dem Öffnen des Werkzeugs zum Werkzeug gelangt und nach Entformen des zuvor gepressten Werkstücks in die jeweilige Kavität verbracht werden kann.

Mit den Heizstäben 24 wird das Gehäuse 16 so erwärmt, dass der mit den Schnecken 12 geförderte Kunststoff auf eine Temperatur oberhalb einer sog. Verbackungstemperatur und unterhalb einer Erweichungs- und Aushärtungstemperatur des Kunststoffs erwärmt wird. Durch den Druck beim Fördern des Kunststoffs verbacken die Teilchen des Kunststoff-Granulats oberhalb der Verbackungstemperatur miteinander, d. h. die Kunststoffteilchen haften oder kleben aneinander. Allerdings findet in der Dosiervorrichtung 10 kein Verschmelzen der Kunststoffteilchen statt, da die Temperatur unterhalb der Erweichungs- und Aushärtungstemperatur des Kunststoffs liegt.

Da die miteinander verbackenen Kunststoffteilchen nicht schüttfähig sind, wird der Kunststoff am Austritt der Dosiervorrichtung 10 mit dem Zerkleinerer 28 zerkleinert. Zum Zerkleinern wird der Schieber 30 von seinem Elektromotor 36 zu einer quer zu den Schnecken 12 hin- und hergehenden Verschiebebewegung angetrieben. Der von den Schnecken 12 durch die Durchtrittsöffnungen 32 des Schiebers 30 geförderte, miteinander verbackene Granulatteilchen aufweisende Kunststoff wird dabei in schüttfähige Teilchen zerkleinert, die in die Fallrohre 26 fallen. Durch die Erwärmung des Kunststoffs in der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung 10 auf eine Temperatur, die knapp unterhalb der Erweichungs- und Aushärtungstemperatur des Kunststoffs liegen kann, braucht der Kunststoff beim Pressen im Presswerkzeug nur noch wenig auf die Erweichungs- und Aushärtungstemperatur erwärmt werden, wodurch sich die Schließdauer des Presswerkzeugs und damit die Zykluszeit der nicht dargestellten Kunststoffpresse verkürzt.

Der Schieber 30 des Zerkleinerers 28 kann kontinuierlich angetrieben werden, sich also auch bei Stillstand beider Schnecken 12 bewegen. Es ist auch denkbar, den Schieber 30 nur während des Laufs mindestens einer Schnecke 12 anzutreiben.


Anspruch[de]
  1. Dosiervorrichtung für eine Kunststoffpresse, wobei die Dosiervorrichtung eine Schnecke zum Fördern von Kunststoff und eine Heizung im Bereich der Schnecke aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schnecke (12) in Förderrichtung ein Zerkleinerer (28) nachgeschaltet ist.
  2. Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zerkleinerer (28) an einem Austritt der Schnecke (12) angeordnet ist.
  3. Dosiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zerkleinerer (28) ein plattenförmiges, in seiner Ebene bewegliches, Durchtrittsöffnungen (32) für den Kunststoff aufweisendes Zerkleinerungselement (30) aufweist.
  4. Dosiervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zerkleinerungselement (30) ein Schieber (32) ist.
  5. Verfahren zum Betrieb einer Dosiervorrichtung für eine Kunststoffpresse, wobei die Dosiervorrichtung eine Schnecke zum Fördern von Kunststoff, der in Förderrichtung ein Zerkleinerer nachgeschaltet ist, und eine Heizung im Bereich der Schnecke aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kunststofffördermenge (Dosiermenge) durch Einstellen einer Anzahl an vollen Umdrehungen und/oder Teilumdrehungen der Schnecke (12) je Presszyklus der Kunststoffpresse eingestellt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl an Umdrehungen durch Einstellung einer Zeitdauer eines rotieren Antriebs der Schnecke (12) eingestellt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Schnecke (12) geförderter Kunststoff durch Erwärmen mit der Heizung (24) auf eine Temperatur oberhalb einer Verbackungstemperatur und unterhalb einer Erweichungs- und Aushärtungstemperatur des geförderten Kunststoffs erwärmt wird.
Es folgen 4 Blatt Zeichnungen






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