DE102022106021A1

DE102022106021A1 - Plastifiziereinheit für eine Formgebungsmaschine und Verfahren zum Betreiben einer solchen

Info

Publication number: DE102022106021A1
Application number: DE102022106021.7A
Authority: DE
Inventors: Günther Klammer
Original assignee: Engel Austria GmbH
Current assignee: Engel Austria GmbH
Priority date: 2021-04-07
Filing date: 2022-03-15
Publication date: 2022-10-13
Also published as: US20220324145A1; AT524927A1

Abstract

Plastifiziereinheit für eine Formgebungsmaschine zum Plastifizieren einer zu plastifizierenden Masse (2), wobei wenigstens eine Plastifizierschnecke (3) in einem Plastifizierzylinder (4) rotierbar und in Bezug auf eine Längsachse (5) des Plastifizierzylinders (4) ortsfest gelagert ist, wobei der Plastifizierzylinder (4) an einem Umfang des Plastifizierzylinders (4) wenigstens eine Öffnung (6) aufweist, welche wenigstens eine Öffnung (6) den Plastifizierzylinder (4) mit wenigstens einem Massenspeicher (7) verbindet, und dass ein Aktuator (8) zum Ausschieben einer im wenigstens einen Massenspeicher (7) speicherbaren Speichermasse (9) vorgesehen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Plastifiziereinheit für eine Formgebungsmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, eine Formgebungsmaschine mit einer solchen Plastifiziereinheit sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Plastifiziereinheit.
Unter Formgebungsmaschinen können Spritzgießmaschinen, Spritzpressen, Pressen und dergleichen verstanden werden. Auch Formgebungsmaschinen, bei welchen die plastifizierte Masse einem offenen Formwerkzeug zugeführt wird, sind durchaus denkbar.
Im Folgenden soll der Stand der Technik anhand einer Spritzgussmaschine umrissen werden. Analoges gilt allgemein für Formgebungsmaschinen.
Gattungsgemäße Plastifiziereinheiten für Spritzgießmaschinen zum Plastifizieren einer zu plastifizierenden Masse weisen wenigstens eine Plastifizierschnecke auf, wobei die wenigstens eine Plastifizierschnecke in einem Plastifizierzylinder rotierbar und in Bezug auf eine Längsachse des Plastifizierzylinders ortsfest gelagert ist.
Solche Plastifiziereinheiten werden auch oft im Stand der Technik als Plastifizierextruder oder Compounder bezeichnet und werden auch oft in Recyclinganwendungen verwendet.
Hierbei wird kontinuierlich eine zu plastifizierende Masse von wenigstens einer Plastifizierschnecke plastifiziert und gefördert.
Da jedoch Spritzgießmaschinen (und allgemein Formgebungsmaschinen) zumeist diskontinuierlich in Zyklen betrieben werden, wird diese plastifizierte Masse anschließend in einem Einspritzzylinder gesammelt, bis eine gewünschte Einspritzmasse erreicht wird und durch den Einspritzzylinder innerhalb eines Einspritzzyklus (zumeist in ein Formwerkzeug) eingespritzt.
Während der Einspritzung ist es jedoch nicht möglich, für die Plastifiziereinheit weiterhin plastifizierte Masse dem Einspritzzylinder zuzuführen, wodurch es aus dem Stand der Technik bekannt ist, während des Einspritzzyklus die Plastifiziereinheit oder die Rotation der wenigstens einen Plastifizierschnecke stillzulegen, bis wieder eine Zuführung der plastifizierten Masse in die Einspritzeinheit möglich ist.
Dies hat jedoch den Nachteil, dass die Plastifiziereinheit diskontinuierlich betrieben wird, was teilweise zu Aushärtungen der plastifizierten Masse in der Plastifiziereinheit führt und sich nachteilig auf die Qualität der plastifizierten Masse auswirkt.
Weiters führt dies zu einem Nachteil bezüglich der Prozesszykluszeit, da durch das diskontinuierliche Betreiben der Plastifiziereinheit Zeit verloren geht, während der bereits eine zu plastifizierende Masse für einen nachfolgenden Zyklus plastifiziert werden könnte.
Daher ist es auch aus dem Stand der Technik bekannt, Massenspeicher zwischen einer Einspritzeinheit und einer Plastifiziereinheit einer Spritzgussmaschine anzuordnen, sodass die Plastifiziereinheit kontinuierlich betrieben werden kann und während eines Einspritzzyklus plastifizierte Masse in den Massenspeicher fördert, wobei der Massenspeicher die gespeicherte plastifizierte Masse, sobald es seitens der Einspritzeinheit möglich ist, wieder ausschiebt und der Einspritzeinheit zuführt.
Dies erhöht die Zykluszeit einer Spritzgießmaschine erheblich, da auch während des Einspritzzyklus der Spritzgießmaschine eine zu plastifizierende Masse plastifiziert werden kann.
Jedoch hat sich negativ beim Massenspeicher zwischen Plastifiziereinheit und Einspritzeinheit herausgestellt, dass es zu Ablagerungen der sich auszuhärtenden plastifizierten Masse während der Speicherung kommt, wobei sich die Ablagerungen im Massenspeicher oder der nachfolgenden Verbindungsleitung zwischen Massenspeicher und Einspritzeinheit sammeln, was sich natürlich wiederum negativ auf die Betriebseigenschaften der Spritzgussmaschine auswirken kann.
