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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Heizen und Kühlen eines Plastifizierzylinders nach dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.
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Bei Plastifizierzylindern von Kunststoffverarbeitungsmaschinen ist es regelmäßig erforderlich, den Prozess zur Verarbeitung des Kunststoffrohstoffes durch Wärmeabfuhr bzw. Wärmezufuhr zu beeinflussen. Aus der
DE 299 19 570 U1 ist eine Vorrichtung zum Heizen und Kühlen von Maschinenzylindern zur Kunststoffverarbeitung bekannt. Hierbei sind auf dem Zylindermantel aufliegende Keramiksteine zu den Zylindermantel umgreifenden Ringen kombiniert. Die Keramiksteine weisen jeweils einen Keramiksockel auf, der von einer Mehrzahl von Heizkanälen durchzogen ist, in denen Heizwendeln aufgenommen sind. An den Sockeln sind Kühlrippen aus dem Keramikmaterial angeschlossen, zwischen denen Kühlkanäle für Kühlluft ausgebildet sind. Diese Vorrichtung hat sich grundsätzlich bewährt. Allerdings ist vor allem die Kühlwirkung verbesserungsfähig.
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Zur Verbesserung der Kühlwirkung wird in der
DE 103 090 14 A1 vorgeschlagen, einzelne voneinander unabhängig Kühlelemente auf Spannbändern aufzufädeln, die als Stahlseile ausgebildet sind. Die Enden der Spannbänder sind durch federbelastete Spannvorrichtungen miteinander verbunden. Die einzelnen Kühlelemente sind dabei aus Metall ausgebildet und weisen einen auf dem Zylindermantel aufliegenden Sockel auf, an dem nach außen ragende Kühlrippen angegossen sind, wobei zwischen den Kühlrippen Kühlkanäle für ein fluides Kühlmedium ausgebildet sind.
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Nachteilig an den vorbekannten Heiz- und Kühleinrichtungen ist, dass diese nur sehr aufwändig herzustellen sind, da die einzelnen Heiz- und Kühlelemente regelmäßig von Hand auf die Spannseile aufzufädeln sind. Hierbei kann es unter anderem zum Verhacken des Spannseils bei unsauber in die Heiz- bzw. Kühlelemente angeordneten Bohrungen kommen, wodurch die Montage weiter erschwert ist.
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Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zum Heizen und Kühlen eines Plastifizierzylinders bereitzustellen, die eine verbesserte Kühlwirkung ermöglicht und gleichzeitig bei verringertem Montageaufwand kostengünstig herstellbar ist. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Schutzanspruchs 1 gelöst.
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Mit der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Kühlen eines Plastifizierzylinders bereitgestellt, die eine verbesserte Kühlwirkung ermöglicht und gleichzeitig bei verringertem Montageaufwand kostengünstig herstellbar ist. Die wenigstens zwei schwenkbar miteinander verbundenen, einen Teilkreis beschreibenden Schalen der Kühlelemente sowie die schellenförmigen Heizelemente lassen sich einfach um einen Plastifizierzylinder anlegen und können endseitig mittels Spannmitteln fixiert werden. Unter dem Begriff „Schelle” ist nachfolgend ein kreisbogenförmiges elastisches Element in Art einer Rohrschelle bzw. einer Schlauchschelle zu verstehen, welches derart ausgebildet ist, dass es über seine Öffnung um einen Plastifizierzylinder positionierbar ist. Um den Öffnungsspalt zu vergrößern kann die Schelle auch zweiteilig ausgebildet sein, wobei die zwei Schellenteile über ein Scharnier verbunden sind.
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Vorzugsweise ist das wenigstens eine Heizelement zwischen zwei Kühlelementen angeordnet. Hierdurch ist eine gleichmäßige axiale Verteilung von Heiz- und Kühlelementen auf einem Plastifizierzylinder ermöglicht.
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In Weiterbildung der Erfindung sind die Schalen halbkreisbogenförmig ausgebildet und derart schwenkbar miteinander verbunden, dass sie zu einem weitgehend umlaufenden Kreisbogen anstellbar sind. Hierdurch ist die Montage der Vorrichtung weiter vereinfacht.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Halbschalen aus parallel zueinander angeordneten Kühlplatten gebildet, welche im montierten Zustand auf dem Plastifizierzylinder orthogonal zu diesen nach außen ragen. Hierdurch ist eine verbesserte Kühlwirkung erzielt.
