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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Plastifiziereinheit für eine Formgebungsmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, eine Formgebungsmaschine mit einer solchen Plastifiziereinheit, eine Verwendung einer Plastifizierschnecke, ein Verfahren zum Plastifizieren, sowie eine Steuer- oder Regelvorrichtung zum Steuern oder Regeln eines Antriebs einer Plastifizierschnecke einer Plastifiziereinheit.
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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.
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Im Folgenden soll der Stand der Technik anhand einer Spritzgießmaschine umrissen werden. Analoges gilt allgemein für Formgebungsmaschinen.
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Gattungsgemäße Plastifiziereinheiten für Spritzgießmaschinen umfassen:
- - einen eine Ausbringöffnung aufweisenden Massezylinder, über welche Ausbringöffnung ein plastifiziertes Material ausbringbar ist und
- - eine im Massezylinder rotatorisch und linear bewegbar angeordnete Plastifizierschnecke, welche eine Rotationsachse aufweist,
wobei in radialer Richtung zur Rotationsachse der Plastifizierschnecke zwischen der Plastifizierschnecke und dem Massezylinder eine Plastifizierzone gebildet ist. Entsprechende Plastifiziereinheiten werden bei Spritzgießmaschinen dafür verwendet, ein plastifizierbares Material durch eine Rotationsbewegung der Plastifizierschnecke zu plastifizieren, wobei durch die Scherenergie, Scherwärme und gegebenenfalls extern zugeführte Wärmeenergie das plastifizierte Material plastifiziert wird. Dies geschieht in der Regel in der Plastifizierzone der Plastifiziereinheit.
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Nach Plastifizierung des zu plastifizierenden Materials wird das plastifizierte Material in einem ausgebildeten Raum - dem Schneckenvorraum - gesammelt, wobei durch eine axiale Bewegung der Plastifizierschnecke das plastifizierte Material aus der Plastifiziereinheit ausgeschoben und in eine Formkavität eines Formwerkzeugs eingespritzt werden kann, worin das plastifizierte Material wiederum aushärten kann (und somit beispielsweise zu einem fertigen Produkt, Formteil oder Halbzeug erstarren kann).
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, als zu plastifizierendes Material verunreinigte Kunststoffe zu verarbeiten. Bei diesen Kunststoffen kann es sich zum Beispiel um Rezyklate, Mahlgüter oder Agglomerate handeln, welche beispielsweise in einer Recycling- oder einer Compound-Anwendung ihren Einsatz finden.
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Diese Thematik gewinnt immer mehr an Bedeutung, wobei durch das Recyceln von zu plastifizierenden Materialien (beispielsweise thermoplastische Kunststoffe) diese einer neuen Verwendung oder einem neuen Einsatzgebiet zugeführt werden können und somit ein markanter Vorteil bezüglich der Umweltfreundlichkeit geschaffen wird.
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Um jedoch solche recycelten Materialien in einem Spritzgießprozess verwenden zu können, ist es erforderlich, diese zu reinigen, wobei die Verunreinigungen aus der zu plastifizierten Masse zu entfernen sind.
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Für diese Reinigung oder Vorreinigung der zu plastifizierenden Materialien ist es bekannt, dass in einem ersten Schritt durch ein kontinuierlich arbeitendes Plastifizieraggregat das verunreinigte Material plastifiziert wird und anschließend durch Entgasungsprozesse und Filteranlangen gereinigt wird.
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Nach Filtration und Entgasung wird das plastifizierte Material wiederum abgekühlt und erstarrt, wobei das gereinigte Material zumeist direkt in eine leicht weiterzuverarbeitende Form, wie beispielsweise Granulat, gebracht wird.
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Das erzeugte Granulat aus gereinigtem und entgastem Recyclingmaterial kann anschließend nachfolgend durch einen Spritzgießprozess in einer Spritzgießmaschine seinen Einsatz finden.
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Nachteilig daran hat sich jedoch herausgestellt, dass ein relativ hoher Energieaufwand und Arbeitsaufwand zur Reinigung dieses Materials und zur Bereitstellung des Materials für einen Spritzgießprozess erforderlich ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Plastifiziereinheit und/oder ein Verfahren zum Plastifizieren bereitzustellen, bei welchem die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise verbessert werden und/oder ein energieeffizienteres Recyceln von plastifizierbaren Material umgesetzt werden kann und/oder ein energieeffizienteres Reinigen von zu plastifizierendem Material möglich ist und/oder eine direkte Verarbeitung von zu reinigenden, zu plastifizierendem Material ermöglicht wird und/oder eine kontinuierlichere, raschere oder energiesparendere Möglichkeit zur Plastifizierung von plastifiziertem Material dargestellt wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Plastifiziereinheit für eine Formgebungsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einer Formgebungsmaschine mit einer solchen Plastifiziereinheit, einer Verwendung einer Plastifizierschnecke mit den Merkmalen des Anspruches 16, einem Verfahren zum Plastifizieren mit den Merkmalen des Anspruchs 17 und/oder einer Steuer- oder Regelvorrichtung zum Steuern oder Regeln eines Antriebs einer Plastifizierschnecke mit den Merkmalen des Anspruches 20 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Plastifiziereinheit für eine Formgebungsmaschine Folgendes umfasst:
- - einen eine Ausbringöffnung aufweisenden Massezylinder, über welche Ausbringöffnung ein plastifiziertes Material ausbringbar ist und
- - eine im Massezylinder rotatorisch und linear bewegbar angeordnete Plastifizierschnecke, welche eine Rotationsachse aufweist,
wobei in radialer Richtung zur Rotationsachse der Plastifizierschnecke zwischen der Plastifizierschnecke und dem Massezylinder eine Plastifizierzone gebildet ist, wobei die Plastifizierschnecke ein Stauelement aufweist und im Massezylinder eine erste Öffnung im Bereich der Plastifizierzone und/oder des Stauelements und eine zweite Öffnung zwischen dem Stauelement und der Ausbringöffnung vorgesehen ist.
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Durch die vorliegende Erfindung wird es somit ermöglicht, auch verunreinigte Materialien bei einem Prozess in einer Formgebungsmaschine, insbesondere einer Spritzgießmaschine, einzusetzen, wobei über die Plastifiziereinheit der Formgebungsmaschine das verunreinigte Material plastifiziert wird, aus dem Massezylinder herausgeführt wird, gereinigt werden kann und anschließend wieder dem Massezylinder zugeführt wird, um das gereinigte, plastifizierte Material über die Plastifizierschnecke auszuschieben und beispielsweise einem Formwerkzeug, genauer gesagt: einer Formkavität eines Formwerkzeugs, zuzuführen.
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Dieses Vorgehen hat den wesentlichen Vorteil gegenüber dem Stand der Technik, dass ein Recyclingmaterial lediglich einmal plastifiziert werden muss und gereinigt werden kann, was eine wesentlich höhere Energieeffizienz bei der Verarbeitung darstellt.
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Im Weiteren wird eine einfache Möglichkeit geschaffen, eine Filtervorrichtung für das plastifizierte Material außerhalb des Massezylinders zu platzieren, wobei durch Schmelzeleitung die Umlenkung der plastifizierten Masse die Filtervorrichtung nahezu frei an der Formgebungsmaschine oder der Plastifiziereinheit dimensionierbar und positionierbar ist. Die Filtervorrichtung kann dadurch unabhängig von der Größe des Massezylinders genau auf die Anforderungen des Filterprozesses angepasst werden. Außerdem kann ein Reinigen der Filtervorrichtung oder ein Tausch allfällig vorliegender Filterelemente dahingehend vereinfacht werden, dass die Zugänglichkeit der Filtervorrichtung erhöht wird.
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Ein weiterer Vorteil ist dahingehend geschaffen, dass aus dem Stand der Technik bekannte Plastifiziereinheiten mit Plastifizierschnecken, welche einerseits zur Plastifizierung als auch andererseits zur Einspritzung des plastifizierten Materials dienen, genutzt werden können, wodurch auch bei Verarbeitung von verunreinigten Materialien eine sehr kompakte Bauweise der Plastifiziereinheit umgesetzt werden kann.
