DE10056650B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Zuführung von Fluiden in eine viskose Masse - Google Patents

Abstract

Verfahren zur taktmäßigen Zuführung von Fluiden über ein rohrförmiges Element in eine viskose sich in Bewegung befindende zwangsgeförderte Masse, insbesondere Kunststoffe, zur Erzeugung mikrozellularen Schaums, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
a) ein vorgebbarer Volumenteil des Fluides wird in die Mündung des rohrförmigen Elementes vor die Stirnfläche eines nadelförmigen Förderelementes eingebracht,
b) der Volumenteil des Fluids wird bis in den Massehauptstrom gefördert und von diesem mitgerissen,
c) anschließend wird das Förderelement zurückbewegt und bei seinem Zurückziehen wird ein Teil der Masse in den Mündungsbereich des rohrförmigen Elementes eingesogen,
d) das Förderelement wird so weit zurückbewegt, dass entsprechend a) erneut ein Volumenteil des Fluids für einen neuen Fördertakt vor seine Stirnfläche gefördert wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zuführung von Fluiden über ein rohrförmiges Element in eine viskose sich in Bewegung befindende zwangsgeförderte Masse, insbesondere Kunststoffe, zur Erzeugung mikrozellularen Schaums und eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung mit einem in einem rohrförmigen Element angeordneten axial gegen eine Feder bewegbaren nadelförmigen Förderelement.
• Aus DE 39 36 289 C2 ist eine Hohlnadel bekannt, die mit einem unter Druck stehenden Medium wie Luft, Gas oder auch Flüssigkeit beaufschlagbar ist, wobei in der Hohlnadel ein begrenzt verschiebbarer Nadelkern angeordnet ist und über diesen Nadelkern die Mündungsöffnung der Hohlnadel in ihrem Querschnitt variierbar bzw. öffen- und schließbar ist und in einer bestimmten Axialstellung in der Hohlnadel der festgelegte Nadelkern mit dem Mündungsende mit der Hohlnadel ein radial gerichtestes Spaltventil bildet. Der Nadelkern weist hierzu vor dem Mündungsende der Hohlnadel einen verdickten Kopf oder Teller auf, dessen Außendurchmesser wenigstens annähernd dem Außendurchmesser der Hohlnadel entspricht.
• Aus EP 0 662 034 B1 ist darüber hinaus bekannt, Federmittel einzusetzen, die im Schließsinne der Mündungsöffnung bzw. des Spaltventils am Nadelkern angreifen und das am Nadelkern gegen die Federmittel im Öffnungssinne begrenzt verschiebbar ist.
• Aus diesen Dokumenten ist nicht bekannt, einen vorgebbaren Volumenteil des Fluids in den Massestrom zu fördern, um dort mitgerissen zu werden zur Erzeugung mikrozellularen Schaums.
• Aus der Schrift DE 26 22 001 A1 ist ein Verfahren zur Zuführung von Fluiden über ein rohrförmiges Element in eine viskose, sich in Bewegung befindliche zwangsgeförderte Masse, insbesondere Kunststoffe, zur Erzeugung mikrozellularen Schaums bekannt.
• Die Erfindung hat die Aufgabe, ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Zuführung von Fluiden in viskose Massen zu schaffen, die robust und wartungsarm eine sichere und dabei möglichst feine Verteilung des Fluids gewährleistet.
• Die Erfindung löst diese Aufgabe durch den Verfahrensanspruch 1 und den Vorrichtungsanspruch 5. Die übrigen Ansprüche sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
• Erfindunggemäß werden unter Druck stehende Flüssigkeiten oder Gase in der Weise in einen Schmelzenstrom eingebracht, dass ein vorgebbarer Volumenteil des Fluids in die Mündung eines rohrförmigen Elementes vor die Stirnfläche eines nadelförmigen Förderelementes, das die Form eines Stößels aufweist, eingebracht wird. In diese Rohrmündung, die in den Schmelzenstrom hineinragt, dringt Schmelze ein. Die Stirnfläche des Stößels, die Innenwandung des den Stößel umgebenden rohrförmigen Elementes im Mündungsbereich und die in den Mündungsbereich eingedrungene viskose Masse umhüllen den vorgebbaren Volumenteil. Durch eine axiale Bewegung wird dieser Volumenteil in die sich in Bewegung befindende zwangsgeförderte viskose Masse gestoßen, von dieser mitgerissen und verteilt. Die Stößelbewegung erfolgt dabei in einer Frequenz von 0,1 bis 100 Hz.
• Nachdem der Volumenteil in die Masse gefördert wurde, wird der Stößel zurückbewegt, wobei Masse mit in den Mündungsbereich des rohrförmigen Elementes eingezogen wird. der Stößel wird dabei bis in einen Bereich des rohrförmigen Elementes zurückgezogen, der einen größeren Innendurchmesser als der Mündungsbereich aufweist, so dass über eine spaltförmige Öffnung unter Druck stehendes Fluid vor die Stirnfläche und den Endbereichen der in die Mündung eingedrungenen Masse gefördert wird. Durch die Bewegung in Richtung Mündungsende des rohrförmigen Teils wird ein neuer Volumenteil in die viskose Masse gefördert.
