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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von thermoplastischen und/oder thermoelastischen, insbesondere mit Fasern versetzten, Polymer-Formteilen, mit
- – einer Plastifiziereinheit;
- – einer einem Auslass der Plastifiziereinheit nachgeordneten Schmelzespeicherkammer mit veränderbarem Aufnahmevolumen; und
- – einer der Schmelzespeicherkammer nachgeordnete, in einem Gehäuse einer Spritzeinheit untergebrachte Einspritzkammer, in welche wenigstens eine Einspritzdüse mündet, um die Spritzeinheit an wenigstens ein Formwerkzeug anschließen zu können.
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Thermoplastische Polymer-Formteile einschließlich solcher mit thermoelastischen Polymeren finden in Form von Kompakten oder auch geschäumten Formteilen verbreitet Verwendung. Solche Formteile werden beispielsweise in der Automobilindustrie, z. B. für Innenverkleidungsteile von Kraftfahrzeugen etc., für Möbel, insbesondere Gartenmöbel, für Sportgeräte, für Spielzeug, für Verpackungsbehälter, für Gebrauchsgegenstände verschiedenster Art und dergleichen verwendet. Um die Festigkeit und insbesondere die Zähigkeit derartiger Formteile zu verbessern, ist es häufig erwünscht, den eingesetzten Polymeren Verstärkungsfasern zuzusetzen. So ist es beispielsweise zur Herstellung von faserverstärkten Polymer-Formteilen bekannt, mit Kurz- oder Langfasern versetzte Polymergranulate einzusetzen, welche einer Plastifizier- und Spritzeinheit einer Spritzgießmaschine aufgegeben werden, deren axial zustellbare Schnecke mit einer endständigen Rückstromsperre ausgestattet ist, um ein Zurückfließen des Plastifikates bzw. der Schmelze während des Einspritzvorgangs zu verhindern. Sofern das Plastifikat zusätzlich aufgeschäumt werden soll, kann der Plastifizier- und Spritzeinheit ein physikalisches oder chemisches Treibmittel zugesetzt, welches nach Einspritzen des Plastifikates in das Formwerkzeug expandiert wird, wodurch das Formteil aufgeschäumt wird, wonach es gänzlich erstarrt. Nachteilig ist einerseits der zwingend notwendige Einsatz von relativ teuren Fasergranulaten, deren Faserlänge zudem durch die Abmessungen der Granulatpartikel begrenzt ist, andererseits werden die Fasern sowohl anlässlich des in der Plastifizier- und Spritzeinheit vonstatten gehenden Dosiervorgangs als auch während des Einspritzvorgangs relativ stark zerkleinert, so dass der Faserlänge in dem fertigen Formteil enge Grenzen gesetzt sind. Demgegenüber sind in der Regel möglich große Faserlängen erwünscht, welche dem Formteil besser mechanische Eigenschaften, wie insbesondere eine höhere Zähigkeit, verleihen. Zudem besteht ein Nachteil solcher herkömmlicher Spritzgießmaschinen grundsätzlich darin, dass sie diskontinuierlich bzw. semikontinuierlich arbeiten.
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Die
EP 0 952 908 B1 beschreibt eine solche Spitzgießmaschine herkömmlicher Bauart, welche einerseits eine Plastifiziereinheit nach Art eines Extruders, andererseits eine dieser nachgeordnete Spritzeinheit in Form eines mit einem Einspritzkolben ausgestatteten Einspritzzylinders aufweist. Zur Herstellung von Polymer-Schaumteilen kann der Plastifiziereinheit ein Treibmittel zugesetzt werden. Sofern feste Additive, wie Füllstoffe, Fasern, Pigmente oder dergleichen, erwünscht sind, können diese einem Aufgabetrichter der Plastifiziereinheit gemeinsam mit dem Rohpolymer aufgegeben werden, wobei sich wiederum das Problem einerseits einer relativ starken Zerkleinerung solcher Fasern anlässlich des in der Plastifiziereinheit stattfindenden Extrudiervorgangs stellt, zu dessen Beginn das Rohgranulat plastifiziert werden muss. Andererseits erlaubt eine solche Spritzgießmaschine, wie oben erwähnt, nur eine dis- bzw. semikontinuierliche Betriebsweise. Entsprechendes gilt für die aus der
DE 102 30 331 B3 bekannte Spritzgießmaschine.
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Eine Weiterbildung solcher Spritzgießmaschinen stellen sogenannte Spritzgießcompounder dar, welche das diskontinuierliche Einspritzen der Polymerschmelze in das Formwerkzeug mittels der Spritzeinheit mit einem kontinuierlichen Plastifizieren der Rohpolymere in der mehr oder minder nach Art eines herkömmlichen Ein- oder Mehrschneckenextruders ausgebildeten Plastifiziereinheit zu koppeln vermögen. Zu diesem Zweck sehen derartige Spritzgießcompounder einen zwischen dem Auslass der Plastifiziereinheit und der Spritzeinheit positionierten Schmelzespeicher mit einer Schmelzespeicherkammer vor, welche im Wesentlichen nach Art einer Kolben-/Zylindereinheit ausgestaltet ist und deren Aufnahmevolumen durch Relativverlagerung des Kolbens in Bezug auf den Zylinder veränderbar ist, um das von der Plastifiziereinheit kontinuierlich zugeführte Plastifikat zwischenzuspeichern und dabei den erforderlichen Druck aufrechtzuerhalten.