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Durch das Filtrieren der plastifizierten Masse direkt im Formgebungsprozess können die eingangs beschriebenen Schritte (wie beispielsweise die Granulatherstellung) eingespart werden, was offensichtlich eine signifikante Verbesserung hinsichtlich der Komplexität und Wirtschaftlichkeit darstellt.
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Somit kann auch eine entsprechende Anwendung einer Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung eine Recyclinganwendung oder Compound-Anwendung für einen Anwender erheblich attraktiver gestalten, wobei die Produktionskosten und der Produktionsaufwand minimiert wird, wodurch die Umweltfreundlichkeit (durch vermehrte Anwendung) erhöht werden kann.
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Eine erfindungsgemäße Plastifiziereinheit kann genau eine Plastifizierschnecke aufweisen oder auch als Doppelschnecken-Ausführung oder Mehrschnecken-Ausführung ausgebildet sein. In der nachfolgenden Beschreibung wird mitunter zur Plastifizierschnecke (Singular) ausgeführt. Dies ist aber so zu verstehen, dass analoge Ausführungsformen mit mehreren Plastifizierschnecken ebenso gelten.
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Selbstverständlich werden bei Ausführungsformen mit mehreren Plastifizierschnecken mehrere Schneckenachsen vorliegen, bezüglich derer die Plastifizierschnecke jeweils axial und rotierend bewegbar ist.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung oder ein erfindungsgemäßes Verfahren kann durch ihren Einsatz in bereits bekannten Ausführungsvarianten des Standes der Technik, wie beispielsweise in der Beschreibungseinleitung beschrieben, ihren Einsatz finden und nachträglich installiert werden.
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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.
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Im Sinne des vorliegenden Dokumentes kann unter einer Filtration und/oder einem Filtern einer plastifizierten Masse verstanden werden, dass in der plastifizierten Masse vorliegende Fremdstoffe, vorzugsweise mechanisch, zumindest teilweise aus der plastifizierten Masse gelöst, entfernt, abgeführt und/oder abgeschieden werden. Dies kann also auch ein Abscheideverfahren beinhalten.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind anhand der abhängigen Ansprüche definiert.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Ausbringöffnung des Massezylinders mit wenigstens einer Einspritzdüse und/oder einer Verschlussdüse verbunden und/oder als solche ausgebildet ist. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Einspritzdüse und/oder Verschlussdüse an ein Formwerkzeug, insbesondere ein Spritzgießwerkzeug, anlegbar ist und eine plastifizierte Masse aus dem Massezylinder über die wenigstens eine Einspritzdüse und/oder Verschlussdüse dem Formwerkzeug zuführbar und/oder in das Formwerkzeug einspritzbar ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine Schmelzeleitung vorgesehen ist, welche die erste Öffnung mit der zweiten Öffnung fluidtechnische verbindet.
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Vorzugsweise ist die wenigstens eine Schmelzeleitung dazu ausgebildet, eine aus der ersten Öffnung aus dem Massezylinder austretende plastifizierte Masse über die zweite Öffnung dem Massezylinder zumindest teilweise wieder zuzuführen.
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Es kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine Filtervorrichtung zum Filtern von plastifizierter Masse, insbesondere plastifiziertem Kunststoff, in der wenigstens einen Schmelzeleitung angeordnet oder anordenbar ist.
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Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Schmelzeleitung wenigstens ein Ventilelement, vorzugsweise ein Sperrventil, aufweist.
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Es kann vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Ventilelement in der wenigstens einen Schmelzeleitung zwischen der wenigstens einen Filtervorrichtung und der Verbindung der zweiten Öffnung des Massezylinders angeordnet ist.
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Durch ein entsprechendes Ventilelement kann sichergestellt werden, dass plastifizierte Masse, vorzugsweise gefilterte, plastifizierte Masse, nicht (beispielsweise während des Einspritzvorgangs) die Strömungsrichtung ändert und wieder zurück in die Schmelzeleitung fließt.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Ventilelement als steuer- oder regelbares Ventilelement oder als Rückschlagventil ausgebildet ist.
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Das Ventilelement kann ein Zwei- oder Drei-Wege-Ventil sein.
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Es kann wenigstens ein Sensor in der Schmelzeleitung vorgesehen sein, beispielsweise um ein charakteristisches Signal für einen Zustand und/oder eine Verschmutzung der plastifizierten Masse und/oder der Filtervorrichtung zu erfassen.
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Ein entsprechender Sensor kann als Druck-, Temperatur-, Ultraschall-, Farbsensor, Rheometer und/oder Spektrometer ausgebildet sein.
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Es kann vorgesehen sein, dass eine Steuer- oder Regelvorrichtung ein charakteristisches Signal des wenigstens einen Sensors in der Schmelzeleitung zur Steuerung oder Regelung berücksichtigt.
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Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Schmelzeleitung wenigstens eine Ablassöffnung, vorzugsweise zwischen der wenigstens einen Filtervorrichtung und der ersten Öffnung des Massezylinders, aufweist.
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Durch das Vorsehen einer Ablassöffnung kann es vorgesehen sein, dass aus der Schmelzeleitung plastifiziertes Material abgeführt werden kann, um beispielsweise vor Stilllegung des Prozesses das plastifizierte Material aus der Schmelzeleitung ausspülen zu können, um ein Erstarren in der Schmelzeleitung verhindern zu können.
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Ein weiterer Aspekt, welcher durch das Vorsehen einer Ablassöffnung ermöglicht wird, ist die Reinigung der Filtervorrichtung.
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So kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass eine Auslassöffnung des Massezylinders geschlossen wird und plastifizierte Masse im Schneckenvorraum gesammelt wird.
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Ein Schneckenvorraum kann entlang der Rotationsachse der Plastifizierschnecke zwischen einem der Ausbringöffnung zugewandten Ende der Plastifizierschnecke und der Ausbringöffnung ausgebildet sein.
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Anschließend wird über die Plastifizierschnecke, das Stauelement und/oder den Einspritzkolben ein Druck auf diese im Schneckenvorraum gesammelte, plastifizierte Masse (den Massepolster) ausgeübt, wodurch die plastifizierte Masse - da die Auslassöffnung geschlossen ist - zurück über die zweite Öffnung in die Schmelzeleitung fließt und somit die Filtervorrichtung entgegengesetzt durchläuft, wodurch die Filtervorrichtung von Ablagerungen und Verunreinigungen befreit wird (d.h. die Filtervorrichtung rückgespült wird).
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Nach dem Rückspülen der Filtervorrichtung kann nun zwischen Filtervorrichtung und erster Öffnung des Massezylinder eine Ablassöffnung vorgesehen sein und geöffnet werden, sodass die rückgespülte, plastifizierte Masse mit den darin getragenen Verunreinigungen aus der Filtervorrichtung abgelassen werden kann.
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Ein solcher entsprechender Rückspülprozess kann beispielsweise zwischen den Produktionszyklen der Plastifiziereinheit nach einer gegebenen Zykluszahl oder beispielsweise bei Vorliegen von Messdaten, welche auf eine erhöhte Filterverlegung hinweisen, durchgeführt werden.
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Eine Filterverlegung oder Filterbelegung kann beispielsweise durch die Messung eines Drucks vor der Filtervorrichtung und nach der Filtervorrichtung bestimmt werden, wobei der zwischen den zwei Messungen herrschende Differenzdruck ein aussagekräftiges Maß hierfür darstellt.
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Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Filtervorrichtung eine Filterwechselvorrichtung aufweist, vorzugsweise wobei die Filtervorrichtung als Kassettenfilter ausgebildet ist.
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Ein Kassettenfilter kann zwei oder mehr Filterelemente aufweisen, wobei ein erstes Filterelement in einer Eingriffsstellung in einem Massestrom der plastifizierten Masse befindet, um eine Filtration der plastifizierten Masse vorzunehmen. Ein weiteres Filterelement des Kassettenfilters ist währenddessen freigestellt und nicht in Kontakt mit der plastifizierten Masse.
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Das weitere Filterelement des Kassettenfilters kann, während sich das erste Filterelement in einer Eingriffsstellung befindet, von Verunreinigungen gereinigt werden oder getauscht werden.
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Wenn das erste Filterelement eine höhere Belegung und/oder Verunreinigungen aufweist kann über den Kassettenfilter über eine Wechselvorrichtung das weitere Filterelement in Eingriffsstellung gebracht werden, wobei eine Filtration der plastifizierten Masse durch das weitere Filterelement vonstattengeht und das erste Filterelement zur Reinigung oder zum Wechsel freigestellt wird.
