DE19849452C2 - Dosiervorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Kunststoffverarbeitung. Ein bevorzugtes Anwen­ dungsfeld der Erfindung ist die Aus- oder Nachrüstung von Spritzgießmaschinen, deren Formmassenbereitungseinrichtungen als Extruder ausgeführt sind.

Die Verarbeitung von Kunststoffhalbfabrikaten wie Granulaten oder dgl. erfolgt, indem eine Schmelze bereitet und anschließend unter hohem Druck in eine Form gepreßt wird, in der die Masse erkaltet und nach Öffnen der Form die Formteile ausgeworfen werden. Die hierzu erforderlichen Drücke sind ein bedeutendes Kriterium für die konstruktive Ausführung der Maschinen und der Werkzeuge, vor allem hinsichtlich der zu beherr­ schenden Zuhaltekräfte. Insbesondere die Spritzgießtechnologie stellt extrem hohe An­ sprüche in dieser Richtung, wenn oberflächenstrukturierte Werkstücke sowie solche, die scharfkantiges Füllen erfordern, zu fertigen sind.

Aus der deutschen Auslegeschrift 11 74 491 ist eine Spritzgießmaschine zur Verarbei­ tung thermoplastischer Kunststoffe bekannt, nach welcher die Spritzmasse nicht un­ mittelbar aus einer an einen Extruder angeschlossenen Spritzdüse in eine Form ver­ bracht wird, sondern mittels eines Zylinders, in dem ein Kolben translatorisch beweg­ lich angeordnet ist, ein Depot für die Spritzmasse zu bilden, das mittels des Kolbens in die Form entleert wird. Dafür verfügt der Kolben über einen Kanal, dessen Ausgang als Düse ausgebildet ist und mit einer Angußbohrung in der Form korrespondiert. Der Kol­ ben ist an einem mit dem Extruderausgang starr verbundenen Joch über Rollen laufende Seile aufgehängt, wobei an den freien Seilenden Gegengewichte angeordnet sind. Der Kolbenhub entsteht, indem die Form gegen den Kolben gedrückt wird und diesen derart in den Zylinder verschiebt bis der Zylinder durch den Kolbenkanal in die über die An­ gußbohrung korrespondierende Form entleert ist. Die Gegengewichte haben dabei den Zweck, die Prozeßkräfte zu reduzieren.

Nachteilig an dieser bekannten Spritzgießmaschine ist, daß die Entleerung des Depots über einen sehr engen Weg erfolgt, der aus dem mit einer Düse abgeschlossenen Kol­ benkanal und der korrespondierenden Angußbohrung entsteht, und deshalb hohe Pro­ zeßkräfte aufgewendet werden müssen, die wiederum durch Einsatz der potentiellen Energie der Gegengewichte reduziert werden. Ein weiterer Nachteil besteht in dem technologischen Aufwand, die Angußkegel der entstehenden Spritzteile mechanisch beseitigen zu müssen.

Aus der Veröffentlichung der internationalen Anmeldung WO 98/09768 A1, die auf der Priorität der südafrikanischen Anmeldungen 96/7509 und 97/4923 beruht, ist bekannt, einen Aufnahmeraum vorzusehen, in den die Schmelze eingebracht und anschließend mittels eines Stempels in die Formkavität gedrückt wird, um sowohl den Formenreich­ tum der Spritzgießtechnologie als auch durch Reduzierung der Betriebsdrücke größere Volumina und Formate als beim Spritzgießen herstellen zu können. Die bekannte Vor­ richtung zur Herstellung von Formteilen umfaßt eine Übergabeeinheit, die einen Auf­ nahmeraum zur Aufnahme einer Charge Formmasse umgibt. Die Formmasse gelangt in granuliertem oder geschmolzenem Zustand durch einen beheizten Durchgang mittels einer Zuführspindel in eine Röhre und wird daraufhin mittels eines Stempels in den Aufnahmeraum verschöben. Daraufhin wird die Übergabeeinheit in eine zweite Stellung gebracht, in welcher der Aufnahmeraum mit einer Öffnung in einer Formplatte fluchtet. Die Öffnung steht in Verbindung mit einer Spritzkavität in der Form des herzustellen­ den Formteiles. In dieser Stellung der Übergabeeinheit verschiebt ein zweiter Stempel die Charge geschmolzene Formmasse aus dem Aufnahmeraum heraus durch die Öff­ nung in die Spritzkavität. In der Füllstellung zeigt sich der Aufnahmeraum einseitig geöffnet, so daß der erste Stempel die Formmasse hineinschieben kann. In der Entlee­ rungsstellung ist der Aufnahmeraum zweiseitig geöffnet, so daß sowohl der Ausschie­ bestempel eintauchen als auch die Formmasse den Aufnahmeraum verlassen kann. Der Positionswechsel der Übergabeeinheit von der Füllstellung in die Entleerungsstellung kann translatorisch oder nach Art eines 2-Wege-Ventils rotatorisch erfolgen.