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Die
DE 20 2006 008 764 U1 beschreibt eine solche, nach Art eines Spritzgießcompounders aufgebaute Vorrichtung zur Herstellung von thermoplastischen Polymer-Formteilen, deren in Form eines Schneckenextruders ausgebildete Plastifiziereinheit stromab eines zur Aufgabe der zu plastifizierenden Polymere dienenden Aufgabetrichters eine weitere Aufgabestelle aufweist, um dem plastifizierten Polymer Zusatzstoffe, wie Fasern, Pulver, Farbe oder weitere Kunststoffmaterialien, zuzusetzen. Um Schaumteile zu erzeugen, kann ferner ein Treibmittel in eine Schmelzeleitung zugesetzt werden, welche die Plastifiziereinheit mit dem deren Auslass nachgeordneten Zwischenspeicher verbindet. Die Überführung der Plastifikates von dem Schmelzespeicher in die Spritzeinheit geschieht über eine weitere Schmelzeleitung, welche in eine Einspritzkammer der Spritzeinheit mündet, die stromauf eines am freien Ende einer anlässlich des Einspritzvorgangs axial verrückbaren Schnecke der Spritzeinheit angeordneten Einspritzstempels angeordnet ist, d. h. zwischen der mit dem Einspritzstempel versehenen Schnecke und der in das Formwerkzeug mündenden Einspritzdüse. Die
DE 10 2007 044 617 A1 , welcher eine ähnliche, nach Art eines Spritzgießcompounders aufgebaute Vorrichtung zur Herstellung von thermoplastischen Polymer-Formteilen zu entnehmen ist, sieht hierzu ein Dreiwegeventil vor, welches zwischen der endständigen, am freien Ende des Gehäuses der Spritzeinheit angeordneten Einspritzkammer und der in das Formwerkzeug mündenden Einspritzdüse angeordnet ist, wobei das Dreiwegeventil entweder den Schmelzespeicher mit der Einspritzkammer (wenn das Plastifikat in der Einspritzkammer der Spritzeinheit aufdosiert wird) oder die Einspritzkamme mit der Einspritzdüse verbindet (wenn das Plastifikat durch axialen Vorschub der Schnecke der Spritzeinheit von der Einspritzkammer in den Formraum des Formwerkzeugs eingespritzt wird). Ein ähnlicher Spritzgießcompounder mit einer Plastifiziereinheit in Form eines Extruders und zwei, hiermit über ein Ventil in Verbindung stehenden Spritzeinheiten ist aus der
DE 10 2008 036 115 A1 bekannt.
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Wenngleich derartige Spritzgießcompounder insbesondere im Hinblick auf eine mögliche kontinuierliche Betriebsweise ihrer Plastifiziereinheit gegenüber herkömmlichen Spritzgießmaschinen entscheidende Vorteile bieten, erweisen sie sich in anderer Hinsicht als mit gewissen Problemen behaftet. Zum einen besitzen derartige Spritzgießcompounder einen konstruktiv verhältnismäßig aufwändigen Aufbau und erfordern ihre drei über Schmelzeleitungen miteinander verbundenen Hauptkomponenten in Form der Plastifiziereinheit, des Schmelzespeichers und der Spritzeinheit gebildete Spritzgießcompounder einen relativ hohen Platzbedarf, wobei die jeweiligen, in der Regel relativ langen Verbindungsleitungen gesteuert beheizt sein müssen, um ein vorzeitiges Erstarren der Polymerschmelze zu verhindern. Überdies erweisen sich die relativ langen und üblicherweise mehrere Biegungen aufweisenden Schmelzeleitungen wenig faserschonend und kommt es zu zusätzlichem Faserbruch, sofern faserverstärkte Formteile erzeugt werden können. Zum anderen besteht die Gefahr, dass beim Einspritzvorgang zurückbleibende Reste des von der Einspritzdüse her in die Einspritzkammer der Spritzeinheit zugeführten Plastifikates sich in der Einspritzkammer anreichern, weil die Einspritzkammer von derselben Seite her (von der Einspritzdüse her) befüllt und (während des Einspritzvorgangs) entleert wird. Aufgrund der stets hohen Temperaturen können solche Polymerreste thermisch degenerieren und bilden entweder Rückstände oder führen zu einer verminderten Qualität des erzeugten Formteils, wenn sie erst anlässlich des nächsten oder übernächsten Einspritzvorgangs in das Formwerkzeug gelangen.