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Es kann dabei vorgesehen sein, dass die Filtervorrichtung ähnlich einem Kassettendeck ausgebildet ist und zwei oder mehrere Aufnahmevorrichtungen für Filterelemente aufweist, wobei durch eine Wechselvorrichtung (vorzugsweise einen Aktuator) selektiv eine Aufnahmevorrichtungen in eine Eingriffsstellung mit der plastifizierten Masse bringbar ist und/oder ein freigestelltes Filterelement aus oder in die Aufnahmevorrichtung positionierbar ist.
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Die Filterwechselvorrichtung kann beispielsweise als Plattensiebwechsler, Kolbensiebwechsler, Kassettensiebwechsler und/oder Bandfilter ausgebildet sein.
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Beim Vorsehen eines Bandfilters als Filterwechselvorrichtung kann es vorgesehen sein, dass der Bandfilter kontinuierlich oder intervallartig durch den Massenstrom der plastifizierten Masse geführt wird, wobei verlegte Filterregionen oder Verunreinigungen der wenigstens einen Filtervorrichtung durch die Filterwechselvorrichtung aus dem Massenstrom des zu plastifizierenden Materials herausbewegt werden können, um den laufenden Prozess der Plastifiziereinheit nicht zu beinträchtigen.
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Das Hinein- und/oder Herausbewegen der wenigstens einen Filtervorrichtung kann beispielsweise in einem Betriebszustand der Plastifiziereinheit vonstattengehen, bei welchem durch die Plastifizierschnecke nicht aktiv ein Massenstrom an plastifizierter Masse ausgeschoben wird, sodass auf die wenigstens eine Filtervorrichtung während des Hineinbewegens und/oder Herausbewegens durch die Filterwechselvorrichtung kein aktiver Druck durch einen Massenstrom der plastifizierten Masse einwirkt.
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Es kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Aktuator zum Fördern der plastifizierten Masse entgegen der Flussrichtung des Massenstroms vorgesehen ist, um eine Druckentlastung eines an der wenigstens einen Filtervorrichtung anliegenden Drucks der plastifizierten Masse zu bewirken.
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Durch eine dementsprechende Ausführungsvariante kann die Möglichkeit geschaffen werden, an der wenigstens einen Filtervorrichtung herrschende Druckverhältnisse (welche durch die plastifizierte Masse auf die wenigstens eine Filtervorrichtung einwirken) unter Nutzung des zumindest einen Aktuators so zu beeinflussen, dass eine Druckentlastung der wenigstens einen Filtervorrichtung - welche beispielsweise für einen Filterwechsel genutzt werden kann - vorgenommen werden kann. Dies ist vorzugsweise ohne eine zusätzliche Absperrung (beispielsweise durch ein Sperrventil) der wenigstens einen Filtervorrichtung vom Massenstrom der plastifizierten Masse möglich.
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Unter einer Druckentlastung kann im Sinne des vorliegenden Dokumentes eine Entlastung wesentlicher Drücke auf den die wenigstens eine Filtervorrichtung verstanden werden. Somit kann unter einer Druckentlastung auch eine Entlastung der wenigstens einen Filtervorrichtung verstanden werden, wenn von beiden Seiten ein in etwa gleich hoher Druck auf die wenigstens eine Filtervorrichtung ausgeübt wird.
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Anders formuliert ist es für die Druckentlastung charakteristisch, dass auf die wenigstens eine Filtervorrichtung wirkende Kräfte - vorzugsweise durch die plastifizierte Masse (vor allem in Flussrichtung des Massenstroms) - zumindest so weit reduziert werden können, um die Belastungen auf die wenigstens eine Filtervorrichtung ausreichend zu senken, dass die wenigstens eine Filtervorrichtung gewechselt werden kann (und es vorzugsweise beim Wechseln der wenigstens einen Filtervorrichtung zu keinen Beschädigungen der wenigstens einen Filtervorrichtung und/oder der Plastifiziereinheit kommt) .
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der zumindest eine Aktuator durch die Plastifizierschnecke ausgebildet ist und/oder durch eine Kolben-Zylinder-Einheit, vorzugsweise in Form eines Schmelzespeichers.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Kolben-Zylinder-Einheit strömungstechnisch zwischen der wenigstens einen Filtervorrichtung und der Plastifizierschnecke angeordnet ist oder strömungstechnisch nach der wenigstes einen Filtervorrichtung angeordnet ist.
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Bei Ausführungsformen, wobei die Plastifizierschnecke eine Rolle als zumindest einen Aktuator übernimmt, kann also durch eine axiale Bewegung der Plastifizierschnecke entgegen der Flussrichtung der plastifizierten Masse eine Druckentlastung und/oder Rückspülung der wenigstens einen Filtervorrichtung vorgenommen werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Stauelement die erste Öffnung und die zweite Öffnung in einer vorgeschobenen Stellung, einer zurückgezogenen Stellung und/oder einer jeden dazwischen liegenden Betriebsstellung voneinander trennt.
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Eine vorgeschobene Stellung des Stauelements abzüglich einer zurückgezogenen Stellung des Stauelements kann einem Dosierhub der Plastifizierschnecke entsprechen.
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Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Plastifizierschnecke an dem der Ausbringöffnung zugewandten Ende einen Einspritzkolben aufweist und/oder mit einem Einspritzkolben entlang der Rotationsachse linear bewegungsschlüssig gekoppelt ist.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass der Einspritzkolben mit der Plastifizierschnecke verbunden ist und dazu ausgebildet ist, gegenüber der Plastifizierschnecke eine Relativbewegung, vorzugsweise entlang einer Rotationsachse der Plastifizierschnecke, auszuüben.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Stauelement konzentrisch im Massezylinder angeordnet ist.
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Das Stauelement kann als von der Plastifizierschnecke separates Bauteil ausgeführt sein und beispielsweise über eine Verbindung, vorzugsweise einer Schraubverbindung, mit der Plastifizierschnecke verbunden werden. Jedoch ist auch durchaus vorstellbar, dass ein Teil der Plastifizierschnecke selbst als Stauelement ausgebildet ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Stauelement rotatorisch von der Einspritzschnecke entkoppelt ist, sodass eine Rotationsbewegung der Plastifizierschnecke (wie sie beispielsweise bei der Plastifizierung auftritt) nicht zwangsläufig auf das Stauelement übertragen wird.
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Jedoch kann es auch vorgesehen sein, dass das Stauelement bewegungsschlüssig (und somit auch bezüglich einer Rotationsbewegung starr) mit der Plastifizierschnecke verbunden ist.
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Ein Einspritzkolben und/oder das Stauelement kann dermaßen ausgebildet sein, dass er eine Außenkontur aufweist, welche der Innenkontur des Massezylinders entspricht, wobei zwischen Massezylinder einerseits und Einspritzkolben und/oder Stauelement andererseits ein Querschnitt quer zu einer Einspritzrichtung gebildet wird, welcher lediglich durch einen Spalt zwischen Einspritzkolben und/oder Stauelement einerseits und Massezylinder andererseits unterbrochen wird. Dieser Spalt ist vorzugsweise dermaßen gering auszuführen, dass ein plastifiziertes Material nicht durch den Spalt hindurchdringen kann (abgesehen von vernachlässigbaren Leckagen, welche den Prozess nicht oder nur unwesentlich beeinflussen).
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Somit kann auf einfache Art und Weise durch die Anwendung eines Einspritzkolbens und/oder eines Stauelements vorgesehen sein, dass die Plastifizierzone vom Schneckenvorraum getrennt wird, wodurch das plastifizierte Material zwangsläufig durch die die erste Öffnung und vorzugsweise eine Schmelzeleitung geleitet wird und somit beispielsweise einer Filtration in der Schmelzeleitung durchlaufen muss.
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Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass der Einspritzkolben und/oder das Stauelement mit einer Umfangsfläche gegenüber dem Massezylinder für eine plastifizierte Masse dicht ausgebildet ist.