Nachteilig an dieser bekannten Vorrichtung ist der Umstand, daß die Übergabeeinheit mittels eines speziellen Antriebes verschoben wird, wodurch konstruktiv und steue­ rungstechnisch ein beträchtlicher Aufwand entsteht.

Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, den konstruktiven und steuerungstech­ nischen Aufwand bei Formgebungseinrichtungen mit arbeitsdruckreduzierender Vordo­ sierung der Formmassen zu senken.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Dosiervorrichtung gelöst, die für Form­ gebungsmaschinen mit Formmassenbereitungseinrichtung und Formkavität geeignet ist. Die Formkavität wird mittels einer ersten und einer zweiten Formplatte gebildet und mit Formmasse ausgefüllt. Der Ausgang der Formmassenbereitungseinrichtung ist mit ei­ nem in seinem Volumen veränderbaren Aufnahmeraum verbunden, der wiederum mit­ tels einer Öffnung mit der Formkavität verbunden ist. Der Aufnahmeraum entsteht in einer Buchse zwischen der Stirnfläche eines darin translatorisch beweglich angeordne­ ten Stempels und der Formkavität. Wenn der Stempel die hintere Endstellung einnimmt, weist der Aufnahmeraum ein Volumen auf, das wenigstens so groß ist wie das Volumen der Formkavität. Der Stempel dient zum Verschieben der Formmasse aus dem Aufnah­ meraum in die Formkavität. Wenn der Stempel eine vordere Stellung einnimmt, ist sei­ ne Stirnfläche mit dem Rand der Öffnung bündig. Der Stempel ist mit der Formmassen­ bereitungseinrichtung mechanisch starr verbunden und mit einem Kanal versehen, in den der Ausgang der Formmassenbereitungseinrichtung mündet. Die Buchse ist als Be­ standteil der ersten Formplatte ausgeführt und verfügt über eine erste Öffnung, in die der Stempel eintaucht, und eine zweite Öffnung, die der ersten Öffnung gegenüber an­ geordnet ist. Die zweite Öffnung bildet derart die Verbindung mit der Formkavität, daß die Buchse ohne Verengung in die Formkavität mündet. Der Stempel ist mit einem An­ schlag versehen, der in der vorderen Endstellung des Stempels auf dem die erste Öff­ nung der Buchse umgebenden Rand aufliegt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die Verbindung mit dem Ausgang der Formmassenbereitungseinrichtung befin­ det sich der Stempel in der hinteren, der Ausgangsstellung, wenn sich die Formmassen­ bereitungseinrichtung in der von der Form entfernten Stellung befindet. In dieser hinte­ ren Stellung des Stempels ist der Aufnahmeraum aufgespannt, so daß durch den Kanal der Aufnahmeraum mit Formmasse gefüllt wird. Mittels des Vorschubs der Form­ massenbereitungseinrichtung wird der Stempel aus der hinteren Stellung translatorisch in Richtung auf die Formkavität in der Buchse geführt bewegt, wodurch das Volumen des Aufnahmeraums verringert und die Formmasse aus dem Aufnahmeraum durch die zweite Öffnung der Buchse in die Formkavität gedrückt wird. Der hierfür erforderliche Druck ist gegenüber dem bei der herkömmlichen Spritzgießtechnologie aufzuwenden­ den Druck auf unter 30% reduziert, so daß einerseits kleinere Formmassenbereitungs­ einrichtungen einsetzbar sind und andererseits hinsichtlich der Stabilität des die Form­ kavität umhüllenden Werkzeuges entsprechend geringerer Aufwand zu treiben ist und deshalb seine Beschaffenheit und Komplexität in weiteren Grenzen gestaltet werden können. Nach dem Erreichen der vorderen Endstellung des Stempels, die mittels des Anschlags des Stempels am Rand der ersten Öffnung der Buchse bestimmt ist, ist das Volumen des Aufnahmeraumes im Minimum. Die Charge Formmasse befindet sich vollständig in der Formkavität, so daß die Abkühlung der Formmasse und nachfolgend der Auswurf des Werkstücks erfolgt.

Zur Erhaltung oder zum Erreichen einer geeigneten Konsistenz der Formmasse wird vorteilhafterweise der Kanal im Stempel und/oder der Aufnahmeraum beheizt, solange die Formmasse nicht vollständig in die Formkavität eingebracht ist.