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Hiervon ausgehend, liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Herstellung von thermoplastischen und/oder thermoelastischen, insbesondere mit Fasern versetzten, Polymer-Formteilen der eingangs genannten Art auf einfache und kostengünstige Weise dahingehend weiterzubilden, dass die vorgenannten Nachteile zumindest weitgehend vermieden werden.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Schmelzespeicherkammer in dem Gehäuse der Spritzeinheit untergebracht ist, wobei der Auslass der Plastifiziereinheit in die Schmelzespeicherkammer mündet und die Schmelzespeicherkammer stromauf der Einspritzkammer, in welche die Einspritzdüse mündet, an der der Einspritzdüse abgewandten Seite der Einspritzammer angeordnet ist, wobei zwischen der Schmelzespeicherkammer und der Einspritzkammer eine zu öffnende und zu schließende Absperreinrichtung angeordnet ist, um die Schmelzespeicherkammer bedarfsweise mit der Einspritzkammer zu verbinden und hierbei einen Schmelzefluss von der Schmelzespeicherkammer in die Einspritzkammer zu ermöglichen, wobei das Aufnahmevolumen sowohl der Schmelzespeicherkammer als auch der Einspritzkammer veränderbar ist.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Spritzgießvorrichtung zeichnet sich zunächst durch eine gegenüber dem Stand der Technik deutlich erhöhte Kompaktheit aus, da der Schmelzespeicher in die Spritzeinheit integriert ist, wodurch die Förderwege, welche die in der Plastifiziereinheit plastifizierte Polymerschmelze bis zur Einspritzkammer der Spritzeinheit durchlaufen muss, erheblich verkürzt werden können. Dies resultiert nicht nur in einer, insbesondere thermischen, Schonung des Plastifikates, sondern insbesondere auch in einer geringeren mechanischen Beanspruchung von dem Plastifikat zugesetzten Verstärkungsfasern, welche folglich weniger Gefahr laufen, mechanisch zerkleinert zu werden. Aufgrund dessen, dass die Schmelzespeicherkammer stromauf der Einspritzkammer, in welche die Einspritzdüse mündet, an der der Einspritzdüse abgewandten Seite der Einspritzammer angeordnet ist, wobei zwischen die Absperreinrichtung zwischen der Schmelzespeicherkammer und der Einspritzkammer angeordnet ist, durchläuft das Plastifikat ferner sowohl die Schmelzespeicherkammer als auch die Einspritzkammer in ein und derselben Richtung, so dass Anreichungen von Plastifikatresten vorangegangener Einspritzvorgänge sowohl in der Schmelzespeicherkammer als auch in der Einspritzkammer zuverlässig vermieden werden. Gleichwohl bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung aufgrund des veränderbaren Aufnahmevolumens sowohl der Schmelzespeicherkammer als auch der Einspritzkammer den bekannten Vorteil herkömmlicher Spritzgießcompounder, welcher in einer Koppelung eines kontinuierlichen Plastifizierprozesses mittels der Plastifiziereinheit mit einem diskontinuierlichen Spritzgießprozess mittels der Spritzeinheit besteht und folglich eine kontinuierliche Betriebsweise des gesamten Herstellungsverfahrens ermöglicht. Wie bereits erwähnt, bietet die Erfindung darüber hinaus die Möglichkeit einer Herstellung faserverstärkter und/oder geschäumter Polymer-Formteile, indem die Plastifiziereinheit entsprechende Aufgabeeinrichtung zur Aufgabe von Fasern einschließlich Endlosfasern (siehe hierzu weiter unten) und/oder zur Aufgabe chemischer oder physikalischer Treibmittel besitzen kann, wie sie als solche aus dem Stand der Technik bekannt sind.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das Aufnahmevolumen der Einspritzkammer dadurch veränderbar ist, indem die Absperreinrichtung in Bezug auf die Einspritzdüse axial verlagerbar ist. Das Aufnahmevolumen der zwischen der Absperreinrichtung und der Einspritzdüse angeordneten Einspritzkammer lässt sich dadurch an die gewünschte, dem Formraum des Formwerkzeugs entsprechende Plastifikatmenge anpassen.
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In diesem Zusammenhang kann ferner vorzugsweise vorgesehen sein, dass der Einspritzdruck in der Einspritzkammer des Gehäuses der Spritzeinheit infolge der axialen Verlagerung der geschlossenen Absperreinrichtung in Bezug auf die Einspritzdüse aufeinander zu erzeugbar ist. Der Einspritzdruck zur Überführung der Polymerschmelze von der Einspritzkammer in den Formraum des Formwerkzeugs über die Einspritzdüse resultiert demnach aus der Kompression der Einspritzkammer aufgrund der axialen Verlagerung der Absperreinrichtung relativ zu der Einspritzdüse, wodurch das Aufnahmevolumen der Einspritzkammer, insbesondere auf etwa null, reduziert werden kann, ohne dass weitere Einrichtungen, wie insbesondere eine beim Stand der Technik übliche, axial verrückbare Schnecke der Einspritzeinheit erforderlich wären.
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Das Aufnahmevolumen der Einspritzkammer kann gemäß einer ersten Ausführungsvariante dadurch veränderbar sein, indem die Einspritzdüse teleskopierbar in dem Gehäuse der Spritzeinheit mit der Absperreinrichtung angeordnet ist, d. h. die die Einspritzkammer begrenzende Einspritzdüse kann innerhalb des Gehäuses relativ zu der, z. B. ortsfest in dem Gehäuse angeordneten, Absperreinrichtung verlagert werden.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsvariante ist es denkbar, dass das Aufnahmevolumen der Einspritzkammer dadurch veränderbar ist, indem die Absperreinrichtung axial verlagerbar in dem Gehäuse der Spritzeinheit angeordnet ist. In diesem Fall kann die Einspritzdüse demnach fest mit dem Gehäuse verbunden sein, während die Absperreinrichtung relativ zu dem Gehäuse verlagert werden kann, um das Aufnahmevolumen der Einspritzkammer zu verändern und – insbesondere am Ende eines Einspritzvorgangs – auf bis etwa null zu verringern.
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Das Aufnahmevolumen der Schmelzespeicherkammer kann vorzugsweise dadurch veränderbar sein, indem ein die Schmelzespeicherkammer axial begrenzender Kolben axial verlagerbar in dem Gehäuse der Spritzeinheit geführt ist. Der Kolben kann demnach einerseits während des kontinuierlichen Zwischenspeicherns des Plastifikates aus der Plastifiziereinheit entsprechend dem zugeführten Plastifikatstrom, andererseits entsprechend dem von der Schmelzespeicherkammer in die Einspritzkammer bei geöffneter Absperreinrichtung aufdosierten Plastifikatmenge verlagert werden, um das Aufnahmevolumen der Schmelzespeicherkammer stets an die erforderliche, hierin aufzunehmende Plastifikatmenge anzupassen und insbesondere auch für den erforderlichen Arbeitsdruck zu sorgen, unter welchem das Plastifikat stehen muss.