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In Weiterbildung der Erfindung sind jeweils eine erste der beiden Schalen (1) jeweils zweier gegenüberliegender Kühlelemente über eine erste Achse (3) mit einem ersten Ende des zwischen diesen Kühlelementen angeordneten Heizelements und die zweite dieser beiden Schalen über eine zweite Achse mit dem zweiten Ende dieses Heizelementes schwenkbar verbunden. Hierdurch ist hintereinandergeschaltete Verspannung von Heizelementen und Kühlelementen ermöglicht.
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In Ausgestaltung der Erfindung ein Spannelement angeordnet ist, über das die erste Achse und die zweite Achse gegeneinander verspannbar sind. Bevorzugt ist das Spannelement durch eine Spannschraube gebildet, wobei die erste und die zweite Achse jeweils mit einer radial durch diese geführten Bohrung versehen sind, durch welche beiden Bohrungen die Spannschraube geführt ist. Hierdurch ist eine einfache Verspannung des Heizelements ermöglicht. Nach Verspannung eines Heizelementes sind die beidseitig mit diesem verbundenen Kühlelemente um die erste bzw. die zweite Achse frei schwenkbar.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die der ersten Achse entgegen gerichteten freien Enden der ersten der beiden Schalen der Kühlelemente über eine dritte Achse und die der zweiten Achse entgegen gerichteten freien Enden der zweiten der beiden Schalen der Kühlelemente über eine vierte Achse schwenkbar miteinander verbunden. Hierdurch ist eine Stabilisierung der angeordneten Schalen der Kühlelemente erzielt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Spannelement angeordnet, über das die dritte Achse und die vierte Achse gegeneinander verspannbar sind. Vorteilhaft ist das Spannelement durch eine Spannschraube gebildet, wobei die dritte und die vierte Achse jeweils mit einer radial durch diese geführten Bohrung versehen sind, durch welche beiden Bohrungen die Spannschraube geführt ist. Hierdurch ist eine einfache Verspannung der Kühlelemente um einen Plastifizierzylinder ermöglicht.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Heizelement aus einem Spannblech gebildet, welches Keramikelemente aufnimmt, durch die Heizdrähte geführt sind. Hierdurch ist eine flexible Schellenform des Heizelements bei gleichzeitig guter Heizleistung erzielt. Alternativ kann das Heizelement auch in Art eines flexiblen Rohrheizkörpers ausgebildet sein, der vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Derartige Rohrheizkörper sind beispielsweise in der
DE 10 234 432 B4 beschrieben. Dabei sind Heizdrähte in einem Blechmantel bzw. Drahtgeflechtmantel entweder eingegossen oder auch in Keramikpulver eingebettet.
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In Weiterbildung der Erfindung sind wenigstens zwei nebeneinander angeordnete schellenförmige Heizelemente über wenigstens einen Verbindungssteg miteinander verbunden, wobei der Verbindungssteg bevorzugt an die Heizelemente angeformt ist. Hierdurch ist eine gleichmäßige axiale Anordnung der Heizelemente entlang eines Plastfizierzylinders erzielt. Zudem ist die Stabilität der Vorrichtung erhöht. Bevorzugt ist ein Verbindungssteg mittig der kreisbogenförmigen Heizelemente angeordnet.
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In Ausgestaltung der Erfindung sind wenigstens zwei parallel zueinander angeordnete Kühlelemente an ihrer Innenkante über ein orthogonal zu diesen angestelltes Verbindungsblech miteinander verbunden, wobei das zwischen den Kühlelementen angeordnete Heizelement auf diesem Verbindungsblech aufliegt. Hierdurch ist die Kontaktfläche der Kühlelemente zu dem von diesem umgebenden Plastifizierzylinder erhöht, wodurch die Kühlleistung signifikant verbessert ist. Es hat sich gezeigt, dass die Heizleistung der Heizelemente durch die Anordnung des Verbindungsbleches zwischen diesen und den Plastifizierzylinder nicht nennenswert beeinträchtigt ist.
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Vorteilhaft sind die Schalen und bevorzugt auch die Verbindungsbleche aus einem Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit, insbesondere Aluminium oder Messing hergestellt. Dieser Werkstoff zeichnet sich durch eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht aus. Die Verbindungsbleche können weiterhin auch an die Halbschalen angeformt sein.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden Halbschalen wenigstens eines Kühlelements identisch ausgebildet. Hierdurch sind die Herstellkosten werter reduziert.
