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Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolbenstrangpresse zum kontinuierlichen
Austragen von Kunststoffen mit zwei Plastifizierungszylindern, die über Kanäle in
ein gemeinsames Spritzmundstück münden, und mit einer Steuereinrichtung für die
von einem auf den anderen Plastifizierungszylinder umschaltbare, jeweils zum Spritzmundstück
erfolgende Stoffzuführung.
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Gegenwärtig wird die Verwendung von Kunststoffen mit hohem Molekulargewicht
bevorzugt. Das ist vor allem in Gebieten der Fall, wo Einflüsse wie die Bildung
von Spannungsrissen von Bedeutung sind. Die offenbar hohen Viskositäten dieser Stoffe
haben jedoch Probleme beim Extrudern aufgeworfen, die normalerweise bei Stoffen
niedrigen Molekulargewichts nicht vorhanden sind. Unter anderem besteht ein Hauptproblem
in der Verschlechterung des Werkstoffs infolge übermäßiger mechanischer Bearbeitung.
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Ein beträchtlicher Aufwand wurde bei der Verbesserung der Konstruktion
der üblichen Schneckenextruder zur Entwicklung größerer Fließgeschwindigkeiten und
erhöhter Drücke geleistet. Die unvermeidliche Folge ist eine größere Schwerwirkung
auf das zu spritzende Material. Die mechanische Bearbeitung führt zu einer Verschlechterung
des Werkstoffs.
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Im Gegensatz zu diesen Strangpressen, in welchen der Druck von Scherkräften
abhängt, ist eine Strangpresse mit Druckkolben einfach in der Konstruktion und Arbeitsweise.
Die Kolbenpumpe wird immer noch mit Erfolg für das Spritzen geschmolzener Metalle
und einiger Kunststoffe verwendet, etwa für Hochdruck-Kapillar-Fließmesser und Spritzmascbinen.
Die Druckleistungsfähigkeit einer Kolbenpumpe ist praktisch unbegrenzt und wird
von der Viskosität des zu pumpenden Mediums wenig beeinträchtigt.
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Daher ist der Spritzvorgang überwiegend vom Fließverhalten des Mediums
im Bereich des Spritzmundstücks abhängig. Die Temperatur des Materials hat keinen
Einfluß auf den Spritzdruck und beeinflußt daher den Ausstoß nur im Hinblick auf
das Fließverhalten am Mundstück. Die Hauptnachteile der I (olbenstrangpresse sind
ihr diskontinuierlicher Ausstoß, ihre störenden Heizzeiten für solche Kunststoffe,
die eine Plastifizierung durch Wärme vor dem Spritzen verlangen und die Schwierigkeit
unerwünschter Luft-und anderer Gaseinschlüsse im viskosen Medium.
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Es sind Kolbenstrangpressen der eingangs beschriebenen Art bekannt,
die für die Plastifizierungszylinder getrennte Schieber aufweisen, die insbesondere
bei der Umschaltung der Förderung von einem Zylinder zum anderen für eine Stellung,
bei der beide Zylinder gleichzeitig zum Spritzmundstück fördern, besonders eingestellt
werden müssen. Dadurch ist ein kompliziertes Steuersystem erforderlich, wodurch
Betriebsstörungen unvermeidbar sind.
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Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen kontinuierlichen
Ausstoß des plastifizierten Materials und eine Vermeidung von Betriebsstörungen,
wie sie bei der Anordnung von mehreren Steuerschiebern auftreten können, zu erreichen
und eine Verschlechterung des ausgestoßenen Materials durch Verminderung der Scherkraft
zu vermeiden.
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Die Erfindung besteht darin, daß jedem Plastifizierungszylinder jeweils
ein getrennter Spritzzylinder
zugeordnet ist, und daß zwischen den beiden Plastifizierungszylindern
ein gemeinsamer Steuerschieber für die wahlweise Verbindung jeweils eines Plastifizierungszylinders
mit seinem zugehörigen Spritzzylinder einerseits und für die wechselnde Verbindung
des jeweils anderen Spritzzylinders mit dem Spritzmundstück andererseits vorgesehen
ist.
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In vorteilhafter Weise sind die Plastifizierungszylinder achsgleich
und zueinander entgegengesetzt gerichtet angeordnet.
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Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine senkrechte Schnittdarstellung
einer Kolbenstrangpresse, Fig. 2 eine senkrechte Schnittdarstellung, die die Steuerschieberanordnung
im einzelnen zeigt.