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Der die Schmelzespeicherkammer axial begrenzende Kolben kann beispielsweise von einer den Auslass der Plastifiziereinheit mit der Schmelzespeicherkammer der Spritzeinheit verbindenden Schmelzeleitung durchsetzt sein, wobei der Kolben ferner insbesondere relativ zu der stationären Schmelzeleitung axial verlagerbar ist.
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Die Absperreinrichtung kann grundsätzlich beliebiger bekannter Art sein, wobei es sich hinsichtlich einer sehr schonenden Verarbeitung von Verstärkungsfasern unter möglichst geringer mechanischer Scherbeanspruchung derselben bewährt hat, wenn die Absperreinrichtung nach Art einer auf- und zusteuerbaren Kugelschleuse ausgebildet ist, welche die Schmelzespeicherkammer von der Einspritzkammer bedarfsweise abtrennt bzw. die genannten Kammern bedarfsweise miteinander verbindet.
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Statt dessen ist indes beispielsweise auch möglich, dass die Absperreinrichtung nach Art einer Rückstromsperre ausgebildet ist, welche einen Rückfluss der Schmelze von der. Einspritzkammer in Richtung der Schmelzespeicherkammer sperrt.
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In zweckmäßiger Ausgestaltung ist die axiale Verlagerung des Kolbens in dem Gehäuse der Spritzeinheit mit der axialen Verlagerung der Absperreinrichtung in Bezug auf die Einspritzdüse synchronisiert gesteuert, um der kontinuierlichen Anpassung des Aufnahmevolumens der Schmelzespeicherkammer während des Zwischenspeicherns kontinuierlich zugeführten Plastifikates sowie während des Aufdosierens des Plastifikates beim Überführen desselben von der Schmelzespeicherkammer in die Einspritzkammer Rechnung zu tragen.
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Die axiale Verlagerung des die Schmelzespeicherkammer axial begrenzenden Kolbens in dem Gehäuse der Spritzeinheit kann dabei z. B. aktuatorisch, insbesondere mittels wenigstens eines Stellzylinders, wie einer hydraulischen, pneumatischen, hydropneumatischen oder elektrischen Kolben-/Zylindereinheit, erfolgen, wobei derartige Aktuatoren insbesondere außerhalb des Gehäuses der erfindungsgemäßen Spritzeinheit angeordnet sein können.
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Entsprechendes gilt für einen zur Veränderung des Aufnahmevolumens der Einspritzkammer geeigneten Antrieb, wobei vorzugsweise vorgesehen sein kann, dass die
- – teleskopische Verlagerung der Einspritzdüse in dem Gehäuse der Spritzeinheit mit der Absperreinrichtung oder
- – die axiale Verlagerung der Absperreinrichtung in dem Gehäuse der Spritzeinheit
aktuatorisch, insbesondere mittels wenigstens eines Stellzylinders, erfolgt, wobei ein solcher Stellzylinder wiederum beispielsweise hydraulische, pneumatische, hydropneumatische oder elektrische Kolben-/Zylindereinheiten umfassen kann.
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Im Hinblick auf einen kompakten Aufbau der Vorrichtung sowie auf eine möglichst schonende Verarbeitung von gegebenenfalls eingesetzten Verstärkungsfasern unter geringer mechanischer Beanspruchung derselben, wie insbesondere geringe Scherkräfte und wenig Umlenkungen der mit Fasern beladenen Polymerschmelze, kann es darüber hinaus von Vorteil sein, wenn die Plastifiziereinheit und die Spritzeinheit koaxial zueinander angeordnet sind, d. h. das Plastifikat passiert die Schmelzespeicherkammer und die stromab derselben angeordnete sowie die zwischen diesen befindliche Absperreinrichtung in ein und derselben Hauptförderrichtung.
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Wie bereits angedeutet, kann die Plastifiziereinheit überdies wenigstens eine Aufgabestelle für Fasern, insbesondere für Endlosfasern, aufweisen, wobei es alternativ oder kumulativ selbstverständlich möglich ist, mit Schnittfasern versetzte Polymergranulate einzusetzen.
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Sofern die Plastifiziereinheit mit einer Faseraufgabestelle, insbesondere für Lang- oder Endlosfasern, versehen ist, kann es hinsichtlich einer schonenden Eindispergierung der fasern in die Polymerschmelze ferner zweckmäßig sein, wenn wenigstens eine Schnecke der Plastifiziereinheit an ihrem im Bereich der Aufgabestelle für die Fasern angeordneten Axialabschnitt einen verminderten Außendurchmesser aufweist, um zwischen dem Außenumfang der Schnecke(n) und dem Gehäuse der Plastifiziereinheit einen eine Faserscherung vermindernden Ringraum zu bilden. Eine derartige Ausgestaltung der Schneckengeometrie an einem im Bereich einer Aufgabestelle für Endlosfasern angeordneten Axialabschnitt der Schnecke ist als solche aus der zum Prioritätstag der vorliegenden Anmeldung noch nicht veröffentlichten
DE 10 2012 001 108.3 bekannt.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine schematische Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Spritzgießcompounders mit in einem Gehäuse der Spritzeinheit teleskopierbar verlagerbarer Einspritzdüse;
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2 eine schematische Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Spritzgießcompounders mit in einem Gehäuse der Spritzeinheit axial verlagerbar angeordneter Ab-Absperreinrichtung;
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3 schematische Detailansichten der Spritzeinheit gemäß 1 in verschiedenen Betriebssituationen im Längsschnitt; und
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4 schematische Detailansichten der Spritzeinheit gemäß 2 in verschiedenen Betriebssituationen im Längsschnitt.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Herstellung von mit Fasern versetzten Polymer-Formteilen mit einer Plastifiziereinheit 1 und einer dieser nachgeordneten, hierzu koaxial angeordneten Spritzeinheit 2 wiedergegeben. Die abgebrochen dargestellte Plastifiziereinheit 1 ist in Form eines Extruders 3 – hier: in Form eines gleichläufigen Zweischneckenextruders – ausgebildet, in dessen Gehäuse zwei parallel angeordnete Schnecken 4a, 4b drehbar angetrieben gelagert sind. Das Gehäuse der Plastifiziereinheit 1 weist einen herkömmlichen Aufgabetrichter (nicht gezeigt) für das beispielsweise in Granulat- oder Pulverform vorliegende, zu plastifizierende Polymer auf. Die Plastifiziereinheit 1 mündet über einen Auslass 5 in eine Schmelzeleitung 6, welche zur Überführung des plastifizierten Polymers in die Spritzeinheit 2 dient. An eine Einspritzdüse 7 der Spritzeinheit 2 ist ein Formwerkzeug 8 angeschlossen, welches beispielsweise zwei, einen Formraum 9 begrenzenden Werkzeughälften aufweist, wobei ein Einspritzkanal 10 den Formraum 9 der Formwerkzeugs 8 mit der Einspritzdüse 7 verbindet.
