DE10107205C1 - Ventilanordnung zur Steuerung der Zudosierung von fluiden Additiven in eine Kunststoffschmelze - Google Patents

Ventilanordnung zur Steuerung der Zudosierung von fluiden Additiven in eine Kunststoffschmelze

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Abstract

Bei einer Ventilanordnung mit zwei Ventilen für die Zudosierung von fluiden Additiven in eine in einem Extruder einer Spritzgießmaschine plastifizierten Kunststoffschmelze mit zwei Ventilen ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Ventile extern ansteuerbar sind und ein Ventil zum Freigeben bzw. Absperren der Zuleitung von einem Additivvorratsbehälter zu einem Dosierzylinder einerseits und für die Verbindung zwischen Dosierzylinder und dem zweiten Ventil andererseits und dieses zweite Ventil zum Freigeben bzw. Absperren der Zuleitung von Dosierzylinder über das erste Ventil zum Extruder vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung mit zwei Ventilen für die Zudosierung von fluiden Additiven in eine in einem Extruder einer Spritzgießmaschine plastifizierte Kunststoff­ schmelze.
Eine derartige Vorrichtung ist bereits aus der DE 43 14 941 A1 bekannt. Hierbei geht es um eine Spritzgießeinheit an Spritz­ gießmaschinen zur Herstellung thermoplastischer Kunststofftei­ le, wobei die Spritzeinheit einen Plastifizier- und Einspritz­ zylinder, eine darin axial bewegbare und rotierbare Plastifi­ zier- und Einspritzschnecke, eine gegen den Plastifizierzylin­ der absperrbare Einspritzdüse sowie eine Farbzudosiereinrich­ tung mit mindestens einem Farbbehälter aufweist, der über eine Farbzuleitung mit der Spritzeinheit verbunden ist. In die Farb­ zuleitung ist ein Farbdosierzylinder integriert, dessen Kolben­ bewegung mit der Axialbewegung der Plastifizier- und Einspritz­ schnecke gekoppelt ist.
In der Zuleitung vom Farbvorratsbehälter zum Dosierzylinder be­ findet sich ein Rückschlagventil (21). In der Farbzuleitung vom Dosierzylinder zum Extruder befindet sich ein weiteres Rück­ schlagventil (23).
Bewegt sich beim Plastifiziervorgang die Schnecke im Extruder nach hinten, bewegt sich der mit dieser Bewegung gekoppelte Kolben des Dosierzylinders ebenfalls nach hinten und gibt einen Raum für aus dem Farbvorratsbehälter abgegebene Farbe frei. Bei diesem Vorgang ist das Rückschlagventil (21) durch den Druck der anströmenden Farbe geöffnet. Wird die dosierte Farbe dann beim Einspritzvorgang über die Zuleitung in den Extruder ge­ drückt, schließt das Rückschlagventil (21) selbsttätig, während das Rückschlagventil (23) öffnet.
Das Rückschlagventil (23) ist dafür gedacht, daß beim Plastifi­ ziervorgang keine Kunststoffschmelze in die Farbzuleitung ein­ dringen kann. Eine ähnliche Vorrichtung ist aus der DE 21 44 069 A bekannt.
Nachteilig bei dieser vorbekannten Vorrichtung ist allerdings das zwangsläufige Öffnen und Schließen der passiven Rückschlag­ ventile. Darüber hinaus ist nicht ausgeschlossen, daß beim Do­ sieren der Farbe nicht nur Farbe in den Dosierzylinder gelangt, sondern auch über das Rückschlagventil (23) in den Extruder. Da zu diesem Zeitpunkt aber der Kunststoff im Extruder plastifi­ ziert werden soll, wäre ein vorzeitiges Einströmen von Farbe sehr nachteilhaft.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Ventilan­ ordnung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die Dosierung von fluiden Additiven und die Abgabe der dosierten Menge dieser Additive in die Kunststoffschmelze exakt geregelt erfolgen kann.
In Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Ventile extern ansteuerbar sind und ein Ventil zum Freigeben bzw. Absperren der Zuleitung von einem Additivvorratsbehälter zu einem Dosierzylinder einer­ seits und zum Freigeben bzw. Absperren der Verbindung zwischen Dosierzylinder und dem zweiten Ventil andererseits eingesetzt ist und dieses zweite Ventil zum Freigeben bzw. Absperren der Zuleitung vom Dosierzylinder über das erste Ventil zum Extruder vorgesehen ist.
