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Verfahren zur Herstellung verstärkter Sunßtstoffgegenstände Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung verstärkter Kunststoffgegenständet
bei welchen trockene Materialien einschließlich Verstärkungsfasern und,fldssige
Harzmaterialien zur Bildung eines viskosen, teigartigen Gemisches in einem reaktionslosen
Zustand in einer Mischvorrichtung gemischt, das Gemisch in eine Spritzvorrichtung
transportiert und in eine Form gespritzt wird.
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Bei der Herstellung bestimmter Kunststoffgegonstände ist es häufig
notwendig, trockene oder flüssige Materialien zu verbinden, die völlig gemischt
werden müssen, damit das sich ergebende Gemisch entweder in einer Form oder
in
extrudiertem Zustand in der richtigen Weise reagiert.
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Eine nicht vollständige Mischung kann die physikalischen Eigenschaften
des sich ergebenden Produkts stark beeinflusen, Jede hierzu verwendete Mischvorrichtung
muss daher in der Lage sein, die verwendeten Materialien völlig zu mischen.
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Es ist bekannt, dass das Einbringen von Fasern, insbe sondere von
Glasfasern, die Festigkeit von im Spritzgussverfahren hergestellten Gegenständen
stark erhöht, Es ist jedoch wesentlich, dass die Fasern unbeschädigt bleiben, da
sonst die Verstärkungseigenschaften der Fasern weitgehend verloren gehen. Wenn Glasfasern
verwendet werden, ist die Bruchgefahr wegen der Sprödigkeit von Glas gross, Obwohl
es wesentlich ist, dass die verwendete Mischvorrichtung die benutzten Materialien
völlig mischt, ist es auch wesentlich, dass, wenn Glas- oder ähnliche Fasern enthalten
sind, die Mischwirkung weich ist und dass keine hohen Scherkräfte auftreten oder
eine heftige mechanische Bearbeitung erfolgt, die die Fasern in unwirksame kurze
Stücke brechen würde.
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Es ist bekannt, flüssige oder pastenähnliche Harze mit solchen Fasern
zu einem teigartigen Gemisch in diskontinuierlich arbeitenden Mischern bei niedriger
Geschwindigkeit durch Rühr- oder Scherflügel zu mischen. Bei dieser Betriebsart
ist eine grossvolumige Speicherung der Vorgemische abgesehen von dem tatsächlichen
Spritzgussvorgang notwendig; dies erfordert eine erhebliche manuelle Arbeit.
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Da die Gemische ausserdem nicht sofort verwendet werden können, müssen
den Gemischen bestimmte Verzögerungsmittel zugesetzt werden, Solche Verzögerungsmittel
beeinflussen die Reaktion der Gemische, wenn sie schliesslich geformt werden.
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Es ist bekannt, einen Schneckenextruder zum Mischen der Materialien
und auch zum Extrudieren der Gemische zu verwenden, Die Verwendung einer solchen
Anlage ist jedoch im allgemeinen auf die Verarbeitung normalerweise fester thermoplastischer
Harze beschränkt, und die Fasern können, wenn sie mit normalerweise flüssigen wärmehärtenden
Harzen verwendet werden, in unwirksame Stücke zerschnitten und/oder nicht ausreichend
durchfeuchtet werden. Auch tritt es häufig auf, dass die Fasern in dem Gemisch Klumpen
bilden; dies führt zu einer ungenügenden Dispersion der Fasern und zu schlechteren
Eigenschaften des sich ergebenden Produkts.
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Es ist auch bekannt, beim Formen derartiger Gemische Formhohlräume
von Hand zu füllen und es ist bisher nicht bekannt, derartige Gemische automatisch
und kontinuierlich zuzuführen und im Spritzgussverfahren mit einer üblichen Spritzgussvorrichtung
zu verarbeiten.
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Dies ist vor allem darauf zurückzuführen, dass solche faserverstärkten
Gemische sehr zähflüssig und teigartig sind und es daher schwierig ist, sie automatisch
ohne das Eingreifen von Bedienungspersonal zu fördern.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Mischvorrichtung
zu schaffen, bei der die Vorteile der Mischung trockener und flüssiger Materialien
durch eine Umwälzwirkung bei einfachem mechanischem Aufbau und relativ niedrigen
Kosten im Vergleich zu den bisher verfügbaren Mischern zum Tragen kommen.
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Gelöst wird diese Aufgabe gemäss der Erfindung durch ein Flügel aufweisendes
Rührwerk und eine Antriebsvorrichtung, um eine relative Bewegung zwischen der Mischfläche
und den Flügeln in einer zu der Mischfläche im
wesentlichen parallelen
Richtung zu erzeugen, wobei sich die Flügel schräg und unter einem Winkel zu der
Richtung der relativen Bewegung erstrecken, so dass die Flügel die Materialien auf
der Mischfläche verteilen, die trockenen Materialien mit den flüssigen Materialien
durchfeuchten und das durchfeuchtete Materialgemisch längs der Mischfläche zur Austragung
durch die Auslassöffnung umwälzen.