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Die Plastifiziereinheit 1 weist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel an einem Axialabschnitt derselben eine Aufgabestelle 11 für Fasern 12 auf, um die Fasern 12 dem vorzugsweise am Axialabschnitt der Aufgabestelle 11 bereits plastifizierten Polymer zusetzen zu können. Die Aufgabestelle 11 der Fasern 12 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel zum Zusetzen von Endlosfasern, wie Glas-, Carbon-, Aramidfasern und dergleichen, ausgebildet, welche mittels Abrollen derselben von Spulen 13, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von Umlenkrollen 14 oder dergleichen, über die Aufgabestelle 11 dem Plastifikat zugesetzt werden können. Alternativ oder zusätzlich kann die Aufgabestelle 11 der Fasern selbstverständlich auch zum Zusetzen von Schnittfasern, wie den oben genannten und anderen synthetischen und/oder natürlichen Fasern, z. B. Cellulose-, Holz-, Sisal-, Hanf-, Flachs-, Miscanthusfasern und dergleichen, ausgebildet sein und zu diesem Zweck eine Seitenbeschickung, beispielsweise mit einer oder mehreren Dosierschnecke(n), umfassen (nicht gezeigt). Darüber hinaus kann die Plastifiziereinheit mit einer Aufgabestelle für ein physikalisches oder chemisches Treibmittel versehen sein (ebenfalls nicht gezeigt), sofern die Herstellung eines Polymerschaum-Formteils gewünscht ist.
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Wie weiterhin der 1 zu entnehmen ist, ist in dem Gehäuse 15 der Einspritzeinheit 2 einerseits eine Schmelzespeicherkammer 16 mit veränderbarem Aufnahmevolumen, in welche die sich vom Auslass 5 der Plastifiziereinheit 1 erstreckende Schmelzeleitung 6 mündet, andererseits eine Einspritzkammer 17 untergebracht, wobei die Schmelzespeicherkammer 16 – in Förderrichtung des Plastifikates betrachtet – stromauf der Einspritzkammer 17 und an deren der Einspritzdüse 7 abgewandten Seite angeordnet ist. In der axialen Förderrichtung des Plastifikates betrachtet ist zwischen der Schmelzespeicherkammer 16 und der Einspritzkammer 17 eine auf- und zusteuerbare Absperreinrichtung 18 angeordnet, welche die entsprechenden Kammern 16, 17 jeweils axial begrenzt (in 1 die Schmelzespeicherkammer 16 links und die Einspritzkammer 17 rechts). Die Absperreinrichtung 18 weist bei dem in 1 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel eine kugelschleusenartige Ausgestaltung auf und umfasst einen in einer Aufnahme 21 des Gehäuses 15 gelagerten kugel- oder kreiszylinderförmigen Körper 19 mit einem radialen Durchlasskanal 20, welcher mittels eines nicht zeichnerisch dargestellten Betätigungsorgans um eine Achse senkrecht zur Zeichnungsebene drehbar ist, um die Schmelzespeicherkammer 16 bedarfsweise mit der Einspritzkammer 17 zu verbinden (siehe hierzu auch 3). In der in 1 dargestellten Situation befindet sich die Absperreinrichtung 18 in ihrer Sperrposition, in welcher sie die Schmelzespeicherkammer 16 von der Einspritzkammer 17 abtrennt.
