DE10118486A1

DE10118486A1 - Spritzeinheit für Spritzgießmaschinen mit kontinuierlich arbeitender Plastifiziereinheit

Info

Publication number: DE10118486A1
Application number: DE10118486A
Authority: DE
Inventors: Ingo Koehler; Ansgar Jaeger
Original assignee: Demag Ergotech GmbH
Current assignee: Sumitomo SHI Demag Plastics Machinery GmbH
Priority date: 2001-04-12
Filing date: 2001-04-12
Publication date: 2002-10-17
Anticipated expiration: 2021-04-13
Also published as: US6821101B2; DE10118486B4; US20020168444A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spritzeinheit für Spritzgießmaschinen, mit einer kontinuierlich betreibbaren Plastifiziereinheit (8), mit einer Kolbeneinspritzeinheit (39), sowie mit Mitteln zum Zwischenspeichern und Austragen der Schmelze. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen der Plastifiziereinheit (8) und der Kolbeneinspritzeinheit (39) mehrere Schmelzespeicher (22, 23) vorgesehen sind, dass die Schmelzespeicher (22, 23) über Schmelzeeintrittsöffnungen (30, 31) verfügen, in die Schmelzeleitungen (19) münden, über die die Schmelzespeicher (22, 23) untereinander und mit der Plastifiziereinheit verbunden sind, und dass die Schmelzespeicher (22, 23) mit aktiv betätigbaren Arbeitskolben (22, 23) zum Austragen der Schmelze ausgestattet sind, mit denen zum Umlenken des Schmelzestroms die Schmelzeeintrittsöffnungen (30, 31) in den Schmelzespeichern (20, 21) verschließbar sind und die in diese Schließstellung verfahrbar sind. Mit der Erfindung wird erreicht, dass das Gesamtvolumen an pufferbarer Schmelze größer wird und dass die Speichervolumina und die Austragsgeschwindigkeit bei den einzelnen Schmelzespeichern individuell und separat voneinander eingestellt werden können. Außerdem kann auf Umschaltventile verzichtet werden, da das Umschalten des Schmelzstroms durch die Arbeitskolben bewerkstelligt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spritzeinheit für eine Spritzgießmaschine mit einer kontinuierlich arbeitenden Plastifiziereinheit, einer Kolbeneinspritzeinheit, sowie Mitteln zum Zwischen speichern der Schmelze. Bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung ist das Compoun dieren von Kunststoffschmelze mit Zusatzstoffen, wie insbesondere das Einbringen von Na tur- oder Langfasern, und das Einspritzen des Compounds in eine Schließeinheit einer Spritzgießmaschine.

Das Einbringen von Füll- und Zusatzstoffen in den Polymermatrixwerkstoff mittels Ein- oder Mehrschneckenextrudern ist beispielsweise in den Dokumenten DE 38 41 728 C1 und CH 423 197 beschrieben. Gemäß CH 423 197 geschieht das Einbringen von Langfasern (Ro vings) in den Basiswerkstoff durch Einziehen der Rovings mittels einer rotierenden Schne cke. Die Schneckendrehzahl und die Rovinganzahl betimmen die Faseranteile in der Kunst stoffschmelze. Die eingebrachten Fasern können über Knetelemente besser in der Schmel ze homogenisiert und auf die gewünschte Faserlänge gebracht werden.

Neben dem Einbringen von Endlosfasern in die Kunststoffschmelze können über weitere Einfüllöffnungen auch geschnittene Glasfasern oder pulverförmige Bestandteile wie Kreide, Talkum, etc. eingearbeitet werden. Zum verbesserten Einzugsverhalten können förderwirk same Schnecken (DE 38 41 728 C1) oder Zuführschnecken (DE 36 00 566 C1) verwendet werden.

Zum Herstellen homogener Kunststoffschmelzen mittels Ein- oder Mehrschneckenmaschi nen (Extruder oder Kneter) ist die kontinuierliche Betriebsweise der Plastifiziereinheit emp fehlenswert. Da jedoch das Spritzgießen ein intermittierender Prozess ist, sind Massnahmen zu ergreifen, um den kontinuierlichen Betrieb der Plastifiziereinheit mit dem intermittieren den Betrieb der Spritzgießmaschine zu koppeln.

Aus der DE 198 59 472 A1 ist es bekannt, auf einem kontinuierlich arbeitenden gleichlau fenden Doppelschneckenextruder Füll- und Zusatzstoffe in den Polymermatrixwerkstoff ein zuarbeiten und den kontinuierlichen Schmelzestrom abwechselnd zwei Kolbeneinspritzein heiten mit jeweils nachgeschalteter Schließeinheit und den darin befindlichen Spritzgießwerkzeugen zuzuleiten. Hierzu ist vorgesehen, daß die aus der Plastifiziereinheit austretende Schmelze in Abzweigungsleitungen mündet, die jeweils zu den beiden Kolbeneinspritzein heiten führen, wobei mittels eines Schaltventils der Schneckenvorraum wechselweise mit den Kolbeneinspritzeinheiten verbindbar ist. Im Betrieb gelangt der Schmelzestrom, gesteu ert von dem Schaltventil, zunächst in den Kolbenvorraum der ersten Kolbeneinspritzeinheit. Nach vollständiger Füllung des Kolbenvorraums wird das Schaltventil in eine die Verbindung zwischen dem Schneckenvorraum und dem Kolbenvorraum unterbrechende Stellung ge bracht. Durch eine nachfolgende Druckbeaufschlagung des Arbeitskolbens der Kolbenein spritzeinheit wird die in dem Kolbenvorraum befindliche von Langfasern durchsetzte Schmelze über eine Einspritzdüse und einen Angußkanal in die Formkavität des Spritzgieß werkzeugs eingespritzt. über die gesteuerte oder geregelte Beaufschlagung des Arbeitskol bens mit hydraulischem Druckmittel wird in der Formkavität das zur Erzeugung des Spritz gießteils erforderliche Druckprofil eingestellt.

