AT519152A1

AT519152A1 - Einspritzeinheit

Info

Publication number: AT519152A1
Application number: ATA50913/2016A
Authority: AT
Inventors: Ing Florian Porod Dipl; Dipl Ing Günter Schott (Fh)
Original assignee: Engel Austria Gmbh
Priority date: 2016-10-10
Filing date: 2016-10-10
Publication date: 2018-04-15
Also published as: AT519152B1

Abstract

Einspritzeinheit für eine Formgebungsmaschine mit - einem Massezylinder (2), in welchem Kunststoff plastifizierbar ist, - einer ersten Öffnung (3) im Massezylinder (2), mittels welcher der Kunststoff einem Innenraum (4) des Massezylinders (2) zuführbar ist, - Heizbändern (5), welche um den Massezylinder (2) herum angeordnet sind, sowie - einer Temperiermanschette (6) zur Temperierung – insbesondere Kühlung – eines Abschnitts des Massezylinders (2), wobei die Temperiermanschette (6) einen Einfüllstutzen (7) mit einer zweiten Öffnung (8) aufweist, welche zweite Öffnung (8) die erste Öffnung (3) überlappt, wobei die Temperiermanschette (6) einen manschettenförmigen Fortsatz (9) aufweist, der sich vom Einfüllstutzen (7) entlang des Massezylinders (2) in Richtung der Heizbänder (5) erstreckt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einspritzeinheit für eine Formgebungsmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Gattungsgemäße Einspritzeinheiten umfassen einen Massezylinder, in welchem Kunststoff plastifizierbar ist, eine erste Öffnung im Massezylinder, mittels welcher der Kunststoff einem

Innenraum des Massezylinders zuführbar ist,

Heizbänder, welche um den Massezylinder herum angeordnet sind, sowie eine Temperiermanschette zur Temperierung - insbesondere Kühlung - eines Abschnitts des Massezylinders, wobei die Temperiermanschette einen Einfüllstutzen mit einer zweiten Öffnung aufweist, welche zweite Öffnung die erste Öffnung überlappt.

Je nach Kunststoff kann eine Temperierung des Massezylinders in Form einer Kühlung oder einer Heizung im Bereich der Temperiermanschette erforderlich sein. Durch die benachbarte Anordnung der Temperiermanschette und der Heizbänder kommt es zu einem Wärmetransport zwischen der Temperiermanschette und den benachbarten Heizbändern.

Dies kann den nachteiligen Effekt haben, dass der zu plastifzierende Kunststoff im Bereich der Temperiermanschette und der Einzugszone (bei Verwendung einer Plastifizierschnecke) teilweise schmilzt und verklebt. Im häufig eingesetzten Fall eines Kunststoffgranulats - also eines körnigen Materials - ändert sich dadurch die Korngröße, was das Einzugsverhalten in unvorhersehbarer Weise beeinflusst. Es kann sogar zu einem Verlegen des Einfüllstutzens durch den aufgeschmolzenen Kunststoff kommen.

Zusammengefasst könne bei Einspritzeinheiten gemäß des Standes der Technik folgende Problematiken festgestellt werden:

Geringe Temperaturflexibilität im Bereich der Temperiermanschette und insbesondere des Einfüllstutzens.

Unvorhersehbare Beeinflussung des Einzugsverhaltens und in weiterer Folge des gesamten Plastifizierprozesses durch inadäquate Temperaturen im Bereich der Temperiermanschette (und der Einzugszone).

Der optimale Temperaturgradient ab der Temperiermanschette wird nicht erreicht.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch eine Einspritzeinheit für eine Formgebungsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dies geschieht durch einen manschettenförmigen Fortsatz der Temperiermanschette, welcher sich vom Einfüllstutzen entlang des Massezylinders in Richtung der Fleizbänder erstreckt.

Die Erfindung kann bevorzugt bei Formgebungsmaschinen in Form von Spritzgießmaschinen eingesetzt werden. Aber auch der Einsatz bei Spritzpressen, Pressen und dergleichen ist vorstellbar.