Die Erfindung wird weiterhin durch ein Verfahren gemäß Patent­ anspruch 10 gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Ventil in der Zuleitung vom Additivvorratsbehälter zum Dosier­ kolben geöffnet ist, während das Ventil in der Zuleitung vom Dosierkolben zum Extruder geschlossen ist, dass beim Plastifi­ ziervorgang die Plastifizierschnecke bei ihrer Rückwärtsbewe­ gung den Dosierkolben im Dosierzylinder in Füllstellung bringt und das zuzudosierende Additiv durch Überdruck im Additivvor­ ratsbehälter in den Dosierzylinder einströmt, wonach das Ventil in der Zuleitung zwischen Additivvorratsbehälter und Dosierzy­ linder geschlossen wird, der Weg vom Dosierzylinder über dieses Ventil zum Ventil in der Zuleitung zum Extruder jedoch freibleibt und nach Öffnen dieses zweiten Ventils die Plastifi­ zierschnecke beim Einspritzvorgang den Dosierkolben zum Ausdrü­ cken des dosierten Additivs aus dem Dosierzylinder über die Zu­ leitung in den Extruder veranlasst, wo das dosierte Additiv in die ausströmende Kunststoffschmelze eingebracht und mit dieser vermischt wird.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprü­ che.
Im Gegensatz zur vorbekannten Vorrichtung werden also die Ven­ tile, die für den Dosiervorgang und den Einspritzvorgang des dosierten Additivs in den Extruder verantwortlich sind, nach einem genau festgelegten und überwachten Ablauf von außen ge­ steuert, so dass gewährleistet ist, dass beim Plastifizieren kein Additiv ungewollt in den Extruder gelangt. Außerdem ist ausgeschlossen, dass bei einem im Laufe des Betriebes durch Ad­ ditiv zugesetzten Ventil - wie es bei den einfachen Rückschlag­ ventilen im Stand der Technik immer möglich ist - die Vorrich­ tung weiter arbeitet, da bei einer Abweichung vom festgelegten Verfahrensablauf automatisch eine Not-Ausschaltung durchführbar ist.
Dabei kann die Ventilsteuerung sowohl separat als auch in die Maschinensteuerung der Gesamtanlage integriert sein.
Vorteilhafterweise sind beide Ventile Kegelsitzventile, da sich diese zum einen als zuverlässig und zum anderen als bezüglich ihrer Kennlinie als günstig herausgestellt haben.
Um die Wege für das zu dosierende Material möglichst klein hal­ ten zu können - was insbesondere im Hinblick auf Additivwechsel von Bedeutung ist - schlägt Anspruch 3 vor, dass die Ventile im rechten Winkel zueinander angeordnet sind, wobei die Kegelsitze einander benachbart sind und dass (gemäß Anspruch 4) die Venti­ le sowie deren Ein- und Ausgänge in/an einem Metallblock unter­ gebracht sind.
Die Ansteuerung der beiden Ventile geschieht bevorzugterweise folgendermaßen:
Gemäß Anspruch 5 ist das Ventil in der Zuleitung zwischen Addi­ tivvorratsbehälter und Dosierzylinder mittels eines Pneumatik­ zylinders in Offenstellung schaltbar, während nach Anspruch 6 beide Ventile mittels Wegeventilen in die Schaltzustände "drucklos" und "geschlossen" schaltbar sind. Die Funktionsweise wird detaillierter weiter unten dargestellt.
Während der Plastifizierphase, d. h. wenn sich die Plastifi­ zierschnecke im Plastifizierzylinder nach hinten bewegt, ist die Additivzuleitung vom zweiten Ventil zum Extruder mittels eines druckmittelbetätigten Kolbens/Schiebers gegen den Extru­ derinnenraum abgesperrt.
Hierbei mündet die Zuleitung bevorzugtermaßen in dem Kanal, in dem der Kolben verschiebbar geführt ist und der in den Extruder mündet.
Hierdurch ist sichergestellt, dass während des Plastifiziervor­ ganges keine Schmelze in die Additivzuleitung gelangt und umge­ kehrt kein Additiv in den Extruder.
