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Einrichtung zum Regeln der Temperatur einer Strangpresse zum Spritzen
von organischen thermoplastischen Kunststoffen Die Erfindung bezieht sich auf eine
Einrichtung zum Regeln der Temperatur einer Strangpresse zum Spritzen von organischen
thermoplastischen Kunststoffen, durch deren Zylindermantel und Düsenkopf Heiz- oder
Kühlflüssigkeit wahlweise und unabhängig voneinander hindurchgeführt werden.
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Beim kontinuierlichen Spritzen von organischen thermoplastischen
Kunststoffen besteht ein wichtiges Erfordernis darin, eine genaue Regelung der Temperatur
des Spritzzylinders innerhalb vorgeschriebener Grenzen aufrechtzuerhalten, um eine
vollkommene Plastifizierung des zu spritzenden Materials zu gewährleisten, ohne
dabei zu überhitzen. Eine erfolgreiche Wärmeregulierung erfordert jedoch mehr als
lediglich das Wirksammachen und Unwirksammachen von Heizvorrichtungen, weil die
bei einer mit einer Schnecke arbeitenden Maschine durch das Umlaufen der Schnecke
in dem mit Mänteln versehenen Spritzzylinder entwickelte Reibungswärme und die Knet-und
Preßwirkung der Schnecke auf das thermoplastische Material oft so intensiv sind,
daß auch bei einer Unterbrechung der Wärmezufuhr das thermoplastische Material innerhalb
des Zylinders eine Temperatur annimmt, die eine Verfärbung oder Zersetzung des Materials
hervorruft. Dies kann dazu führen, daß schädliche Gase oder Dämpfe, wie z. B. Salzsäure-oder
Chlordämpfe im Fall von Vinylchlorid und Vinylidenchlorid, aus dem thermoplastischen
Material entweichen, die Verletzungen der die Maschine bedienenden Person und auch
Schäden an der Maschine selbst hervorrufen können.
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Eine derartige Verfärbung oder Zersetzung des thermoplastischen Materials
kann auch auftreten, wenn die Maschine am Ende eines Arbeitskreislaufes stillgesetzt
wird. Da überdies die geheizte Wand des Spritzzylinders sich im allgemeinen auf
einer Temperatur befindet, die etwas höher als diejenige ist, welche zum Plastifizieren
des Materials erforderlich ist, ruft eine längere Berührung des Materials- mit einer
solchen geheizten Zylinderwand nach dem Stillsetzen der Maschine eine Blasenbildung
oder ein Verbrennen des Materials mit der sich daraus ergebenden Verfärbung und
Zersetzung hervor.
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Es sind bereits Einrichtungen zum Regeln der Temperatur einer Strangpresse
zum Spritzen von organi schen thermoplastischen Kunststoffen bekannt, bei denen
durch Zylindermantel und Düsenkopf Heiz- und Kühlflüssigkeit wahlweise unabhängig
voneinander hindurchgeführt werden. Diese bekannten Regeleinrichtungen vermögen
jedoch die oben geschilderten Nachteile nicht zu beheben.
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Zweck der Erfindung ist, eine Regeleinrichtung der genannten Art
zu schaffen, welche ein rasches Erhitzen und ein rasches Abkühlen des Zylinders
gestattet und eine Blasenbildung oder ein Verbrennen des thermoplastischen Materials
mit der sich daraus ergebenden Verfärbung und Zersetzung in einwandfreier Weise
verhindert.
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Die Regeleinrichtung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß zwei Kreisläufen für die Heiz- und Kühlflüssigkeit eine einzige in ihrer Förderrichtung
umsteuerbare Pumpe zugeordnet ist und in den einzelnen Kreisläufen jeweils vor und
nach der Pumpe gesteuerte Ventile oder Rückschlagventile angeordnet sind, die in
Abhängigkeit von der Förderrichtung der Pumpe den Kreislauf für die Heizflüssigkeit
von dem für die Kühlflüssigkeit trennen.
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Die Kreisläufe können mit der Strangpresse derart verbunden sein,
daß bei jeder Fördervorrichtung der Pumpe Heiz- und Kühlflüssigkeit entweder in
gleicher oder in entgegengesetzter Richtung durch die Strangpresse strömen.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung an einigen Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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Fig. 1 ist eine schaubildliche Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform
der Einrichtung, die mit einer mit einer Schnecke arbeitenden Spritzmaschine vereinigt
ist.