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Das kontinuierliche Austragen bei der Kolbenstrangpresse wird durch
wenigstens zwei wechselnde Materialzuführungen aufrechterhalten, die zweckmäßigerweise
nebeneinander angeordnet sind, wie F i g. 1 zeigt. Die F i g. 1 zeigt die zwei Spritzzylinder
10 und 11. In jedem dieser Zylinder sind Kolben 12 und 13 angeordnet, die bei der
Verschiebung nach Abwärts das zugeführte Material durch die unteren Auslässe 14
und 15 in die gegeneinander geneigten Kanäle 16 und 17 hinauspressen, die durch
den Ausgangskanal 18 mit dem Spritzmundstück 19 verbunden sind. Dieser Teil der
Anordnung befindet sich in einem Stützblock 20 und einem Mundstücksblock 21. An
den gegenüberliegenden Seiten des Stützblocks 20 sind Vorrichtungen zum Füllen der
Spritzzylinder vorgesehen. Diese bestehen aus den Plastifizierungszylindern 22 und
23, die mit Trichtern 24 und 25 zur Einführung des Kunststoffs in besagte Zylinder
versehen sind sowie mit Bolzen oder Kolben 26 und 27, die das Rohmaterial in die
Spritzzylinder 10 und 11 pressen. Die meisten Kunststoffe sind bei Raumtemperatur
fest und müssen zum Spritzen über den Erweichungspunkt erhitzt werden. Zu diesem
Zweck ist eine Reihe elektrischer Heizkissen vorgesehen, die mit Ziffer 28 bezeichnet
sind und an geeigneten Stellen längs der Anordnung angebracht sind, um den Fließweg
auf der gewünschten Temperatur zu halten.
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Das geeignete Zuführen und Auspressen des Materials aus der Kolbenstrangpresse
hängt weitgehend von dem bei Ziffer 30 angedeuteten Steuerschieber ab. Die Konstruktion
und Arbeitsweise dieses Steuerschiebers wird in F i g. 2 im einzelnen gezeigt.
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F i g. 2 zeigt die Spritzzylinder 10 und 11, die vom Stützblock20
gehalten werden. An jeder Seite des Stützblocks sind mit Hilfe der Schraubenbolzen31,
32, 33 und 34 die Endabschnitte der Plastifizierungszylinder 22 und 23 befestigt.
Dichtungsringe 35 und 36 bewirken die Abdichtung an der Verbindungsstelle. Im unteren
Teil des Stützblocks 20 ist der gemeinsame Auslaßkanal 18 gebildet. Der Mundstücks-Block
21 ist durch Schraubenbolzen37 und 38 an der Unterseite des Stützblocks 20 befestigt.
Ein Dichtungsring 39 hält die Abdichtung aufrecht.
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Der bei Ziffer 30 angedeutete Steuerschieber steuert den Fließweg
sowohl der Zuführung als auch des Auslasses. In der angegebenen Stellung des Steuerschiebers
30 wird Rohmaterial durch den Plastifizierungszylinder 23 unter dem Einfluß des
Kolbens 27 eingeführt (Fig. 1). Zu dieser Zeit sind der Kolben 26 und der Plastifizierungszylinder
22 in
Ruhe. Der Kolben 27 preßt Kunststoff durch den Zuführungsweg
40 im Steuerschieber und danach durch den Auslaß 15 in den Spritzzylinder 11. Man
beachte, daß der andere Plastifizierungszylinder 22, der mit dem Durchlaß 41 verbunden
ist, blind endet, wenn der Steuerschieber sich in dieser Stellung befindet. Der
Druck des Kolbens 27 preßt weiterhin Material in den Spritzzvlinder 11, bis der
Kolben 13 den oberen Totpunkt erreicht. Der untere Teil des Spritzzylinders 11 kommuniziert
nicht mit dem Spritzmundstück, so daß aus diesem Zylinder kein Material ausgetragen
werden kann, wenn sich der Steuerschieber in dieser Stellung befindet.
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Gleichzeitig mit diesem Arbeitsspiel des Füllens erfolgt die Entleerung
des Spritzzylinders 10. Der Kolben 12 wird betätigt und entläßt seinen Inhalt bei
der gezeigten Stellung des Steuerschiebers 30 durch den Kanal 16 in den gemeinsamen
Auslaßkanal 18, von wo er durch das Spritzmundstück 19 ausgepreßt wird.
