DE2344791A1

DE2344791A1 - Vorrichtung zum schmelzen und verteilen von thermoplastischen materialien

Info

Publication number: DE2344791A1
Application number: DE19732344791
Authority: DE
Inventors: Albert Eugene Newton
Original assignee: USM Corp
Current assignee: USM Corp
Priority date: 1972-09-26
Filing date: 1973-09-05
Publication date: 1974-04-04
Also published as: AU6060973A; CA1018346A; AT323301B; GB1446353A; US3776426A; JPS49101454A; ZA737559B; JPS5641308B2; SE403890B; ES419275A1; DE2344791C2; FR2200093B1; NL7312940A; IT995511B; FR2200093A1; CH560072A5

Description

23U791

München, den

Mein Zeichen: P 1775
Anmelder: USM CORPORATION

Flemington/New Jersey - USA Zustelladresse: 140 Federal Street

Boston/Mass. 02107 USA

Vorrichtung zum Schmelzen und Verteilen von thermoplastischen Materialien

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schmelzen und Verteilen von thermoplastischen Materialien wie Klebstoffen, die auch als Heißschmelzklebstoffe bekannt sind. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Vorrichtung zur Handhabung thermoplastischen Materials, das in Form einer langgestreckten, flexiblen Stange erhalten wird, wie z.B. in der US-PS 2 874 084 erläutert ist. Die Erfindung kann auf tragbare, handbetätigte Klebemittelextrudier**Pistolen angewandt werden, wie sie im Haushalt oder der Leichtindustrie benutzt werden und die z.B. in der US-Patentanmeldung 187 781 beschrieben sind. Die Erfindung ist auch zur Anwendung in der schwereren Industrie geeignet, wenn man die Schmelzkammer vergrößert und die Vorrichtung in ein Gerät mit einem mechanisierten Beschickungssystem einbaut.Solch ein Gerät wird allgemein z.B. beim Auftragen von Klebstoffen, bei der Herstellu- σ

409814/0858

• O --.

von Schuhen oder bei der Herstellung von Verpackungsbehältern verwendet.

Heißschmelzklebstoffe haben viele Vorteile, da sie frei von Lösungsmitteln sind und schnell härten. Aus vielen Gründen wie der bequemen Klebstoffzufuhr und der geringen Zeit, während der der Klebstoff auf erhöhten Temperaturen gehalten wird, haben die Schmelz- und Auftragsysteme mit direkter Durchführung des .thermoplastischen Materials, wie sie in der US-PS 2 874 084 beschrieben sind, weite Anwendung gefunden. Beispiele der Anwendung solcher Vorrichtungen auf Handklebstoffextruder sind in den US-PS 3 29 8 572 und 3 337 09 3 beschrieben. Bei solchen Systemen wird je nach Anforderung der Schmelzkammer eine Stange oder ein Strang thermoplastischen Klebstoffs zugeführt. Der Klebstoff wird in der Kammer geschmolzen und dann auf eine Aufnahmefläche aufgetragen. Der Klebstoff wird durch die kolbenartige Wirkung der Klebstoffstange durch die Vorrichtung gedrückt, die in die Schmelzkammer bewegt wird, z.B. durch Drehung von Beschickungsrollen oder einen anderen Vorschubmechanismus, der die Klebemittelstange oder den Klebemittelstrang in einen Einlaß der Schmelzkammer vorrückt.

Obwohl die Schaffung von Handklebstoffextrudern mit Durchführungsschmelzkammern zu erheblichem Erfolg führte, bleiben beträchtliche Beschränkungen hinsichtlich der relativ niedrigen Schmelzkapazität der Schmelzkörper oder der Schmelzkammern bei diesen üblichen Durchführungsvorrichtungen. Wegen dieser begrenzten Schmelzkapazität haben die Durchführungsvorrichtungen in Form von Handextrudern für die Anwendung im Haushalt nur begrenzte und für Anwendungsfälle in der Leichtindustrie überhaupt keine Anwendung gefunden. Wegen der begrenzten Kapazität der vorhandenen Schmelzkammern ist es außerdem wirtschaftlich nicht durchführbar, eine mechanische Beschickungseinrichtung zum Vorschub der Stange oder des Strangs thermoplastischen Klebstoffs in und durch die Schmelzkammern zu schaffen. 4098U/0858

Ein weiteres Problem der Schmelzkammern niedriger Kapazität 1st die Neigung geschmolzener Klebstoffe, längs des Einlaßkanals oder des Einlaßrohrs zurückgedrückt zu werden, wenn die Bedienungsperson versucht, die Schmelzkammer zu übersteuern. Durch die Erfindung werden diese Beschränkungen üblicher Durchführungsklebstoffextruder dadurch überwunden, daß eine Schmelzkammer geschaffen wird, die für ihre Größe eine merklich erhöhte Schmelzkapazität hat, um das Schmelzen von vorrückendem thermoplastischem Material ohne die Notwendigkeit der Erhöhung der Schmelztemperatur über die derzeit angewandte zu erhöhen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die zuvor erwähnten Nachteile zu beseitigen. Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung, wird nachstehend anhand der Figuren 1 bis 4 beispielsweise erläutert. Es zeigt:

Figur 1 in auseinandergezogener Anordnung eine perspektivische Darstellung einer Ausfuhrungsform der Erfindung,

Figur 2 eine Endansicht der geschnittenen und zusammengebauten Vorrichtung der Fig. 1,