Zur Kühlung des Stempels in der Buchse dient erfindungsgemäß ein an einen Kühlkreis angeschlossener, vorteilhafterweise hohlzylinderförmig zwischen der Heizung und der Mantelfläche des Stempels angeordneter Wärmetauscher. Die Kühlung erfolgt vor­ zugsweise mittels einer in einem Kühlkreis strömenden Flüssigkeit, wobei der Kühl­ kreis mit einer Regelung ausgestattet sein kann.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Kühlung der zweiten Formplatte verbessert die Formstabilität der Formkavität und damit die Qualität insbesondere der Oberfläche der zu formenden Werkstücke. Der in der zweiten Formplatte vorteilhafterweise gegenüber der zweiten Öffnung der Buchse vorzugsweise flächig angeordnete Wärmetauscher kann an den gleichen Kühlkreis wie der in dem Stempel befindliche Wärmetauscher angeschlossen sein.

Die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung zeichnet sich durch schnelle Abfuhr der ent­ stehenden Wärme aus, indem wenigstens die Stirnfläche des Stempels und/oder der der zweiten Buchsenöffnung gegenüberliegende Bereich der zweiten Formplatte eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen und mit den Wärmetauschern thermisch gekoppelt sind.

Nachfolgend wird die Erfindung in Form eines bevorzugten Ausführungsbeispiels an­ hand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine Dosiervorrichtung nach der Erfindung während der Dosierphase und

Fig. 2 eine Dosiervorrichtung nach der Erfindung nach Abschluß der Formge­ bung.

Die Darstellung in Fig. 1 zeigt einen Extruderausgang E mit einer Extruderdüse ED. Mit dem Extruderausgang E ist mittels einer Überwurfmutter M ein Stempel S fest verbun­ den. Der Stempel S taucht in eine erste Öffnung einer in einem Werkzeug, das aus einer ersten Formplatte PF1 und einer zweiten Formplatte PF2 besteht, sowie einer Werk­ zeugaufspannplatte PS eingelassenen Buchse ein. Die in der Buchse befindliche Stirn­ fläche des Stempels S besteht aus wärmeleitfähigem Material WS. Zwischen der ersten Formplatte PF1 und der zweiten Formplatte PF2 ist eine die Form des Werkstücks bil­ dende Formkavität KV dargestellt, die mit der zweiten Öffnung der Buchse verbunden ist. Der Stempel S verfügt über einen Kanal K, in den die Extruderdüse ED mündet und dessen Austritt in der Stirnfläche des Stempels S vorgesehen ist. Der Kanal K ist auf nahezu seiner gesamten Länge umgeben von einer vorzugsweise regelbaren Heizung HS. Zwischen der Heizung HS und der äußeren Mantelfläche des Stempels ist ein mit einem Kühlkreis verbundener Flüssigkeitswärmetauscher KS angeordnet. Gegenüber der zweiten Öffnung der Buchse besteht die zweite Formplatte PF2 wie die Stirnfläche des Stempels S aus wärmeleitfähigem Material WF, das in thermischem Kontakt mit einem Flüssigkeitswärmetauscher KF steht, welcher an den im Zusammenhang mit der Kühlung des Stempels S genannten Kühlkreis angeschlossen ist. Da der Extruderaus­ gang E und damit der Stempel S eine hintere Stellung einnimmt, ist zwischen der Stirn­ fläche des Stempels S und der Formkavität KV in der Buchse ein Aufnahmeraum A aufgespannt. Die den Aufnahmeraum A mit der Formkavität KV verbindende Öffnung ist mittels eines Schiebers SP verschlossen. In der Buchsenwandung ist in dem Bereich des Aufnahmeraumes A eine als Band ausgeführte regelbare Heizung HA angeordnet.

Die hintere Stellung des Stempels S bewirkt, daß extrudierte Formmasse durch die Ex­ truderdüse ED mittels des von dem Extruder erzeugten Drucks in den Kanal K und den Aufnahmeraum A gelangt und auf diese Weise vordosiert wird.

Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung nach Abschluß der Formgebung. Der Unterschied zu der Dosierphase nach Fig. 1 besteht darin, daß der Stempel S eine vordere Stellung einnimmt. Die vordere Stellung des Stempels S ist das Ergebnis des Extrudervorschubs, die mittels des von der Überwurfmutter M gebildeten Anschlags an der Werkzeugaufspannplatte PS definiert ist. In der vorderen Stellung fluchtet die Stirn­ fläche des Stempels S mit der zweiten Öffnung der Buchse und damit mit der Formka­ vität KV, wobei der Schieber SP zurückgezogen ist, so daß der Aufnahmeraum A beseitigt und die Formmasse stattdessen die Formkavität KV ausfüllt. Eine Verbesserung der Gleitfähigkeit des Stempels S in der Buchse kann durch einen geringfügigen axialen Versatz des Stempels S erreicht werden, der mittels der Überwurfmutter M ausgegli­ chen wird. Der Stempel S wird gekühlt, indem der Wärmetauscher KS von Kühlflüssig­ keit durchströmt wird. Die Kühlung des Stempels S hat in Zusammenwirkung mit der Kühlung der zweiten Formplatte PF2 im Bereich gegenüber der zweiten Öffnung der Buchse mittels des von einer Kühlflüssigkeit durchströmten Wärmetauschers KF zur Folge, daß der Formmasse Wärme entzogen und dadurch die Abkühlung des Werk­ stücks beschleunigt wird. Besonders wirkungsvoll vollzieht sich der Abkühlungsvor­ gang durch die gute Wärmeleitfähigkeit der Bereiche WS und WF.

