DE10118486B4

DE10118486B4 - Spritzeinheit für Spritzgießmaschinen mit kontinuierlich arbeitender Plastifiziereinheit

Info

Publication number: DE10118486B4
Application number: DE10118486A
Authority: DE
Inventors: Ingo Köhler; Ansgar Jäger
Original assignee: Sumitomo SHI Demag Plastics Machinery GmbH
Current assignee: Sumitomo SHI Demag Plastics Machinery GmbH
Priority date: 2001-04-12
Filing date: 2001-04-12
Publication date: 2009-08-13
Anticipated expiration: 2021-04-13
Also published as: US6821101B2; DE10118486A1; US20020168444A1

Abstract

Spritzeinheit für Spritzgießmaschinen, mit einer kontinuierlich betreibbaren Plastifiziereinheit (8), mit einer Kolbeneinspritzeinheit (39), sowie mit Mitteln zum Zwischenspeichern 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 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.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spritzeinheit für eine Spritzgießmaschine mit einer kontinuierlich arbeitenden Plastifiziereinheit, einer Kolbeneinspritzeinheit, sowie Mitteln zum Zwischenspeichern der Schmelze. Bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung ist das Compoundieren von Kunststoffschmelze mit Zusatzstoffen, wie insbesondere das Einbringen von Natur- 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 (Rovings) in den Basiswerkstoff durch Einziehen der Rovings mittels einer rotierenden Schrecke. Die Schneckendrehzahl und die Rovinganzahl betimmen die Faseranteile in der Kunststoffschmelze. Die eingebrachten Fasern können über Knetelemente besser in der Schmelze 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 förderwirksame Schnecken ( DE 38 41 728 C1 ) oder Zuführschnecken ( DE 36 00 566 C1 ) verwendet werden.
Zum Herstellen homogener Kunststoffschmelzen mittels Ein- oder Mehrschneckenmaschinen (Extruder oder Kneter) ist die kontinuierliche Betriebsweise der Plastifiziereinheit empfehlenswert. Da jedoch das Spritzgießen ein intermittierender Prozess ist, sind Massnahmen zu ergreifen, um den kontinuierlichen Betrieb der Plastifiziereinheit mit dem intermittierenden Betrieb der Spritzgießmaschine zu koppeln.
Aus der DE 198 59 472 A1 ist es bekannt, auf einem kontinuierlich arbeitenden gleichlaufenden Doppelschneckenextruder Füll- und Zusatzstoffe in den Polymermatrixwerkstoff einzuarbeiten und den kontinuierlichen Schmelzestrom abwechselnd zwei Kolbeneinspritzeinheiten mit jeweils nachgeschalteter Schließeinheit und den darin befindlichen Spritzgieß werkzeugen zuzuleiten. Hierzu ist vorgesehen, daß die aus der Plastifiziereinheit austretende Schmelze in Abzweigungsleitungen mündet, die jeweils zu den beiden Kolbeneinspritzeinheiten führen, wobei mittels eines Schaltventils der Schneckenvorraum wechselweise mit den Kolbeneinspritzeinheiten verbindbar ist. Im Betrieb gelangt der Schmelzestrom, gesteuert 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 gebracht. Durch eine nachfolgende Druckbeaufschlagung des Arbeitskolbens der Kolbeneinspritzeinheit wird die in dem Kolbenvorraum befindliche von Langfasern durchsetzte Schmelze über eine Einspritzdüse und einen Angußkanal in die Formkavität des Spritzgießwerkzeugs eingespritzt. Über die gesteuerte oder geregelte Beaufschlagung des Arbeitskolbens mit hydraulischem Druckmittel wird in der Formkavität das zur Erzeugung des Spritzgießteils erforderliche Druckprofil eingestellt.