• In einer besonderen Ausgestaltung ragt die Mündung des rohrförmigen Teils bis in die Seele der zwangsgeförderten Masse, so dass die Volumenteile sich gleichmäßig in der Masse verteilen können.
• In einer weiteren Ausgestaltung erhält das Volumenteil des Fluids durch die Ausgestaltung der Stirnfläche des Stößels eine Form mit besonders großer Oberfläche, so dass beim Eindringen in die viskose Masse das Verteilen der Gasblasen oder Flüssigkeitströpfen fein und sicher erfolgt.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt im Mündungsbereich einen Innendurchmesser, der eine behinderungsfreie Axialbewegung des nadelförmigen Förderelementes zuläßt und im übrigen Bereich des rohrförmigen Elementes einen Innendurchmesser, der ein sicheres Fördern des unter Druck stehenden Fluids ermöglicht. Das als Stößel ausgebildete nadelförmige Förderelement ist soweit zurückbewegbar, dass an dem Übergang der beiden Durchmesser des rohrförmigen Elementes ein Spalt entsteht, so dass ein Volumenteil des unter Druck stehenden Fluids in den Mündungsbereich vor die Stirnfläche des Stößels förderbar ist.
• Die für die Vorrichtung zur Zuführung des Fluides eingesetzten Bauteile sind von einem gasdichten und somit ohne dynamische (bewegliche) Dichtung ausgerüsteten Gehäuse umgeben.
• Dieses konstuktiv einfache und robuste Gehäuse ist mit einem Aktuator, vorzugsweise einem Magneten, in Verbindung, durch das das nadelförmige Element axial und sich gegen eine Feder abstützend in dem rohrförmigen Element bewegbar ist.
• Weiterhin ist in wartungsgerechter Form das rohrförmige Element über eine Verbindungsleitung mit einer Förderstation für das Fluid verbunden.
• Angepasst an die gewünschte Verteilungsform des Fluides in der viskosen Masse ist die Stirnfläche des als Stößel ausgestalteten nadelförmige Elemente ausgebildet, und zwar insbesondere als zentrisch angeordnete Nase, die auch als Vierkant ausgebildet sein kann, und weiterhin als Kegel oder auch als Auskolkung und in einer weiteren Ausgestaltung weist die Stirnfläche Kanäle auf, in der das Fluid während des Fördervorganges in seiner räumlichen Ausgestaltung vorgeformt wird.
• Ein Beispiel der Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung dargelegt. Dabei zeigen die
• 1 einen Schnitt durch die Vorrichtung
• 2 Stößel mit Nase
• 3 Stößel mit Vierkant
• 4 Stößel mit Kanälen
• 5 Stößel mit Kegel
• 6 Stößel mit Auskolkung
• In der 1 weist der Schmelzenkanal 11 eine Öffnung 12 auf. In dieser Öffnung ist ein rohrförmiges Element 21 eingebracht, dessen Mündung 22 bis etwa zur Mitte des Schmelzenkanals 11 ragt. Das rohrförmige Element 21 besitzt im Mündungsbereich einen Innendurchmesser D_m und im übrigen Bereich einen Innendurchmesser D_h.
• Das rohrförmige Element 21 ist an dem der Mündung 22 entgegengesetzten Ende als gasdichtes Gehäuse 23 ausgestaltet abgeschlossen und umhüllt ein nadelförmiges Förderelement 31, welches fußendig eine Verdickung 33 besitzt, welche mit Federn 43 korrespondiert.
• Diese Verdickung 33 steht antriebsmäßig mit einem Aktuator 41, hier als Magnet 42 ausgestaltet, in Verbindung.
• Der den Innendurchmesser D_h aufweisende Bereich des rohrförmigen Elementes ist über eine Verbindungsleitung 24 mit einer Förderstation 25 für das Fluid verbunden.
• Das nadelförmige Förderelement 31 ist in dem rohrförmigen Element 21 in der Weise bewegbar, dass die Stirn 34 an der Stufe 26, an dem der Durchmesser D_m sich aufwertet in den Durchmesser D_h des rohrförmigen Elementes führbar ist, so dass dort ein Ringspalt entstehen kann, durch den Fluid in Richtung Mündung strömen kann. Das als Stößel ausgebildete nadelförmige Förderelement 31 kann innerhalb des rohrförmigen Elementes 21 durch den Aktuator 41 so weit bewegt werden, dass die Stirn 34 bis zum vorderen Bereich der Mündung 22 führbar ist.
• In der 2 ist das als Stößel 32 ausgestaltete Förderelement an seiner Stirnfläche mit einer Nase 34 versehen.
• In der 3 ist diese Nase als Vierkant ausgebildet.
• Bei der 4 sind an der Stirn des Stößels 32 Kanäle 35 eingearbeitet.
• In der 5 ist die Stirn des Stößels 32a als Kegel 36 ausgestattet.
• In der 6 ist die Stirn des Stößels 32 mit einer Auskolkung 37 versehen.
• Schmelzen