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Dicht ist im Sinne des vorliegenden Dokumentes derart auszulegen, dass eine ausreichende Dichtheit für den Prozessablauf umgesetzt werden kann und dennoch betriebsbedingte Leckagen (gebildet beispielsweise durch Abnützungen, Toleranzen oder auch Beschädigungen zwischen Massezylinder und Plastifizierschnecke, Stauelement oder Einspritzkolben) vorliegend können.
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Es kann vorgesehen sein, dass die erste Öffnung aus der Plastifizierzone und die zweite Öffnung einen Abstand voneinander aufweisen, welcher mindestens einem Einspritzhub des Plastifizierschnecke während einer Einspritzbewegung entspricht, vorzugsweise einem Einspritzhub des Plastifizierschnecke addiert mit einer Längsabmessung des Stauelements entlang der Einspritzbewegung entspricht.
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Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Plastifizierschnecke eine Fördergeometrie aufweist.
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Diese Fördergeometrie kann dazu ausgebildet sein, das zu plastifizierende und plastifizierte Material bei gegebener Rotationsrichtung in Richtung der Ausbringöffnung zu fördern und über eine entstehende Scherung und Scherwärme zu plastifizieren.
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Es kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine weitere Fördergeometrie zwischen dem Stauelement und ersten Öffnung vorgesehen ist, vorzugsweise welche weitere Fördergeometrie bewegungsschlüssig mit der Plastifizierschnecke verbunden ist.
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Somit kann es vorgesehen sein, dass durch die wenigstens eine weitere Fördergeometrie das gefilterte, plastifizierte Material, welches aus der Schmelzeleitung wieder in den Massezylinder eintritt, zwischen Stauelement und Ausbringöffnung ein weiteres Mal durch Scherung und Scherwärme plastifiziert (erwärmt) wird und somit im Schneckenvorraum Richtung Ausbringöffnung gefördert wird.
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Durch das Vorsehen einer solchen weiteren Fördergeometrie im Schneckenvorraum kann auch das „first-in / first-out“-Prinzip weiterhin umgesetzt werden, wobei die gefilterte, plastifizierte Masse, welche dem Massezylinder im Schneckenvorraum aus der Schmelzeleitung zugeführt wird, dahingehend koordiniert werden kann, dass das früher zugeführte, plastifizierte Material auch wieder als erstes den Massezylinder verlässt.
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Es kann vorgesehen sein, dass die erste Öffnung und/oder die zweite Öffnung durch wenigstens eine Ausnehmung am Massezylinder ausgebildet ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Ausnehmung am Massezylinder als Längsnut entlang der Rotationsachse ausgebildet ist, vorzugsweise welche Längsnut entlang der Rotationsachse eine sich variierende Breite aufweist.
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Durch eine entsprechende Ausgestaltung kann die Beschickung der Schmelzeleitung und somit der Filtervorrichtung gesteuert oder geregelt werden.
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Ebenfalls wird Schutz begehrt für die Verwendung einer Plastifizierschnecke mit einem Stauelement zum Aufstauen der plastifizierten Masse, in Verbindung mit einer Plastifiziereinheit, vorzugsweise einer Plastifiziereinheit nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer axial beweglichen Lagerung der Plastifizierschnecke und vorzugsweise einem axialen Antrieb für die Plastifizierschnecke.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Plastifizierschnecke eine Fördergeometrie zum Plastifizieren und Fördern einer zu plastifizierenden Masse, vorzugsweise einem Kunststoff, aufweist.
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Weiters wird Schutz begehrt für ein Verfahren zum Plastifizieren, vorzugsweise mit einer erfindungsgemäßen Plastifiziereinheit, wobei
- - unter Zuhilfenahme einer in einem Massezylinder rotatorisch und linear bewegbar angeordneten Plastifizierschnecke ein Material plastifiziert wird,
- - durch die Plastifizierschnecke plastifiziertes Material, vorzugsweise ein plastifizierter Kunststoff, aus einer zwischen Plastifizierzylinder und Plastifizierschnecke vorliegenden Plastifizierzone, vorzugsweise über eine erste Öffnung, gefördert wird,
- - die aus der Plastifizierzone 8 herausgeförderte plastifizierte Masse außerhalb des Massezylinders 4 gefiltert wird und
- - die gefilterte, plastifizierte Masse, vorzugsweise über wenigstens eine zweite Öffnung, dem Massezylinder rückgeführt wird.
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Es kann vorgesehen sein, dass die plastifizierte Masse aus dem Massezylinder in wenigstens eine Schmelzeleitung gefördert wird und besonders bevorzugt durch wenigstens eine Filtervorrichtung in der wenigstens einen Schmelzeleitung gefiltert wird.
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Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass entlang der Rotationsachse der Plastifizierschnecke zwischen einem der Ausbringöffnung zugewandten Ende der Plastifizierschnecke und der Ausbringöffnung ein Schneckenvorraum ausgebildet ist.
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Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die gefilterte, plastifizierte Masse aus einem zwischen der Plastifizierschnecke und einer Ausbringöffnung des Massezylindless vorliegenden Schneckenvorraum durch ein mit der Plastifizierschnecke bewegungsschlüssig gekoppeltes oder an der Plastifizierschnecke angebrachtes Stauelement über eine Linearbewegung der Plastifizierschnecke über die Ausbringöffnung des Massezylinders ausgeschoben wird.
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Es kann vorgesehen sein, dass auf die gefilterte, plastifizierte Masse durch eine Linearbewegung der Einspritzschnecke ein Druck ausgeübt wird, wodurch die gefilterte, plastifizierte Masse zurück in wenigstens eine an der zweiten Öffnung angeordnete Schmelzeleitung gefördert wird, vorzugsweise wodurch wenigstens eine in der wenigstens einen Schmelzeleitung angeordnete Filtervorrichtung rückgespült wird.
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Weiters wird Schutz begehrt für eine Steuer- oder Regelvorrichtung zum Steuern oder Regeln eines Antriebs einer Plastifizierschnecke eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels einer Plastifiziereinheit, welche Steuer- oder Regelvorrichtung dazu ausgebildet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen.
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Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Steuer- oder Regelvorrichtung zur Steuer- oder Regelung einer Filtervorrichtung, einer Filterwechselvorrichtung, eines Ventilelements, einer Ablassöffnung, einer Plastifizierschnecke ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Steuer- oder Regelvorrichtung dazu ausgebildet ist, eine Antriebsvorrichtung, einen Antrieb und/oder eine Steuer oder Regelelement einer dir zuvor angeführten Elemente zu steuern oder zu regeln.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Steuer- oder Regelvorrichtung signalleitend mit wenigstens einem Sensor verbunden oder verbindbar ist, wobei vorzugsweise ein charakteristisches Signal des wenigstens einen Sensors in der zur Steuerung oder Regelung berücksichtigt.
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Unter einer Steuer- oder Regelvorrichtung können solche Komponenten einer Plastifiziereinheit verstanden werden, welche ein Ansteuern von Aktuatoren, Antrieben und/oder Antriebsreglern erlauben, was insbesondere sogenannte „speicherprogrammierbare Steuerungen“ (SPS) umfasst. Dies kann auch das Entgegennehmen von Sensordaten und Durchführen von Rechenvorgängen für einen Regelvorgang beinhalten, die je nach Regelschema in Echtzeit durchgeführt werden können.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Steuer- oder Regeleinheit durch eine zentrale Maschinensteuerung oder eine Steuer- oder Regeleinheit der Formgebungsmaschine ausgeführt ist oder deren Aufgaben übernimmt.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Funktion der Steuer- oder Regelvorrichtung von einer direkt an die Formgebungsmaschine und/oder die Plastifiziereinheit angebundene Steuer- oder Regelvorrichtung übernommen wird oder eine durch eine Datenübertragungsverbindung mit der Formgebungsmaschine und/oder die Plastifiziereinheit verbundene Steuer- oder Regelvorrichtung.
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Die Datenübertragungsverbindung kann bevorzugt als Datenfernübertragungsverbindung ausgebildet sein. Die Datenfernübertragungsverbindung kann mittels einer LAN (Local Area Network), WLAN (Wireless Local Area Network), WAN (Wide Area Network) und/oder verschiedener (Internet-)Protokolle realisiert sein.
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Die Datenübertragung und Weitergabe an den Hersteller oder einen Wartungsdienstleister, sowie die Verarbeitung durch diese kann ebenfalls vorgesehen sein.