Aus der US 5,454,995 ist es bekannt, Kunststoffschmelze aus einem kontinuierlich arbeiten den Extruder über ein Umschaltventil und nachgeschaltete Verbindungsleitungen mit Rück schlagventilen abwechselnd zwei Kolbeneinspritzeinheiten zuzuführen. Von den die Schmel ze aufnehmenden Kolbenvorräumen der beiden Kolbeneinspritzeinheiten gehen jeweils eine Schmelzeaustragsleitung ab, die in ein weiteres Schaltventil mit Rückschlagsicherung mün den, über das die Schmelze in einen nachgeschalteten Kanal gelangt und dem Spritzgieß werkzeug zugeführt wird. Im Betrieb werden die beiden Schaltventile so gesteuert, daß bei einer Kolbeneinspritzeinheit die Schmelze aus dem Kolbenvorraum ausgetragen, das Spritz gießwerkzeug gefüllt und unter Druck gehalten wird, während bei der anderen Kolbeneinheit der Kolbenvorraum mit neuer Schmelze aufgefüllt wird.

Die Verwendung von zwei parallelen Kolbeneinspritzeinheiten, wie oben aus DE 198 59 472 A1 und US 5,454,995 bekannt, erfordert einen vergleichsweisen großen bau- und steue rungstechnischen Aufwand, da entsprechend dem Spritzgießzyklus jede Kolbeneinspritzein heit mit mindestens dem einzuspritzenden Volumen an Schmelze zu befüllen ist. Die Plasti fizierleistung ist genau auf die entsprechend dem Spritzgießzyklus benötigte Schmelzemen ge einzustellen. Bei auftretenden Zyklusstörungen im Spritzgießprozess und noch nicht er folgter Rückzugbewegung des ersten Einspritzkolbens kann die bei gleichbleibender Extru derleistung austretende Schmelze nach Befüllung der zweiten Einspritzeinheit nicht gepuf fert werden und verursacht eine Druckanstieg im Extruder, so daß dieser sofort abgeschaltet werden muß. Die darin stehende Schmelze unterliegt dann einer verstärkten Materialschädigung, was insbesondere bei der Verarbeitung von Naturfaserprodukten kritisch ist. Folge dessen sind ein gestörter Produktionsprozess mit Zeitverlusten infolge Neuanfahrens und Teileaussschuss. Ausserdem führt das Umschaltventil vor den Kolbeneinspritzeinheiten beim Umschalten zu Überschneidungen im Massefluss und hat Druckspitzen in der Plastifi ziereinheit zu Folge.

Aus der Patentschrift DE 11 42 229 ist es bekannt, eine Spritzgießmaschine mit einer Spritz einheit zu betreiben, die einen kontinuierlich arbeitenden Extruder als Plastifiziereinheit und eine intermittierend arbeitende Kolbeneinspritzeinheit aufweist, wobei Mittel zur Zwischen speicherung von Schmelze vorgesehen sind. Die von dem kontinuierlich arbeitenden Extru der erzeugte Schmelze gelangt über eine Zuleitung zunächst in den Sammelraum eines Schmelzespeichers, der mit einem mit einem Druckspeicher verbundenden Kolben ausges tattet ist. Von dem Sammelraum gelangt die Kunststoffschmelze über eine Leitung und ein Rückschlagventil in den Kolbenvorraum der Kolbeneinspritzeinheit, von wo die Kunststoff schmelze durch Druckbeaufschlagung des Arbeitskolben ausgetragen und über eine Düse in das Spritgießwerkzeug eingespritzt wird. Während der Einspritzphase schließt das Rück schlagventil in der Schmelzeleitung von dem Schmelzespeicher zu der Kolbeneinspritzeinheit und die von dem kontinuierlich fördernden Extruder gelieferte Schmelze verdrängt den Druckkolben in dem Schmelzespeicher. Dadurch wird das in dem Druckspeicher befindliche Druckmedium wie beispielsweise Luft oder Gas unter Druck gesetzt, bis der Einspritzkolben nach Beendigung der Einspritzphase seine Rückwärtsbewegung beginnt und der Kolbenvor raum für neue Schmelze aufnahmebereit ist. Nunmehr sorgt das unter Druck stehende Druckmedium dafür, daß der Druckkolben in dem Schmelzespeicher den plastifizierten Kunststoff aus dem Schmelzespeicher in den Kolbenvorraum überführt, wobei zeitgleich auch Schmelze aus dem Extruder über den Sammelraum in den Kolbenvorraum gefördert wird.