Weiters wirken sich diese Ablagerungen und/oder Aushärtungen negativ auf eine Qualität eines zu produzierenden Erzeugnisses aus.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Plastifiziereinheit für eine Formgebungsmaschine sowie eine Formgebungsmaschine mit einer solchen Plastifiziereinheit und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Plastifiziereinheit bereitzustellen, die eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Lösung darstellt und/oder eine effizientere Möglichkeit zur kontinuierlichen Plastifizierung darstellt und/oder einen störungsfreieren Betrieb aufgrund von Ablagerungen gegenüber dem Stand der Technik gewährleistet und/oder höhere Qualitäten eines Erzeugnisses erlaubt.
Diese Aufgabe wird durch eine Plastifiziereinheit für eine Formgebungsmaschine zum Plastifizieren einer zu plastifizierenden Masse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, einer Formgebungsmaschine mit einer solchen Plastifiziereinheit sowie mit einem Verfahren zum Betreiben einer solchen Plastifiziereinheit.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass wenigstens eine Plastifizierschnecke in einem Plastifizierzylinder rotierbar und in Bezug auf eine Längsachse des Plastifizierzylinders ortsfest gelagert ist, wobei der Plastifizierzylinder an einem Umfang des Plastifizierzylinders wenigstens eine Öffnung aufweist, welche wenigstens eine Öffnung den Plastifizierzylinder mit wenigstens einem Massenspeicher verbindet und dass ein Aktuator zum Ausschieben einer im wenigstens einen Massenspeicher gespeicherten Speichermasse vorgesehen ist.
Da ein Massenspeicher vorgesehen ist, ist es möglich, die Plastifiziereinheit kontinuierlich zu betreiben, wobei im Massenspeicher plastifizierte Masse gespeichert werden kann und die plastifzierten Masse aus dem Massenspeicher zusammen mit plastifizierter Masse der wenigstens einen Plastifizierschnecke diskontinuierlich aus der Plastifiziereinheit ausgegeben werden kann.
Über die wenigstens eine Öffnung des Plastifizierzylinders ist es möglich, direkt aus dem Plastifizierzylinder plastifizierte Masse von der wenigstens einen Plastifizierschnecke dem Massenspeicher zuzuführen.
Aus diesem Massenspeicher kann die Speichermasse (die gespeicherte plastifizierte Masse) unter Verwendung des Aktuators ausgeschoben werden und über die wenigstens eine Öffnung zurück in den Plastifizierzylinder geführt werden, wobei diese aus dem Plastifizierzylinder an die Formgebungsmaschine weitergeleitet werden kann.
Dies ergibt den Vorteil, dass die Speichermasse nach der Speicherung nochmals den Plastifizierzylinder durchläuft, wodurch die gespeicherte Masse mit weiterer plastifizierter Masse in Berührung kommt und sich mit dieser vermengt, wodurch die Speichermasse nochmals erwärmt wird, was das Risiko von Ablagerungen durch Abkühlen der plastifizierten Masse verringert. Des Weiteren wird die Speichermasse beim Durchlaufen des Plastifizierzylinders nochmals erwärmt.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die gesamte gespeicherte Masse aus dem Massenspeicher in den Plastifizierzylinder geschoben wird, wobei auch Ablagerungen oder im Massenspeicher gebildete Aushärtungen wieder in den Plastifizierzylinder gelangen und dort wieder plastifiziert werden können, wobei eine automatische Reinigung des Massenspeichers durchgeführt wird (wobei sozusagen die Verunreinigungen und/oder Ablagerungen des Massenspeichers im Plastifizierzylinder recycelt werden).
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung oder ein erfindungsgemäßes Verfahren kann auch in bereits bekannten Ausführungsformen des Standes der Technik, wie beispielsweise in der Beschreibungseinleitung erwähnt, ihren Einsatz finden und nachträglich installiert werden.
Unter Formgebungsmaschinen können Spritzgießmaschinen, Spritzpressen, Pressen und dergleichen verstanden werden. Auch Formgebungsmaschinen, bei welchen die plastifizierte Masse einem offenen Formwerkzeug zugeführt wird, sind prinzipiell durchaus denkbar.
Im Rahmen der Erfindung kann mehr als ein Massespeicher vorgesehen sein, der über eine oder mehrere Öffnungen mit dem Plastifizierzylinder verbunden ist.
Es kann mehr als ein Aktuator zum Ausschieben der Speichermasse aus einem oder mehreren Massespeichern vorgesehen sein.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind anhand der abhängigen Ansprüche definiert.
Es kann vorgesehen sein, dass die Plastifiziereinheit wenigstens eine Ausbringöffnung aufweist, wobei über die wenigstens eine Ausbringöffnung die plastifizierte Masse aus der Plastifiziereinheit ausbringbar ist, wobei die wenigstens eine Ausbringöffnung beabstandet von der wenigstens einen Öffnung ausgebildet ist.
Es kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Ausbringöffnung an einem Ende des Plastifizierzylinders entlang einer Rotationsachse der wenigstens einen Plastifizierschnecke vorgesehen ist. Die wenigstens eine Ausbringöffnung kann beispielsweise als Düse ausgestaltet sein.