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Um das Aufnahmevolumen der Einspritzkammer 17 sowohl während des Aufdosierens von Plastifikat (wenn letzteres von der Schmelzespeicherkammer 16 in die Einspritzkammer 17 überführt werden soll) als auch während des Einspritzvorgangs (wenn das Plastifikat aus der Einspritzkammer 17 über die Einspritzdüse 7 in den Formraum 9 des Formwerkzeugs 8 injiziert werden soll), insbesondere bis auf im Wesentlichen gleich null, verändern können, ist die die Einspritzkammer 17 an deren einen (in 1 rechten) Seite begrenzende Absperreinrichtung 18 in Bezug auf die die Einspritzkammer 17 an deren entgegengesetzten (in 1 linken) Seite begrenzenden Einspritzdüse 7 axial verlagerbar, wobei diese axiale Verlagerung unter Veränderung des Aufnahmevolumens der Einspritzkammer insbesondere auch zugleich zur Erzeugung des erforderlichen Einspritzdruckes während des Einspritzvorgangs dient, wenn sich die Absperreinrichtung in ihrer in 1 gezeigten Sperrposition befindet. Diese axiale Relativverlagerung zur Veränderung des Aufnahmevolumens der Einspritzkammer 17 geschieht bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 dadurch, dass die – z. B. fest an das stationär angeordnete Formwerkzeug 8 angeschlossene – Einspritzdüse 7 teleskopierbar in dem Gehäuse 15 der Spritzeinheit 2 angeordnet ist, wobei das Gehäuse 15 beispielsweise mittels Wälzlagern 23a, 23b axial verschieblich angeordnet und mittels eines geeigneten Aktuators, wie des Stellzylinders einer Kolben-/Zylindereinheit (nicht dargestellt) in Richtung des Pfeils 22 relativ zu der Einspritzdüse 7 hin und her verlagerbar sein kann, nämlich zwischen einer ersten Position, in welcher die Einspritzdüse 7 an der in Bezug auf das verschiebliche Gehäuse 15 axialfest angeordneten Absperreinrichtung 18 anstößt (das Gehäuse 15 befindet sich in einer gegenüber der in 1 dargestellten Position ganz linken Position; das Aufnahmevolumen der Einspritzkammer 17 beträgt praktisch null), und einer zweiten Position, in welcher die Einspritzdüse 7 unter einem maximalen Axialabstand von der Absperreinrichtung 18 angeordnet ist (das Gehäuse befindet sich etwa in der in 1 dargestellten Position oder auch demgegenüber noch weiter rechts; das Aufnahmevolumen der Einspritzkammer 17 ist maximal).
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Um ferner das Aufnahmevolumen der Schmelzespeicherkammer 16 sowohl während des Zwischenspeicherns von über den Auslass 5 der Plastifiziereinheit 1 kontinuierlich zugeführtem Plastifikat als auch während des Aufdosierens von Plastifikat (wenn letzteres von der Schmelzespeicherkammer 16 in die Einspritzkammer 17 überführt werden soll) verändern können, ist die Schmelzespeicherkammer 16 an ihrer der Absperreinrichtung 18 entgegengesetzten (in 1 rechten) Seite von einem in Axialrichtung in dem Gehäuse 15 der Spritzeinheit 2 verlagerbaren (vgl. den Pfeil 24 der 1) Kolben 25 begrenzt, welcher seinerseits mittels eines geeigneten Aktuators, wie beispielsweise des Stellzylinders einer Kolben-/Zylindereinheit (nicht gezeigt), betätigt sein kann. Der Kolben 25 kann hierzu z. B. mit das Gehäuse 15 der Spritzeinheit 2 senkrecht zur Zeichnungsebene durchsetzenden Trägern (in 1 nicht erkennbar) ausgestattet sein, an welche die außerhalb des Gehäuses 15 befindlichen Kolben-/Zylindereinheiten angreifen. Der Kolben 25 ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel von der sich in dessen Verlagerungsrichtung 24, also ebenfalls in Axialrichtung, erstreckenden Schmelzeleitung 6 durchsetzt und demgegenüber in geeigneter Weise, z. B. mittels einer Gleitringdichtung, abgedichtet. Die einerseits den Kolben 25, andererseits das Gehäuse 15 axial hin und her verlagerbar betätigenden Aktuatoren sind von einer im Übrigen nicht im näher beschriebenen und gezeigten Steuereinheit derart synchronisiert gesteuert angetrieben, um die axiale Verlagerung des Kolbens 25 und damit das Aufnahmevolumen der Schmelzespeicherkammer 16 während eines Fertigungszyklus' (vgl. 3) mit der axialen Verlagerung des Gehäuses 15 und damit mit dem Aufnahmevolumen der Einspritzammer 17 abzustimmen.
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Bei dem in 2 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Herstellung von mit Fasern versetzten Polymer-Formteilen sind identische bzw. wirkungsgleiche Komponenten mit denselben Bezugszeichen versehen und zur Vermeidung von Wiederholungen nicht nochmals detailliert beschrieben. Das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem gemäß 1 vornehmlich dadurch, dass das Gehäuse 15 der Spritzeinheit 2 stationär in Bezug auf die Plastifiziereinheit 1, die Einspritzdüse 7 und das Formwerkzeug 8 angeordnet ist, wobei das Aufnahmevolumen der Einspritzkammer 17 in diesem Fall dadurch veränderbar ist, dass die axial zwischen der Schmelzespeicherkammer 16 und der Einspritzkammer 17 angeordnete Absperreinrichtung 18 axial verlagerbar in Bezug auf das stationäre Gehäuse 2 angeordnet ist (vgl. den Pfeil 26 der 2), und zwar zwischen einer ersten Position, in welcher die axial verschiebliche Absperreinrichtung 18 an die Einspritzdüse 7 bzw. an ein erstes Widerlager 27a des Gehäuses 15 anstößt (die Absperreinrichtung 18 befindet sich in einer gegenüber der in 2 dargestellten Position ganz linken Position; das Aufnahmevolumen der Einspritzkammer 17 beträgt praktisch null), und einer zweiten Position, in welcher die Absperreinrichtung 18 unter einem maximalen Axialabstand von der Einspritzdüse 7 angeordnet ist und an ein zweites Widerlager 27b des Gehäuses 15 anstößt (die Absperreinrichtung 18 befindet sich rechts der in 2 dargestellten Position; das Aufnahmevolumen der Einspritzkammer 17 ist maximal). Die mit einer solchen Verlagerung der Absperreinrichtung 18 einhergehenden Veränderung des Aufnahmevolumens der Schmelzespeicherkammer 16 kann von dem Kolben 25, welcher weitestgehend dem oben unter Bezugnahme auf 1 detailliert erläuterten Kolben 25 des ersten Ausführungsbeispiels entspricht, kompensiert werden, wobei sowohl die Absperreinrichtung 18 als auch der Kolben 25 wiederum mittels geeigneter Aktuatoren (nicht gezeigt) betätigt sind, welche z. B. wiederum von Stellzylindern von Kolben-/Zylindereinheiten gebildet sind, welche von einer Steuereinheit gesteuert synchronisiert angetriebenen sind.