Ein Vorteil der Erfindung ist die Möglichkeit, die Temperaturen im Bereich der Temperiermanschette und insbesondere des Einfüllstutzens in einem größeren Bereich zu variieren. Anders ausgedrückt, kann es durch die Erfindung erreicht werden, den Temperaturgradienten von der ersten bzw. der zweiten Öffnung zu den Fleizbändern in einem weiteren Bereich einzustellen und somit ideal auf praktisch jeden zu verarbeitenden Kunststoff angepasst werden kann.

Durch diese erhöhte Temperaturflexibilität am Einfüllstutzen bzw. in der Einzugszone wird natürlich auch das Einzugsverhalten positiv beeinflusst und letztlich kann die Plastifizierleistung gesteigert werden.

Die Erfindung kann für Dosier-Anwendungen und bei Anordnungen mit Shooting-Pot und dergleichen zum Einsatz kommen.

Weitere vorteilhafte Aspekte sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Die Temperiermanschette und/oder der Fortsatz können den Massezylinder im Wesentlichen vollständig umgeben, wobei unter Umständen kleine Klemmspalte und dergleichen bestehen können. Dadurch wird eine gleichmäßige Temperierung des entsprechenden Bereichs des Massezylinders erreicht.

Die Heizbänder können spiralförmig und/oder manschettenförmig um den Massezylinder gewunden sein. Auch dies ist einer gleichförmigen Temperierung des Massezylinders zuträglich. Es ist beispielsweise aber auch denkbar, mehrere Heizbänder, welche parallel zum Massezylinder ausgerichtet sind, um denselben herum anzuordnen.

Ein erster Temperatursensor im Bereich der Temperiermanschette kann vorgesehen sein, welcher erste Temperatursensor vorzugsweise im Wesentlichen an einer axialen Position entlang des Massezylinders angeordnet ist, die einer den Heizbändern am nächsten liegenden Innenkante der ersten Öffnung entspricht. Ein zweiter Temperatursensor kann im Bereich der Heizbänder vorgesehen sein. Das Vorhandensein der Temperatursensoren ermöglicht es, die Temperatur des Massezylinders bzw. des Kunststoffs im Innenraum des Massezylinders zu regeln. Hierfür kann eine Regeleinrichtung vorgesehen sein, welche zur Regelung einer Heizleistung der Heizbänder ausgebildet ist, wobei Messwerte des zweiten Temperatursensors als rückgeführte Größe für die Regelung dienen.

Untersuchungen der Anmelderin haben ergeben, dass die Temperaturflexibilität an der Temperiermanschette und der Gradient in der Erhitzungszone besonders vorteilhaft sind, wenn ein Verhältnis eines Abstandes zwischen dem ersten Temperatursensor und dem zweiten Temperatursensor und eines Innendurchmessers des Massezylinders zwischen 2 und 7, bevorzugt zwischen 2,5 und 6 und besonders bevorzugt zwischen 3 und 5, beträgt.

Ebenfalls besonders vorteilhaft kann es vorgesehen sein, dass die Messwerte des zweiten Temperatursensors ausschließlich als rückgeführte Größe für die Regelung von Heizbändern herangezogen werden, welche zwischen der Temperiermanschette und dem zweiten Temperatursensor angeordnet sind. Dadurch wird vermieden, dass in der ersten Temperierzone Kunststoff überhitzt, was zur Degradation führen würde. Denn bei erhöhter Temperatur nach den Temperatursensoren im Massezylinder könnte die Regelung natürlich nicht reagieren, da der zweite Temperatursensor die erhöhte Temperatur aufgrund seiner Anordnung nicht erfassen kann.

Grundvoraussetzung für eine optimale Temperaturflexibilität ist natürlich eine ausreichende Kühl- bzw. Heizleistung der Kühlmanschette. Für sich alleine kann dies jedoch nicht immer ausreichen.

Auch die Wärmeleitung zwischen der Temperiermanschette und dem Massezylinder im Bereich der Heizbänder muss in ausreichendem Maße gegeben sein. Zur Optimierung desselben kann es vorteilhaft vorgesehen sein, wenn ein Verhältnis zwischen einer Länge des Fortsatzes - gemessen von einer den Heizbändern am nächsten liegenden Vorderkante des Fortsatzes bis zu einer den Heizbändern am nächsten liegenden Innenkante der ersten Öffnung - und einem Außendurchmesser des Massezylinders zwischen 0,2 und 0,6, bevorzugt zwischen 0,3 und 0,5 und besonders bevorzugt zwischen 0,39 und 0,45, beträgt.