Es kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Ausbringöffnung ein Ventil aufweist, wobei beispielsweise über eine Rückstromsperre ein Rückfließen der plastifizierten Masse in den Plastifizierzylinder verhindert werden kann. Durch ein solches Ventil kann ein Ausbringen der plastifizierten Masse aus dem Plastifizierzylinder über die wenigstens eine Ausbringöffnung gesteuert oder geregelt werden. Analoges gilt für ein Drei- oder Vierwegeventil, welches gegebenenfalls eine Sperrstellung aufweist.
Es kann vorgesehen sein, dass die Plastifiziereinheit eine Zuführvorrichtung aufweist, wobei über die Zuführvorrichtung die zu plastifizierende Masse der Plastifiziereinheit zuführbar ist, wobei die Zuführvorrichtung beabstandet von der wenigstens einen Öffnung ausgebildet ist.
Es kann vorgesehen sein, dass die Zuführvorrichtung als weitere Öffnung im Plastifizierzylinder vorgesehen ist, wobei eine zu plastifizierende Masse in einem hinteren Schneckeneinzugsbereich der wenigstens einen Plastifizierschnecke zugeführt wird. Solche Zuführvorrichtungen können beispielsweise einen Zuführtrichter zur Zuführung eines Granulats aufweisen.
Es ist jedoch auch durchaus denkbar, dass der Plastifiziereinheit eine bereits zumindest teilweise plastifizierte Masse zugeführt wird, wobei diese bereits zumindest teilweise plastifizierte Masse durch die Plastifiziereinheit weiter plastifiziert wird.
Es kann auch vorgesehen sein, dass mehrere Zuführvorrichtungen vorgesehen sind, wobei die Plastifiziereinheit dazu ausgebildet sein kann, diese (gegebenenfalls unterschiedlichen) zu plastifizierenden Massen zu plastifizieren und miteinander zu vermengen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Massenspeicher als Kolben-Zylinder-Einheit ausgebildet ist. So kann es vorgesehen sein, dass der Massenspeicher einen Kolben aufweist, welcher in einem Zylinder geführt ist und durch Bewegung des Kolbens im Zylinder seinen Speicherraum in seinem Volumen variieren kann.
Es kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Öffnung im Wesentlichen dieselben Abmessungen aufweist, wie die Innenabmessungen der Kolbenzylindereinheit.
Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Kolben-Zylinder-Einheit (welche den Massenspeicher bildet) direkt an den Plastifizierzylinder anschließt, wobei es vorzugsweise vorgesehen sein kann, dass eine Längsachse der Kolben-Zylinder-Einheit, in welcher die Bewegungsrichtung des Kolbens ausgebildet ist, normal zu einer Rotationsachse und/oder Mittelachse der wenigstens einen Plastifizierschnecke und/oder des Plastifizierzylinders steht.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass ein Kolben der Kolben-Zylinder-Einheit an einer Innenkontur des Plastifizierzylinders angepasst ist, wobei in einer ausgeschobenen Position der Kolben-Zylinder-Einheit der Kolben die wenigstens eine Öffnung abschließt.
Demzufolge kann es vorgesehen sein, dass der Kolben der Kolben-Zylinder-Einheit in einer ausgeschobenen Position eine innere Mantelfläche des Plastifizierzylinders vervollständigt, wobei die wenigstens eine Öffnung im Plastifizierzylinder vollständig geschlossen wird.
Es kann vorgesehen sein, dass ein Kolben der Kolben-Zylinder-Einheit an eine Außengeometrie der wenigstens einen Plastifizierschnecke angepasst ist, wobei in einer ausgeschobenen Position der Kolben-Zylinder-Einheit der Kolben an die wenigstens eine Plastifizierschnecke anschließt.
Dabei ist bevorzugt die Rotation der wenigstens einen Plastifizierschnecke zu berücksichtigen. Besonders bevorzugt ist der Kolben daher an die Kontur des gedachten Rotationskörpers angepasst, der durch die Drehung der wenigstens einen Plastifizierschnecke entsteht. Dies gilt sowohl für Ausführungsformen mit einer einzigen Plastifizierschnecke als auch für Ausführungsformen mit zwei oder mehr Plastifizierschnecken.
Prinzipiell wäre es aber auch denkbar, dass die Kontur der Stirnfläche des Kolbens an die Geometrie der Plastifizierschnecke in einer gegebenen Rotationsstellung angepasst ist, wobei die Rotation der wenigstens einen Plastifizierschnecke gestoppt wird, wenn sich der Kolben in der ausgeschobenen Position befindet. Dies gilt sowohl für Ausführungsformen mit einer einzigen Plastifizierschnecke als auch für Ausführungsformen mit zwei oder mehr Plastifizierschnecken.
Dies ergibt den wesentlichen Vorteil, dass - wenn auch noch der Kolben an eine Außengeometrie der wenigstens einen Plastifizierschnecke angepasst ist - die Stirnfläche des Kolbens der Kolben-Zylinder-Einheit in einem ausgeschobenen Zustand von der wenigstens einen Plastifizierschnecke gereinigt werden kann, indem die wenigstens eine Plastifizierschnecke direkt an den Kolben anschließt. So können Ablagerungen und Verunreinigungen, die sich an einer Stirnfläche des Kolbens absetzen, durch die wenigstens eine Plastifizierschnecke abgeschert werden.