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Ein weiterer Unterschied des Ausführungsbeispiels gemäß 2 gegenüber dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass die Absperreinrichtung 18 im Falle der 2 nach Art einer Rückstromsperre ausgebildet ist, welche einen Rückfluss der Schmelze von der Einspritzkammer 17 in Richtung der Schmelzespeicherkammer 16 verhindert und einen sowohl an einem Innenumfangsabschnitt der Schmelzespeicherkammer 16 als auch an einem Innenumfangsabschnitt der Einspritzkammer 17 im Innern des Gehäuses 15 der Spritzeinheit 2 axial verschieblich gelagerten Sperrkörper 28 mit einem innenseitig desselben, seinerseits demgegenüber axial verschieblich gelagerten und gegebenenfalls in die Schließposition (in 2 nach rechts) vorbelasteten Sperrbolzen 29 umfasst.
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Nachstehend ist die Funktionsweise der Vorrichtung gemäß 1 unter Bezugnahme auf die 3 anhand eines Einspritzzyklus' näher erläutert.
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In der in 3(a) dargestellten Situation befindet sich die Spritzeinheit 2 am Beginn eines Einspritzzyklus'. Das gegebenenfalls mit Verstärkungsfasern versetzte Plastifikat ist in der Einspritzkammer 17 aufdosiert worden, deren Aufnahmevolumen durch entsprechende axiale Verlagerung des Gehäuses 15 in Bezug auf die hierin teleskopierbar verschiebliche Einspritzdüse 7 derart eingestellt worden ist, dass es im Wesentlichen dem Volumen des Formraumes 9 des Formwerkzeugs 8 entspricht (vgl. 1), an welche die Einspritzdüse 7 mit ihrem freien (in 1 und 3 linken) Ende angedockt ist. Die Absperreinrichtung 18 ist geschlossen worden, so dass sie die Schmelzespeicherkammer 16 von der Einspritzkammer 17 abtrennt. Anlässlich des in 3(b) wiedergegebenen Einspritzvorgangs, während dem das Plastifikat aus der Einspritzkammer 17 durch die Düse 7 in das Formwerkzeug 8 (1) injiziert wird, wird das Gehäuse 15 mitsamt der hierin axialfest angeordnete, nach wie vor in der Sperr- bzw. Schließstellung befindlichen Absperreinrichtung 18 nach links in Richtung der Einspritzdüse 7 verlagert (Pfeil 22), wodurch sich das Aufnahmevolumen der Einspritzkammer 17 verkleinert. Zur Kompensation des Aufnahmevolumens der Schmelzespeicherkammer 16 wird der Kolben 25 gleichfalls nach links verlagert (Pfeil 24), wobei diese axiale Verlagerung des Kolbens 25 in mit dem Gehäuse 25 gesteuert synchronisierter Weise geschieht und in der Schmelzespeicherkammer 16 ferner der erforderliche Verarbeitungsdruck des Plastifikates aufrechterhalten wird. Wie aus 3(c) ersichtlich, erfolgt dies bis zum Ende des Einspritzvorgangs, an welchem die Absperreinrichtung 18 an die Einspritzdüse 7 anstößt und sich das Aufnahmevolumen der Einspritzkammer 17 folglich auf ein Minimum von etwa null verkleinert hat. 3(d) zeigt die Aufrechterhaltung eines gewissen Nachdruckes am Ende des Einspritzvorgangs, womit der Einspritzvorgang beendet wird. Hier stößt die Absperreinrichtung 18 immer noch an die Einspritzdüse 7 an, so dass das Aufnahmevolumen der Einspritzkammer 17 minimiert ist. Zugleich wird der Kolben 25 gesteuert synchronisiert, aktuatorisch nach rechts verlagert (Pfeil 24), um das Aufnahmevolumen der Schmelzespeicherkammer 26 fortwährend zu vergrößern und dem aus dem Auslass 6 der Plastifiziereinheit 1 (1) über die Schmelzeleitung 6 kontinuierlich nachgeförderten Plastifikatstrom Rechnung zu tragen. An dem in 3(e) gezeigten Beginn des Dosiervorgangs wird die Absperreinrichtung 18 geöffnet (Pfeil 18), so dass sie die Schmelzespeicherkammer 16 mit der Einspritzkammer 17 verbindet und das Plastifikat aus der Schmelzespeicherkammer 16 in die Einspritzkammer 17 gelangt, und das Gehäuse 15 mit der Absperreinrichtung 18 wird wieder nach rechts verfahren (Pfeil 22), bis die Einspritzkammer 17 am Ende des Dosiervorganges (3(f)) ihr dem Volumen des Formraumes 9 des Formwerkzeugs 8 (1) etwa entsprechendes Aufnahmevolumen aufweist. Der Kolben 25 wird entsprechend in Richtung des Pfeils 24 nach rechts verlagert, um das Aufnahmevolumen der Schmelzespeicherkammer 16 einerseits der axialen Verlagerung des Gehäuses 15, andererseits dem über die Schmelzeleitung 6 kontinuierlich zugeführten Plastifikatstrom stets anzupassen. Wie aus 3(g) ersichtlich, wird die Absperreinrichtung 18 sodann wieder geschlossen, (Pfeil 30), um den Zyklus zu beenden, so dass sich die Spritzeinheit 2 wieder in ihrer in 3(a) gezeigten Situation befindet und ein neuer Zyklus beginnen kann.