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Die Betrachtung von F i g. 1 zeigt, daß während desselben Arbeitsspiels
der Kolben 26 in eine Stellung zurückgezogen wird, der die Neufüllung des Plastifizierungszylinders
22 gestattet.
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Wenn das Material im Spritzzylinder 10 praktisch völlig ausgetragen
ist, wird der Wechsel zum Spritzzylinder 11 vorgenommen. Dies erfolgt durch Versetzen
des Steuerschiebers 30 in die Stellung nach rechts. Der Steuerschieber wird entsprechend
den relativen Drücken in den Plastifizierungszylindern 22 und 23 bewegt. Seine Arbeitsweise
ist in dieser Beziehung völlig automatisch, und es ist kein direktes mechanisches
Betätigungsglied erforderlich. Der Fülldruck im Plastifizierungszylinder 22 wird
durch Betätigung des Kolbens 26 erhöht. Der Kolben 27 wird entlastet und in eine
neue Stellung zurückbewegt, die die Neufüllung des Plastifizierungszylinders 23
aus dem Trichter 25 gestattet. Dieser relative Druckwechsel verstellt den Steuerschieber
nach rechts in eine Stellung, die dem Spiegelbild der dargestellten Stellung entspricht.
Die Arbeitsweise der Kolbenstrangpresse ist in dieser Stellung in entsprechender
Weise dieselbe wie zuvor beschrieben. Die Stellschraube 42 faßt in die Nut 43 und
verhindert die Rotation des Steuerschiebers 30 und sorgt für die richtige Verbindung
zwischen den Kanälen des Steuerschiebers und den zugehörigen Zylinder der Anordnung.
Torpedoförmige Körper 44 und 45 üblicher Ausführung werden zur Verbesserung des
Wärmeübergangs zum Kunststoff eingesetzt.
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Um sicherzustellen, daß das Fließen des Spritzgutes durch das Spritzmundstück
19 nicht unterbrochen wird, muß die Betätigung der Kolben 12 und 13 und der Bolzen
oder Kolben 26 und 27 in geeigneter Weise koordiniert werden.
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Der Kolben 12 bzw. 13, der dem Spritzzylinder 10 bzw. 11 entspricht
und beim nächstfolgenden Arbeitsspiel zu entleeren ist, muß gleichzeitig oder etwas
früher betätigt werden, wenn der Steuerschieber 30 versetzt wird, so daß das Material
aus dem Spritzzylinder unmittelbar auf die Restmenge des entleerten Spritzzylinders
fließt. Dies wird in sehr bequemer Weise vorgesehen, indem man einen konstanten
Austragsdruck an jedem der beiden Kolben 12 und 13 während der ganzen Arbeitsfolge
aufrechterhält.
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Dies kann man durch Verwendung einer Ölpumpe erreichen, deren Druck
reguliert wird.
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Sechs von Magnetspulen betätigte hydraulische
Ventile, nämlich drei
für jeden Plastifizierungszylinder, dienen der Lieferung jedes der drei regulierten
Öldrucke auf die Plastifizierungszylinder zur richtigen Zeit. Der Strom für jedes
der sechs Magnetventile kommt von einem rotierenden Mehrfachschalter, der sich von
der einen Schaltstellung zur nächsten nur dann bewegt, wenn er einen elektrischen
Impuls von einem speziellen der vier Endschalter erhält, die in der Nähe der beiden
Schlußstellungen der zwei Spritzzylinder angeordnet sind.
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Wenn der Endschalter, der in Höhe des Spritzkolbenhubs bei völligem
Austrag angebracht ist, geschlossen wird, dreht sich der Drehschalter in seine nächste
Stellung, wodurch Strom zu einem der Hochdruck-Magnetventile fließt. Das Hochdrucköl
bewegt dann den zugehörigen Plastiflzierungskolben, so daß er seine Materialcharge
gegen den Steuerschieber drückt und damit den Steuerschieber veranlaßt, sich in
seine andere Schlußstellung zu bewegen und die Neufüllung des anderen Spritzzylinders
gestattet. Der Spritzzylinder sollte bei der Austragung nicht völlig entleert werden,
bevor der Endschalter geschlossen ist, da sich andernfalls eine Diskontinuität im
Durchsatz ergeben könnte.