Die Temperiermanschette kann zumindest einen Temperierkanal aufweisen, welcher zur Leitung von Temperiermedium durch die Temperiermanschette geeignet ist. Natürlich sind auch andere Möglichkeiten der Temperierung in Verbindung mit der Erfindung einsetzbar.

Um die Kühlleistung der Kühlmanschette an den geforderten Temperaturgradient zwischen erstem Temperatursensor und zweitem Temperatursensor anpassen zu können, kann eine Regelung der Kühlleistung vorgesehen sein.

Die Regelung der Kühlleistung kann durch die Änderung der Durchflussmenge oder der Temperatrur des Temperiermediums (bevorzugt Wasser, Öl) durch die Temperiermanschette erreicht werden.

Die Änderung der Durchflussmenge kann mit einem Schaltventil (ein/aus) oder mit einem stufenlos regelbaren Ventil erfolgen. Die Ansteuerung dieser Ventile kann mit einer Steuervorrichtung erfolgen. Die Steuervorrichtung kann direkt durch eine zentrale Maschinensteuerung oder über eine externe Steuerung, die mit der Maschine gekoppelt ist, realisiert werden.

Im Vorlauf und oder Rücklauf der Temperierleitung können auch Sensoren (z.B. Durchfluss, Temperatur und/oder Druck) angeordnet sein. Diese Sensoren können für eine optimierte Regelung der Kühlleistung herangezogen werden.

Als Fördervorrichtung für den benötigten Druck des Temperiermediums kann z.B. eine eigene Pumpe, ein Temperiergerät, ein Betriebsnetz oder ein öffentlichen Netz dienen

Die Kühlleistung kann durch verschiedene Beblendungen im Vor- und oder Rücklauf einstellbar sein. Für ein besonders reibungsloses Befüllen des Massezylinders mit Kunststoff kann es vorgesehen sein, dass die erste Öffnung und die zweite Öffnung - vorzugsweise im Wesentlichen exakt - fluchten. Dadurch werden Stufen und dergleichen vermieden, die ein Befüllen des Massezylinders behindern können.

Schutz wird ebenfalls für eine Formgebungsmaschine mit einer erfindungsgemäßen Einspritzeinheit begehrt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der Figuren sowie der dazugehörigen Figurenbeschreibung. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2a eine analoge Figur zur Figur 1, wobei Dimensionen verdeutlicht sind,

Fig. 2b ein Diagramm zur Darstellung der erhöhten Flexibilität bei

Temperaturen und Temperaturgradienten, wie Sie erfindungsgemäß erreicht werden können sowie

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Formgebungsmaschine im Bereich der

Einspritzeinheit.

Figur 1 zeigt eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Einspritzeinheit 1.

Sie umfasst zunächst den Massezylinder 2, in dessen Innenraum 4 beispielsweise eine Plastifizierschnecke (schräge Gänge der Plastifizierschnecke erkennbar) zum Einsatz kommen kann, um Kunststoff - vorzugsweise in Form von Granulat -aufzuschmelzen bzw. zu plastifizieren (alternativ kann statt der Plastifizierschnecke beispielsweise ein Kolben zum Plastifizieren des Kunststoffs zum Einsatz kommen).

Der Massezylinder 2 besitzt eine erste Öffnung 3, über welche dem Innenraum 4 Kunststoff zugeführt werden kann. Im Bereich der ersten Öffnung 3 ist eine Temperiermanschette 6 mit einem Einfüllstutzten 7 angeordnet. Im Einfüllstutzen 7 befindet sich eine zweite Öffnung 8. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel fluchten die erste Öffnung 3 und die zweite Öffnung 8, wodurch das Einfüllen von Kunststoff in den Massezylinder 2 ohne Behinderung vonstattengeht.