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Wie aus der nachstehend näher beschriebenen Funktionsweise der Vorrichtung gemäß 3 anhand eines Einspritzzyklus' unter Bezugnahme auf die 4 ersichtlich, entsprich die Funktionsweise der in 2 dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung weitestgehend der Vorrichtung gemäß 1.
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In der in 4(a) dargestellten Situation befindet sich die Spritzeinheit 2 am Beginn eines Einspritzzyklus'. Das gegebenenfalls mit Verstärkungsfasern versetzte Plastifikat ist in der Einspritzkammer 17 aufdosiert worden, deren Aufnahmevolumen durch entsprechende axiale Verlagerung der Absperreinrichtung 17 in Bezug auf das stationäre Gehäuse 15 mit der hieran fest angeordneten Einspritzdüse 7 derart eingestellt worden ist, dass es im Wesentlichen dem Volumen des Formraumes 9 des Formwerkzeugs 8 entspricht (vgl. 2), an welche die Einspritzdüse 7 mit ihrem freien (in 1 und 3 linken) Ende angedockt ist. In 4(a) befindet sich die Absperreinrichtung 18 praktisch am Anschlag an ihrem rechten Widerlager gegen das Gehäuse 15, so dass das Aufnahmevolumen der Einspritzkammer 17 maximal ist. Dem Fachmann ist indes offensichtlich, dass im Falle eines kleineren Formraumes 9 des Formwerkzeugs (8) (2) die Absperreinrichtung 18 auch, insbesondere gesteuert aktuatorisch, demgegenüber weiter links angeordnet werden kann, so dass ihr Aufnahmevolumen an einen beliebigen Formraum 9 eines Formwerkzeugs 8 angepasst werden kann. Die Absperreinrichtung 18 ist geschlossen, so dass sie die Schmelzespeicherkammer 16 von der Einspritzkammer 17 abtrennt. Anlässlich des in 4(b) wiedergegebenen Einspritzvorgangs, während dem das Plastifikat aus der Einspritzkammer 17 durch die Düse 7 in das Formwerkzeug 8 (2) injiziert wird, wird die nach wie vor in der Sperr- bzw. Schließstellung befindliche Absperreinrichtung 18 relativ zu dem Gehäuse 15 nach links in Richtung der Einspritzdüse 7 verlagert (Pfeil 26), wodurch sich das Aufnahmevolumen der Einspritzkammer 17 verkleinert. Zur Kompensation des Aufnahmevolumens der Schmelzespeicherkammer 16 wird der Kolben 25 gleichfalls nach links verlagert, wobei diese axiale Verlagerung des Kolbens 25 in mit der Absperreinrichtung 18 gesteuert synchronisierter Weise geschieht und in der Schmelzespeicherkammer 16 ferner der erforderliche Verarbeitungsdruck des Plastifikates aufrechterhalten wird. Wie aus 4(c) ersichtlich, erfolgt dies bis zum Ende des Einspritzvorgangs, an welchem die Absperreinrichtung 18 an die Einspritzdüse 7 anstößt und sich das Aufnahmevolumen der Einspritzkammer 17 folglich auf ein Minimum von etwa null verkleinert hat. 4(d) zeigt die Aufrechterhaltung eines gewissen Nachdruckes am Ende des Einspritzvorgangs, womit der Einspritzvorgang beendet wird. Hier stößt die Absperreinrichtung 18 immer noch an die Einspritzdüse 7 an, so dass das Aufnahmevolumen der Einspritzkammer 17 minimiert ist. Zugleich wird der Kolben 25 gesteuert synchronisiert, aktuatorisch nach rechts verlagert, um das Aufnahmevolumen der Schmelzespeicherkammer 26 fortwährend zu vergrößern und dem aus dem Auslass 6 der Plastifiziereinheit 1 (2) über die Schmelzeleitung 6 kontinuierlich nachgeförderten Plastifikatstrom Rechnung zu tragen. An dem in 4(e) dargestellten Beginn des Dosiervorgangs wird die Absperreinrichtung 18 wird wieder nach rechts verfahren (Pfeil 26), bis die Einspritzkammer 17 am Ende des Dosiervorganges (4(f)) ihr dem Volumen des Formraumes 9 des Formwerkzeugs 8 (2) etwa entsprechendes Aufnahmevolumen aufweist. Hierbei öffnet die Absperreinrichtung 18, so dass sie die Schmelzespeicherkammer 16 mit der Einspritzkammer 17 verbindet und das Plastifikat aus der Schmelzespeicherkammer 16 in die Einspritzkammer 17 gelangt. Der Kolben 25 wird entsprechend in Richtung des Pfeils 24 nach rechts verlagert, um das Aufnahmevolumen der Schmelzespeicherkammer 16 einerseits der axialen Verlagerung der Absperreinrichtung 18, andererseits dem über die Schmelzeleitung 6 kontinuierlich zugeführten Plastifikatstrom stets anzupassen. Wie aus 4(g) ersichtlich, schließt die Absperreinrichtung 18 sodann wieder, um den Zyklus zu beenden, so dass sich die Spritzeinheit 2 wieder in ihrer in 4(a) gezeigten Situation befindet und ein neuer Zyklus beginnen kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0952908 B1 [0003]
- DE 10230331 B3 [0003]
- DE 202006008764 U1 [0005]
- DE 102007044617 A1 [0005]
- DE 102008036115 A1 [0005]
- DE 102012001108 [0023]