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Aufgrund dieser Ausbildung kann ein Mis#cher geschaffen werden, der
einen Einfülltrichter aufweist, in den die trockenen und flüssigen Materialien kontinuierlich
eingebracht werden. Ein Rührwerk mit Flügeln in dem Einfülltrichter verteilt die
trockenen und flüssigen Materialien auf die Wand des Einfülltrichters in einem Streich-
bzw. Schmiervorgang, der die trockenen Materialien mit den flüssigen durchfeuchtet.
Die Materialien werden auf die Einfülltrichterwand spiralförmig zu einer Auslassöffnung
in dem Einfüiltrichter verteilt. Nachdem die Materialien durch den Streich- und
Schmiervorgang durchfeuchtet und vorgemischt sind, wälzen die Flügel das Gemisch
spiralförmig längs der Wand, um es völlig durchzumischen und zu der Auslassöffnung
zu transportieren.
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Die Mischvorrichtung gemäss der Erfindung kann mit einer Förderschnecke
versehen sein, in die die Flügel die durchgemischten Materialien wälzen, um sie
durch die Auslassöffnung zu drücken.
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Die Förderschnecke kann mit niedrigerer Geschwindigkeit als die Flügel
gedreht werden, damit sich das Gemisch in dem Einfülltrichter zur Erzielung einer
grösseren Misch-
-wirkung ansammelt. Die Geschwindigkeit der Förderschnecke
kann auch veränderbar sein, um die Mischwirkung in Abhängigkeit von den Erfordernissen
der verwendeten Materialien zu ändern. Ausserdem kann die Förderschnecke intermittierend
betätigt werden, um eine intermittierende Austragung des gemischten Materials zu
erreichen Die Mischvorrichtung gemäss der Erfindung kann auch als Transportvorrichtung
verwendet werden. Zu diesem Zweck wird viskoses Material in den Einfülltrichter
eingebracht und durch die Flügel spiralförmig längs der Einfülltrichterwand zu der
Auslassöffnung gewälzt. Eine Förderschnecke kann zur zwangsläufigen Austragung vorgesehen
werden; sie kann intermittierend betätigt werden, um die Materialchargen auszutragen,
die in dem Einfülltrichter abgelagert wurden, der das kontinuierlich abgelagerte
Material sammelt.
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Durch die Erfindung wird auch ein Verfahren zum Mischen trockener
und flüssiger Materialien geschaffen, bei welchem die Materialien längs einer Fläche
zum Durchfeuchten verteilt und danach die gemischten Materialien längs der Fläche
zur Austragung umgewälzt werden. Das Verfahren kann auch allein zur Erzielung einer
Transportfunktion für viskose Materialien oder als Fortsetzung eines Mischvorgangs
angewandt werden, Weiterhin wird durch die Erfindung ein Verfahren geschaffen, das
die Herstellung von faserverstärkten Kunststoffgegenständen ermöglicht. Hierzu werden
trockene Materialien, die Verstärkungsfasern enthalten, mit flüssigen Harzmaterialien
zur Bildung eines stark viskosen, teigartigen Gemischs in einem reaktionslosen Zustand
gemischt Das Gemisch wird kontinuierlich direkt zu einem Einlass einer
Spritzgussmaschine
gefördert. Der Zustand des Gemischs in der Spritzgussmaschine wird gesteuert, um
eine wesentliche Reaktion zu verhindern. Das Gemisch wird durch eine Düse in den
Hohlraum einer Form gespritzt. In dem Hohlraum wird das Gemisch zur Bildung verstärkter
Kunststoffgegenstände zur Reaktion gebracht.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Figuren
1 bis 7 erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Spritzgussanlage
für Kunststoffgegenstände mit einer Mischvorrichtung gemäss der Erfindung, Fig.
2 teilweise im Schnitt eine Aufsicht der Misch- und der Transportvorrichtung der
Anlage, Fig. 3 eine perspektivische Darstellung der Mischvorrichtung, wobei die
Einfülltrichterwand teilweise weggebrochen ist, Fig. 4 in vergrösserter Darstellung
teilweise im Schnitt eine Aufsicht der Mischvorrichtung mit einer abgewandelten
Antriebsvorrichtung, aus der der Mischvorgang hervorgeht, Fig. 5 eine schematische
Darstellung einer Spritzgussanlage zur Herstellung verstärkter Kunststoffgegenstände,
Fig. 6 und 7 je eine Vorrichtung zum Mischen trockener und flüssiger Materialien
in weiteren Ausführungsformen.