Aus der DE 197 15 229 A1 ist eine Spritzeinheit der zuvor beschriebenen Art bekannt, wobei anstelle eines Druckspeichers ein mit einem Arbeitskolben ausgestatteter zylindrischer Schmelzespeicher vorgesehen ist. In einer Ausführungsform wird der zylindrische Schmel zespeicher von seitlich unten nahe am Zylinderfuß mit Schmelze befüllt werden, so daß der Arbeitskolben nach oben gedrückt wird. In einer anderen Ausführungsform wird vorgeschla gen, die Schmelze seitlich oben zuzuführen und im Zylinder einen Schmelzeverteiler vorzu sehen, so daß die Schmelze gleichmäßig um den Kolben nach unten fließt. Zum Austragen der Schmelze fährt der Arbeitskolben nach unten und wird dort gehalten, während weitere vom Extruder der Plastifiziereinheit erzeugte Schmelze am Kolben entlang direkt in den Kol benvorraum der Kolbeneinspritzeinheit fließt.

Nachteilig an diesen beiden zuvor genannten Einspritzeinheiten ist, daß bei auftretenden Zyklusstörungen im Spritzgießprozess und noch nicht erfolgter Rückzugsbewegung des Ein spritzkolbens die austretende Schmelze nur im Umfang des Volumens des einen Schmelze speichers gepuffert werden kann. Einzig über die Variation der Plastifizierleistung des Extru ders kann steuernd und regelnd in den Schmelzestrom eingegriffen werden. Je nach Ein stellung des Druckspeichers in der DE 11 42 229 oder der Dimensionierung der Kolbenzylin dereinheit gemäß DE 197 15 229 A1 kommt es dann früher oder später zu einem Druckan stieg im Extruder, so daß dieser abgeschaltet werden muß, was die bereits oben im Zu sammenhang mit der DE 198 59 472 A1 und US 5,454,995 angegebenen negativen Auswir kungen hat.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Spritzeinheit für Spritzgieß maschinen mit kontinuierlich arbeitender Plastifiziereinheit und Kolbeneinspritzeinheit an zugeben, mit der sicherer und flexibler auf Störungen im Produktionprozess reagiert werden kann und die insbesondere ein vollständiges Abschalten der Plastifiziereinheit nur bei größe ren Störungen erfordert.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch Spritzeinheiten mit den Merkmalen der nebenge ordneten Patentansprüche 1, 4 und 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklun gen finden sich in den Unteransprüchen.

Dadurch, daß gemäß Patentanspruch 1 mehrere Schmelzespeicher zur Verfügung stehen, ist zunächst das Gesamtvolumen V_ges an pufferbarer Schmelze größer. Indem die Schmelze speicher gemäß Patentanspruch 1 ausserdem mit aktiv betätigbaren Arbeitskolben ausges tattet sind, können darüberhinaus die Speichervolumina (V_s) und die Austragsgeschwindig keit (dV_s/dt) bei den einzelnen Schmelzespeichern individuell und separat voneinander einge stellt werden. Damit erreicht man einerseits eine hohe Flexibilität bei Betriebsstörungen und andererseits können die Speichervolumina V_s und die Austragsgeschwindigkeit dV_s/dt der einzelnen Schmelzespeicher optimal an den Spritzgießprozess angepasst werden, bei spielsweise im Hinblick auf die Formteilgröße, die Abkühlzeit, die Formteilentnahmezeit, sowie andere Einflußgrößen. Da gleichzeitig das Umschalten des Schmelzestroms durch die Arbeitskolben bewerkstelligt wird, kann auf Umschaltventile verzichtet werden. Dies reduziert zum einen den konstruktiven und steuerungsstechnischen Aufwand und ist ferner vor teilhaft für die Verarbeitung von Lang- oder Naturfasern, da diese beim Passieren von Venti len beschädigt werden könnten.

Die Variante gemäß den nebengeordneten Patentansprüche 4 und 7 hat den Vorteil, daß auf separate Schmelzespeicher verzichtet werden kann und stattdessen der Schmelzespeicher in die Kolbeneinspritzeinheit integriert ist, indem der Raum hinter dem Kolben als Schmelze speicher ausreichender Kapazität ausgebildet ist. Der Schmelzespeicher umfaßt im Normal fall etwa die Hälfte des Gesamtvolumens des Zylinders. Bei Erreichen der vorderen Endlage des Kolbens in der Füllphase steht praktisch das gesamte Zylindervolumen abzüglich dem kontruktiven Kolbenvolumen als Schmelzespeicher zur Verfügung. Somit ergibt sich in etwa das zweifache Schussgewicht, bezogen auf die eingesetzte Einspritzeinheit. Damit die Kunststoffschmelze aus dem Raum hinter dem Kolben (Schmelzespeicher) in den Kolben vorraum (Einspritzraum) gelangen kann, sind gemäß Patentanspruch 4 Überströmventile im Einspritzkolben der Kolbeneinspritzeinheit oder gemäß Patentanspruch 7 Überströmkanäle im Zylinder der Kolbeneinspritzeinheit vorgesehen.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1: erste Ausführungsform der Erfindung mit zwei Schmelzespeichern und einer Kolben einspritzeinheit;

Fig. 2: zweite Ausführungsform der Erfindung mit Integration des Schmelzespeichers in die Kolbeneinspritzeinheit und Überströmventilen;

Fig. 3: dritte Ausführungsform der Erfindung mit Integration des Schmelzespeichers in die Kolbeneinspritzeinheit und Überströmkanälen.

Bei der Beschreibung der Ausführungsbeispiele ist als Plastifiziereinheit ein Doppelschne ckenextruder vorgesehen. Es können jedoch auch andere Schneckenmaschinen mit Zwangsförderung und Misch- und Plastifizierfunktion zum Einsatz kommen, wie beispiels weise Einschnecken- oder Vielschneckenextruder, kontinuierlich arbeitende Kneter oder dergleichen.