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Es kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Steuer- oder Regelvorrichtung dazu ausgebildet ist, unter Berücksichtigung charakteristischer Signale wenigstens eines Sensors, vorzugsweise wenigstens eines Sensors in der Schmelzeleitung, die Plastifizierschnecke und/oder einen Antrieb der Plastifizierschnecke dermaßen zu steuern oder zu regeln, dass eine Filtervorrichtung in der Schmelzeleitung zwischen der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung rückgespült wird.
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Dies kann dadurch erfolgen, dass eine Steuer- oder Regelvorrichtung über den wenigstens einen Sensor und das durch den wenigstens einen Sensor gemessene charakteristische Signal eine Filterverlegung oder Filterbelegung festgestellt wird.
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Ein solcher Sensor kann beispielsweise wenigstens einer oder eine Kombination der folgenden sein:
- - ein Drucksensor sein, welcher einen Druckanstieg vor der Filtervorrichtung misst,
- - wenigstens zwei Drucksensoren, welche ein Druckgefälle in Strömungsrichtung entlang der Filtervorrichtung, insbesondere vor und nach der Filtervorrichtung messen
- - ein Farb- oder optischer Sensor, welcher eine Verlegung und/oder Belegung der Filtervorrichtung durch Erkennen einer optischen Verschmutzung der Filtervorrichtung und/oder der plastifizierten Masse misst und/oder
- - ein Sensor anderer Prozessparameter, welche einen Rückschluss auf eine Verlegung und/oder Belegung der Filtervorrichtung zulassen.
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Unter Zuhilfenahme vordefinierter hinterlegter oder vorgebbarer Grenzwerte und/oder Grenzbereiche kann die Steuer- oder Regelvorrichtung durch die ermittelte Filterverlegung oder Filterbelegung dazu ausgebildet sein, einen nötigen Filterwechsel und/oder eine Filterreinigung der Filtervorrichtung vorzunehmen und/oder zu signalisieren.
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Ein entsprechender Filterwechsel und/oder eine Filterreinigung kann beispielsweise durch die Steuer- oder Regelvorrichtung durch akustische, haptische und/oder optische Signale einem Anwender signalisiert werden, welcher einen Filterwechsel und/oder eine Filterreinigung einleiten kann. Es kann auch vorgesehen sein, dass bei einer zu hohen Filterverlegung oder Filterbelegung die Steuer- oder Regelvorrichtung dazu ausgebildet ist, den Plastifizierprozess automatisch zu unterbrechen, um einen Filterwechsel und/oder eine Filterreinigung durchzuführen.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass eine für die ermittelte Filterverlegung oder die Filterbelegung charakteristisches Signal durch die Steuer- oder Regelvorrichtung an einen Hersteller oder einen Wartungsdienstleister übermittelbar ist, welcher aufgrund der übermittelten Signale beispielsweise automatisiert Wartungspersonal und/oder Wartungsmaterial (wie beispielsweise Filterelemente für die Filtervorrichtung) zum Filterwechsel und/oder zur Filterreinigung bereitstellen kann.
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Bei Durchführung eines Filterwechsels kann die Steuer- oder Regelvorrichtung dazu ausgebildet sein,
- - einen Plastifizierprozess zu unterbrechen,
- - eine Druckentlastung der wenigstens einen Filtervorrichtung durchzuführen
- - einen Filterwechsel, beispielswiese durch Steuern oder Regeln einer Filterwechselvorrichtung, durchzuführen, und
- - einen Plastifizierprozess wieder aufzunehmen.
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Bei Durchführung einer Filterreinigung kann die Steuer- oder Regelvorrichtung dazu ausgebildet sein,
- - einen Plastifizierprozess zu unterbrechen,
- - eine Rückspülung der Filtervorrichtung, beispielsweise durch Steuern oder Regeln einer Plastifizierschnecke, durchzuführen,
- - eine rückgespülte plastifizierte Masse, beispielsweise durch Steuern oder Regeln einer Ablassöffnung, aus der Plastifiziereinheit abzuführen, und
- - einen Plastifizierprozess wieder aufzunehmen.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Figuren sowie der dazugehörigen Figurenbeschreibung. Dabei zeigt:
- 1 und 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Plastifiziereinheit,
- 3 und 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Plastifiziereinheit,
- 5 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Plastifiziereinheit,
- 6 ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Plastifiziereinheit,
- 7 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Plastifiziereinheit,
- 8 ein sechstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Plastifiziereinheit,
- 9 und 10 ein siebtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Plastifiziereinheit,
- 11 und 12 ein achtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Plastifiziereinheit,
- 13 und 14 ein neuntes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Plastifiziereinheit,
- 15 ein zehntes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Plastifiziereinheit,
- 16a - 16c eine Filtervorrichtung mit Filterwechselvorrichtung, und
- 17 eine Formgebungsmaschine.
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Plastifiziereinheit 1, umfassend einen Massezylinder 4 und eine im Massezylinder 4 angeordnete Plastifizierschnecke 5.
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Die Plastifizierschnecke 5 ist dazu ausgebildet, im Massezylinder 4 eine Rotationsbewegung um die Rotationsachse 6 zur Plastifizierung einer Masse auszuführen, sowie eine Linearbewegung entlang der Rotationsachse 6 zum Ausschieben der plastifizierten Masse durchzuführen.
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Der Massezylinder 4 verfügt über eine Ausbringöffnung 3, über welche Ausbringöffnung 3 plastifiziertes Material aus dem Massezylinder ausgeschoben werden kann und beispielsweise in ein Formwerkzeug 24 eingespritzt werden kann.
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Entlang der Rotationsachse 6 der Plastifizierschnecke 5 ist zwischen der Ausbringöffnung 3 und dem der Ausbringöffnung 3 zugewandten Ende der Plastifizierschnecke 5 ein Schneckenvorraum 7 vorgesehen.
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Die Plastifizierzone 8 ist in radialer Richtung zur Rotationsachse 6 der Plastifizierschnecke 5 zwischen der Plastifizierschnecke 5 und dem Massezylinder 4 ausgebildet.
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Weiters ist eine Schmelzeleitung 9 vorgesehen, welche vom Massezylinder 4 aus der Plastifizierzone 8 über die erste Öffnung 12 des Massezylinders 4 abzweigt und wieder in den Massezylinder 4 über die zweite Öffnung des Massezylinders 4 13 mit dem Schneckenvorraum 7 mündet.
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Die Plastifizierschnecke weist weiters an einem der Ausbringöffnung 3 zugewandten Ende ein Stauelement 11 auf, wobei das Stauelement 11 in diesem Ausführungsbeispiel einstückig mit der Plastifizierschnecke 5 ausgebildet ist.
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In der Umgehungsleitung 9 ist weiters die Filtervorrichtung 10 zur Filterung einer plastifizierten Masse vorgesehen.
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Gegenüber dem Schneckenvorraum 7 kann die Schmelzeleitung 9 mittels des Ventilelementes 16 - genau genommen: eines Sperrventils - abgesperrt werden.
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Während eines Zyklus der Plastifiziereinheit wird nun aus einem hinteren Bereich der Plastifizierschnecke 5 über die Fördergeometrie 15 der Plastifizierschnecke 5 ein zu plastifizierendes Material in Richtung Plastifizierzone 8 bewegt, wobei durch die Scherung, die Scherwärme sowie gegebenenfalls extern eingebrachter Wärme das zu plastifizierende Material in der Plastifizierzone 8 plastifiziert wird.
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Das Material und das plastifizierte Material werden von der Fördergeometrie 15 der Plastifizierschnecke 5 in Richtung der Ausbringöffnung 3 gefördert bis das plastifizierte Material über die erste Öffnung 12 aus dem Massezylinder 4 aus der Plastifizierzone 8 austritt und in die Schmelzeleitung 9 geleitet wird.
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Dieses Austreten der plastifizierten Masse aus der Plastifizierzone 8 und dem Massezylinder 4 wird durch das Stauelement 11 - genauer gesagt: die vom Schneckenvorraum 7 abgewandte Seite des Stauelements 11 - gefördert.