Aus der US 5,454,995 A ist es bekannt, Kunststoffschmelze aus einem kontinuierlich arbeitenden Extruder über ein Umschaltventil und nachgeschaltete Verbindungsleitungen mit Rückschlagventilen abwechselnd zwei Kolbeneinspritzeinheiten zuzuführen. Von den die Schmelze aufnehmenden Kolbenvorräumen der beiden Kolbeneinspritzeinheiten gehen jeweils eine Schmelzeaustragsleitung ab, die in ein weiteres Schaltventil mit Rückschlagsicherung münden, über das die Schmelze in einen nachgeschalteten Kanal gelangt und dem Spritzgießwerkzeug zugeführt wird. Im Betrieb werden die beiden Schaltventile so gesteuert, daß bei einer Kolbeneinspritzeinheit die Schmelze aus dem Kolbenvorraum ausgetragen, das Spritzgießwerkzeug 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 A bekannt, erfordert einen vergleichsweisen großen bau- und steuerungstechnischen Aufwand, da entsprechend dem Spritzgießzyklus jede Kolbeneinspritzeinheit mit mindestens dem einzuspritzenden Volumen an Schmelze zu befüllen ist. Die Plastifizierleistung ist genau auf die entsprechend dem Spritzgießzyklus benötigte Schmelzemenge einzustellen. Bei auftretenden Zyklusstörungen im Spritzgießprozess und noch nicht erfolgter Rückzugbewegung des ersten Einspritzkolbens kann die bei gleichbleibender Extruderleistung austretende Schmelze nach Befüllung der zweiten Einspritzeinheit nicht gepuffert werden und verursacht eine Druckanstieg im Extruder, so daß dieser sofort abgeschaltet werden muß. Die darin stehende Schmelze unterliegt dann einer verstärkten Materialschä digung, 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 Plastifiziereinheit zu Folge.
Aus der Patentschrift DE 1 142 229 A ist es bekannt, eine Spritzgießmaschine mit einer Spritzeinheit zu betreiben, die einen kontinuierlich arbeitenden Extruder als Plastifiziereinheit und eine intermittierend arbeitende Kolbeneinspritzeinheit aufweist, wobei Mittel zur Zwischenspeicherung von Schmelze vorgesehen sind. Die von dem kontinuierlich arbeitenden Extruder erzeugte Schmelze gelangt über eine Zuleitung zunächst in. den. Sammelraum eines Schmelzespeichers, der mit einem mit einem Druckspeicher verbundenden Kolben ausgestattet ist. Von dem Sammelraum gelangt die Kunststoffschmelze über eine Leitung und ein Rückschlagventil in den Kolbenvorraum der Kolbeneinspritzeinheit, von wo die Kunststoffschmelze durch Druckbeaufschlagung des Arbeitskolben ausgetragen und über eine Düse in das Spritgießwerkzeug eingespritzt wird. Während der Einspritzphase schließt das Rückschlagventil 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 Kolbenvorraum 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 Schmelzespeicher von seitlich unten nahe am Zylinderfuß mit Schmelze befüllt werden, so daß der Arbeitskolben nach oben gedrückt wird. In einer anderen Ausführungsform wird vorgeschlagen, die Schmelze seitlich oben zuzuführen und im Zylinder einen Schmelzeverteiler vorzusehen, 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 Kolbenvorraum der Kolbeneinspritzeinheit fließt.