Entlang des Massezylinders 2 sind dann Heizbänder 5 angeordnet. Diese sind manschettenförmig um den Massezylinder 2 gewunden. Die Heizbänder 5 umgeben den Massezylinder 2 fast vollständig, wobei nur eine Öffnung durch einen (oder mehrere) Klemmspalt auftritt.

Die Heizleistung der Heizbänder 5 wird mittels einer Regeleinrichtung 14 geregelt. Dabei sind die beiden Heizbänder 5, welche der Temperiermanschette 6 am nächsten liegen zu einer ersten Temperierzone zusammengefasst. Als rückgeführte Größe für die erste Temperierzone dienen Messwerte des zweiten Temperatursensors 12. Nachfolgende Temperierzonen werden mittels weiterer nicht dargestellter Temperatursensoren geregelt.

Der erste Temperatursensor 11 ist im Bereich der Temperiermanschette angeordnet. Genauer ausgedrückt entspricht die Position des ersten Temperatursensors 11 einer axialen Position (entlang des Massezylinders 2), die die Innenkante 13 der ersten Öffnung 3, welche den Heizbändern 5 am nächsten liegt, einnimmt.

Durch den ersten Temperatursensor 11 ist also die Temperatur des Massezylinders 2 bzw. des Kunststoffs in diesem Bereich erfassbar. Dadurch kann der Gradient im Bereich der ersten Temperierzone, das heißt zwischen erstem Temperatursensor 11 und zweitem Temperatursensor 12 überwacht werden.

Die Temperiermanschette 6 weist einen manschettenförmigen Fortsatz 9 auf. Dieser erlaubt es, die geometrischen Verhältnisse so anzupassen, dass die Temperaturen im Bereich des ersten Temperatursensors 11 im Vergleich zum Stand der Technik in einem weitaus breiteren Bereich einstellbar sind (vergleiche hierzu auch die Figuren 2a und 2b sowie die Beschreibung dazu).

Figur 2a entspricht Figur 1 im Wesentlichen, wobei verschiedene Dimensionen verdeutlicht wurden und der Übersichtlichkeit halber die Bezugszeichen und die Regelung weggelassen wurden.

Der Abstand zwischen dem ersten Temperatursensor 11 und dem zweiten Temperatursensor 12 ist mit Si bezeichnet. Der Innendurchmesser des Massezylinders 2 ist mit Ds bezeichnet. Der erfindungsgemäße Fortsatz 9 erlaubt es, das Verhältnis dieser beiden Größen optimal anzupassen, um den Temperaturgradienten in der ersten Temperierzone so weit wie möglich variieren zu können.

Der Außendurchmesser des Massezylinders 2 ist als Dz bezeichnet. Die Länge des Fortsatzes 9 ist als Y bezeichnet, wobei die Länge des Fortsatzes von der Innenkante 13, welche den Heizbändern 5 am nächsten liegt, bis zum vorderen Ende des Fortsatzes 9 gemessen wird.

Durch eine entsprechende Wahl des Verhältnisses von Y und Dz kann der Wärmetransport zwischen Kühlmanschette 6 und jenem Bereich des Massezylinders 2, in welchem die Heizbänder 5 angeordnet sind, optimiert werden.

Schließlich sind in Figur 2a die Temperierkanäle 15 eingezeichnet. Diese sind zwar im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 nicht eingezeichnet, aber vorhanden.

Figur 2b ist eine Darstellung möglicher Temperaturverläufe im entsprechenden Bereich des Massezylinders 2. Das heißt der Ursprung des Koordinatensystems stellt die Temperatur am zweiten Temperatursensor 12 dar. Die vertikale gestrichelte Linie weiter rechts davon entspricht der Temperatur im ersten Temperatursensor 11. Ti bezeichnet die Temperatur am zweiten Temperatursensor 12 und Tj bezeichnet die Temperatur am ersten Temperatursensor 11. Die Erfindung ermöglicht es, diese Temperatur Tj weiter zu variieren als im Stand der Technik, was durch das Intervall ΔΤτ verdeutlicht ist.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das hier dargestellt Ausführungsbeispiel beschränkt. Beispielsweise muss als Massezylinder 2 nicht ein Zylinder mit kreisförmigen Innen- und Außenquerschnitten zum Einsatz kommen. Insbesondere bei der Verwendung eines Kolbens zum Plastifizieren kann prinzipiell jede Grundfläche, welche zylindrisch eine Kunststoffsäule beherbergen kann zum Einsatz kommen.