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In Fig. ] ist -schematisch-eine Vorrichtung zum Spritzgiessen
von Kunststoffmaterialien aus Gemischen gezeigt, die flüssige Polymere, wie Polyester,
Phenolformaldehyd, Harnstofformaldehyd, Melaminformaldehyd, Epoxy- oder andere Harze,
Füllstoffe, wie Kalziumkarbonat, Asbest und Ton, Verstärkungsfasern, wie Glas-,
Asbest-, Sisal-und andere natürliche und künstliche Fasern sowie andere Zusätze,
wie Katalysatoren, Schmiermittel und Dickmittel enthalten können Bestimmte Polymere
jedoch, die normalerweise fest oder sehr zähflüssig sind, müssen erhitzt werden,
um sie in einem ausreichend flüssigen Zustand zu halten, der zum Mischen und Verarbeiten
in der Vorrichtung geeignet ist. Im allgemeinen bilden solche Materialien, wenn
sie gemischt sind, ein klebriges, teigiges Gemisch, das wärmehärtbar sein kann und
als solches je nach den verwendeten Materialien auf verschiedene Arten chemisch
reagieren kann, Die im folgenden beschriebene Vorrichtung weist einen Mischer für
Materialien auf, von denen einige im wesentlichen trocken sind und durch flüssige
Zusätze nur schwer durchfeuchtet werden. Ausserdem bilden solche Materialien, selbst
wenn sie durchfeuchtet sind, eine klebrige, teigige Masse, die nicht leicht gemischt
und transportiert werden kann. In den Figuren 2 bis 4 ist ein Mischer 8 gemäss der
Erfindung gezeigt, der einen Einfülltrichter lo in Form eines umgekehrten, kegelstumpfförmigen
Konus aufweist.
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Das obere Ende des Einfülltrichters ist offen, um trockene und flüssige
Materialien einzubringen, wie schematisch in Fig. 1 gezeigt ist. Die trockenen und
flüssigen Materialien werden auf die Wände 12 (Fig. 2-4) des Einfülltrichters in
einem Schmiervorgang durch Flügel 14 verteilt, die in dem oberen Teil des Einfülltrichters
drehbar angeordnet
sind. Zu diesem Zweck sind die Flügel an einem
Querträger 16 angeordnet, der an einer Welle 18 befestigt ist, die sich konzentrisch
zu der Einfülltrichterwand 12 in den Einfülltrichter erstreckt, Die Flügel konvergieren
zu der Welle, wobei sie sich nach unten zu dem unteren, engen Teil des Einfülltrichters
erstrecken und die unteren- Enden der Flügel in Dreh richtung der Flügel gegen die
oberen Enden unter einem Winkel nach hinten versetzt sind. Die Flügel sind auch
zu ihren unteren Enden hin verdreht, um mit der Wand einen solchen Winkel zu bilden,
dass die trockenen und flüssigen Materialien längs der Einfülltrichterwand in einem
Schmiervorgang verteilt werden, der die trockenen Materialien mit den flüssigen
durchfeuchtet.
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Wie Fig. 3 zeigt, wird die Welle im Gegenuhrzeigersinn gedreht, so
dass infolge der Versetzung der Flügelenden die Materialien in spiralförmig zu dem
unteren, engeren Ende des Einfülltrichters verlaufenden Richtungen auf die Wand
verteilt werden, An den unteren Enden der Flügel neigt das Material dazu, sich anzusammeln,
wie am besten Fig. 4 zeigt, und wird dann von den Flügeln ebenfalls in der gleichen
spiralförmigen Richtung gewälzt.
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Die Welle 18 (Fig. 2 und 3) weist ebenfalls einen Querträger 20 auf,
der kürzer als der Querträger 16 ist, so dass ein weiterer Satz nach unten verlaufender
Flügel 22, die an den Enden des Querträgers 20 befestigt sind, unter und diametral
innerhalb der unteren Enden der Flügel 14 liegt. Die unteren Flügel 22 sind ähnlich
den oberen Flügeln 14 mit der Ausnahme, dass die Winkelversetzung grösser ist, um
den Wälzvorgang des Materials, der durch die oberen Flügel 14 eingeleitet wurde,
jedoch auf einer steileren Spirale fortzusetzen. Auf diese
Weise
werden die trockenen und flüssigen Materialien durch den oberen Satz Flügel 14 völlig
durchfeuchtet und vorgemischt und durch einen Wälz- bzw. Knetvorgang des unteren
Satzes Flügel 22 weiter gemischt und zu dem unteren Ende des Einfülltrichters transportiert.
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Es kann auch nur der obere Satz Flügel 14 oder sogar nur ein einziger
Flügel hiervon ohne den unteren Satz Flügel 22 verwendet werden, um durch einen
eine Verteilung bewirkenden Schmier- und Wälzvorgang die Materialien zu mischen
und ein klebriges, teigiges Gemisch zu transportieren, Ausserdem können die Flügel
14 so geformt und angeordnet sein, dass sie in erster Linie eine Transportfunktion
ausüben, wobei die in den Einfülltrichter eingebrachten Materialien zuvor zu einer
klebrigen, teigigen Masse gemischt werden, die nur schwer strömt und die nur mit
mässigen mechanischen Scherkräften bearbeitet werden darf.