Nachteilig an diesen beiden zuvor genannten Einspritzeinheiten ist, daß bei auftretenden Zyklusstörungen im Spritzgießprozess und noch nicht erfolgter Rückzugsbewegung des Einspritzkolbens die austretende Schmelze nur im Umfang des Volumens des einen Schmelzespeichers gepuffert werden kann. Einzig über die Variation der Plastifizierleistung des Extruders kann steuernd und regelnd in den Schmelzestrom eingegriffen werden. Je nach Einstellung des Druckspeichers in der DE 1 142 229 A oder Dimensionierung der Kolbenzylindereinheit gemäß DE 197 15 229 A1 kommt es dann früher oder später zu einem Druckanstieg im Extruder, so daß dieser abgeschaltet werden muß, was die bereits oben im Zusammenhang mit der DE 198 59 472 A1 und US 5,454,995 A angegebenen negativen Auswirkungen hat.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Spritzeinheit für Spritzgießmaschinen mit kontinuierlich arbeitender Plastifiziereinheit und Kolbeneinspritzeinheit anzugeben, mit der sicherer und flexibler auf Störungen im Produktionprozess reagiert werden kann und die insbesondere ein vollständiges Abschalten der Plastifiziereinheit nur bei größeren Störungen erfordert.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch Spritzeinheiten mit den Merkmalen der nebengeordneten Patentansprüche 1, 4 und 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen 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 Schmelzespeicher gemäß Patentanspruch 1 ausserdem mit aktiv betätigbaren Arbeitskolben ausgestattet sind, können darüberhinaus die Speichervolumina (V_s) und die Austragsgeschwindigkeit (dV_s/dt) bei den einzelnen Schmelzespeichern individuell und separat voneinander eingestellt 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, beispielsweise 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 redu ziert zum einen den konstruktiven und steuerungsstechnischen Aufwand und ist ferner vorteilhaft für die Verarbeitung von Lang- oder Naturfasern, da diese beim Passieren von Ventilen 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 Schmelzespeicher ausreichender Kapazität ausgebildet ist. Der Schmelzespeicher umfaßt im Normalfall 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 Kolbenvorraum (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 1 bis 3 näher erläutert werden. Es zeigen:
1: erste Ausführungsform der Erfindung mit zwei Schmelzespeichern und einer Kolbeneinspritzeinheit;
2: zweite Ausführungsform der Erfindung mit Integration des Schmelzespeichers in die Kolbeneinspritzeinheit und Überströmventilen;
3: dritte Ausführungsform der Erfindung mit Integration des Schmelzespeichers in die Kolbeneinspritzeinheit und Überströmkanälen.
Bei der Beschreibung der Ausführungsbeispiele ist als Plastifiziereinheit ein Doppelschneckenextruder vorgesehen. Es können jedoch auch andere Schneckenmaschinen mit Zwangsförderung und Misch- und Plastifizierfunktion zum Einsatz kommen, wie beispielsweise Einschnecken- oder Vielschneckenextruder, kontinuierlich arbeitende Kneter oder dergleichen.
Gemäß 1 sind auf einem Maschinenbett 1 eine Spritzeinheit 2 und eine Schließeinheit 3 abgestützt. Die Schließeinheit 3 umfasst eine feste Werkzeugaufspannplatte 4, eine bewegliche 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 Langfasern 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 gemischt und zu einem Compound aufbereitet. Diese Schmelze gelangt aus dem Schneckenvorraum 18 in einen Verteilerbalken 19 und strömt von dort zu den beiden Schmelzespeichern 20 und 21, in denen Arbeitskolben 22 und 23 über Kolbenstangen 24 und 25 mit Betätigungskolben von doppelt wirkenden Hydraulikzylindern in Wirkverbindung stehen. Der besseren Übersicht halber ist in 1 nur der dem Schmelzespeicher 20 zugeordnete Hydraulikzylinder 26 und der darin reversierbar geführte Betätigungskolben 27 gezeigt. Über Hydraulikanschlüsse 28 und 29 wird der Betätigungskolben 27 wechselweise mit einem Druckmedium beaufschlagt. Der Verteilerbalken 19 ist frei von Ventilen, insbesondere ist kein Umschaltventil zum wechselweisen Befüllen der Schmelzespeicher vorgesehen. Bedarfsweise können jedoch Rückströmventile in dem Verteilerbalken vorgesehen werden. Stattdessen werden die Arbeitskolben 22 und 24 so gesteuert, daß die Schmelzeeintrittsöffnungen 30 und 31 von den Arbeitskolben 22 und 24 wechselweise verschlossen und freigegeben werden, wie unten näher ausgeführt wird. Die in den Kolbenvorräumen 32 und 33 befindliche 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 alternierend einem der beiden Schmelzespeicher 20 oder 21 zugeführt. Das Schließen und Freigeben der Schmelzeeintrittsöffnungen 30, 31 erfolgt bei Normalbetrieb (ohne Betriebsstörungen) in Abtimmung auf den Spritzgießzyklus, Modus "Dosieren" und "Einspritzen einschließlich 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 erforderlichen 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 Kolbeneinspritzeinheit 39 gelangen. Beim Umfüllen wird der Einspritzkolben 40 durch die Schmelze nach hinten 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 kontinuierlich austretende Schmelze aus der Plastifiziereinheit 8 weiter in den zweiten Schmelzespeicher 21 mit Zurückschieben/-ziehen des Arbeitskolbens 23. Nach Beendigung der Nachdruckphase wird der Einspritzkolben 40 wieder aktiv zurückgezogen, so daß die Einlassöffnungen 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 gleichzeitig 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 Füllmodus 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 Speicheroptionen 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 Steuerung des Gesamtsystems zur Verfügung. Danach kann die Plastifizierleistung an der Plastifiziereinheit 8 reduziert werden und die Schmelze muss nicht über ein Auslassventil ausge schleust 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 Verwendung 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 unveränderter Plastifizierleistung weiterbetrieben werden. Die in der Verzögerungszeit zusätzlich ausgetretene Schmelze wird durch eine nachfolgend geringfügig reduzierte Plastifizierleistung, 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 erforderlich. Ein vollständiges Runterfahren und Abschalten der Plastifiziereinheit 8 ist jedenfalls nur in Ausnahmefällen notwendig.