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Wenn der neu zu füllende Spritzzylinder völlig gefüllt ist, wird
ein anderer Endschalter geschlossen, wodurch der erwartete Impuls erfolgt, der den
Drehschalter in seine nächste Stellung dreht. In dieser neuen Stellung wird der
Strom vom Magnetventil abgeschaltet, welches das Hochdrucköl zum Plastifizierungszylinder
liefert. Der an seinem Ort ausgeübte Druck ist annähernd dem Spritzkolbendruck gleich,
so daß keinerlei Fluß von geschmolzenem Material in irgendeiner Richtung zwischen
dem neu gefüllten Spritzzylinder und Plastifizierungszylinder besteht.
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Zum gleichen Zeitpunkt und in derselben Stellung des Drehschalters,
in der der Hochdruck entlastet wurde, beginnt ein Kompressionsspiel an dem gegenüberliegenden
Plastifizierungszylinder. Ein oder zwei hin- und hergehende Hübe bei mäßigem Druck
erlauben die Vorwärtsbewegung von ein oder zwei Materialchargen in den Plastifizierungszylinder,
um zur Vorbereitung der Neubeladung des anderen Spritzzylinders erwärmt zu werden,
wenn der untere Endschalter geschlossen ist. Die hin- und hergehenden Kompressionshübe
des Kolbens im Plastifizierungszylinder während des Kompressionsvorgangs werden
durch einen Satz doppelter Zeitschalter geregelt, die so gestellt sind, daß der
Hub von gerade ausreichender Zeitdauer in jeder Richtung ist, um dem Zylinder die
Aufnahme einer vollen Charge ungeschmolzenen Materials aus dem Trichter für jeden
vorwärts gerichteten Kompressionshub zu gestatten.
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Ein kontinuierlicher Druck im Austrittsweg des Spritzgutes kann besser
erreicht werden, indem man den Steuerschieber 30 so gestaltet, daß die Entleerung
des neuen Spritzzylinders beginnt, bevor der Steuerschieber für die vorhergehende
Charge schließt. Wie man aus F i g. 2 sieht, öffnet die Versetzung des Steuerschiebers
30 nach rechts sofort den offenen Auslaß 15. Bei halb geschlossenem Auslaß 14 ist
der Auslaß 15 halb offen. Dementsprechend erfolgen keine Unterbrechungen des Materialflusses
im Ausgangskanal 18. Da der Steuerschieber 30 in kurzer Zeit versetzt werden kann
und da der Druckabfall fast völlig am Spritzmundstück-Auslaß auftritt, ist dieses
Konstruktionsmerkmal nicht ausschlaggebend
zur Sicherstellung eines
kontinuierlichen Flusses. Indessen wird diese Maßnahme zur Bewahrung eines sehr
gleichmäßigen Spritzdrucks bevorzugt.
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Obwohl es für die Arbeitsweise des Gerätes nicht wesentlich ist,
wird doch vorzugsweise der Zuführungsweg 40 kommunizierend mit der Kante des Auslasses
15 angeordnet, so daß die frische Charge hinter den Rückstand der vorangegangenen
Charge gepreßt wird und es damit gestattet, daß das ältere Material zuerst ausgespritzt
wird. Dies verhütet das Steckenbleiben von Material, was in vielen üblichen Konstruktionen
eine Verschlechterung eines Teils des Spritzgutes infolge seiner langen Verweildauer
ergibt. Alternativ kann der Zuführungsweg 40 mit einem Rohstoffauslaß kommunizieren,
der von dem Auslaß 15 getrennt ist, in welchem Fall der Rohstoff in den oberen Teil
des Spritzzylinders eingeführt werden könnte.
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Zu Illustrationszwecken zeigt Fig. 1 festes Rohmaterial, das direkt
aus dem Trichter in die Zuführeinrichtung eingeführt wird. Indessen kann es in manchen
Fällen vorteilhaft sein, das Material einer Vorplastifizierung zu unterwerfen und
es in plastischer Form einzufüllen.
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Es gibt mehrere unterschiedliche Anordnungen für Gestaltung und Arbeitsweise
des Steuerschiebers, die auf dem Grundgedanken der Erfindung beruhen und ihre Wirksamkeit
durch die abwechselnde Entleerung wenigstens zweier Spritzzylinder erhalten, die
automatisch von dem zu spritzenden Material
betätigt werden. Beispielsweise können
mehrere nacheinander sich entleerende Spritzzylinder verwendet werden, wobei der
Steuerschieber mit jedem aufeinanderfolgenden kommuniziert. Der Steuerschieber kann
auch in Bolzenform an Stelle des in Fig.2 gezeigten Schiebers ausgeführt werden.