11

Schmelzenkanal

12

Öffnung

• Düse

21

rohrförmiges Element

22

Mündung (21)

23

Gehäuse

24

Verbindungsleitung

25

Förderstation

• Fördern

31

Förderelement

32

Stößel

33

Verdickung

34

Nase

35

Kanal

36

Kegel

37

Auskolkung

38

Vierkant

• Bewegen

41

Aktuator

42

Magnet

43

Federn

D_m

Durchmesser Mündung

D_h

Durchmesser Hauptteile

Claims (14)

1. Verfahren zur taktmäßigen Zuführung von Fluiden über ein rohrförmiges Element in eine viskose sich in Bewegung befindende zwangsgeförderte Masse, insbesondere Kunststoffe, zur Erzeugung mikrozellularen Schaums, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) ein vorgebbarer Volumenteil des Fluides wird in die Mündung des rohrförmigen Elementes vor die Stirnfläche eines nadelförmigen Förderelementes eingebracht, b) der Volumenteil des Fluids wird bis in den Massehauptstrom gefördert und von diesem mitgerissen, c) anschließend wird das Förderelement zurückbewegt und bei seinem Zurückziehen wird ein Teil der Masse in den Mündungsbereich des rohrförmigen Elementes eingesogen, d) das Förderelement wird so weit zurückbewegt, dass entsprechend a) erneut ein Volumenteil des Fluids für einen neuen Fördertakt vor seine Stirnfläche gefördert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Taktzeit des Einbringens von Volumenteilen des Fluids bei einer Frequenz von 0,1 bis 100 Hz erfolgt.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumenteile des Fluids bis zur Seele der Masse gefördert werden.
4. Verfahren nach einem der o.g. Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumenteile des Fluids durch eine großflächige Gestaltung der Stirnfläche des nadelförmigen Förderelementes definiert in die Masse gefördert werden.
5. Vorrichtung zur taktmäßigen Zuführung von Fluiden in den Schmelzenkanal einer Spritzgießmaschine, insbesondere für Kunststoffe, zur Erzeugung von mikrozellularem Schaum, mit einem zentrisch in einem rohrförmigen Element angeordneten axial gegen eine Feder bewegbaren nadelförmigen Förderelement, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das rohrförmige Element (21) in seinem Mündungsbereich (22) einen Innendurchmesser (D_m) besitzt, der eine behinderungsfreie Axialbewegung des nadelförmigen Förderelementes (31) zulässt, dass im übrigen Bereich das rohrförmige Element (21) einen Innendurchmesser (D_h) aufweist, der ein sicheres Fördern des Fluids ermöglicht, und dass das nadelförmige Förderelement (31), aus dem Mündungsbereich (22) in den den Durchmesser (D_h) aufweisenden Bereich des rohrförmigen Elementes (21) zurückbewegbar ist, so dass ein vorgebbarer Volumenteil des unter Druck stehenden Fluids vor die Stirnfläche des nadelförmigen Förderelementes (31) gelangt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aktuator (41), vorzugsweise ein Magnet (42) vorgesehen ist, mit dem das nadelförmige Förderelement (31) axial in dem rohrförmigen Element (21), bewegbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das rohrförmige Element (21) in dem dem Schmelzenkanal abgewandten Bereich mit einem mindestens das nadelförmige Förderelement (31) gasdicht umschließendes Gehäuse (23) verbunden ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das rohrförmige Element (21) über eine Verbindungsleitung (24) mit einer Förderstation (25) für das Fluid verbunden ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche des nadelförmigen Elementes (31) ein Stößel ist, dessen Stirnfläche in der Weise ausgestaltet ist, dass eine möglichst große Fläche vorhanden ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an der Stirnfläche eine zentrisch angeordnete Nase (34) vorgesehen ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Nase (34) im Querschnitt als Vierkant (38) geformt ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche Kanäle (35) aufweist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche kegelförmig (36) gestaltet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche eine Auskolkung (37) aufweist.