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Um eine Streich- und Schmierwirkung zum Vordurchfeuchten der Materialien
zu erzielen und auch um eine Wälzwirkung zum weiteren Mischen und zum Transportieren
zu erreichen, müssen bestimmte Abstände zwischen den Flügeln und der Einfülltrichterwand
bestehen. Wenn die Abstände zu gross sind, haftet eine Schicht des verschmierten
Materials an der Wand an. Dies wurde als unerwünscht angesehen, bis festgestellt
wurde, dass sich eine solche Schicht nur bis zur Bildung einer elastischen Auskleidung
23 (Fig. 4) auf der Einfülltrichterwand aufbaut und dass dann das Material in der
richtigen und gewünschten Weise verschmiert und umgewälzt wird. Obwohl der Abstand
zwischen den Flügeln und der Wand kritisch erscheint1 stellt sich durch Bildung
der elastischen Auskleidung 23 an der Einfülltrichterwand der richtige Abstand selbst
ein. Daher ist die tatsächliche Form der Einfülltrichterwand
12
kein kritischer Faktor, so dass sie nicht konzentrisch zu der Flügeldrehung verlaufen
und die gleiche geometrische oder eine der Winkelanordnung der Flügel genau angepasste
Form aufweisen muss, da die innere Oberfläche der Auskleidung 23 die Wand wird,
auf der die Materialien verteilt und umgewälzt werden. Wenn die Spritzgussanlage
insgesamt mit den gleichen Materialien arbeitet und im Falle von wämehärtenden Materialien,
muss die Temperatur der Materialien unter der gehalten werden, bei der eine merkliche
Reaktion der Materialien auftritt0 Es kann dann die gleiche Auskleidung mehrere
Wochen verbleiben, ohne dass das Endprodukt nachteilig beeinflusst wird, Die Auskleidung
kann periodisch oder wenn die Materialien geändert werden, in einfacher Weise dadurch
entfernt werden, dass die Querträger 16 und 20 längs der Welle 18 zu dem unteren
Ende des Einfülltrichters verschoben werden, bis die Flügel 14 und 22 die Auskleidung
von der Einfülltrichterwand schneiden. Durch Verstellen der Querträger in bezug
auf das untere Ende des Einfülltrichters kann der Abstand zwischen der Einfülltrichterwand
und den Flügeln leicht so geändert werden, dass die Auskleidung entfernt oder irgendein
gewünschter, für die zu mischenden Materialien geeigneter Abstand gebildet wird.
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Das untere Ende des Einfülltrichters ist mit einem Auslass 24 versehen,
durch den die völlig gemischten Materialien durch die umwälzende Transportwirkung
der Flügel allein ausgetragen werden können. Die Grösse des Auslasses kann fest
sein oder durch Einstellung einer Verschlusseinrichtung in Form eines einzigen Schiebers
oder, wie in Fig. 2 und 3 gezeigt ist, durch
zwei konvergierende,
einstellbare Schieber 26 geändert werden Durch Beschränkung der Grösse des Auslasses
kann ein Gegendruck auf das Gemisch in dem unteren Ende des Einfülltrichters erzeugt
werden, um die Intensität der Mischwirkung der unteren Enden der Flügel zu ändern,
die das Gemisch schaumig schlagen würden, bevor es aus dem Einfülltrichter extrudiert
wird, Zweckmässigerweise wird das Gemisch aus dem Einfülltrichter mit einer relativ
gleichmässigen Geschwindigkeit entnommen, Zu diesem Zweck ist eine Förderschnecke
28 an dem unteren Ende der Welle 18 so befestigt, dass der obere Teil der Förderschnecke
mindestens- zwischen den Flügeln 22 angeordnet ist und der untere Teil sich in einem
Rohr 30 dreht, das den Auslass 24 bildet und das sich zwischen dem unteren Ende
des Einfülltrichters und den Schiebern 26 erstreckt, Wie am besten Fig0 4 zeigt,
wälzen die unteren Flügel 22 das gemischte Material in die Förderschnecke, die das
Gemisch dann aus dem Einfülltrichter durch das Rohr 30 transportiert.
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Die Förderschnecke ist, wie in Fig. 2 und 3 gezeigt ist, direkt an
der Welle 18 befestigt, so dass sie sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie die
Flügel 14 und 22 dreht Es kann erwünscht sein, die Förderschnecke mit einer grösseren
Geschwindigkeit als die Flügel zu drehen, um ein Schaumigschlagen des Gemischs in
dem Einfülltrichter zu verhindern, oder mit einer niedrigeren Geschwindigkeit, um
für eine grössere Mischwirkung eine Anhäufung von Material in dem Einfülltrichter
zu veranlassen. Zu diesem Zweck kann der Antrieb der Flügel und der Fördersohnecke
getrennt werden wie bei dem abgewandelten Antriebsmechanismus in Fig. 4o Die Förderschnecke
28
ist hierbei an einer Welle 32 befestigt und dreht sich in einer
Hülse 34, an der die Querträger 16'und 20' befestigt sind, Das obere Ende der Welle
32 hat ein Kettenzahnrad 36, das über eine Kette von einem Kettenzahnrad 38 an dem
Ende einer Antriebswelle 30 des Motors 40 angetrieben wird. Das andere Ende der
Welle 30 trägt ein Kettenzahnrad 42, das über eine Kette ein Kettenzahnrad 44 antreibt,
das an dem oberen Ende der Hülse 34 befestigt ist. Betrachtet man die relativen
Grössen der verschiedenen Kettenzahnräder, so ergibt sich, dass die Flügel 14 und
22 mit einer höheren Geschwindigkeit als die Förderschnecke 28 angetrieben werden.