Gemäß Fig. 1 sind auf einem Maschinenbett 1 eine Spritzeinheit 2 und eine Schließeinheit 3 abgestützt. Die Schließeinheit 3 umfasst eine feste Werkzeugaufspannplatte 4, eine be wegliche Werkzeugaufspannplatte 5, ein Spritzgießwerkzeug 6, sowie Mittel 7 zum Öffnen und Schließen der Schließeinheit. Die Plastifiziereinheit 8 umfasst im wesentlichen die von einem Drehantrieb 9 kontinuierlich angetriebenen, gleichlaufenden Schnecken 10 und 11, einen ersten Fülltrichter 12 für die Zufuhr von Basismaterial, einen weiteren Fülltrichter 13 für die Zufuhr von rieselfähigen Additven sowie ein Roving 14 zum Einbringen von Langfa sern 15 über eine Zuführöffnung 16. Im Bereich der Langfaserzufuhr sind die Schnecken 10 und 11 mit Knetscheiben 17 ausgestattet. Im Betrieb wird in dem Doppelschneckenextruder 8 das Kunststoffbasismaterial aufgeschmolzen, mit den Additiven und den Langfasern ge mischt und zu einem Compound aufbereitet. Diese Schmelze gelangt aus dem Schnecken vorraum 18 in einen Verteilerbalken 19 und strömt von dort zu den beiden Schmelzespei chern 20 und 21, in denen Arbeitskolben 22 und 23 über Kolbenstangen 24 und 25 mit Betä tigungskolben von doppelt wirkenden Hydraulikzylindern in Wirkverbindung stehen. Der bes seren Übersicht halber ist in Fig. 1 nur der dem Schmelzespeicher 20 zugeordnete Hydrau likzylinder 26 und der darin reversierbar geführte Betätigungskolben 27 gezeigt. Über Hyd raulikanschlüsse 28 und 29 wird der Betätigungskolben 27 wechselweise mit einem Druck medium beaufschlagt. Der Verteilerbalken 19 ist frei von Ventilen, insbesondere ist kein Umschaltventil zum wechselweisen Befüllen der Schmelzespeicher vorgesehen. Bedarfs weise können jedoch Rückströmventile in dem Verteilerbalken vorgesehen werden. Statt dessen werden die Arbeitskolben 22 und 24 so gesteuert, daß die Schmelzeeintrittsöffnun gen 30 und 31 von den Arbeitskolben 22 und 24 wechselweise verschlossen und freigege ben werden, wie unten näher ausgeführt wird. Die in den Kolbenvorräumen 32 und 33 be findliche Schmelze wird über Verbindungskanäle 34 und 35, in denen Rückschlagventile 36, 37 angeordnet sind, in den Kolbenvorraum 38 der Kolbeneinspritzeinheit 39 befördert und von dort mittels des Einspritzkolbens 40 in das Werkzeug 6 eingespritzt.

Im Betrieb wird die aus der Plastifiziereinheit 8 kontinuierlich austretende Schmelze alternie rend einem der beiden Schmelzespeicher 20 oder 21 zugeführt. Das Schließen und Freige ben der Schmelzeeintrittsöffnungen 30, 31 erfolgt bei Normalbetrieb (ohne Betriebsstörun gen) in Abtimmung auf den Spritzgießzyklus, Modus "Dosieren" und "Einspritzen einschließ lich Nachdruck". Bei Beginn der Systemfüllung (Zyklusbeginn) verschließt der Einspritzkolben 40 die Einlassöffnungen der Verbindungskanäle 34 und 35 im Kolbenvorraum. Desweiteren verschließt der Arbeitskolben 23 die Einlassöffnung 31 des zweiten Schmelzespeichers 33. Der Arbeitskolben 22 ist soweit zurückgezogen, daß die Einlassöffnung 30 des ersten Schmelzespeichers 20 frei ist. Die aus der Plastifiziereinheit 8 austretende Schmelze gelangt somit in den Kolbenvorraum 32 des ersten Schmelzespeichers 20. Bei Erreichen des erfor derlichen minimalen Dosiervolumens im Schmelzespeicher 20 (entspricht dem jeweiligen Schussgewicht) wird der Arbeitskolben 22 nach vorn bewegt. Mit dieser Bewegung wird gleichzeitig der Einspritzkolben 40 aktiv soweit zurückgezogen, dass die Einlassöffnung des Verbindungskanals 34 im Kolbenvorraum 38 freigegeben wird. Somit kann die gepufferte Schmelze aus dem Schmelzespeicher 20 in den Kolbenvorraum 38 der Kolbeneinspritzein heit 39 gelangen. Beim Umfüllen wird der Einspritzkolben 40 durch die Schmelze nach hin ten verdrängt. Der Arbeitkolben 23 gibt parallel zur Vorwärtsbewegung des Arbeitskolbens 22 nach Verschluß der Einlassöffnung 30 des Schmelzespeichers 20 die Einlassöffnung 31 des Schmelzespeichers 21 frei. Nach dem Schmelzeumfüllen beginnt direkt die Einspritz- und Nachdruckphase. Dadurch verschließt der Arbeitskolben 40 durch den aufbauenden Druck die beiden Rückschlagventile 36 und 37. Während des Umfüllens gelangt die konti nuierlich austretende Schmelze aus der Plastifiziereinheit 8 weiter in den zweiten Schmelze speicher 21 mit Zurückschieben/-ziehen des Arbeitskolbens 23. Nach Beendigung der Nachdruckphase wird der Einspritzkolben 40 wieder aktiv zurückgezogen, so daß die Ein lassöffnungen zum Kolbenvorraum 38 der Kolbeneinspritzeinheit 39 freigegeben werden. Danach wird der Arbeitskolben 23 nach vorn bewegt und der Arbeitskolben 22 wird aktiv zurückgegzogen, bis die Schmelzeeintrittsöffnung 30 offen ist. Dadurch wird das Umfüllen der Schmelze aus dem zweiten Schmelzspeicher 21 in den Kolbenvorraum 38 und gleichzei tig das Befüllen des ersten Schmelzespeichers 20 erreicht. Ab hier beginnt ein neuer Zyklus.