Bezugszeichenliste

E Formmassenbereitungseinrichtung, Extruder
ED Ausgang, Extruderdüse
M Anschlag, Überwurfmutter
KS Wärmetauscher im Stempel
S Stempel
HS Stempelheizung
PS Werkzeugaufspannplatte
HA Aufnahmeraumheizung
PF1 erste Formplatte
PF2 zweite Formplatte
KV Formkavität
K Kanal
WS Wärmeleitmaterial an der Stempelstirnfläche
A Aufnahmeraum
WF Wärmeleitmaterial an der Formkavität
KF Wärmetauscher in der zweiten Formplatte
SP Schieber

Claims (11)

1. Dosiervorrichtung für Formgebungsmaschinen mit einer Formmassenbereitungsein­ richtung und einer mittels einer ersten und einer zweiten Formplatte gebildeten Formkavität, die mit Formmasse ausgefüllt wird, wobei der Ausgang der Form­ massenbereitungseinrichtung mit einem in seinem Volumen veränderbaren Auf­ nahmeraum verbunden ist, dessen größtes Volumen wenigstens dem Volumen der Formkavität entspricht, der Aufnahmeraum mittels einer Öffnung mit der Formka­ vität verbunden ist und in einer Buchse zwischen der Stirnfläche eines Stempels, der translatorisch beweglich in der Buchse angeordnet zum Verschieben der Formmasse aus dem Aufnahmeraum in die Formkavität dient und zur Befüllung des Aufnahme­ raums mit einem durchgehenden Kanal versehen ist, und der Formkavität entsteht, wenn der Stempel eine hintere Stellung einnimmt, und die Stirnfläche des Stempels mit dem Rand der Öffnung bündig ist, wenn der Stempel eine vordere Stellung ein­ nimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (S) mit der Formmassenberei­ tungseinrichtung (E) mechanisch starr verbunden ist, die als Bestandteil der ersten Formplatte (PF1) ausgebildete Buchse über eine erste Öffnung, in welche der Stem­ pel (S) eintaucht, und eine zweite Öffnung, die der ersten Öffnung gegenüber ange­ ordnet und mit der Formkavität (KV) unmittelbar verbunden ist, verfügt, und der Stempel (S) mit einem Anschlag (M) versehen ist, der in der vorderen Endstellung des Stempels (S) auf dem die erste Öffnung der Buchse umgebenden Rand aufliegt.

2. Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (S) wenigstens an seinem freien Ende aus wärmeleitfähigem Material (WS) besteht.

3. Dosiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stem­ pel (S) mit einem Wärmetauscher (KS) versehen ist, der in einen Kühlkreis einge­ bunden ist.

4. Dosiervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetau­ scher (KS) wenigstens mit der Stirnfläche des Stempels (S) thermisch gekoppelt ist.

5. Dosiervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühl­ kreis mit dem eingebundenen Wärmetauscher (KS) regelbar ausgeführt ist.

6. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Formplatte (PF2) wenigstens im der zweiten Öffnung der Buchse gegen­ überliegenden Bereich aus wärmeleitfähigem Material (WF) besteht.

7. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Formplatte (PF2) mit einem Wärmetauscher (KF) versehen ist, der in ei­ nen Kühlkreis eingebunden ist.

8. Dosiervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetau­ scher (KF) mit dem aus wärmeleitfähigem Material (WF) bestehendem Bereich der zweiten Formplatte (PF2) thermisch gekoppelt ist.

9. Dosiervorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühl­ kreis mit dem eingebundenen Wärmetauscher (KF) regelbar ausgeführt ist.

10. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Anschlag (M) des Stempels (S) eine auf den Ausgang (ED) der Formmassenbe­ reitungseinrichtung (E) aufgeschraubte Überwurfmutter mit Schaft dient.

11. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Öffnung der Buchse mechanisch verschlossen ist, wenn der Stempel (S) die hintere Endstellung einnimmt.