Durch Änderung der Kettenzahnräder oder durch gesonderte Antriebe für die Welle
und die Hülse können die relativen Geschwindigkeiten der Fbrderschnecke und der
Flügel wesentlich geändert werden oder erforderlichenfalls umgekehrt werden, um
die Förderschnecke schneller als die Flügel anzutreiben, Ausserdem können die beiden
Flügelsätze an verschiedenen Wellen befestigt werden, um unterschiedliche Flügelgeschwindigkeiten
für den Schmier- und den Umwälz- und Transportvorgang zu erhalten. Es ist auch möglich,
statt die Flügel in dem Einfülltrichter zu drehen, den Einfülltrichter zu drehen
und die Flügel stationär zu halten und dennoch die gleiche, beschriebene Misch-
und Transportwirkung zu erzielen, Aus der vorangegangenen Beschreibung ergibt sich,
dass die verschiedenen trockenen und flüssigen Materialien durch einen Verteilungs-
und Schmiervorgang völlig durchfeuchtet und weiterhin durch einen Umwälz- und Knetvorgang,
der ausreichend schwach ist, um einen
Bruch bestimmter Materialien,
wie Glasfasern, zu vermeiden, gemischt werden. Durch den gesamten Mischvorgang werden
jedoch die Materialien völlig gemischt.
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Für viele Materialien ist eine derartige weiche, jedoch intensive
Mischung besonders geeignet.
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Wie Fig, 1 zeigt, ist ein bevorzugter Anwendungsfall des Mischers
gemäss der Erfindung das Mischen von verschiedenen Materialien zum Spritzgiessen
van verstärkten Kunststoffgegenständen. Allgemein können bei einer solchen Anlage
trockene Materialien einschliesslich Verstärkungsfasern von einer schematisch gezeigten
Vorrichtung 46 aus einem Auslass 47 zusammen mit flüssigen Harzmaterialien von einem
Behälter bzw, Mischer 48 (ebenfalls schematisch gezeigt) aus einem Rohr 49 in den
oberen Teil des Einfülltrichters 10 gefördert werden. Die trockenen und flüssigen
Materialien werden in der oben beschriebenen Weise gemischt und können aus dem unteren
Teil des Einfülltrichters 10 direkt in den Einlass 50 einer Spritzgussmaschine 52
bekannter Art mit einer hin- und hergehenden Schnecke abgegeben werden. Das Gemisch
kann auch in einen weiteren Mischer ausgetragen werden, um es zusätzlich mit weiteren
Materialien zu mischen oder es kann in eine Transportvorrichtung ausgetragen werden,
wie sie unten beschrieben wird. Die gezeigte Spritzgussmaschine 52 wie auch andere
bekannte Spritzgussmaschinen arbeitet intermittierend, so dass es erforderlich sein
kann, eine Einrichtung zur Aufnahme des kontinuierlich von dem Mischer zugeführten
gemischten Materials und zum intermittierenden Transport des Gemischs zu der Spritzgussmaschine
vorzusehen, Zu diesem Zweck ist eine Sammel- und Transportvorrichtung 53
(Fig,
2) vorgesehen, die allgemein ähnlich dem Mischer 8 ist. Die Vorrichtung ist mit
einem grossen Einfülltrichter 54 versehen, der an seinem oberen Ende eine Sammelzone
56 bildet, in die das Gemisch von dem Mischerauslass 24 kontinuierlich eingebracht
wird. Die Vorrichtung ist auch mit Flügeln 58 versehen, die an gegenüberliegenden
Enden eines Querträgers 60 angeordnet sind, der an einer Welle 62 befestigt ist,
die im Gegenuhrzeigersinn von einem Motor 64 angetrieben wird.
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Die Flügel 58 sind ähnlich wie die Flügel 22 des Mischers so ausgebildet,
dass sie das in den Einfülltrichter eingegebene Gemisch hauptsächlich spiralförmig
längs der Wand des Einfülltrichters 54 zu dem unteren Ende des Einfülltrichters
und in eine Förderschnecke 66 umwälzen. Die Förderschnecke 66 ist an dem unteren
Ende der Welle 62 befestigt, so dass sie sich mit den Flügeln 58 in der gleichen
Weise wie die Förderschnecke 28 und die Flügel 22 des Mischers 8 dreht. Auf diese
Weise wird das klebrige Gemisch, das von dem Mischer geliefert wird, in der Transportvorrichtung
gesammelt und von den Flügeln 58 und der Förderschnecke 66 zwangsläufig in den Einlass
50 der Spritzgussmaschine 52 gefördert. Die Förderschnecke 66 und die Flügel 58
können sich nur drehen, wenn die Maschine 52 zur Aufnahme des Gemischs bereit ist.