Während sich beim Plastifizieren die Schnecke zurückbewegt, nimmt sie den Dosierkolben durch die mechanische Kopplung (Anspruch 9) mit, was in der DE 21 44 069 A ebenfalls in ähnlicher Art beschrieben wird. Der Kolben macht im Dosierzylinder somit Platz für das aus dem Vorratsbehälter unter Überdruck (Anspruch 8) austretende Additiv.
Hierbei läuft das in Anspruch 10 offenbarte Verfahren ab, der­ art, dass die beiden Ventile extern ansteuerbar sind und das Ventil in der Zuleitung vom Additivvorratsbehälter zum Dosier­ kolben geöffnet wird, während das Ventil in der Zuleitung vom Dosierkolben zum Extruder geschlossen wird, dass beim Plastifi­ ziervorgang die Plastifizierschnecke bei ihrer Rückwärtsbewe­ gung den Dosierkolben im Dosierzylinder in Füllstellung bringt und dass zuzudosierende Additiv durch Überdruck im Additivvor­ ratsbehälter in den Dosierzylinder einströmt, wonach das Ventil in der Zuleitung zwischen Additivvorratsbehälter und Dosierzylinder geschlossen wird, der Weg vom Dosierzylinder über dieses Ventil zum Ventil in der Zuleitung vom Dosierzylinder zum Extruder jedoch frei bleibt und nach Öffnen dieses zweiten Ventils die Plastifizierschnecke beim Einspritzvorgang den Dosierkolben zum Ausdrücken des dosierten Additivs über die Zuleitung in den Extruder veranlasst, wo das dosierte Additiv in die ausströmende Kunststoffschmelze eingebracht wird.
Bei diesem Verfahren wird selbstverständlich nach Abschluss des Plastifiziervorganges und vor Beginn des Zudosierens der Kolben des Sperrventils in seine Offenstellung gefahren, wodurch die Additivzuleitung mit dem Extruder verbunden wird.
Bei den zuzudosierenden Additiven kann es sich um flüssige oder pastöse Farbe zum Färben der Kunststoffschmelze oder beispiels­ weise um Schaumbildner handeln, die zur Herstellung von aufge­ schäumten Kunststoffteilen dienen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung darge­ stellt und näher erläutert:
In der Zeichnung ist schematisiert eine Spritzgießanlage für thermoplastische Kunststoffe dargestellt, von der eine Plastifizier- und Einspritzschnecke mit dem Bezugszeichen 1 versehen ist. Die Schnecke ist rotierbar und axial verschiebbar in dem Schneckenzylinder 2 angeordnet und über eine geeignete Verbin­ dung 3 mit einem Dosierzylinder DZ gekoppelt, in dem ein Do­ sierkolben D1 angeordnet ist. Die Schnecke 1 und Schneckenzy­ linder 2 bilden einen Extruder E1, in dessen Düsenmundstück 4 ein Statikmischer 5 angeordnet ist.
Schnecke 1 und Dosierkolben D1 sind so miteinander gekoppelt, dass, wenn sich die Plastifizierschnecke beim Plastifiziervor­ gang nach hinten bewegt, auch der Dosierkolben D1 nach hinten bewegt wird. Dies ist durch den Pfeil P angedeutet. Der Dosier­ zylinder DZ ist über eine allgemein mit dem Bezugszeichen 6 versehene Ventilanordnung einerseits mit einem Farbvorratsbe­ hälter 7 und andererseits mit dem Extruder E1 verbindbar. Die Ventilanordnung 6 besteht aus zwei Kegelsitzventilen K1 und K2, die in einem Metallblock 8 im rechten Winkel zueinander ange­ ordnet sind, wobei die Kegelsitze 9 einander benachbart sind.