Bei auftretenden Zyklus- und Prozesstörungen können die Arbeitskolben 22 und 23 im Füll modus weiter zurückgezogen werden, wodurch zusätzlicher Schmelzespeicher freigegeben wird. Bei Erreichen der hinteren Endlage des im Füllen befindlichen Schmelzespeichers 22 oder 23 sind in Abhängigkeit von der Stellung des Einspritzkolbens 40 zwei weitere Spei cheroptionen möglich. Kann der Einspritzkolben 40 zurückgezogen werden, wird mit der Umfüllung begonnen und der Kolbenvorraum 38 wird als nächstes befüllt. Ist dies nicht möglich, kann der konträre Schmelzespeicher befüllt werden. Hierbei sind dann beide Schmelzeeintrittsöffnungen 30 und 31 geöffnet und es steht zusätzlicher Schmelzespeicher zur Verfügung. Im normalen Betriebszzustand ist jeweilts ein Schmelzespeicher infolge des Umschaltens teilbefüllt. Durch die erweiterte Schmelzespeicherung steht Zeit für die Steue rung des Gesamtsystems zur Verfügung. Danach kann die Plastifizierleistung an der Plastifi ziereinheit 8 reduziert werden und die Schmelze muss nicht über ein Auslassventil ausgeschleust werden. Die Plastifizierleistung wird in Abhängigkeit von der Zykluszeit beeinflußt und durch Anpassung der Drehzahl des Extruders geregelt.

Durch die wechselseitige Befüllung der beiden Schmelzespeicher 20 und 21 und die Ver wendung aktiv betätigbarer Arbeitskolben 22 und 23 ist eine flexiblere Pufferung des Schmelzestroms möglich, da sowohl die Volumina V_s der Schmelzespeicher als auch die Austragsgeschwindigkeit dV_s/dt entsprechend dem Spritzgießzyklus optimal eingestellt und sowohl beim Anfahren als auch bei Zyklusstörungen optimal verändert werden können. Wenn beispielsweise der Werkzeugschutz anspricht und ein Auswerfvorgang wiederholt werden muss, kann durch Anpassung von V_s und dV_s/dt die Plastifiziereinheit mit unverän derter Plastifizierleistung weiterbetrieben werden. Die in der Verzögerungszeit zusätzlich ausgetretene Schmelze wird durch eine nachfolgend geringfügig reduzierte Plastifizier leistung, die keine Qualitätseinbuße zur Folge hat, kompensiert. Die Plastifizierleistung wird in Abhängigkeit von der Zykluszeit beeinflußt und durch Anpassung der Drehzahl bei dem Extruder bzw. Kneter geregelt. Erst bei größeren Störungen, wenn die Pufferung des Schmelzstroms durch Variation der Füllgrade Vs und der Umfüllgeschwindigkeit dVs/dt nicht mehr ausreichend gepuffert werden kann, ist eine Reduktion der Plastifizierleistung erfor derlich. Ein vollständiges Runterfahren und Abschalten der Plastifiziereinheit 8 ist jedenfalls nur in Ausnahmefällen notwendig.