Die Transportvorrichtung kann auch getrennte Antriebe für die Förderschnecke und
die Flügel aufweisen. In diesem Falle können die Förderschnecke und die Flügel mit
unterschiedlichen Geschwindigkeiten gedreht werden, wie oben anhand des Mischers
beschrieben wurde, oder die Flügel können kontinuierlich gedreht und die Förderschnecke
kann
intermittierend angetriebenwerden, wenn der Betrieb der Einspritzmaschine die Übertragung
des Gemischs erfordert, Wenn der Mischer zusammen mit einer kontinuierlich arbeitenden
Spritzgussmaschine bekannter Art oder zum kontinuierlichen Extrudieren durch eine
geformte Düse verwendet wird, ist eine besondere Übertragungsvorrichtung wie die
oben beschriebene nicht erforderlich und die Förderschnecke 28 des Mischers 8 transportiert
dann unter Druck das Gemisch weiter, Die Einspritzmaschine 52 ist mit einer in einer
Kammer 72 drehbaren Förderschnecke 70 versehen, die das Spritzgussgemisch zu dem
in Fig, 1 linken Ende der Förderschnecke durch ein Rückschlagventil transportiert,
Wenn sich das Gemisch am Ende ansammelt, wird die Förderschnecke zurückgedrückt,
bis eine vorbestimmte Charge in dem Ende der Kammer ist, Die Förderschnecke 70 wird
dann angehalten und ein Zylinder 76 am anderen Ende der Förderschnecke treibt diese
in Längsrichtung und drückt das Gemisch aus der Kammer durch eine Düse 78 in den
Hohlraum 79 einer Spritzform 80. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das
Gemisch in einem im wesentlichen reaktionslosen Zustand gehalten, bis es in den
Spritzformhohlraum gespritzt wird, wo es z.B. durch erhöhte Temperatur reagiert.
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Der beschriebene Mischer kann auch zum Extrudieren verwendet werden,
wenn an der Auslassöffnung des Einfülltrichters eine Formdüse angeordnet wird, und
der Mischer kann auch zur Herstellung von grossvolumigen Gemischen zur Speicherung
und zum nachfolgenden Gebrauch verwendet werden Abgesehen von dem Gebiet der Kunststoffe
ist der
Mischer auch allgemein in der chemischen, pharmazeutischen
und kosmetischen Industrie bei der Herstellung von Gemischen zur Tablettierung,
zum Mischen und zum Homogenisieren verschiedener Suspensionen und Emulsionen, wie
Salben und Farben und bei der Herstellung von keramischen Mischungen verwendbar.
In der Nahrungsmittelindustrie kann der Mischer zum Mischen und Homogenisieren verschiedener
trockener Mischungen und viskoser Substanzen, wie Mayonnaise, Cremes, Marmeladen
und Mehlprodukten verwendet werden, In Fig 5 ist eine weitere Ausführungsform einer
Spritzgussanlage gezeigt, die aus einem Mischer 8 zum Mischen trockener und flüssiger
Materialien, einer Sammel- und Transportvorrichtung 53, in die der Mischer das Gemisch
kontinuierlich fördert, und einer Spritzgussmaschine 52 besteht, die intermittierend
das Gemisch von der Transportvorrichtung aufnimmt und es durch eine Düse 78 in einen
Hohlraum 79 einer Spritzform 80 spritzt. Der Mischer 8 kann entsprechend einer der
vor- und nachstehend beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet sein, muss jedoch
im wesentlichen zur völligen Durchfeuchtung und Mischung trockener Materialien einschliesslich
Verstärkungsfasern, wärmehärtenden flüssigen Polymeren, wie Polyester, PhenolformaldPhyd,
Harnstofformaldehyd, Melaminformaldehyd, Epoxy- und anderen Harzen, ohne dass zu
grosse Scher- bzw, mechanische Kräfte angewandt werden, die die Fasern in unwirksame
kurze Socke brechen oder die Temperatur des Harzgemisches so erhöhen, dass eine
vorzeitige Reaktion auftritt, geeignet sein. Um jedoch bestimmte Harze zu verwenden,
die normalerweise fest oder sehr zähflüssig sind, soll
der Mischer
in der Lage sein, diese Harze auf einer ausreichend hohen Temperatur zu halten,
damit sie im zum Mischen und Bearbeiten geeigneten flüssigen Zustand verbleiben.
Die Temperatur soll jedoch nicht so hoch sein, dass eine wärmehärtende Reaktion
eintritt. Der Ausdruck "wärmehärtende Polymere" umfasst Harze, die chemisch reagieren,
um sie in eirsen Zustand mit einem hoheren Schmelzpunkt oder in einen nichtschmelzbaren
Zustand mit der Temperatur nur als einer natürlichen Reaktionseigenschaft zu bringen.
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Der Mischer 8 besteht aus einem rohrförmigen Gehäuse 82 mit einem
Einfülltrichter 84, durch den trockene Materialien, z*B. Füllstoffe, wie Kalziumkarbonat,
Asbest oder Ton von einer Fordervorrichtung 86 eingebracht werden. Flüssige Harze
werden von einem Behälter bzw.