In der in 2 gezeigten Ausführungsform ist der Schmelzespeicher in die Kolbeneinspritzeinheit 39 integriert. Mittels einer Kolben-Zylinder-Einheit 47 kann die gesamte Spritzeinheit 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 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 Kolbeneinspritzeinheit 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 Einströmöffnung 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 un ter Druck zu haltenden Schmelze. Der Raum hinter dem Einspritzkolben 40 ist als Schmelzespeicher 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 Schneckenvorraum 18 austretende Schmelze wird über den Heisskanal 41 und die Einströmöffnung 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 Einströmöffnung 42 die Schmelze wieder direkt in den Kolbenvorraum 38 gefördert. Die im Schmelzespeicher 44 hinter dem Einspritzkolben 40 gepufferte Schmelze wird bei Rückwärtsbewegung 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 können ein oder mehrere Kugelventile oder eine ringförmige Ausführung des Überströmventils über den gesamten Kolbenumfang vorgesehen werden. Vorteilhaft ist, wenn die Durchströmöffnung einen möglichst großen freien Querschnitt aufweist, um ein schnelles Umfüllen 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 gepufferte Schmelze aus dem Schmelzespeicher 44 vollständig ausgetrieben. Solange sich der Einspritzkolben 40 hinter der Einströmöffnung 42 befindet, gelangt die von der Plastifiziereinheit 8 erzeugte Schmelze direkt in den Kolbenvorraum 38, bis das erforderliche Schussvolumen erreicht ist. Danach beginnt mit wiederholter Vorwärtsbewegung des Einspritzkolbens 40 ein neuer Zyklus. Bei der Vorwärtsbewegung werden die Durchströmöffnungen 50 durch Anliegen der Schmelze von den Überströmventilen 49 nach Art eines Rückschlagventils verschlossen und die im Kolbenvorraum 38 befindliche Schmelze kann zur Düse 45 bewegt werden.
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 Durchgangsbohrungen mit Aussparungen am Anfang und am Ende des Zylinders 46 zur Verbindung dieser Bohrungen mit dem Zylinderraum ausgestaltet sein. In die Aussparung am vorderen Ende, also im Bereich der vorderen Öffnung 52 kann zusätzlich ein Kugelrückschlagventil 54 eingebunden werden. Der Überströmkanal 51 übernimmt die Funktion der Schmelzeüberleitung von dem sich hinter dem Einspritzkolben 40 befindlichen Schmelzespeicher 44 in den Kolbenvorraum 38. Alle anderen Funktionselemente und -bereiche entsprechen dem Ausführungsbeispiel von 2. Befindet sich der Kolben in seiner hinteren Endlage, gelangt die Schmelze durch die Einströmöffnung 42 direkt in den Kolbenvorraum 38. Danach beginnt der Einspritzkolben 40 mit seiner Vorwärtsbewegung. Nach Überfahren der Einströmöffnung 42 gelangt die Schmelze in den Schmelzespeicher 44. Beim Rückführen des Einspritzkolbens 40 wird die Schmelze aus dem Schmelzespeicher 44 über die hintere Öffnung 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 beginnt ein neuer Zyklus. Das im Überströmkanal 51 angeordnete Rückschlagventil 54 stellt sicher, daß bei der Vorwärtsbewegung des Einspritzkolbens keine Schmelze aus dem Kolbenvorraum zurückfließen kann. In diesem Fall ist die Lage der vorderen Öffnung 52 beliebig und kann beispielsweise am düsenseitigen Ende des Kolbenvorraums 38 vorgesehen werden. 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 Einspritzkolbens 40 aus dem Schmelzespeicher 44 austreibbaren Schmelze. Befindet sich diese Öffnung 53 am rückwärtigen Ende des Schmelzespeichers 44 kann dieser nahezu vollständig entleert werden.