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Fig. 2, 3, 4 und 5 sind ähnliche schaubildliche Darstellungen abgeänderter
Ausführungsformen der Einrichtung gemäß der Erfindung.
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Fig. 1 zeigt die bekannte Spritzmaschine, die aus einem Spritzzylinder
1 mit der Aufgabeöffnung 2 für das thermoplastische Material, der in der Längsboh-
rung
3 geführten Schnecke 6 und dem die Spritzdüse 5 aufnehmenden Kopfstück 4 besteht.
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Der Zylinder 1 ist einschließlich seines Düsenkopfes 4 mit Mänteln
versehen, die unabhängig voneinander angeordnet sind, so daß mehrere Temperaturzonen
entstehen. Im Ausführungsbeispiel sind drei Zonen vorgesehen, nämlich erstens eine
am Einfülltrichter des Zylinders liegende wassergekühlte Zone (nicht dargestellt).
Zweites befindet sich zwischen der Einlaßöffnung2 und dem Düsenkopf 4 eine von einer
Flüssigkeit erhitzte Zwischenzone und drit tens am Düsenkopf 4 eine weitere durch
eine Flüssigkeit geheizte Zone. Der Zylinder 1 und der Düsenkopf 4 können durch
Öl, Wasserdampf oder ein anderes Heizmittel, z.B. durch-elektrischen Strom, erhitzt
werden. Im vorliegenden Fall wird heißes Öl verwendet, welches durch die nachstehend
zu beschreibende Einrichtung erhitzt wird und durch die Mäntel im Zylinder 1 und
im Düsenkopf 4 umläuft.
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Die hier in Verbindung mit einer Spritzmaschine dargestellte temperaturgeregelte
Einrichtung zum Zuführen des Oles weist einen Behälter 7 auf, der mit einem belüfteten
Expansions- und Abschlußgefäß 8 verbunden ist. Innerhalb des Behälters 7 ist ein
Heizgefäß 9 angeordnet. durch welches das Medium hindurchströmt und darin z. B.
mittels eines Tauchsieders 10 auf die gewünschte Temperatur erhitzt wird.
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Mit dem Erhitzer 10 ist vorzugsweise eine Vorrichtung zum Verändern
seiner Temperatur verbunden. so daß das durch das Heizgefäß 9 strömende Öl auf die
gewünschte Temperatur erhitzt wird. Der Behälter 7 ist durch eine ein Rückschlagventil
12 enthaltende Leitung 11 mit einem Behälter 13 verbunden. der gekühlt werden kann.
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In das System ist eine- hydraulische Pumpe 14 eingeschaltet, an deren
eine Öffnung eine vom Behälter 7 kommende Leitung 15 angeschlossen ist. Letztere
enthält ein Rüclcschlagventil 16, durch das das Öl aus dem Behälter 7 zur Einlaßöffnung
der Pumpe strömt, wenn sie in der durch Pfeil 17 angedeuteten Richtung arbeitet.
Mit der gleichen Öffnung der Pumpe ist eine Leitung 18 verbunden. In ihr ist ein
Rückschlagventil 19 angeordnet, durch das das 01 in die Leitungen 21.
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22 und 23 gepumpt wird, wenn die Pumpe in Richtung des Pfeiles 20
fördert. In den Leitungen 21 und 23 sind Regel- oder Drosselventile 24 bzw. 25 vorgesehen.
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Die andere Öffnung der Pumpe 14 ist mit einer Leitung 26 verbunden,
die ein Rückschlagventil 27 enthält, durch welches das Öl in der durch den Pfeil
17 angedeuteten Richtung zu dem einen Ende des Heizgefäßes 9 strömt. Zu der gleichen
Öffnung der Pumpe 14 führt eine vom Kühlbehälter 13 kommende Leitung 28, die ein
Rückschlagventil 29 enthält. Das Öl wird aus dem Behälter 13 durch die Pumpe dann
abgezogen. wenn sie in der Pfeilrichtung20 pumpt.