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Das Stauelement 11 weist dabei eine der Innengeometrie des Massezylinders 4 entsprechenden Außengeometrie auf, sodass zwischen Stauelement 11 und Massezylinder 4 lediglich ein geringer Spalt verbleibt, welcher dermaßen gewählt ist, dass er dicht für ein plastifiziertes Material ausgebildet ist.
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Dies bedeutet, dass der Spalt zwischen Stauelement 11 und Massezylinder 4 dermaßen gering ausgebildet ist, dass plastifizierte Masse nicht durch ihn hindurchtreten kann.
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Die durch die Plastifizierschnecke 5 plastifizierte Masse wird somit durch die Schmelzeleitung 9 und die darin angeordnete Filtervorrichtung 10 getrieben.
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Die Filtervorrichtung 10 ist dazu ausgebildet, aus der plastifizierten Masse Verunreinigungen zu filtern, wobei diese Verunreinigungen in der Filtervorrichtung verbleiben und die gefilterte, plastifizierte Masse durch die Schmelzeleitung 9 über das Ventilelement 16 und die zweite Öffnung 13 des Massezylinders 4 zurück in den Massezylinder 4 - genau genommen: in den Schneckenvorraum 7 - geleitet wird.
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Im Schneckenvorraum 7 sammelt sich nun die gefilterte, plastifizierte Masse an.
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Da die Ausbringöffnung 3 während der Plastifizierung (beispielsweise über ein Heißkanal-Verschlusssystem) verschlossen ist, baut sich ein Massepolster aus plastifizierter Masse im Schneckenvorraum 7 auf, welcher die Plastifizierschnecke 5 nach hinten hin wegdrückt, wodurch sich der Schneckenvorraum 7 vergrößert.
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Dieser Plastifizierprozess (auch oft als Aufdosierung bezeichnet) wird vorgenommen, bis eine gewünschte Menge an plastifizierter Masse im Schneckenvorraum 7 vorliegt (wie durch 2 ersichtlich ist).
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Ist diese gewünschte plastifizierte Masse zur Weiterverarbeitung im Schneckenvorraum 7 erreicht wird, wird das Ventilelement 16 geschlossen, die Ausbringöffnung 3 geöffnet und im Anschluss über eine Linearbewegung der Plastifizierschnecke 5 das Stauelement 11 in Richtung der Ausbringöffnung 3 bewegt, wobei über das Stauelement 11 die plastifizierte Masse aus dem Schneckenvorraum 7 über die Ausbringöffnung 3 ausgeschoben wird und beispielsweise einem Formwerkzeug 24 - genau genommen: einer Kavität des Formwerkzeugs 24 - zugeführt wird.
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Die 3 und 4 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Plastifiziereinheit 1, wobei die Plastifiziereinheit wiederum in 3 während einer Plastifizierung dargestellt ist und 4 die Plastifiziereinheit 1 kurz vor dem Einspritzvorgang.
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Im Vergleich zu den 1 und 2 weist das Ausführungsbeispiel der Plastifiziereinheit 1 der 3 und 4 eine Plastifizierschnecke 5 auf, welche wiederum einteilig mit einem Stauelement 11 ausgebildet ist, wobei jedoch zwischen Stauelement 11 und Ausbringöffnung 3 eine weitere Fördergeometrie 14 vorgesehen ist, welche durch einen Schneckenfortsatz ausgebildet wird.
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Über diese weitere Fördergeometrie 14 kann nach der Filtration der plastifizierten Masse durch die Filtervorrichtung 10 die über die zweite Öffnung 13 in den Schneckenvorraum 7 rückgeführte, plastifizierte Masse weiter Richtung Ausbringöffnung 3 gefördert werden und nochmals über Scherung und Scherwärme erhitzt/plastifiziert werden.
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Am der Ausbringöffnung 3 zugewandten Ende der weiteren Fördergeometrie 14 ist eine Rückstromsperre 30 angeordnet, welche dazu dient, während der Einspritzung ein Rückfließen der plastifizierten Masse aus dem Schneckenvorraum 7 zur weiteren Schneckengeometrie 14 zu verhindern.
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Durch das Vorsehen der Rückstromsperre 30 und der weiteren Schneckengeometrie 14 ist im Ausführungsbeispiel der 3 und 4 kein Ventilelement 16 erforderlich.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass die Plastifizierschnecke 5, wie in den 4 und 5 dargestellt, anstelle der weiteren Schneckengeometrie 14 lediglich einen zylindrischen Fortsatz aufweist, wobei an einem der Ausbringöffnung zugewandten Ende des zylindrischen Fortsatzes eine Rückstromsperre 30 angeordnet werden kann, wobei mittels einer solchen Ausführung ebenfalls auf ein Ventilelement 16 verzichtet werden kann.
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5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer Plastifiziereinheit 1, welche im Vergleich zum Ausführungsbeispiel der 1 eine Gegenfördergeometrie 35 an der Plastifizierschnecke 5 aufweist.
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Diese Gegenfördergeometrie 35 ist in einem Bereich zwischen der ersten Öffnung 12 und der zweiten Öffnung 13 des Massezylinders 4, genauer gesagt in einem Bereich zwischen der ersten Öffnung 13 und dem Stauelement 11, ausgebildet.
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Die Gegenfördergeometrie 35 der Plastifizierschnecke 5 wechselt aus der Fördergeometrie 15 der Plastifizierschnecke 5 in die Gegenfördergeometrie 35.
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Durch Vorsehen der Gegenfördergeometrie 35 kann im Bereich des Übergangs von der Fördergeometrie 15 in die Gegenfördergeometrie 35 die plastifizierte Masse zusätzlich aufgestaut werden und ein Austritt der plastifizierten Masse aus dem Massezylinder 4 durch die erste Öffnung 12 begünstigt werden.
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6 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel einer Plastifiziereinheit 1, welche im Vergleich zum Ausführungsbeispiel der 1 einen Dummy 36 anstelle der Filtervorrichtung 10 aufweist.
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Ein solcher Dummy 36 oder auch Platzhalter kann beispielsweise bei einer Auslieferung und/oder einem Transport der Plastifiziereinheit 1 in die Schmelzeleitung 9 eingesetzt werden, um Beschädigungen zu vermeiden.
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Wenn die Plastifiziereinheit in Betrieb genommen wird, kann dieser Dummy 36 aus der Schmelzeleitung 9 entfernt werden und durch eine Filtervorrichtung 10 zur Filtration der plastifizierten Masse ersetzt werden.
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Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Dummy 36 und/oder die Filtervorrichtung 10 durch ein Verbindungsrohr oder eine durchgängige Schmelzeleitung 9 ersetzt werden, wobei beispielsweise ein sauberes zu plastifizierendes Material verarbeitet werden kann, welche keiner weiteren Filtration bedarf (wie durch das fünfte Ausführungsbeispiel der 7 zu erkennen ist).
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Durch Vorsehen eines Verbindungsrohres oder eine durchgängigen Schmelzeleitung 9 kann somit die Verarbeitung einer bereits sauberen plastifizierten Masse optimiert werden indem beispielsweise ein unnötiges Strömungshindernis, wie es eine Filtervorrichtung 10 darstellt, vermieden werden kann.
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8 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel einer Plastifiziereinheit 1, welche eine Steuer- oder Regelvorrichtung 37 aufweist.
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Diese Steuer- oder Regelvorrichtung 37 der Plastifiziereinheit 1 ist durch signalleitende Verbindungen (hier strichliert dargestellt) mit einer Antriebseinheit 26 der Plastifizierschnecke 5, einer Filterwechselvorrichtung 17 der Filtervorrichtung 10, dem Ventilelement 16 sowie einer Verschlussdüse 38 der Ausbringöffnung 3 verbunden, wobei die Steuer oder Regelvorrichtung 37 unter Zuhilfenahme der signalleitenden Verbindungen dazu ausgebildet ist, diese Elemente zu steuern oder zu regeln und ggf. charakteristische Signale von Sensoren, welche an diesen Elementen angeordnet sind, entgegen zu nehmen.
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So kann die Steuer- oder Regeleinheit 37 dazu ausgebildet sein, beispielsweise zur Messung einer Belegung oder Verlegung der Filtervorrichtung 10 ein Druck vor und nach der Filtervorrichtung 10 unter Zuhilfenahme entsprechend angeordneten Drucksensoren zu messen und über den Differenzialdruck dieser zwei Drücke - wenn der Differenzialdruck zu hoch wird - indirekt Bezug auf die Belegung oder Verlegung der Filtervorrichtung 10 zu nehmen.