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Mischer 88 in den Einfülltrichter gepumpt. Die trockenen und flüssigen
Materialien werden von einem Förderschnecken- und Mischrotor 90 durch eine Kammer
in dem Gehäuse 82 gefördert. Der Rotor sorgt für eine mechanische Bearbeitung der
Materialien, die, wenn sie einen Einlass 92 passieren, durch dm Verstärkungsfasern
z.B.
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aus Glas von einer Vorrichtung 94 zugeführt werden, völlig durchfeuchtet
und im wesentlichen gemischt sind.
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Auf diese Weise werden die Fasern in das Gemisch eingebracht, das
an dieser Stelle sehr zähflüssig ist, und werden mit-einem Minimum an mechanischer
Arbeit mit diesem gemischt, um ein Brechen der Fasern zu verhindern.
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Verstärkungsfasern, die nichc bruchempfindlich sind, können direkt
an dem Einfülltrichter 84 eingeführt werden.
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Das so gebildete Gemisch ist zähflüssig und teigartig und wird von
einem Auslass 96 kontinuierlich-in einen Einfülltrichter 98 der Transportvorrichtung
53 kontinuierlich gefördert.
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Ein weiterer Mischer loo ist schematisch in Fig. 6 gezeigt und besteht
aus einer drehbaren Platte 102, deren eine Stirnfläche eine Seite einer ringförmigen
Mischkammer 104 bildet, deren andere Seite von einer festen Fläche 106 gebildet
wird. Der Mischer hat einen zentralen Einfülltrichter 108, durch den die trockenen
Materialien von einer Fördervorrichtung 110 zugeführt und an der sich kontinuierlich
drehenden Platte 102 abgelagert werden. Die trockenen Materialien werden längs der
Stirnseite der Platte durch die Zentrifugalkraft nach aussen getragen. Ein flüssiges
Harz oder ein Gemisch aus flüssigen Harzmaterialien wird von dem Behälter bzw. Mischer
112 in die Kammer 44 gesprüht, um die trockenen Materialien, die ein zähflüssiges
Gemisch bilden, zu befeuchten. Die relative Bewegung zwischen der Platte und der
festen Fläche bewirkt, dass das Gemisch durch einen Umwälzvorgang weiter gemischt
wird, der die Verstarkungsfasern nicht bricht, die fein dispergiert werden. Das
Gemisch wird durch einen Auslass 114 in den Einfülltrichter 98 der Transportvorrichtung
53 ausgetragen.
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Ein weiterer Mischer 116 ist in Fig. 7 gezeigt und besteht aus einem
Einfülltrichter 118, in den die trockenen und flüssigen Materialien von einer Fördervorrichtung
llo und einem Behälter bzw. Harzmischer 112 gepumpt werden. Der Mischer ist mit
einem oder mehreren Flügeln 58 versehen, die sich in dem Einfülltrichter drehen,
um die trockenen und feuchten Materialien über die Wand des Einfülltrichters zu
verteilen bzw. zu verschmieren und dadurch eine völlige Durchfeuchtung zu erzielen,
Die Flügel sind so angeordnet, dass sie
die Materialien spiralförmig
verteilen und die durchfeuchteten und vorgemischten Materialien längs der Wand spiralförmig
umwälzen, um sie weiter zu mischen und das Gemisch zu einem Auslass 120 am unteren
Ende des Einfülltrichters zu transportieren. Der Mischer ist auch mit einer Förderschnecke
61 versehen, in die das Gemisch zum kontinuierlichen Transport von dem Einfülltrichterauslass
in die Transportvorrichtung 53 gedrückt wird Alle oben beschriebenen Mischer haben
sich als geeignet zur Verwendung mit den restlichen Teilen der Spritzgussanlage
erwiesen. Unabhängig davon, welcher Mischer verwendet wird, wird ein stark zähflüssiges,
teigartiges Gemisch zum Transport direkt dem Einlass 122 der Spritzgussmaschine
kontinuierlich zugeführt.
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Da die gezeigte Maschine intermittierend arbeitet, wie noch beschrieben
wird, um aufeinanderfolgend vorbestimmte Chargen des Gemischsin den Formhohlraum
79 zu spritzen, ist für einen intermittierenden Transport des Gemischs gesorgt,
das von dem Mischer kontinuierlich zugeführt wird Zu diesem Zweck weist die Transportvorrichtung
den Einfülltrichter 98 auf, der Flügel 124 und eine Schnecke 68 hat, die ähnlich
den Flügeln 58 und der Schnecke 61 dee in Fig. 7 gezeigten Mischers 116 arbeiten.