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Andere Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden nachfolgend im Einzelnen beschrieben. Es zeigen:
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1 die schematische räumliche Darstellung einer Vorrichtung zum Heizen und Kühlen eines Plastifizierzylinders;
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2 die Darstellung der Vorrichtung aus 1 in der Vorderansicht;
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3 die Darstellung der Vorrichtung aus 1 in der Seitenansicht;
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4 die räumliche Darstellung der Vorrichtung aus 1 bei gelöster Kühlelementverspannung;
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5 die Darstellung der Vorrichtung aus 4 in der Vorderansicht;
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6 die Darstellung der Vorrichtung aus 1 in der Seitenansicht;
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7 die Darstellung der Vorrichtung aus 1 in der Draufsicht und
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8 die Vorrichtung aus 1 in einer weiteren räumlichen Darstellung.
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Die als Ausführungsbeispiel gewählte Vorrichtung gemäß 1 besteht im Wesentlichen aus drei parallel zueinander angeordneten Kühlelementen 1, zwischen denen zwei Heizelemente 2 angeordnet sind.
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Die Kühlemente 1 bestehen jeweils aus zwei Halbschalen 11, die jeweils aus drei parallel zueinander angestellten Kühlblechen 12 gebildet sind. Die Kühlbleche 12 sind im Wesentlichen als halbkreisbogenförmige Aluminiumplatten ausgebildet und weisen an einem Ende eine in Form einer Bohrung ausgebildete Achsaufnahme 13 auf. Das mittlere Kühlblech 12 weist gegenüber den beiden äußeren Kühlblechen 12 einen geringeren Außendurchmesser aus, wodurch eine Verrippung gebildet ist. Die im Ausführungsbeispiel identisch ausgebildeten Kühlelemente 1 weisen an einem Ende auf ihrer Innenseite eine im Wesentlichen rechtförmige Aussparung 14 auf.
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Die Heizelemente 2 sind in Form einer kreisbogenförmigen Schelle ausgebildet und weisen an ihren beiden Enden jeweils eine in Form einer Bohrung ausgebildete Achsaufnahme 21 auf. Im Ausführungsbeispiel sind die Heizelemente 2 durch flexible Rohrheizkörper mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet, in denen – nicht dargestellte – Heizwendeln angeordnet sind. Diese Rohrheizkörper sind im Ausführungsbeispiel aus einem Drahtgeflechtrohr gebildet, in dem Keramikpulver eingebracht ist, durch das die Heizwendeln geführt sind. Die beiden Heizelemente 2 sind etwa mittig über einen Verbindungssteg 22 miteinander verbunden.
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Alternativ können die Heizelemente 2 auch durch Spannbleche mit rechteckigem Querschnitt gebildet sein, die Keramikelemente aufnehmen, durch die Heizwendeln geführt sind.
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An ihrem der Aussparung 14 entgegengerichteten Ende sind jeweils eine erste der beiden Halbschalen 11 der drei Kühlelemente 1 über eine erste Achse 31 miteinander sowie mit einem ersten Ende der zwischen diesen drei Kühlelementen 1 angeordneten Heizelemente 2 schwenkbar verbunden. Hierzu ist die erste Achse 31 durch die Achsaufnahmen 13, 21 der abwechselnd angeordneten Halbschalen 11 und Heizelemente 2 geführt. In der gleichen Weise sind jeweils die zweite der beiden Halbschalen 11 über eine zweite Achse 32 miteinander sowie mit dem zweiten Ende der zwischen diesen drei Kühlelementen 1 angeordneten Heizelemente 2 schwenkbar verbunden. Hierzu ist die zweite Achse 32 entsprechend durch die Achsaufnahmen 13, 21 dieser abwechselnd angeordneten Halbschalen 11 und Heizelemente 2 geführt.
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An ihrem der Aussparung 14 zugewandten Ende der ersten der beiden Halbschalen 11 der Kühlelemente 1 sind diese über eine dritte Achse 41 und die Enden der zweiten der beiden Halbschalen 11 über eine vierte Achse 42 jeweils schwenkbar miteinander verbunden. Hierzu sind die Achsen 41, 42 durch die an diesem Ende an den Halbschalen 11 angeordneten Achsaufnahmen 13 geführt. An dieser Seite sind die Halbschalen 11 der Kühlelemente 1 nicht mit den Heizelementen 2 verbunden.