In der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist der Schmelzespeicher in die Kolbenein spritzeinheit 39 integriert. Mittels einer Kolben-Zylinder-Einheit 47 kann die gesamte Spritz einheit 2 und/oder nur die Kolbeneinspritzeinheit 39 auf einer Führungsschiene 48 an die Schließeinheit 3 herangefahren und von dieser weggefahren werden. Der grundsätzliche Aufbau der Schließeinheit 3 und der Spritzeinheit 2 entspricht der Ausführungsform von Fig. 1, so daß deren Erläuterung an dieser Stelle nicht wiederholt wird. Es soll nur auf die wesentliche Unterschiede eingegangen werden. Von dem Schneckenvorraum 18 geht ein Heisskanal 41 ab, der ungefähr in der Mitte in eine seitlich in den Zylinder 46 der Kolbenein spritzeinheit 39 eingelassene Einströmöffnung 42 mündet, in der ein Rückschlagventil 43 angeordnet ist. Das jeweilige Volumen von Kolbenvorraum 38 und Schmelzespeicher 44 ist von der Kolbenstellung abhängig. Bei normalem Betriebszustand wird jeweils minimal ein Schuß im Schmelzespeicher 44 vorhanden sein. Je weiter der Kolben 40 in Richtung der Düse 45 steht, um so größer ist das Schmelzespeichervolumen. Somit ist die Lage der Ein strömöffnung 42 in der Mitte sinnvoll. Der Kolbenvorraum 38 dient in üblicher Weise zur Aufnahme und zum Austrag der in das Spritzgießwerkzeug 6 einzuspritzenden und dort unter Druck zu haltenden Schmelze. Der Raum hinter dem Einspritzkolben 40 ist als Schmelze speicher 44 vorgesehen. Im Betrieb wird das Basismaterial zusammen mit den Additiven und/oder den Endlosfasern aufgeschmolzen und homogenisiert. Die eingebrachten Additive und/oder Rovings können insbesondere auch Naturfaserprodukte sein. Die aus dem Schne ckenvorraum 18 austretende Schmelze wird über den Heisskanal 41 und die Einströmöff nung 42 in den Kolbenvorraum 38 der Kolbeneinspritzeinheit 39 eingeleitet. Bei Erreichen der erforderlichen Formmasse für genau einen Schuss wird der Einspritzkolben 40 mittels einer nicht dargestellten Hydraulikeinheit nach vorn in Richtung der Einspritzdüse 45 bewegt und der Einspritzvorgang eingeleitet. Nach Austrag der für den Schuss erforderlichen Masse wird der Einspritzkolben 40 bis zur Beendigung der Nachdruckphase entsprechend unter Druck belassen. Der Einspritzkolben 40 steht in dieser Phase vor der Einströmöffnung 42, so daß die von der Plastifiziereinheit 8 kontinuierlich erzeugte Schmelze in den sich hinter dem Einspritzkolben 40 befindlichen Schmelzespeicher 49 fließen kann und dort gepuffert wird. Beim gesteuerten Zurückführen des Einspritzkolbens 40 wird nach Überfahren der Ein strömöffnung 42 die Schmelze wieder direkt in den Kolbenvorraum 38 gefördert. Die im Schmelzespeicher 44 hinter dem Einspritzkolben 40 gepufferte Schmelze wird bei Rück wärtsbewegung des Einspritzkolbens 40 aufgrund der entstehenden Verdichtung ein oder mehrere im Einspritzkolben 40 eingelassene Überströmventile 49 öffnen und durch die nunmehr freigegebenen Durchströmöffnungen 50 in den Kolbenvorraum 38 fließen. Es kön nen ein oder mehrere Kugelventile oder eine ringförmige Ausführung des Überströmventils über den gesamten Kolbenumfang vorgesehen werden. Vorteilhaft ist, wenn die Durch strömöffnung einen möglichst großen freien Querschnitt aufweist, um ein schnelles Umfül len zu ermöglichen und die Faserbestandteile hinsichtlich ihrer Länge nicht zu schädigen. In der ringförmigen Ventilausführung kann beispielsweise als Ventilelement ein Torus in eine kreisringförmige Ausnehmung mit V-förmigem oder dem Torus angepaßten Querschnitt eingelassen sein. Hat der Einspritzkolben seine rückwärtige Endlage erreicht, ist die gepuf ferte Schmelze aus dem Schmelzespeicher 44 vollständig ausgetrieben. Solange sich der Einspritzkolben 40 hinter der Einströmöffnung 42 befindet, gelangt die von der Plastifizie reinheit 8 erzeugte Schmelze direkt in den Kolbenvorraum 38, bis das erforderliche Schuss volumen erreicht ist. Danach beginnt mit wiederholter Vorwärtsbewegung des Einspritzkol bens 40 ein neuer Zyklus. Bei der Vorwärtsbewegung werden die Durchströmöffnungen 50 durch Anliegen der Schmelze von den Überströmventilen 49 nach Art eines Rückschlagven tils verschlossen und die im Kolbenvorraum 38 befindliche Schmelze kann zur Düse 45 be wegt werden.

Fig. 3 zeigt eine Abwandlung des Prinzips der Integration des Schmelzespeichers in die Kolbeneinspritzeinheit. Anstelle von Überströmventilen im Kolben sind ein oder mehrere Überströmkanäle 51 in den Zylinder 46 der Kolbeneinspritzeinheit 39 integriert. Die vordere Öffnung 52 des Überströmkanals 51 sollte möglichst am vorderen Ende des Zylinders 46 der Kolbeneinspritzeinheit 39 angeordnet sein, während die hintere Öffnung 53 möglichst am hinteren Ende des Zylinders 46 vorgesehen wird. Die Überströmkanäle können als Durch gangsbohrungen mit Aussparungen am Anfang und am Ende des Zylinders 46 zur Verbin dung dieser Bohrungen mit dem Zylinderraum ausgestaltet sein. In die Aussparung am vor deren Ende, also im Bereich der vorderen Öffnung 52 kann zusätzlich ein Kugelrückschlag ventil 54 eingebunden werden. Der Überströmkanal 51 übernimmt die Funktion der Schmel zeüberleitung von dem sich hinter dem Einspritzkolben 40 befindlichen Schmelzespeicher 44 in den Kolbenvorraum 38. Alle anderen Funktionselemente und -bereiche entsprechen dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2. Befindet sich der Kolben in seiner hinteren Endlage, ge langt die Schmelze durch die Einströmöffnung 42 direkt in den Kolbenvorraum 38. Danach beginnt der Einspritzkolben 40 mit seiner Vorwärtsbewegung. Nach Überfahren der Ein strömöffnung 42 gelangt die Schmelze in den Schmelzespeicher 44. Beim Rückführen des Einspritzkolbens 40 wird die Schmelze aus dem Schmelzespeicher 44 über die hintere Öff nung 53 in den Überströmkanal 51 und nach vorne in den Kolbenvorraum 38 verdrängt. Nach Überfahren der Einströmöffnung 42 gelangt die dann austretende Schmelze direkt in den Kolbenvorraum 38. Nach Erreichen der rückwärtigen Endlage des Einspritzkolbens 40 be ginnt ein neuer Zyklus. Das im Überströmkanal 51 angeordnete Rückschlagventil 54 stellt sicher, daß bei der Vorwärtsbewegung des Einspritzkolbens keine Schmelze aus dem Kol benvorraum zurückfließen kann. In diesem Fall ist die Lage der vorderen Öffnung 52 beliebig und kann beispielsweise am düsenseitigen Ende des Kolbenvorraums 38 vorgesehen wer den. Die Lage der vorderen Öffnung 52 kann auch so gewählt werden, daß das vor dieser Öffnung befindliche Schmelzevolumen mindestens für einen Schuss ausreicht. In diesem Fall kann auf das Rückschlagventil 54 verzichtet werden, da das nach Passieren der vorderen Öffnung 52 vorhandene Schmelzevolumen nunmehr von dem Einspritzkolben 40 unter Druck gesetzt und in das Spritzgießwerkzeug eingespritzt werden kann, ohne daß Schmelze aus dem Kolbenvorraum 38 nach hinten in den Schmelzespeicher 44 fließen kann. Die Lage der hinteren Öffnung 53 bestimmt die Menge der bei der Rückwärtsbewegung des Ein spritzkolbens 40 aus dem Schmelzespeicher 44 austreibbaren Schmelze. Befindet sich diese Öffnung 53 am rückwärtigen Ende des Schmelzespeichers 44 kann dieser nahezu vollstän dig entleert werden.