Die Flügel 124 der Transportvorrichtung sind so ausgebildet, dass sie die zuvor
gemischten Materialien spiralförmig längs der Einfülltrichterwand in die Transportschnecke
68 drücken. Eine derartige zwangsläufige Transportwirkung ist erforderlich, da die
hohe Viskosität des Gemischs ein Strömen nicht zulässt. Es können auch andere Transportvorrichtungen,
wie
Förderschnecken und/oder Stampfvorrichtungen verwendet werden. Wenn die Spritzgussmaschine
kontinuierlich arbeitet, kann die Schnecke 61 des Mischers 116 verwendet werden,
um das viskose Gemisch ohne eine gesonderte Transportvorrichtung unter Druck zuzuführen,
vorzugsweise wird die Spritzgussmaschine jedoch intermittierend betrieben und der
Einfülltrichter 98 der Transportvorrichtung 53 bildet eine Sammelzone für das Gemisch,
das kontinuierlich gemischt und zugeführt wird und die Flügel 124 und die Schnecke
68 werden nur gedreht, wenn die Spritzgussmaschine die Gemischzuführung durch den
Einlass 122 erfordert, Die in Fig. 5 gezeigte Spritzgussmaschine 52 ist von bekannter
Art und weist einen Zylinder 126 auf, in dem sich eine Förderschnecke 71 dreht.
Wenn sich die Förderschnecke dreht, wird das Gemisch durch den Einlass 122 gefördert
und von der Schnecke 71 in Fig. 5 nach links vorbei an einem Rückschlagventil 74
am Ende der Schnecke transportiert. Wenn sich das Gemisch am Ende der Schnecke ansammelt,
wird diese axial nach rechts verschoben, bis ein vorbestimmtes Gemischvolumen zwischen
dem Ende der Schnecke und der Düse 78 enthalten ist, Die Drehung der Schnecke 71
wird dann zusammen mit der Drehung der Transportschnecke 68 unterbrochen und ein
Kolben 128 am anderen Ende der Schnecke 71 wird nach links gedrückt, um das Gemisch
durch die Düse in die Formausnehmung 79 zu spritzen. Das Verfahren und die Vorrichtung,
die beschrieben wurden, eignen sich vor allem für wärmehärtende Harzgemische und
es ist während des Mischens und des Transports dafür zu sorgen, dass das
Gemisch
auf Temperaturen und Bedingungen unterhalb des wärmehärtenden Reaktionszustandes
gehalten wird. Die Arbeitsweise des Mischers und der Transportvorrichtung ist derart,
dass die Temperatur des Gemischs nur gering geändert wird und das enthaltene Harz
im flüssigen Zustand gehalten wird. Gegebenenfalls kann auf eine oder beide Vorrichtungen
ein Wärmeübertragungsmedium angewandt werden. Die Förderschnecke 71 weist tiefe
Gewindegänge auf, um nur eine Förderfunktion ohne wesentliche mechanische Arbeit
auszuüben, die zu einer erheblichen Änderung der Temperatur des Gemischs bzw. einer
Verschlechterung der Fasern führen würde. Um sicherzustellen, dass die Gemischtemperatur
auf einem im wesentlichen reaktionslosen Niveau gehalten wird, ist der Zylinder
126 mit Kanälen 75 versehen, durch die ein Wärmeübertragungsmedium zirkulieren kann.
Zusätzlich kann die Schnecke 71 in bekannter Weise mit Wärmeübertragungskanälen
versehen sein. Das Gemisch kann in den Formhohlraum durch eine Einfüllöffnung oder
einen Läufer gespritzt werden oder die Düse 78 kann so verlängert werden, dass sie
sich in die Form bis zu dem Hohlraum 79 erstreckt und kann ebenfalls mit Kanälen
oder Spiralen 130 für ein Wärmeübertragungsmedium versehen sein. Sobald das Gemisch
in dem Hohlraum ist, wird es schnell z.B. durch Erhitzen der Spritzform 80 in den
Reaktionszustand gebracht, damit das Gemisch reagiert und einen festen Kunststoffgegenstand
bildet0 Nachdem sich der Gegenstand ausreichend verfestigt hat, wird die Form geöffnet
und der Gegenstand wird aus dem Hohlraum in an sich bekannter Weise entfernt.
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Das oben beschriebene Verfahren und die Vorrichtung wurden erfolgreich
zum Mischen von trockenen Materialien, wie Kalziumkarbonatfüllstoff und Glasfasern
mit einer Länge von wenigstens 6 mm in einem flüssigen Harz, wie Polyester und anderen
Zusatzstoffen, wie Schmiermittel und Katalysatoren und zum Spritzgiessen derartiger,
feste Kunststoffgegenstände bildender Gemische verwendet.
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Zum Beispiel kann ein solches Gemisch etwa 45 % Pulver, 20 % Glasfasern
und 35 % flüssiges Harz enthalten. Die Verhältnisse können entsprechend den verwendeten
Materialien und den gewünschten Eigenschaften des hergestellten Gegenstandes erheblich
schwanken. Wie Untersuchungen gezeigt haben, behalten die gespritzten Gegenstände
ihre physikalischen Eigenschaften sehr gut bei.
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Ausserdem wurden so gespritzte Gegenstände verbrannt, um das Harz
zu beseitigen und die Verstärkungsfasern freizulegen, wobei sich zeigte, dass ein
grosser Teil der ursprünglichen Glasfaserbündel unversehrt in ihren ursprünglichen
Längen vorhanden waren.