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Die Achsen 31, 32, 41, 42 sind im Ausführungsbeispiel jeweils in Form eines zylindrischen Metallstifts ausgebildet, der endseitig jeweils mit einer Nut zur Aufnahme eines Sicherungsrings 36 versehen ist, Die Achsen 31, 32, 41, 42 weisen jeweils zwei parallel und beabstandet zueinander angeordnete in diese eingebrachte Bohrungen 33, 43 auf, wobei die Bohrungen 33, 43 der zweiten Achse 32 und der vierten Achse 42 mit einem Innengewinde versehen sind.
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Die erste Achse 31 ist mit der zweiten Achse 32 über Spannschrauben 34 verbunden, die zur Erzielung einer Vorspannkraft jeweils mit einer Feder 35 versehen sind. Die Achsen 31, 32 bilden gemeinsam mit den jeweils mit einer Feder 35 versehenen Spannschrauben 34 eine erste Spanneinrichtung 3 zur Spannung der Heizelemente 2.
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Dementsprechend ist die dritte Achse 41 mit der vierten Achse 42 über Spannschrauben 44 verbunden, die zur Erzielung einer Vorspannkraft jeweils wiederum mit einer Feder 45 versehen sind. Die Achsen 41, 42 bilden gemeinsam mit den jeweils mit einer Feder 45 versehenen Spannschrauben 44 eine zweite Spanneinrichtung 4 zur Spannung der Kühlelemente 1.
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Alternativ zu der Durchführung der Achsen 31, 32 durch an den Enden der Heizelemente 2 angeordnete Achsaufnahmen 21 können die Heizelemente 2 an ihren Enden auch rechtwinklig abgewinkelt ausgebildet sein, wobei die anstelle der Achsen 31, 32 die Spannschrauben 34 durch die Achsaufnahmen 21 geführt sind. Dabei liegen die abgewinkelten Enden der Heizelemente an den Achsen 31, 32 an, wodurch die Heizelemente durch Anziehen der Spannschrauben 34 um den Plastifizierzylinder gespannt werden.
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Zur Montage der Vorrichtung an einem – nicht dargestellten – Plastifizierzylinder werden die schellenförmigen Heizelemente 2 1 um den Plastifizierzylinder gelegt, wonach die mit den Federn 35 versehenen Spannschrauben 34 durch die Bohrungen 33 der ersten Achse 31 hindurchgeführt und in die mit einem Innengewinde versehenen Bohrungen 33 der zweiten Achse 32 eingeschraubt werden, wodurch die Heizelemente 2 um den Plastifizierzylinder gespannt werden.
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Die schwenkbar mit den Achsen 32, 32 verbundenen Halbschalen 11 der Kühlelemente 1 werden nachfolgend um den Plastifizierzylinder gelegt, wonach die mit den Federn 45 versehenen Spannschrauben 44 durch die Bohrungen 43 der dritten Achse 41 hindurchgeführt und in die mit einem Innengewinde versehenen Bohrungen 43 der vierten Achse 42 eingeschraubt werden, wodurch nunmehr die Kühlelemente 1 um den Plastifizierzylinder gespannt werden. Dabei verlaufen die Aussparungen 14 der Halbschalen 11 um den Verbindungssteg 22 der Heizelemente herum.
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Bei allen hier beschriebenen Ausführungsbeispielen sind sämtliche Kühlbleche 12 – mit Ausnahme der mittleren Kühlbleche 12, die zur Bildung einer Rippenkontur einen kleineren Außendurchmesser – jeweils identisch ausgebildet, wodurch sich identische Halbschalen 1 ergeben. Es versteht sich von selbst, dass die in dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Ausführungen der Achsen 31, 32, 41, 42 sowie der Spanneinrichtungen 3, 4 nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern vielmehr in jeglicher Ausgestaltung der Halbschalen 1 zum Einsatz kommen können. Auch die hierdurch bedingte Gestaltung der Achsaufnahme, die gegebenenfalls auch mit einem Schlitz versehen sein kann, ist nicht auf das vorstehende Ausführungsbeispiel beschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 29919570 U1 [0002]
- DE 10309014 A1 [0003]
- DE 10234432 B4 [0014]