Bei den in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispielen kann ein Ausgleichselement 55 an dem Einspritzkolben 40 vorgesehen werden, so daß bei mittiger Stellung des Einspritzkolbens das Volumen im Schmelzespeicher 44 im wesentlichen gleich dem Volumen im Kolbenvorraum 38 ist, der sich in Richtung der Düse 45 konisch verjüngt. 3 zeigt ein derartiges Ausgleichselement in Gestalt eines Kegelaufsatzes auf der Vorderseite des Einspritzkolbens 40. Durch die gleichen Volumina wird ein konstantes und reproduzierbares Schussgewicht gewährleistet.

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
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

Spritzeinheit für Spritzgießmaschinen, mit einer kontinuierlich betreibbaren Plastifiziereinheit (8), mit einer Kolbeneinspritzeinheit (39), sowie mit Mitteln zum Zwischenspeichern 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 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.
Spritzeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzespeicher (20, 21) über ventilfreie Schmelzeleitungen (19) untereinander und mit der Plastifiziereinheit (8) verbunden sind.
Spritzeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Plastifiziereinheit (8) ein Schmelzeverteilerkanal (19) und zwei Schmelzespeicher (20, 21) an den sich gegenüberliegenden Enden des Schmelzeverteilerkanals (19) nachgeschaltet sind.
Spritzeinheit für eine Spritzgießmaschine, mit einer kontinuierlich betreibbaren Plastifiziereinheit (8), mit einer Kolbeneinspritzeinheit (39), sowie mit Mitteln zum Zwischenspeichern 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) befindlichem Einspritzkolben der Raum (44) hinter dem Einspritzkolben (Schmelzespeicher 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.
Spritzeinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Kugelventile als Überströmventile vorgesehen sind.
Spritzeinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere, sich über den gesamten Kolbenumfang erstreckende ringförmige Überströmventile vorgesehen sind.
Spritzeinheit für eine Spritzgießmaschine, mit einer kontinuierlich betreibbaren Plastifiziereinheit (8), mit einer Kolbeneinspritzeinheit (39), sowie mit Mitteln zum Zwischenspeichern 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) befindlichem Einspritzkolben (40) der Raum (44) hinter dem Einspritzkolben (Schmelzespeicher 44) mit Schmelze gefüllt wird, und daß ein oder mehrere Überströmkanäle (51) vorgesehen sind, die den Schmelzespeicher (44) mit dem Einspritzraum (38) verbinden, so daß bei der Rückwärtsbewegung des Einspritzkolbens (40) die Schmelze aus dem Schmelzespeicher (44) in den Einspritzraum (38) durchströmen kann.
Spritzeinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die vorderen Öffnungen (52) der Überströmkanäle (51) im Einspritzraum (38) im wesentlichen hinter dem von dem Einspritzvolumen eingenommen Bereich liegen.
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.
Spritzeinheit nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in den Überströmkanälen (51) Rückschlagventile (54) vorgesehen sind.
Spritzeinheit nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Überströmkanäle in dem Zylinder (46) der Kolbeneinspritzeinheit (39) liegen.
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).
Spritzeinheit nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Einspritzkolben (40) ein Ausgleichselement (55) vorgesehen ist, dergestalt, daß bei mittiger Stellung des Einspritzkolbens (40) in dem Zylinder (46) der Kolbeneinspritzeinheit (39) das Volumen in dem Kolbenvorraum (38) im wesentlichen gleich ist dem Volumen in dem Schmelzespeicher (44).
Spritzeinheit nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein kegelförmiges Ausgleichselement (55) auf der Vorderseite des Einspritzkolbens (40) angebracht ist.