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Das andere Ende des Heizgefäßes 9 ist mit einer ein Rückschlagventil
31 enthaltenden- Leitung 30 verbunden. Sie ist an die Leitungen 22 und 23 angeschlossen,
durch die das erhitzte Öl durch die Drosselventile 24 und 25 zu der Düsenkopfzone
und der Zwischenzone geführt werden kann. Das durch die Mäntel im Zylin der 1 und
im Düsenkopf 4 umlaufende Öl tritt durch Leitungen 33 bzw. 32 aus, die mit einer
Leitung 34 verbunden sind, welche ihrerseits in die Leitung 11 führt. Wie bereits
oben erwähnt, verläuft die Leitung 11 zwischen dem Kühlbehälter 13 und dem Heizbe
hälter 7.
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Die Arbeitsweise der-vorstehend beschriebenen Einrichtung ist folgende:
Wenn die Pumpe 14 in der
Pfeilrichtung 17 fördert, wird das Öl aus dem Behälter 7
durch die Leitung 15 und das Rückschlagventil 16 in die Pumpe gesaugt und durch
die Leitung 26 und das Rückschlagventil 27 in das Heizgefäß 9 gedrückt. Dabei verhindern
die Rückschlagventile 19 mld 29, daß das Öl durch die Leitung 18 bzw. durch die
Leitung 28-fließen kann. Das Öl wird beim Durchgang durch das Heizgefäß 9 von dem
Erhitzer 10 auf die gewünschte Temperatur erhitzt. Das erhitzte Öl strömt dann durch
die Leitung 30, das Rückschlagventil 31, die Leitungen 22, 21 und 23 und die Drosselventile24
und 25 in die betreffenden Mäntel des Spritzzylinders. Das Rückschlagventil 19 verhindert,
daß aus dem Heizgefäß 9 kommendes heißes Öl auf einem Nebenweg zur Pumpe 14 gelangt:
Das durch die Mäntel hindurchströmende Öl verläßt diese durch die Leitungen 32 bzw.
33 und strömt durch die Leitung 34, die Leitung 11 und das Rückschlagventil 12 in
den Behälter 7 zurück. Es ist ersichtlich, daß das in den Behälter 7 eintretende
warme Öl, bevor es von der Pumpe 14 wieder durch den Behälter hindurchgesaugt wird,
durch Wärmeleitung von dem Heizgefäß 9 erhitzt wird. Letzteres besteht aus einem
zu einer Schlange gewundenen oder in eine andere Form gebrachten langen Rohr, das
in das im Behälter 7 befindliche Öl eintaucht.
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Sollte jetzt die durch die umlaufende Schnecke 3 entwickelte Reibungswärme
so groß werden, dann würde es völlig ungenügend sein, lediglich den Umlauf durch
die Heizmäntel zu unterbrechen, weil in manchen Fällen ein solcher Temperaturanstieg
fortschreitet, auch wenn der Umlauf unterbrochen wird. Auch das Stillsetzen der
Schnecke 3 am Ende eines Arbeitslaufes hat, wie oben bereits erwähnt, nur das unerwünschte
Ergebnis einer verlängerten Berührung zwischen dem thermoplastischen Material und
der erhitzten Wand des Zylinders 1 zur Folge.
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Unter solchen Umständen wird die Förderrichtung der Pumpe 14 augenblicklich
umgekehrt. Es wird dann kaltes Öl aus dem Behälter 13 entsprechend der Förderrichtung20
durch die Leitung 28 und das Rückschlagventil 29 angesaugt und durch die Leitung
18, das Rückschlagventil 19, die Leitungen 21, 22 und 23 und die Drosselventile
24 und 25 in die Mäntel des Zylinders 1 und des Düsenkopfes 4 gedrückt. In dieser
Arbeitsstufe verhindern die Rückschlagventile 27 bzw.
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16 und 31 das Ansaugen des Öles aus dem Heizgefäß 9 in die Pumpe 14,
die Förderung von kaltem Öl in den Behälter 7 und in das Heizgefäß 9. Aus den Heizmänteln
wird das Öl durch die Leitungen 32 und 33 und die Leitungen 34 und 11 in den Kühlbehälter
13 gesaugt. wobei das Rückschlagventil 12 das Abfließen des Öles aus dem Heizbehälter
7 verhindert. Das Öl wird dann in dem Behälter 13 abgekühlt und auf die vorbeschriebene
Weise wieder durch die Pumpe 14 und die Mäntel hindurch zum Umlauf gebracht. Es
ist daher ersichtlich, daß mittels einer solchen Anordnung der Temperaturanstieg,
der infolge von Reibungswärme oder infolge thermischer Zersetzung des Materials
entsteht. rasch verhindert wird.