Bei den in den Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispielen kann ein Ausgleichsele ment 55 an dem Einspritzkolben 40 vorgesehen werden, so daß bei mittiger Stellung des Einspritzkolbens das Volumen im Schmelzespeicher 44 im wesentlichen gleich dem Volu men im Kolbenvorraum 38 ist, der sich in Richtung der Düse 45 konisch verjüngt. Fig. 3 zeigt ein derartiges Ausgleichselement in Gestalt eines Kegelaufsatzes auf der Vorderseite des Einspritzkolbens 40. Durch die gleichen Volumina wird ein konstantes und reproduzier bares Schussgewicht gewährleistet.

Bezugszeichenliste

1

Maschinenbett

2

Spritzeinheit

3

Schließeinheit

4

Feste Werkzeugaufspannplatte

5

Bewegliche Werkzeugaufspannplatte

6

Spritzgießwerkzeug

7

Mittel zum Öffnen und Schließen der Schließeinheit

8

Plastifiziereinheit

9

Drehantrieb

10

Erste Extruderschnecke

11

Zweite Extruderschnecke

12

Fülltrichter für Basismaterial

13

Fülltrichter für rieselfähige Additive

14

Roving für Langfasereinbringung

15

Langfaser

16

Langfaserzuführöffnung

17

Knetscheiben

18

Schneckenvorraum

19

Verteilerbalken

20

Erster Schmelzespeicher

21

Zweiter Schmelzespeicher

22

Arbeitskolben des ersten Schmelzespeichers

20

23

Arbeitskolben des zweiten Schmelzespeichers

21

24

Kolbenstange des Arbeitskolbens des ersten Schmelzespeichers

20

25

Kolbenstange des Arbeitskolbens des zweiten Schmelzespeichers

21

26

Erster Hydraulikzylinder

27

Betätigungskolben des ersten Hydraulikzylinders

28

Druckmittelanschluß

29

Druckmittelanschluß

30

Schmelzeeintrittsöffnung am ersten Schmelzespeicher

20

31

Schmelzeeintrittsöffnung am zweiten Schmelzespeicher

21

32

Kolbenvorraum des ersten Schmelzespeichers

20

33

Kolbenvorraum des zweiten Schmelzespeichers

21

34

Verbindungskanal vom ersten Schmelzespeicher

20

zur Kolbeneinspritzeinheit

39

35

Verbindungskanal vom zweiten Schmelzespeicher

21

zur Kolbeneinspritzeinheit

39

36

Rückschlagventil in Verbindungskanal

34

37

Rückschlagventil in Verbindungskanal

35

38

Kolbenvorraum der Kolbeneinspritzeinheit

39

Kolbeneinspritzeinheit

40

Einspritzkolben

41

Heißkanal

42

Einströmöffnung

43

Rückschlagventil

44

Schmelzespeicher der Kolbeneinspritzeinheit

39

45

Einspritzdüse

46

Zylinder der Kolbeneinspritzeinheit

39

47

Kolben-Zylinder-Einheit

48

Führungsschiene

49

Überströmventile

50

Durchströmöffnungen

51

Überströmkanal

52

Vordere Öffnung des Überströmkanals

53

Hintere Öffnung des Überströmkanals

54

Rückschlagventil im Überströmkanal

55

Ausgleichselement

Claims

1. Spritzeinheit für Spritzgießmaschinen, mit einer kontinuierlich betreibbaren Plastifizie reinheit (8), mit einer Kolbeneinspritzeinheit (39), sowie mit Mitteln zum Zwischen speichern und Austragen der Schmelze, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Plastifiziereinheit (8) und der Kolbeneinspritzeinheit (39) mehrere Schmelzespeicher (22, 23) vorgesehen sind, daß die Schmelzespeicher (22, 23) über Schmelzeeintrittsöffnungen (30, 31) verfügen, in die Schmelzeleitungen (19) münden, über die die Schmelzespeicher (22, 23) untereinander und mit der Plastifiziereinheit verbunden sind, und daß die Schmelzespeicher (22, 23) mit aktiv betätigbaren Ar beitskolben (22, 23) zum Austragen der Schmelze ausgestattet sind, mit denen zum Umlenken des Schmelzestroms die Schmelzeeintrittsöffnungen (30, 31) in den Schmelzespeichern (20, 21) verschließbar sind und die in diese Schließstellung ver fahrbar sind.

2. Spritzeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzespeicher (20, 21) über ventilfreie Schmelzeleitungen (19) unterein ander und mit der Plastifiziereinheit (8) verbunden sind.

3. Spritzeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Plastifiziereinheit (8) ein Schmelzeverteilerkanal (19) und zwei Schmelzespei cher (20, 21) an den sich gegenüberliegenden Enden des Schmelzeverteilerkanals (19) nachgeschaltet sind.

4. Spritzeinheit für eine Spritzgießmaschine, mit einer kontinuierlich betreibbaren Plasti fiziereinheit (8), mit einer Kolbeneinspritzeinheit (39), sowie mit Mitteln zum Zwi schenspeichern und Austragen von Schmelze, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbeneinspritzeinheit (39) über eine Einströmöffnung (42) für die Schmelze verfügt, die derart seitlich an dem Zylinder (46) der Kolbeneinspritzeinheit (39) in dem von dem Einspritzkolben (40) bei seiner Bewegung überstrichenen Bereich angeordnet ist, daß bei sich hinter der Einströmöffnung (42) befindlichem Einspritzkolben (40) der Kolbenvorraum (Einspritzraum) (38) und bei sich vor der Einströmöffnung (42) be findlichem Einspritzkolben der Raum (44) hinter dem Einsrpitzkolben (Schmelzespei cher 44) mit Schmelze gefüllt wird, und daß der Einspritzkolben (40) mit ein oder mehreren Überströmventilen (49) ausgestattet ist, die bei der Rückwärtsbewegung des Einspritzkolbens (40) öffnen können, so daß die Schmelze aus dem hinter dem Einspritzkolben (40) befindlichen Schmelzespeicher (44) in den Einspritzraum (38) durchströmen kann, und die bei der Vorwärtsbewegung des Einspritzkolbens (40) schließen.

5. Spritzeinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Kugelventile als Überströmventile vorgesehen sind.

6. Spritzeinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere, sich über den gesamten Kolbenumfang erstreckende ringför mige Überströmventile vorgesehen sind.

7. Spritzeinheit für eine Spritzgießmaschine, mit einer kontinuierlich betreibbaren Plasti fiziereinheit (8), mit einer Kolbeneinspritzeinheit (39), sowie mit Mitteln zum Zwi schenspeichern und Austragen von Schmelze, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbeneinspritzeinheit (39) über eine Einströmöffnung (42) für die Schmelze verfügt, die derart seitlich an dem Zylinder (46) der Kolbeneinspritzeinheit (39) in dem von dem Einspritzkolben (40) bei seiner Bewegung überstrichenen Bereich angeord net ist, daß bei sich hinter der Einströmöffnung (42) befindlichem Einspritzkolben (40) der Kolbenvorraum (Einspritzraum) 38 und bei sich vor der Einströmöffnung (42) be findlichem Einspritzkolben (40) der Raum (44) hinter dem Einspritzkolben (Schmelze speicher 44) mit Schmelze gefüllt wird, und daß ein oder mehrere Überströmkanäle (51) vorgesehen sind, die den Schmelzespeicher (44) mit dem Einspritzraum (38) ver binden, so daß bei der Rückwärtsbewegung des Einspritzkolbens (40) die Schmelze aus dem Schmelzespeicher (44) in den Einspritzraum (38) durchströmen kann.

8. Spritzeinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die vorderen Öffnungen (52) der Überströmkanale (51) im Einspritzraum (38) im wesentlichen hinter dem von dem Einspritzvolumen eingenommen Bereich liegen.

9. Spritzeinheit nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die hinteren Öffnungen (53) der Überströmkanäle (51) im Schmelzespeicher (44) im wesentlichen bis zur rückwärtigen Endposition des Kolbens (40) reichen.

10. Spritzeinheit nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in den Überströmkanälen (51) Rückschlagventile (54) vorgesehen sind.

11. Spritzeinheit nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Überströmkanäle in dem Zylinder (46) der Kolbeneinspritzeinheit (39) liegen.

12. Spritzeinheit nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Überströmkanäle ausserhalb des Zylinders (46) der Kolbeneinspritzeinheit (39) angeordnet sind, beispielsweise als Schlauch- oder Rohrverbindung zwischen dem Schmelzespeicher (44) und dem Kolbenvorraum (38).

13. Spritzeinheit nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Einspritzkolben (40) ein Ausgleichselement (55) vorgesehen ist, derge stalt, daß bei mittiger Stellung des Einspritzkolbens (40) in dem Zylinder (46) der Kol beneinspritzeinheit (39) das Volumen in dem Kolbenvorraum (38) im wesentlichen gleich ist dem Volumen in dem Schmelzespeicher (44).

14. Spritzeinheit nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein kegelförmiges Ausgleichselement (55) auf der Vorderseite des Einspritzkol bens (40) angebracht ist.