Bei einem solchen Vorgehen wird der Kolben der Kolben-Zylinder-Einheit (welcher als Massenspeicher dient) mit der Ausschubbewegung an die wenigstens eine Plastifizierschnecke herangeführt, bis er mit seiner Stirnseite nahezu die Plastifizierschnecke berührt (vorzugsweise nur noch ein Abstand von 0,05 bis 1 mm zwischen Kolben und Plastifizierschnecke herrscht) und nur noch ein geringer Spalt zwischen Kolben und Plastifizierschnecke verbleibt. Dieser geringe Spalt kann natürlich auch so ausgebildet sein, dass die Plastifizierschnecke zumindest kurzzeitig am Kolben tangiert, um den Kolben scherend zu säubern.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass der Kolben der Kolben-Zylinder-Einheit in einem ausgeschobenen Zustand bündig an die wenigstens eine Öffnung des Plastifizierzylinders mit der Stirnseite des Kolbens anschließt.
Es kann vorgesehen sein, dass ein Kolben der Kolbenzylindereinheit und die wenigstens eine Öffnung einen Durchmesser aufweist, welcher Durchmesser im Verhältnis zu einem Durchmesser der wenigstens einen Plastifizierschnecke von 0,5 bis 1,1, vorzugsweise 0,8 bis 1, besonders bevorzugt 0,9, steht.
Es kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Plastifizierschnecke als einzelne Plastifizierschnecke oder als ein Doppelschneckenextruder ausgebildet ist.
Es kann vorgesehen sein, dass der Plastifizierzylinder am Umfang des Plastifizierzylinder wenigstens eine weitere Öffnung aufweist, welche wenigstens eine weitere Öffnung den Plastifizierzylinder mit wenigstens einem weiteren Massenspeicher verbindet, und dass ein weiter Aktuator zum Ausschieben einer im wenigstens einen Massenspeicher speicherbaren Speichermasse vorgesehen ist, wobei vorzugsweise eine Längsachse des wenigstens einen weiteren Massenspeichers und eine Längsachse des Massenspeichers einen Winkel von 0° bis 180° zueinander aufweisen. Bevorzugt kann dieser Winkel zwischen 20° und 120°, besonders bevorzugt zwischen 40° und 80°, liegen.
Alternativ oder zusätzlich können mehrere Massespeicher auch axial versetzt am Plastifzierzylinder angeordnet sein.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Öffnung am Plastifizierzylinder von einem Ende des Plastifizierzylinders, an welchem vorzugsweise die wenigstens eine Ausbringöffnung angeordnet ist, um ein 0,2-bis 4-Faches eines Durchmessers der wenigstens einen Plastifizierschnecke beabstandet ist.
Es kann vorgesehen sein, dass der Massenspeicher eine hydraulische und/oder elektrische Betätigung aufweist. Diese hydraulische und/oder elektrische Betätigung kann direkt oder auch indirekt (beispielsweise über ein Übersetzungsgetriebe) den Aktuator zum Ausschieben der im wenigstens einen Massenspeicher speicherbaren Speichermasse antreiben.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass wenigstens eine Temperiervorrichtung, vorzugsweise eine Heizvorrichtung, vorgesehen ist, wobei die wenigstens eine Temperiervorrichtung dazu ausgebildet ist, eine im wenigstens einen Massenspeicher speicherbare Speichermasse zu temperieren. Durch eine Temperiervorrichtung kann beispielsweise vorgesehen sein, dass eine plastifizierte Masse im Massezylinder auf einer gewünschten Temperatur gehalten oder gebracht wird, um vorzugsweise ein Aushärten der plastifizierten Masse zu vermeiden. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Temperierung des Aktuators vorgesehen sein.
Es kann vorgesehen sein, dass der Aktuator dazu ausgebildet ist, zum Zuführen der plastifizierten Masse ein Volumen des wenigstens einen Massenspeichers gezielt zu vergrößern, sodass plastifizierte Masse aus dem Plastifizierzylinder über die wenigstens eine Öffnung förderbar ist.
Es kann eine Steuer- und/oder Regeleinheit vorgesehen sein, welche zum Ansteuern des Aktuators eingerichtet ist.
Insbesondere kann die Steuer- und/oder Regeleinheit den Aktuator so ansteuern, dass zum Zuführen der plastifizierten Masse ein Volumen des wenigstens einen Massenspeichers gezielt zu vergrößert wird, sodass plastifizierte Masse aus dem Plastifizierzylinder über die wenigstens eine Öffnung förderbar ist.