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Bei der in Fig. 2 dargestellten abgeänderten Ausführungsform sind
die Teile. welche denjenigen der Ausführungsform gemäß Fig. 1 entsprechen, mit gleichen
Bezugszeichen versehen. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß bei einer Förderung der
Pumpe 14 in Richtung des Pfeiles 20 das Öl von der Druckseite der Pumpe 14 durch
die Leitung 26, das Rückschlagventil 27, den Heizbehälter H, die Leitung 30, den
Zylinder 1, die Leitung 34, das Rückschlagventil 16, die Leitung 15 und zurück zur
Saugseite der Pumpe fließt.
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Andererseits wird, wenn die Temperatur des Zylinders 1 herabgesetzt
werden soll, die Förderrichtung der Pumpe 14 umgekehrt. Das kalte Öl, das aus dem
Kühlbehälter C durch die Leitung 28 und das Rückschlagventil 29 in die Pumpe gesaugt
wird, gelangt dann in Richtung des Pfeiles 17 durch die Leitung 18, das Rückschlagventil
19 in den Zylinder 1 und durch die Leitung 11 in den Behälter C zurück.
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Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß das heiße und kalte Ö1 durch den
Zylinder 1 in entgegengesetzten Richtungen strömt, während bei der in Fig. 1 dargestellten
Einrichtung sowohl das heiße als auch das kalte Öl durch den Zylinder in derselben
Richtung fließt. In manchen Fällen ist diese letztere Anordnung vorzuziehen.
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Um die in Fig. 2 wiedergegebene Schalteinrichtung so betreiben zu
können, daß das heiße und und kalte Öl durch den Zylinder in derselben Richtung
strömen, ist es lediglich erforderlich, die Verbindungen zwischen dem Zylinder und
einem der beiden Leitungspaare zu vertauschen. Bei der Ausführungsform gemäß Fig.
2 kann dies beispielsweise dadurch bewirkt werden, daß einfach die Leitungen 11
und 18 an die gegenüberliegenden Enden des Zylinders 1 mit Bezug auf ihre in Fig.
2 wiedergegebenen Verbindungen angeschlossen werden, wie dies in Fig. 3 dargestellt
ist.
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Da eine solche Änderung keinen Einfluß auf die vorhergehend in bezug
auf Fig. 2 beschriebene Arbeitsweise hat, braucht die Arbeitsweise dieser abgeänderten
Ausführungsform nicht nochmals beschrieben zu werden.
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Eine weitere Abänderung der Schalteinrichtung gemäß Fig. 2 kann dadurch
erfolgen, daß die Ventile 16 und 19 und die Leitungen 15 und 18 durch eine einzige
Leitung zwischen der Pumpe 14 und dem Zylinder 1 ersetzt werden.
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Die in Fig. 4 wiedergegebene Ausführungsfonn entspricht im wesentlichen
derjenigen gemäß Fig. 1. jedoch mit der Ausnahme, daß die Rückschlagventile 19,
29 bzw. 12, 16 und 27, 31 durch elektromagnetisch betätigte Ventile 35, 36, 37,
38 und 39,40 ersetzt sind.
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Ein die Pumpe 14 antreibender Motor 41 wird durch einen Umkehrschalter
42 gesteuert. In der einen Stellung wird ein Steuerrelais 43 in den Stromkreis geschaltet,
das eine Spule 44 und Schaltkontakte 45 aufweist, die geschlossen sind, wenn die
Spule 44 erregt wird.
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In dem Schaltschema gemäß Fig. 4 ist der Schalter 42 ausgeschaltet.
Wird der Hebel des Schalters 42 nach oben gelegt, so läuft der Motor 41 und die
Pumpe 14 in der Richtung des Pfeiles 17. Dabei wird das Relais 43 nicht erregt,
so daß die elektromagnetisch betätigten Ventile 35 bis 40 in ihrer Stellung ve4leiben.
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Von der Druckseite der Pumpe 14 fließt daher das Öl durch die Leitung
26, das Ventil 39, das HeizCrefäß 9. die Leitung 30, das Ventil 40, die Leitungen
22, 21 und 23, durch den Zylinder 1 und den Kopf 4, die I,eitmlgen 32, 33, 34 und
11. das Ventil 37 den Behälter 7. die Leitung 15 und das Ventil 38 zur Saugseite
der Pumpe.