In Fig. 3 ist eine erfindungsgemäße Formgebungsmaschine im Bereich der Einspritzeinheit 1 dargestellt.

Claims

Patentansprüche:

1. Einspritzeinheit für eine Formgebungsmaschine mit - einem Massezylinder (2), in welchem Kunststoff plastifizierbar ist, - einer ersten Öffnung (3) im Massezylinder (2), mittels welcher der Kunststoff einem Innenraum (4) des Massezylinders (2) zuführbar ist, - Heizbändern (5), welche um den Massezylinder (2) herum angeordnet sind, sowie - einer Temperiermanschette (6) zur Temperierung - insbesondere Kühlung -eines Abschnitts des Massezylinders (2), wobei die Temperiermanschette (6) einen Einfüllstutzen (7) mit einer zweiten Öffnung (8) aufweist, welche zweite Öffnung (8) die erste Öffnung (3) überlappt, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiermanschette (6) einen manschettenförmigen Fortsatz (9) aufweist, der sich vom Einfüllstutzen (7) entlang des Massezylinders (2) in Richtung der Heizbänder (5) erstreckt.
2. Einspritzeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiermanschette (6) und/oder der Fortsatz (9) den Massezylinder (2) im Wesentlichen vollständig umgibt.
3. Einspritzeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizbänder (5) spiralförmig und/oder manschettenförmig um den Massezylinder (2) gewunden sind.
4. Einspritzeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Temperatursensor (11) im Bereich der Temperiermanschette (6) vorgesehen ist, welcher erste Temperatursensor (11) vorzugsweise im Wesentlichen an einer axialen Position entlang des Massezylinders (2) angeordnet ist, die einer den Heizbändern am nächsten liegenden Innenkante (13) der ersten Öffnung (3) entspricht.
5. Einspritzeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Temperatursensor (12) im Bereich der Heizbänder (5) vorgesehen ist.
6. Einspritzeinheit nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis eines Abstandes (Si) zwischen dem ersten Temperatursensor (11) und dem zweiten Temperatursensor (12) und eines Innendurchmessers (Ds) des Massezylinders (2) zwischen 2 und 7, bevorzugt zwischen 2,5 und 6 und besonders bevorzugt zwischen 3 und 5, beträgt.
7. Einspritzeinheit nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regeleinrichtung (14) vorgesehen ist, welche zur Regelung einer Heizleistung solcher Heizbänder (5) ausgebildet ist, die in einem von der Temperiermanschette (6) zum zweiten Temperatursensor (12) reichenden Bereich des Massezylinders (2) angeordnet sind, wobei Messwerte des zweiten Temperatursensors (12) als rückgeführte Größe für die Regelung dienen.
8. Einspritzeinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte des zweiten Temperatursensors (12) ausschließlich als rückgeführte Größe für die Regelung von Heizbändern (5) herangezogen wird, welche zwischen der Temperiermanschette (6) und dem zweiten Temperatursensor (12) angeordnet sind.
9. Einspritzeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis zwischen einer Länge (Y) des Fortsatzes (9) - gemessen von einer den Heizbändern (5) am nächsten liegenden Vorderkante des Fortsatzes (9) bis zu einer den Heizbändern (5) am nächsten liegenden Innenkante (13) der ersten Öffnung (3) - und einem Außendurchmesser (Dz) des Massezylinders (2) zwischen 0,2 und 0,6, bevorzugt zwischen 0,3 und 0,5 und besonders bevorzugt zwischen 0,39 und 0,45, beträgt.
10. Einspritzeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiermanschette (6) zumindest einen Temperierkanal (15) aufweist, welcher zur Leitung von Temperiermedium durch die Temperiermanschette (6) geeignet ist.
11. Einspritzeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Öffnung (3) und die zweite Öffnung (8) fluchten.
12. Formgebungsmaschine mit einer Einspritzeinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.