Weiters wird Schutz begehrt für ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Plastifiziereinheit umfassend folgende Schritte:

- kontinuierliches Plastifizieren einer zu plastifizierenden Masse unter Verwendung der wenigstens einen Plastifizierschnecke,
- Zuführen von plastifizierter Masse über die wenigstens eine Öffnung im Plastifizierzylinder in den wenigstens einen Massenspeicher,
- Ausschieben der Speichermasse aus dem wenigstens einen Massenspeicher unter Verwendung des Aktuators, wobei plastifizierte Masse aus der Plastifiziereinheit ausgeschoben wird.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Aktuator zum Zuführen der plastifizierten Masse betätigt wird, um ein Volumen des wenigstens einen Massenspeichers zu vergrößern, sodass plastifizierte Masse aus dem Plastifizierzylinder über die wenigstens eine Öffnung in den Massenspeicher (ggf. durch einen erzeugten Unterdruck) gefördert wird.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass der Aktuator während des Zuführens der plastifizierten Masse dermaßen betätigt wird, dass während einer Zeitspanne der Zuführung im Wesentlichen keine plastifizierte Masse aus der Plastifiziereinheit (beispielweise über die Austrittsöffnung) austritt.
Demzufolge kann es vorgesehen sein, dass der Aktuator dermaßen betätigt wird, dass eine plastifizierte Masse aus dem Plastifizierzylinder über die wenigstens eine Öffnung gesaugt oder gefördert wird, wobei die gesamte durch die wenigstens eine Plastifizierschnecke plastifizierte Masse zumindest vorübergehend in den Massenspeicher gefördert wird.
Dies kann den Vorteil bringen, dass während der Befüllung des Massenspeichers keine plastifizierte Masse aus der Plastifiziereinheit austritt, sodass beispielsweise an die Plastifiziereinheit nachfolgende (bezogen auf eine Förderrichtung der plastifizierten Masse) Bauteile gereinigt oder ausgetauscht werden können, ohne dass durch ein separates Ventil die Plastifiziereinheit von diesen Bauteilen abgeschlossen wird.
Beispielsweise kann es somit vorgesehen sein, dass ein an die Plastifiziereinheit nachfolgender Filter (vorzugsweise ein Schmelzefilter) während der Befüllung des Massenspeichers im vollen Betrieb der Plastifiziereinheit ausgetauscht oder gereinigt werden kann, da die durch die wenigstens eine Plastifizierschnecke plastifizierte Masse durch den Massenspeicher aufgenommen wird und somit der zu reinigende Filter entlastet wird.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Betätigung des Aktuators dermaßen erfolgt, dass von einem nachfolgenden Bauteil der Plastifiziereinheit bereits ausgeschobene, plastifizierte Masse in den Plastifizierzylinder zurückgezogen wird. Dies kann beispielsweise eingesetzt werden, wenn ein an die Plastifiziereinheit nachfolgender Filter Verlegungen oder Verunreinigungen aufweist, wobei diese Verlegungen oder Verunreinigungen durch das Betätigen des Aktuators des Massenspeichers vom Filter zurück in die Plastifiziereinheit gezogen werden können, um den Filter zu reinigen.
Es kann eine Steuer- oder Regeleinheit zum Steuern oder Regeln der wenigstens einen Plastifizierschnecke und/oder des Aktuators vorgesehen sein.
Plastifizierschnecken verursachen für gewöhnlich durch die Rotation Scherung in der zu plastifizierenden Masse, wodurch in der Masse Energie deponiert wird, was zum Plastifizieren der Masse führt. Dieser Vorgang kann durch eine Heizung des Plastifizierzylinders unterstützt werden.
Weitere Beispiele, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Figuren und der nachstehenden Figurenbeschreibung dargestellt. Darin zeigt

1a, 1b ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Plastifiziereinheit,
2a, 2b ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Plastifiziereinheit,
3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Plastifiziereinheit, und
4 ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Plastifiziereinheit.

1a und 1b zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Plastifiziereinheit 1, wobei die Plastifiziereinheit eine Plastifizierschnecke 3 umfasst, welche im Plastifizierzylinder 4 angeordnet ist.
Die Plastifizierschnecke 3 kann durch einen Rotationsantrieb 15 im Plastifizierzylinder 4 rotatorisch angetrieben werden, um eine zu plastifizierende Masse 2 zu plastifizieren.
Die Plastifizierschnecke 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel entlang der Längsachse 5 des Plastifizierzylinders 4 ortsfest gelagert und führt eine kontinuierliche Plastifizierung des zu plastifizierenden Materials 2 aus.
Der Plastifiziereinheit 1 wird eine zu plastifizierende Masse 2 über die als Zuführtrichter ausgebildete Zuführvorrichtung 12 zugeführt, wobei die Plastifizierschnecke 5 anschließend entlang ihrer Schneckengänge die zu plastifizierende Masse 2 durch die Rotation und die damit erzeugte Scherwärme plastifiziert.
Entlang der Längsachse 5 des Plastifizierzylinders 4 sind des Weiteren Heizbänder 16 angeordnet, welche eine zusätzliche Erwärmung und somit Plastifizierung des zu plastifizierenden Materials 2 begünstigen.
Die Plastifizierung kann über Sensoren 17 (Temperatursensoren) überwacht und gegebenenfalls geregelt werden.
Über die Austrittsöffnung 10 der Plastifiziereinheit 1 kann anschließend die plastifizierte Masse 11 aus der Plastifiziereinheit 1 ausgebracht werden, wobei die Ausbringöffnung an einem vom Rotationsantrieb 15 abgewandten Ende des Plastifizierzylinder 4 angeordnet ist.
Des Weiteren weist der Plastifizierzylinder 4 am Umfang des Plastifizierzylinders 4 eine Öffnung 6 auf, welche Öffnung den Plastifizierzylinder 4 mit einem Massenspeicher 7 verbindet.