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Wird der Hebel des Schalters 42 nach unten gelegt. so läuft der Motor
41 und die Pumpe 14 in der Richtung des Pfeiles 20. Das Relais 43 ist eingeschaltet.
die Schaltkontakte45 sind geschlossen. so daß die Elektromagnetspulen der Ventile
35 bis 40 erregt sind. Die Ventile 35 und 36 werden demnach in geöffnete Stellung
und die Ventile 37, 38 und 39, 40 in geschlossene Stellung gebracht. Das kalte Öl
wird demzufolge aus dem Behälter 13 durch die Leitung 28 und das jetzt offene Ventil
36 in die Pumpe 14 gesaugt
und durch die Leitung 18, das jetzt ofSene Ventil 35,
die Leitungen 21, 22 und 23, durch den Zylinder 1 und den Düsenkopf 4, die Leitungen
32, 33, 34 und 11 wieder in den- Behälter 13 gedrückt. Die Stromzufuhr zu der Einrichtung
erfolgt über die Anschlußklemmen L1 und L2.
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Das in Fig. 5 wiedergegebene Schaltschema ist dem gemäß Fig. 4 ähnlich;
es unterscheidet sich nur etwas in dem Leitungssystem und darin, daß zwei durch
Elektromagnetspulen betätigte Dreiwegeventile 46 und 47 die Stelle der in Fig. 4
dargestellten sechs durch Elektromagnetspulen betätigten Ventile 35 bis 40 einnehmen.
In Fig. 5 wird durch Umlegen des Hebels am Schalter 42 nach oben der Motor 41 und
die Pumpe 14 in Richtung des Pfeiles 17 angetrieben.
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Dabei wird das elektromagnetisch betätigte Ventil 46 durch eine Feder
in einer Stellung gehalten, in der das Öl durch die Leitungen 48 und 49 und das
Heizgefäß 9 nicht dagegen durch die Leitung 50 fließt. In ähnlicher Weise wird das
elektromagnetisch betätigte Ventil 47 in einer Stellung gehalten, in welcher das
Öl zwar aus dem Behälter 7 durch die Leitungen 51 und 52 nicht aber durch die Leitung
53 fließen kann.
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Auf diese Weise strömt erhitztes Öl aus dem Gefäß 9 durch die Leitungen
54, 55 und 56, den Zylinder 1 und den Düsenkopf 4, die Leitungen 32, 33 und 57 in
den Behälter 7.
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Wird der Hebel des Schalters 42 nach unten gelegt, so treibt der
Motor 41 die Pumpe 14 in der entgegengesetzten, durch den Pfeil 20 angedeuteten
Richtung an. Dabei wird die Spule44, des Relais43 erregt, schließt die Schaltkontakte
45 und erregt damit die Elektromagnetspulen der Ventile 46 und 47. Dadurch werden
Verbindungen zwischen den Leitungen 48 und 50 bzw. 52 und 53 hergestellt, dagegen
die Verbindungen zwischen den Leitungen 48 und 49 bzw. 52 und 51 unterbrochen. Es
wird dann kaltes Öl von der Pumpe aus dem Behälter 13 durch die Leitungen 58, 55
und 56, den Zylinder 1 und den Kopf 4, die Leitungen 32, 33, 57 und 50, das Ventil
46 und die Leitung 48 angesaugt und durch die Leitung 52, das Ventil 47 und die
Leitung 53 wieder in den Behälter 13 gedrückt.
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PATENTANSPR;'JCHE: 1. Einrichtung zum Regeln der Temperatur einer
Strangpresse zum Spritzen von organischen thermoplastischen Kunststoffen. durch
deren Zylindermantel und Düsenkopf Heiz- oder Kühlflüssigkeit wahlweise und unabhängig
voneinander hindurchgeführt werden. dadurch gekennzeichnet. daß zwei Kreisläufen
für die Heiz- und Kühlflüssigkeit eine einzige in ihrer Förderrichtung umsteuerbare
Pumpe zugeordnet ist, und in den einzelnen Kreisläufen jeweils vor und nach der
Pumpe gesteuerte Ventile oder Rückschlagventile angeordnet sind, die in Al)hällgigkeit
von der Förderlich tung der Pumpe den Kreislauf für die Heizflüssig keit von dem
für die Kühlflüssigkeit trennen.