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Wenn diese Belegung oder Verlegung der Filtervorrichtung 10 einen hinterlegten oder vorgebbaren Grenzwert erreicht oder überschreiten kann die Steuer- oder Regeleinheit 37 dazu ausgebildet sein, einen Filterwechsel und/oder eine Filterreinigung durchzuführen.
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Ein Filterwechsel dann durch die Steuer- oder Regeleinheit 37 durch ein entsprechendes Steuern oder Regen von Aktuatoren der Plastifizierschnecke 5 und der Filterwechselvorrichtung 17 vorgenommen werden. Es sei an dieser Stelle auf die folgenden 16a bis 16c verwiesen, wobei näher auf einen Filterwechsel eingegangen wird.
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Bei einer Filterreinigung durch die Steuer- oder Regeleinheit 37 kann beispielsweise eine Rückspülung vorgenommen werden, wobei durch die Steuer- oder Regelvorrichtung 37 (wie bereits zuvor beschrieben) durch eine entsprechende Steuerung oder Regelung der Plastifizierschnecke 5, des Ventilelements 16, einer Verschlussdüse 38 der Ausbringöffnung 3 und ggf. eines Aktuators oder Ventilelements 16 einer Ablassöffnung eine Reinigung der Filtervorrichtung durch Rückspülen der plastifizierten Masse durch die Filtervorrichtung 10 vorgenommen werden kann.
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Die 9 und 10 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Plastifiziereinheit 1, wobei die Plastifizierschnecke 5 einen Einspritzkolben 39 aufweist.
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Durch das Vorsehen einer Plastifizierschnecke 5 mit einem Einspritzkolben 39 kann die Möglichkeit geschaffen werden, dass eine Fördergeometrie 15 der Plastifizierschnecke 5 währen des ganzen Plastifiziervorgangs axial stationär gehalten wird, wobei durch vermeiden von axialen Bewegungen der Staugeometrie 11 eine bessere Abdichtung der Staugeometrie 11 gegenüber der Innenwandung des Massezylinders 4, sowie ein geringerer Verschleiß zwischen Staugeometrie 11 und Massezylinder 4 umgesetzt werden.
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Während eines Zyklus der Plastifiziereinheit 1 wird nun aus einem hinteren Bereich der Plastifizierschnecke 5 über die Fördergeometrie 15 der Plastifizierschnecke 5 ein zu plastifizierendes Material in Richtung Plastifizierzone 8 bewegt, wobei durch die Scherung, die Scherwärme sowie gegebenenfalls extern eingebrachter Wärme das zu plastifizierende Material in der Plastifizierzone 8 plastifiziert wird.
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Das Material und das plastifizierte Material werden von der Fördergeometrie 15 der Plastifizierschnecke 5 in Richtung der Ausbringöffnung 3 gefördert, bis das plastifizierte Material über die erste Öffnung 12 aus dem Massezylinder 4 aus der Plastifizierzone 8 austritt und in die Schmelzeleitung 9 geleitet wird.
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Dieses Austreten der plastifizierten Masse aus der Plastifizierzone 8 und dem Massezylinder 4 wird durch das Stauelement 11 gefördert.
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Die durch die Plastifizierschnecke 5 plastifizierte Masse wird somit durch die Schmelzeleitung 9 und die darin angeordnete Filtervorrichtung 10 getrieben.
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Die Filtervorrichtung 10 ist dazu ausgebildet, aus der plastifizierten Masse Verunreinigungen zu filtern, wobei diese Verunreinigungen in der Filtervorrichtung verbleiben und die gefilterte, plastifizierte Masse durch die Schmelzeleitung 9 über das Ventilelement 16 und die zweite Öffnung 13 des Massezylinders 4 zurück in den Massezylinder 4 - genau genommen: in den Schneckenvorraum 7 - geleitet wird.
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Im Schneckenvorraum 7 sammelt sich nun die gefilterte, plastifizierte Masse an.
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Da die Ausbringöffnung 3 während der Plastifizierung (beispielsweise über ein Heißkanal-Verschlusssystem) verschlossen ist, baut sich ein Massepolster aus plastifizierter Masse im Schneckenvorraum 7 auf, welcher den Einspritzkolben 39 nach hinten hin wegdrückt, wodurch sich der Schneckenvorraum 7 vergrößert.
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Dieser Plastifizierprozess (auch oft als Aufdosierung bezeichnet) wird vorgenommen, bis eine gewünschte Menge an plastifizierter Masse im Schneckenvorraum 7 vorliegt (wie durch 9 ersichtlich ist).
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Ist diese gewünschte plastifizierte Masse zur Weiterverarbeitung im Schneckenvorraum 7 erreicht wird, wird das Ventilelement 16 geschlossen, die Ausbringöffnung 3 geöffnet und im Anschluss über eine Linearbewegung des Einspritzkolbens 39 der Plastifizierschnecke 5 in Richtung der Ausbringöffnung 3 bewegt, wobei über den Einspritzkolben 39 die plastifizierte Masse aus dem Schneckenvorraum 7 über die Ausbringöffnung 3 ausgeschoben wird und beispielsweise einem Formwerkzeug 24 - genau genommen: einer Kavität des Formwerkzeugs 24 - zugeführt wird (wie durch 10 ersichtlich ist).
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Die verbleibenden Merkmale der 9 und 10 entsprechen im Wesentlichen denen der 1 und 2.
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11 und 12 zeigen ein Ausführungsbeispiel, welches im Vergleich zum Ausführungsbeispiel der 5 und 6 statt einem als 2-Wege-Ventil ausgebildetem Ventilelement 16 ein Rückschlagventil aufweist.
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Die 13 und 14 zeigen ein Ausführungsbeispiel, welches im Vergleich zum Ausführungsbeispiel der 3 und 4 eine Gegenfördergeometrie 35 an der Plastifizierschnecke 5 aufweist.
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Diese Gegenfördergeometrie 35 ist in einem Bereich zwischen der ersten Öffnung 12 und der zweiten Öffnung 13 des Massezylinders 4, genauer gesagt in einem Bereich zwischen der ersten Öffnung 13 und dem Stauelement 11, ausgebildet.
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Die Gegenfördergeometrie 35 der Plastifizierschnecke 5 wechselt aus der Fördergeometrie 15 der Plastifizierschnecke 5 in die Gegenfördergeometrie 35.
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Durch Vorsehen der Gegenfördergeometrie 35 kann im Bereich des Übergangs von der Fördergeometrie 15 in die Gegenfördergeometrie 35 die plastifizierte Masse zusätzlich aufgestaut werden und ein Austritt der plastifizierten Masse aus dem Massezylinder 4 durch die erste Öffnung 12 begünstigt werden.
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Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die erste Öffnung 12 eine Ausnehmung am Massezylinder 4 ausgebildet ist, welche Ausnehmung als Längsnut entlang der Rotationsachse 6 mit variierender Breite ausgebildet ist, wie durch das Ausführungsbeispiel der 15 ersichtlich ist.
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15 zeigt eine Draufsicht auf einen Massezylinder 4, wobei durch die erste Öffnung 12 das Innere des Massezylinders 4 und somit die im Massezylinder 4 angeordnete Plastifizierschnecke 5 erkannt werden kann.
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Durch den dargestellten Pfeil wird eine Fließrichtung der plastifizierten Masse verdeutlicht, wobei die von der Plastifizierschnecke 5 plastifizierte Masse in Richtung der ersten Öffnung 12 gefördert wird, bevor die plastifizierte Masse über die erste Öffnung 12 den Massezylinder 4 verlässt.
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Wenn nun das Stauelement (wie beispielsweise bei einem Ausführungsbeispiel der 1 - 8 oder 13 - 14) gemeinsam mit der Plastifizierschnecke 5 eine axiale Bewegung im Massezylinder 4 zurücklegt, kann es der Fall sein, dass in gewissen Betriebszuständen zumindest teilweise Bereiche der ersten Öffnung 12 verdeckt werden (siehe im Speziellen 2) .