Diese Öffnung 6 ist am Umfang des Plastifizierzylinders 4 in einem Bereich der Austrittsöffnung 10 angeordnet, wobei bereits plastifizierte Masse 11 in den Massenspeicher 7 eintreten kann.
Über den Aktuator 8, welcher in diesem Ausführungsbeispiel als Hydraulikzylinder ausgebildet ist, kann die im Massenspeicher 7 gespeicherte Speichermasse 9 (plastifizierte Masse 11) ausgeschoben werden.
Der Massenspeicher 7 dieses Ausführungsbeispiels ist als Kolben-Zylinder-Einheit ausgebildet, welche einen Kolben 13 aufweist, wobei über den Kolben 13 ein Volumen des Massenspeichers 7 über den Aktuator 8 veränderbar ist.
1a zeigt eine Seitenansicht der Plastifiziereinheit 1 und 1b einen Schnitt durch den Plastifizierzylinder 4 und den Massenspeicher 7.
Die Plastifizierschnecke 3 des Ausführungsbeispiels der 1a und 1b ist dabei als eine einzige Plastifizierschnecke 3 ausgebildet.
Der Massenspeicher 7 ist direkt an die Öffnung 6 des Plastifizierzylinders 4 angebunden, wobei die Öffnung 6 von einem Ende des Plastifizierzylinders 4, an welchem die Ausbringöffnung 10 angeordnet ist, um ein 0,5-faches des Durchmessers der Plastifizierschnecke 3 beabstandet ist.
Im Betrieb der Plastifiziereinheit 1 kann nun kontinuierlich zu plastifizierende Masse 2 über die Plastifizierschnecke 3 plastifiziert werden und dem Massenspeicher 7 zugeführt werden, wobei durch eine gezielte Steuerung oder Regelung des Aktuators 8 das Volumen des Massenspeichers 7 dermaßen vergrößert werden kann, dass die durch die Plastifizierschnecke 3 plastifizierte Masse in den Massenspeicher 7 durch einen Unterdruck gezogen bzw. geführt wird.
Wenn der Massenspeicher eine definierte Speichermasse 9 an plastifizierter Masse 11 aufgenommen hat, kann über den Aktuator 8 die Speichermasse 9 wieder ausgeschoben werden und zurück in den Plastifizierzylinder 4 getrieben werden, wobei diese plastifizierte Masse 11 (oder Speichermasse 9) über die Austrittsöffnung 10 ausgetrieben wird.
Durch ein solches Vorgehen kann trotz kontinuierlicher Plastifizierung der Plastifiziereinheit 1 eine diskontinuierliche Ausschiebung an plastifizierter Masse 11 durch die Ausbringöffnung 10 erfolgen.
Wie durch die 1b ersichtlich ist, ist der Durchmesser der Kolben-Zylinder-Einheit an den Durchmesser der Öffnung 6 angepasst, sodass die Öffnung 6 fast nahtlos in den Zylinder der Kolben-Zylinder-Einheit des Massenspeichers 7 übergeht.
Der Kolben 13 der Kolben-Zylinder-Einheit des Massenspeichers 7 weist dieselben Abmessungen wie die Innenabmessungen des Plastifizierzylinders 4 auf, sodass - wenn der Kolben 13 des Massenspeichers 7 sich in einer ausgeschobenen Position befindet - an die innere Mantelfläche des Plastifizierzylinders 4 anschließt und die Plastifizierschnecke 3 umschließt (wie durch 1b ersichtlich ist).
Der Kolben 13 der Kolben-Zylinder-Einheit ist an eine Außengeometrie der Plastifizierschnecke 3 angepasst, wobei in der ausgeschobenen Position der Kolben-Zylinder-Einheit der Kolben 13 an die Plastifizierschnecke 3 anschließt.
Somit wird die Möglichkeit geschaffen, dass, wenn der Kolben 13 den Massenspeicher 7 vollständig ausschiebt, sich auch alle Rückstände und Ablagerungen aus dem Massenspeicher 7 an der Stirnfläche des Kolbens 13 ansammeln, wobei die geometrische Ausgestaltung dieser Stirnfläche des Kolbens 13 und durch das Annähern des Kolbens 13 an die Plastifizierschnecke 3 die Stirnfläche des Kolbens 13 von der Plastifizierschnecke 3 scherend gereinigt wird.
Somit ist es vorgesehen, dass sich der Massenspeicher 7 durch entsprechende Steuerung oder Regelung, gegebenenfalls in jedem Zyklus, selbst reinigt.
2a und 2b zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Plastifiziereinheit 1, wobei ein Doppelschneckenextruder 14 vorgesehen ist, welcher zwei gegenläufig drehende Plastifizierschnecken 3 aufweist.
Auch hier ist wiederum der Massenspeicher 7 durch eine Kolben-Zylinder-Einheit ausgebildet, wobei der Kolben 13 an die geometrische Ausgestaltung des Doppelschneckenextruders 14 angepasst ist.
3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Plastifiziereinheit 1, wobei wiederum ein Doppelschneckenextruder 14 vorgesehen ist, welcher zwei gegenläufig drehende Plastifizierschnecken 3 aufweist.