Vom Farbvorratsbehälter 7 führt eine Zuleitung 10 zum Anschluss F, der vor dem Kegelsitzventil K2 mündet. Ein weiterer An­ schluss K im Block 8 ist für die Zuleitung 11 vom Dosierzylin­ der DZ zum Kegelsitzventil K2 gedacht. Der Anschluss K führt zu einem den Kolben des Kegelsitzventils 2 umgebenden Ringraum 12, der im Metallblock 8 bis zum Kegelsitzventil K1 verlängert ist. Aus dem Kegelsitzventil K1 führt ein weiterer Kanal 13 aus dem Metallblock 8 zum Anschluss E, von dem eine weitere Leitung 14 zu einem Schieberventil 15 führt. Der Schieber bzw. Kolben 16 in diesem Ventil ist in der vorliegenden Darstellung in der Ge­ schlossenstellung gezeigt, in der der Kolben 16 sowohl die Zu­ leitung 14 als auch die Öffnung 17 im Düsenmundstück 4 des Extruders E1 verschließt. Der Kolben 16 wird mittels eines Ven­ tils V3 betätigt.
Das Kegelsitzventil K2 wird mittels eines von einem Ventil V2 über einen PE-Wandler durch einen Pneumatikzylinder P1 geöff­ net.
Mittels des Ventils V4 wird das Kegelsitzventil K2 in die Schaltstellungen "geschlossen" sowie "drucklos" geschaltet. Das Kegelsitzventil K1 wird mittels des Ventils V2 ebenfalls in die Schaltstellungen "geschlossen" und "drucklos" geschaltet.
Durch die mit dem Bezugszeichen 18 versehene Anordnung wird der Farbvorratsbehälter 7 mit einem Behältervordruck von 4 bis 5 bar beaufschlagt.
Die Vorrichtung arbeitet dabei wie folgt:
  • 1. Dosierzylinder füllen:
    Das Ventil V2 ist stromlos und verschließt mit dem Kegelsitz­ ventil K1 den Anschluss E. Das Ventil V4 wird angesteuert und das Kegelsitzventil K2 wird druckentlastet. Das Ventil V1 wird stromlos. Der Pneumatikzylinder P1 öffnet das Kegelsitzventil K2. Beim Plastifiziervorgang wird der Dosierkolben über die mechanische Verbindung mit der Schnecke 1 zurückgezogen, und die Farbpaste aus dem Farbvorratsbehälter 7 füllt den Dosierzy­ linder DZ durch den Behältervordruck von 4 bis 5 bar.
  • 2. Dosierzylinder mit Extruder verbinden (Einspritzvorgang):
    Das Ventil V1 wird angesteuert und der Pneumatikzylinder P1 wird drucklos. Das Ventil V4 wird angesteuert und das Kegelsitz­ ventil K2 verschließt den Anschluss F (vom Farbbehälter) und verbindet den Dosierzylinder DZ über den Anschluss K mit dem Kegelsitzventil K1 über den Ringraum 12.
Das Ventil V2 wird angesteuert und der Steuerkolben des Kegel­ sitzventils K1 wird drucklos. Durch den Spritzvorgang wird die Farbpaste aus dem Dosierzylinder DZ mit dem Dosierkolben D1 über den Anschluss K und den Anschluss E zum Extruder E1 gelei­ tet. Zuvor ist der Kolben bzw. Schieber 16 im Ventil 15 mittels des Ventils V3 in die Offenstellung geführt worden, so dass die Zuleitung 14 über den Kolbenkanal und die Öffnung 17 mit dem Extruderinnenraum verbunden ist. Die thermoplastische Kunststoffschmelze wird mit der Farbpaste angereichert, und im Sta­ tikmischer 5 werden beide Komponenten miteinander vermischt.
Dieser ganze Vorgang wird extern gesteuert, beispielsweise com­ putergesteuert, wobei diese Steuerung in der Maschinensteuerung integriert sein kann.
Sollten bei diesem Verfahren irgendwelche Probleme auftreten, ist eine "Not-Aus-Schaltung" vorgesehen.
Hierbei werden die Ventile V1, V2 und V4 stromlos. Der An­ schluss E wird durch das Kegelsitzventil K1 geschlossen. Der Pneumatikzylinder P1 öffnet das Kegelsitzventil K2, und die An­ schlüsse F und K werden miteinander verbunden. Der Dosierzylin­ der DZ wird zum Farbbehälter hin drucklos.
Weiterhin ist in eine Leitung, die die Zuleitung 11 mit der Zu­ leitung 10 verbindet, ein Sicherheitsventil 19 eingebaut, das zum Schutz des Systems vorgesehen ist. Falls eines der Ventile nicht öffnet, kann ein unzulässiger Druckanstieg erfolgen, der das System ohne das Sicherheitsventil 19 zerstören kann.