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Um dennoch einen ausreichenden Volumenstrom an plastifizierter Masse aus dem Massezylinder 4 umsetzen zu können, kann es vorgesehen sein, die erste Öffnung 12 mit einem sich entlang der Rotationsachse 6 der Plastifizierschnecke 5 variierenden Breite umzusetzen.
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Durch eine entsprechende Ausgestaltung kann die Beschickung der Schmelzeleitung 9 und somit der Filtervorrichtung 10 gesteuert oder geregelt werden, je nachdem welcher Anteil der ersten Öffnung 12 vom Stauelement 11 freigegeben wird.
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Durch die variierende Breite der ersten Öffnung 12 kann erreicht werden, dass beispielsweise ein relativ großer Massenstrom durch die erste Öffnung 12 gelangt, auch wenn noch ein relativ kleiner Teil der ersten Öffnung 12 vom Stauelement freigegeben ist.
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Außerdem kann beispielsweise erreicht werden, dass der Massestrom im Bereich des maximalen Massestroms (wenn die erste Öffnung 12 vollständig oder fast vollständig freigegeben ist) relativ fein regelbar ist, indem die erste Öffnung 12 am in der 15 linken Ende relativ eng ist.
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Die 16a bis 16c zeigen rein schematisch eine Filtervorrichtung 10, welche eine Filterwechselvorrichtung 17 aufweist.
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Diese Filterwechselvorrichtung 17 verfügt über ein erstes Filterelement 33 und ein (weiteres) zweites Filterelement 34, welche wechselweise einem Fluidstrom 31 aus plastifizierter Masse zugeführt werden können, um die plastifizierte Masse zu filtrieren und/oder von Verunreinigungen zu befreien.
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Entsprechend (siehe 16a) befindet sich zunächst ein erstes Filterelement 33 in der Schmelzeleitung 9, um den Fluidstrom 31 an plastifizierter Masse zu filtrieren.
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Wenn nun das erste Filterelement 33 eine zu hohe Belegung (Verunreinigung) aufweist, kann ein Filterwechsel durchgeführt werden.
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Zur Messung einer Belegung kann beispielsweise ein Druck vor und nach dem Filterelement 33, 34 gemessen werden und über den Differenzialdruck dieser zwei Drücke - wenn der Differenzialdruck zu hoch wird - indirekt Bezug auf die Belegung des Filterelements 33, 34 genommen werden.
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Eine alternative Lösung stellt der zyklische Filterwechsel dar, wobei nach Erfahrungswerten nach einer gewissen Anzahl an durchgeführten Plastifizierzyklen die Filterelemente 33, 34 getauscht werden.
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Bei einem Filterwechsel (wie es durch 16b dargestellt ist) wird kurzzeitig der Fluidstrom 31 an plastifizierter Masse unterbrochen und über ein Wechselsystem 32 das erste Filterelement 33 aus der Schmelzeleitung 9 herausgezogen und durch das zweite Filterelement 34 ersetzt.
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Nach erfolgtem Wechsel kann der Fluidstrom 31 an plastifizierter Masse wieder eingeleitet werden und dem zweiten Filterelement 34 zugeführt werden (siehe 16c).
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Das Filterelement 33 kann anschließend während dem Einsatz des zweiten Filterelementes 34 gereinigt werden und wiederum nach einer zu groß werdenden Belegung des zweiten Filterelementes 34 in den Fluidstrom 31 an plastifizierter Masse eingewechselt werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Schmelzeleitung 9 als Heißkanalsystem ausgebildet ist, sodass während des Filterwechsels die plastifizierte Masse in der Schmelzeleitung 9 nicht zu sehr abkühlt und gegebenenfalls erstarrt.
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Die in 17 beispielhaft dargestellte Formgebungsmaschine 2 ist eine Spritzgießmaschine und weist eine Einspritzeinheit 18 und eine Schließeinheit 19 auf, welche gemeinsam auf einem Maschinenrahmen 20 angeordnet sind. Der Maschinenrahmen 20 könnte alternativ auch mehrteilig ausgebildet sein.
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Die Schließeinheit 19 weist eine feststehende Formaufspannplatte 21, eine bewegbare Formaufspannplatte 22 und eine Stirnplatte 23 auf.
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Die bewegbare Formaufspannplatte 22 ist über einen symbolisch dargestellten Kniehebelmechanismus 29 relativ zum Maschinenrahmen 23 bewegbar.
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An der festen Formaufspannplatte 21 und der beweglichen Formaufspannplatte 22 können Formhälften eines Formwerkzeugs 24 aufgespannt oder montiert werden (gestrichelt dargestellt).
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Die feste Formaufspannplatte 21, die bewegliche Formaufspannplatte 22 und die Stirnplatte 23 sind zueinander durch die Holme 25 gelagert und geführt.
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Das in 17 geschlossen dargestellte Formwerkzeug 24 weist wenigstens eine Kavität auf. Zur Kavität führt ein Einspritzkanal, über welchen eine plastifizierte Masse der Plastifiziereinheit 2 zugeführt werden kann.
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17 zeigt eine Formgebungsmaschine 2 mit einer Einspritzeinheit 18, wobei die in diesem Ausführungsbeispiel gezeigte Einspritzeinheit 18 eine als Einspritzschnecke ausgebildete Plastifizierschnecke 5 aufweist, welche auch zur Plastifizierung eines zu plastifizierenden Materials genutzt wird.
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Die Einspritzeinheit 18 dieses Ausführungsbeispiels weist einen Massezylinder 4 und eine im Massezylinder 4 angeordnete Plastifizierschnecke 5 auf. Diese Plastifizierschnecke 5 ist um eine Rotationsachse 6 drehbar sowie entlang der Rotationsachse 6 axial in Förderrichtung bewegbar.
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Diese Bewegungen werden über eine schematisch dargestellte Antriebseinheit 26 angetrieben. Bevorzugt umfasst diese Antriebseinheit 26 einen Drehantrieb für die Drehbewegung und einen linearen Antrieb für die axiale Einspritzbewegung.
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Die Plastifiziereinheit 1 (und somit die Einspritzeinheit 18) steht mit einer Steuer- oder Regeleinheit 27 in signaltechnischer Verbindung. Von der Steuer- oder Regeleinheit 27 werden Steuerbefehle beispielweise an die Plastifiziereinheit 1 und/oder die Antriebseinheit 27 ausgegeben.
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Die Steuer- oder Regeleinheit 27 kann mit einer Bedieneinheit und/oder einer Anzeigevorrichtung 28 verbunden sein oder integraler Bestandteil einer solchen Bedieneinheit sein.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Steuer- oder Regeleinheit 27 der Formgebungsmaschine 2 die Funktion der Steuer- oder Regelvorrichtung 37 der Plastifiziereinheit 1 zumindest teilweise übernimmt, als diese ausgebildet ist oder aber auch von dieser unabhängig und/oder gesondert umgesetzt ist.
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Bezugszeichenliste:
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- 1
- Plastifiziereinheit
- 2
- Formgebungsmaschine
- 3
- Ausbringöffnung
- 4
- Massezylinder
- 5
- Plastifizierschnecke
- 6
- Rotationsachse
- 7
- Schneckenvorraum
- 8
- Plastifizierzone
- 9
- Schmelzeleitung
- 10
- Filtervorrichtung
- 11
- Staugeometrie
- 12
- erste Öffnung des Massezylinders
- 13
- zweite Öffnung des Massezylinders
- 14
- Weitere Fördergeometrie
- 15
- Fördergeometrie
- 16
- Ventilelement
- 17
- Filterwechselvorrichtung
- 18
- Einspritzeinheit
- 19
- Schließeinheit
- 20
- Maschinenrahmen
- 21
- feste Formaufspannplatte
- 22
- bewegliche Formaufspannplatte
- 23
- Stirnplatte
- 24
- Formwerkzeug
- 25
- Holm
- 26
- Antriebseinheit
- 27
- Steuer- oder Regeleinheit
- 28
- Anzeigevorrichtung
- 29
- Kniehebelmechanismus
- 30
- Rückstromsperre
- 31
- Fluidstrom
- 32
- Wechselsystem
- 33
- erstes Filterelement
- 34
- zweites Filterelement
- 35
- Gegenfördergeometrie
- 3 6
- Dummy
- 37
- Steuer- oder Regelvorrichtung
- 38
- Verschlussdüse
- 39
- Einspritzkolben