Hier sind jedoch zwei Massenspeicher 7 (der Massenspeicher und ein weiterer Massenspeicher) vorgesehen, wobei jeweils ein Massenspeicher 7 jeweils an eine Öffnung 6 des Plastifizierzylinders 4 anschließt.
Die Öffnungen 6 (die Öffnung und die weitere Öffnung) des Plastifizierzylinders 4 sind dermaßen angeordnet, dass sie je einer Plastifizierschnecke 3 des Doppelschneckenextruder 14 zugeordnet werden können.
Die Massenspeicher 7 sind jeweils wiederum durch eine Kolben-Zylinder-Einheit ausgebildet, wobei der Kolben 13 an die geometrische Ausgestaltung des Doppelschneckenextruders 14 angepasst ist.
Die Massenspeicher 7 weisen mit ihren Längserstreckungen zueinander einen Winkel 2α von etwa 60° auf.
4 zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Plastifiziereinheit 1, welche im Wesentlichen der 1 entspricht, jedoch den Aktuator 8 und seine Steuer oder Regelung in einem etwas höheren Detailgrad verdeutlicht.
Der in 4 vorgesehene Aktuator zur Betätigung des Massespeichers 7 ist als Hydraulikzylinder ausgebildet, wobei ein Hydraulikkolben den Hydraulikzylinder in einer erste Kammer 22 und eine zweite Kammer 23 unterteilt.
Die Kammern 22, 23 des Aktuators sind mit dem Hydrauliksystem 18 verbunden, mittels welchem ein Druck p₁ in der ersten Kammer 22 und/oder ein Druck p₂ in der zweiten Kammer 23 variiert werden kann, wobei durch verschiedene Drücke p₁ und p₂ der Kolben (unter Berücksichtigung der jeweiligen Kolbenflächen) bewegt werden kann und so als Aktuator 8 für den Massenspeicher 7 dient und einen entsprechenden Druck auf die Speichermasse 9 im Massenspeicher 7 ausüben kann.
Das Hydrauliksystem weist zur Steuer- oder Regelung des Aktuators eine Pumpe 20, einen Tank 21, sowie ein Hydraulikventil 19 auf.
Im Konkreten Beispiel der 4 kann über die gezeigte Stellung des Hydraulikventils 19 mithilfe der Pumpe 20 ein Druck p₂ in der ersten Kammer 22 aufgebaut werden, wodurch das Volumen des Massespeichers 9 sich vergrößert und plastifizierte Masse 2 aus dem Plastifizierzylinder 4 in den Massespeicher 9 gefördert werden kann.
Ein solches Vorgehen führt dazu, dass das von der Plastifizierschnecke 3 geförderte Material, vorzugsweise vollkommen, im Massespeicher 7 aufgenommen wird und besonders bevorzugt das Volumen im Massespeicher 7 schneller wächst als die nachgeförderte plastifizierte Masse 2 im Plastifizierzylinder.
Somit kann ein Unterdruck für die plastifizierte Masse 2 im Massespeicher 7 hervorgerufen werden und ein Austritt einer plastifizierten Masse 2 über die Ausbringöffnung kann gestoppt oder sogar umgekehrt werden.
Bezugszeichenliste

1: Plastifiziereinheit
2: Zu plastifizierende Masse
3: Plastifizierschnecke
4: Plastifizierzylinder
5: Längsachse des Plastifizierzylinders
6: Öffnung
7: Massenspeicher
8: Aktuator
9: Speichermasse
10: Ausbringöffnung
11: Plastifizierte Masse
12: Zuführvorrichtung
13: Kolben
14: Doppelschneckenextruder
15: Rotationsantrieb
16: Heizband
17: Sensor
18: Hydrauliksystem
19: Hydraulikventil
20: Pumpe
21: Tank
22: erste Kammer
23: zweite Kammer
α: Winkel
p1: Druck in der ersten Kammer
p2: Druck in der zweiten Kammer
p3: Druck der Speichermasse

Claims

Plastifiziereinheit für eine Formgebungsmaschine zum Plastifizieren einer zu plastifizierenden Masse (2), wobei wenigstens eine Plastifizierschnecke (3) in einem Plastifizierzylinder (4) rotierbar und in Bezug auf eine Längsachse (5) des Plastifizierzylinders (4) ortsfest gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Plastifizierzylinder (4) an einem Umfang des Plastifizierzylinders (4) wenigstens eine Öffnung (6) aufweist, welche wenigstens eine Öffnung (6) den Plastifizierzylinder (4) mit wenigstens einem Massenspeicher (7) verbindet, und dass ein Aktuator (8) zum Ausschieben einer im wenigstens einen Massenspeicher (7) speicherbaren Speichermasse (9) vorgesehen ist.
Plastifiziereinheit nach Anspruch 1, wobei die Plastifiziereinheit (1) wenigstens eine Ausbringöffnung (10) aufweist, wobei über die wenigstens eine Ausbringöffnung (10) eine plastifizierte Masse (11) aus der Plastifiziereinheit (1) ausbringbar ist, wobei die wenigstens eine Ausbringöffnung (10) beabstandet von der wenigstens einen Öffnung (6) ausgebildet ist.
Plastifiziereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Plastifiziereinheit (1) eine Zuführvorrichtung (12) aufweist, wobei über die Zuführvorrichtung (12) die zu plastifizierende Masse (2) der Plastifiziereinheit (1) zuführbar ist, wobei die Zuführvorrichtung (12) beabstandet von der wenigstens einen Öffnung (6) ausgebildet ist.
Plastifiziereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine Massenspeicher (7) als Kolben-Zylinder-Einheit ausgebildet ist.
Plastifiziereinheit nach Anspruch 4, wobei die wenigstens eine Öffnung (6) im Wesentlichen dieselben Abmessungen aufweist wie die Innenabmessungen der Kolben-Zylinder-Einheit.
Plastifiziereinheit nach Anspruch 4 oder 5, wobei ein Kolben (13) der Kolben-Zylinder-Einheit an eine Innenkontur des Plastifizierzylinders (4) angepasst ist, wobei in einer ausgeschobenen Position der Kolben-Zylinder-Einheit der Kolben (13) die wenigstens eine Öffnung (6) abschließt.
Plastifiziereinheit nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei ein Kolben (13) der Kolben-Zylinder-Einheit an eine Außengeometrie der wenigstens einen Plastifizierschnecke (3) angepasst ist, wobei in einer ausgeschobenen Position der Kolben-Zylinder-Einheit der Kolben (13) an die wenigstens eine Plastifizierschnecke (3) anschließt.
Plastifiziereinheit nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, vorzugsweise einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die wenigstens eine Öffnung (6) und/oder vorzugsweise ein Kolben (13) der Kolben-Zylinder-Einheit einen Durchmesser aufweist, welcher Durchmesser im Verhältnis zu einem Durchmesser der wenigstens einen Plastifizierschnecke (3) von 0,5 bis 1,1, vorzugsweise 0,8 bis 1, besonders bevorzugt 0,9, steht.
Plastifiziereinheit nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine Plastifizierschnecke (3) als eine einzelne Plastifizierschnecke (3) oder als ein Doppelschneckenextruder (14) ausgebildet ist.
Plastifiziereinheit nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Plastifizierzylinder (4) am Umfang des Plastifizierzylinders (4) wenigstens eine weitere Öffnung (6) aufweist, welche wenigstens eine weitere Öffnung (6) den Plastifizierzylinder (4) mit wenigstens einem weiteren Massenspeicher (7) verbindet, und wobei ein weiterer Aktuator (8) zum Ausschieben einer im wenigstens einen Massenspeicher (7) speicherbaren Speichermasse (9) vorgesehen ist, wobei vorzugsweise eine Längsachse des wenigstens einen weiteren Massenspeichers (7) und eine Längsachse des Massenspeichers einen Winkel (2α) von 0° bis 180° zueinander aufweisen.
Plastifiziereinheit nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine Öffnung (6) am Plastifizierzylinder (4) von einem Ende des Plastifizierzylinders (4), an welchem vorzugsweise die wenigstens eine Ausbringöffnung (10) angeordnet ist, um ein 0,2- bis 4-faches eines Durchmessers der wenigstens einen Plastifizierschnecke (3) beabstandet ist.
Plastifiziereinheit nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine Massenspeicher (7) eine hydraulische und/oder elektrische Betätigung aufweist.
Plastifiziereinheit nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine Temperiervorrichtung, vorzugsweise eine Heizvorrichtung, vorgesehen ist, wobei die wenigstens eine Temperiervorrichtung dazu ausgebildet ist, eine im wenigstens einen Massenspeicher (7) speicherbare Speichermasse (9) zu temperieren.
Plastifiziereinheit nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Aktuator (8) dazu ausgebildet ist, zum Zuführen der plastifizierten Masse (11) ein Volumen des wenigstens einen Massenspeichers (7) gezielt zu vergrößern, sodass plastifizierte Masse (11) aus dem Plastifizierzylinder (1) über die wenigstens eine Öffnung (6) förderbar ist.
Formgebungsmaschine mit einer Plastifiziereinheit (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14.
Verfahren zum Betreiben einer Plastifiziereinheit (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, umfassen folgende Schritte: - kontinuierliches Plastifizieren einer zu plastifizierenden Masse (2) unter Verwendung der wenigstens einen Plastifizierschnecke (3), - Zuführen von plastifizierter Masse (11) über die wenigstens eine Öffnung (6) im Plastifizierzylinder (4) in den wenigstens einen Massenspeicher (7) und - Ausschieben der Speichermasse (9) aus dem wenigstens einen Massenspeicher (7) unter Verwendung des Aktuators (8), wobei plastifizierte Masse (11) aus der Plastifiziereinheit (1) ausgeschoben wird.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei zum Zuführen der plastifizierten Masse (11) der Aktuator (8) betätigt wird, um ein Volumen des wenigstens einen Massenspeichers (7) gezielt zu vergrößern, sodass plastifizierte Masse (11) aus dem Plastifizierzylinder (1) über die wenigstens eine Öffnung (6) gefördert wird.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei der Aktuator (8) während des Zuführens der plastifizierten Masse (11) dermaßen betätigt wird, dass während einer Zeitspanne der Zuführung im Wesentlichen keine plastifizierte Masse (11) aus der Plastifiziereinheit (1) austritt.