Claims (13)

1. Ventilanordnung mit zwei Ventilen für die Zudosierung von fluiden Additiven in eine in einem Extruder einer Spritz­ gießmaschine plastifizierte Kunststoffschmelze dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile (K1, K2) extern ansteuerbar sind und ein Ventil (K2) zum Freigeben bzw. Absperren der Zuleitung (10, 11) von einem Additivvorratsbehälter (7) zu einem Dosierzylinder (DZ) einerseits und zum Freigeben bzw. Absperren der Verbindung (11) zwischen Dosierzy­ linder (DZ) und dem zweiten Ventil (K1) andererseits eingesetzt ist und dieses zweite Ventil (K1) zum Freigeben bzw. Absperren der Zuleitung (10, 11) vom Dosierzylinder (DZ) über das erste Ventil (K2) zum Extruder (E1) vorgesehen ist.
2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile (K1, K2) Kegelsitzventile sind.
3. Ventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Ventile (K1, K2) im rechten Winkel zu­ einander angeordnet sind, wobei die Kegelsitze (9) einan­ der benachbart sind.
4. Ventilanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile (K1, K2) in einem Metallblock (8) unter­ gebracht sind.
5. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (K2) in der Zuleitung (10, 11) zwischen Additivvorratsbehälter (7) und Dosierzy­ linder (DZ) mittels eines Pneumatikzylinders (P1) in Of­ fenstellung schaltbar ist.
6. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ventile (K1, K2) mittels Wegeventilen (V2, V4) in die Schaltzustände "drucklos" und "geschlossen" schaltbar sind.
7. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Additivzuleitung (14) vom zwei­ ten Ventil (K1) zum Extruder (E1) in der Plastifizierpha­ se mittels eines druckmittelbetätigten Kolbens (16) gegen den Extruderinnenraum absperrbar ist.
8. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Additivvorratsbehälter (7) ein Überdruck von bis zu 5 bar herrscht.
9. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (D1) des Dosierzylinders (DZ) eine mechanische Verbindung (3) mit der axial ver­ schiebbaren Schnecke (1) des Extruders (E1) aufweist.
10. Verfahren zur Zudosierung von fluiden Additiven in eine in einem Extruder einer Spritzgießmaschine plastifizierte Kunststoffschmelze mit einer Ventilanordnung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die beiden Ventile (K1, K2) extern ange­ steuert werden und das Ventil (K2) in der Zuleitung (10, 11) vom Additivvorratsbehälter (7) zum Dosierkolben (D1) geöffnet ist, während das Ventil (K1) in der Zulei­ tung vom Dosierkolben (D1) zum Extruder (E1) geschlossen ist, dass beim Plastifiziervorgang die Plastifizierschne­ cke (1) bei ihrer Rückwärtsbewegung den Dosierkolben (D1) im Dosierzylinder (DZ) in Füllstellung bringt und das zuzudosierende Additiv durch Überdruck im Additivvorratsbe­ hälter (7) in den Dosierzylinder (DZ) einströmt, wonach das Ventil (K2) in der Zuleitung (10, 11) zwischen Addi­ tivvorratsbehälter (7) und Dosierzylinder (DZ) geschlos­ sen wird, der Weg vom Dosierzylinder (DZ) über dieses Ventil (K2) zum Ventil (K1) in der Zuleitung (11, 14) vom Dosierzylinder (DZ) zum Extruder (E1) jedoch freibleibt und nach Öffnen dieses zweiten Ventils (K1) die Plastifzierschnecke (1) beim Einspritzvorgang den Do­ sierkolben (D1) zum Ausdrücken des dosierten Additivs über die Zuleitung (14) in den Extruder (E1) veranlasst, wo das dosierte Additiv in die auströmende Kunststoff­ schmelze eingebracht und mit dieser vermischt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass während des Plastifiziervorganges die Mündung (17) der Additivzuleitung (14) in den Extruder (E1) mittels eines Ventils (15) verschlossen ist.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeich­ net, dass Farbe zudosiert wird.
13. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeich­ net, dass ein Schaumbildner zudosiert wird.
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