Figur 3 eine Aufsicht eines der in Fig. 1 gezeigten Blöcke, und

Figur 4 eine Aufsicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Der beschriebene Extruder zum Schmelzen und Verteilen von thermoplastischem Material wie Klebstoffen ist in seinen

4098U/08 5 8

bevorzugten Ausführungsformen zum Einbau in eine Handklebstoff pistole zur Verwendung im Haushalt oder zur industriellen Anwendung geeignet. Der Extruder weist einen Hauptkörper mit einer Schmelzkammer auf, in deren eines Ende ein Einlaßkanal führt und mit deren anderem Ende eine Abgabekanaleinrichtung verbunden ist. Die Schmelzkammer hat eine Querschnittefläche, die bei der bevorzugten Ausführungsform einen runden Umfang hat und deren Querschnitt vom Einlaßende zum Abgabeende fortschreitend abnimmt. Der Hauptkörper hat auch eine Sammelleitung, die parallel zu der Schmelzkammer verläuft und sich in die Abgabekanaleinrichtung an dem Abgabeende der Schmelzkammer öffnet. Die Schmelzkammer und die Sammelleitung haben mehrere zwischengeschaltete Querleitungen, so daß das thermoplastische Material, wenn es während des Durchgangs durch die Kammer schmilzt, durch die Querleitungen aus der Schmelzkammer austreten kann, in der Sammelleitung gesammelt wird und so die Sammelleitung zum Abgabekanal durchquert und die Schmelzkammer von dem verflüssigten thermoplastischen Material vorteilhafterweise befreit.

Die in den Zeichnung gezeigte bevorzugte Ausführungsform, die die zuvor erwähnten Merkmale aufweist, hat einen Hauptkörper 10 (Fig. 1), der aus zwei langgestreckten, rechteckigen Blöcken 12 und 14 gebildet ist. Die Blöcke 12 und 14 sind aus einem geeigneten wärmeleitenden Material wie Aluminium hergestellt und mittels Schrauben 16 (Fig. 2, 3) aufeinanderliegend verbunden. Bekannte Heizeinrichtungen 17 sind in den Blöcken 12 und 14 angeordnet.

Wie die Fig. 1 und 3 zeigen, sind die Blöcke 12 und 14 ausgeschnitten und bilden einen Einlaßkanal 18, in dem ein Ende einer Einlaßdichtungsvorrichtung 20 angeordnet ist. Axial fluchtend mit dem Kanal 18 verläuft die Schmelzkammer 22. Der Einlaßkanal 18 und das Einlaßende der Schmelzkammer 22 haben eine Querschnittsform und -größe, die im wesentlichen komplementär zu der Querschnittsform

4098U/0858

23U791

und -größe des Körpers aus thermoplastischem Material ist, der axial aufgenommen werden soll. In Längsrichtung durch die Schraelzkammer 22 nimmt der Querschnitt der Schmelzkammer 22 zu dem Ende hin fortschreitend ab, wo die Schmelzkammer 22 in den Abgabekanal 24 mündet. An dem Abgabeende des Hauptkörpers 10 ist eine Abgabedüse 26 axial fluchtend mit dem Abgabekanal 24 in der Schmelzkammer 22 angeordnet. Es sind verschiedene Düsen im Handel erhältlich und ihre Einzelheiten sind für die Erfindung nicht kritisch.

Bei der in den Fig. 1 und 3 gezeigten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat die Schmelzkammer 22 einen kreisförmigen Querschnitt am Einlaßende und eine von dem Binlaßende aus fortschreitend zu einem rechteckigen Querschnitt am Auslaßende abnehmende Querschnittsfläche. Bei dieser Ausführungsform beträgt der Durchmesser der Schmelzkammer 22 am Einlaßende etwa 1,27 dm und nimmt auf eine rechteckige öffnung am Auslaßende von 0,16 χ 0,63 cm ab.

Das völlige Schmelzen der vorrückenden Klebstoffstange kann innerhalb der Schmelzkammer 22 dadurch sichergestellt werden, daß ihre minimale Austrittsöffnung etwa 0,16 cm beträgt. Dieser Wert kann der Durchmesser einer kreisförmigen öffnung oder die Breite einer rechteckigen öffnung sein. Diese Abmessung verringert den erforderlichen Wärmeweg durch die schmelzende Klebstoffstange auf.einen Wert, der, wie bekannt ist, ein völliges Schmelzen des Klebstoffs bewirkt.

Der allgemeine Vorteil der beschriebenen Erfindung kann mit einer vom Einlaßende zur Abgabeöffnung kreisförmigen Schmelzkammer erreicht werden. Wenn sich jedoch der Querschnitt einer rechteckigen Form am Abgabeende nähert, kann ein größerer erhitzter Flächenbereich einem größeren Querschnitt austretenden Klebstoffs ausgesetzt werden. Solch ein erhöhter Wärmeaustausch, der eine relativ größere

4098U/08 5 8

7344

Grenzfläche zwischen dem Klebstoff und der Kammer 22 ermöglicht, kann ein zusätzliches Schmelzen und die Durchführungskapazität fördern.

Bei der dargestellten Ausführungsform der Fig. 1 und 3 nimmt die Querschnittsfläche der Schmelzkammer 22 fortschreitend ab und ändert vom Einlaßende zum Abgabeende ihre kreisförmige Form in eine rechteckige Form. Bei einer anderen, in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform ist der Querschnitt der Schmelzkammer 22 wiederum im wesentlichen kreisförmig. Jedoch nimmt die Querschnittsfläche stufenweise fortschreitend ab. Dies bedeutet, daß der Durchmesser der Schmelzkammer 22 zwischen benachbarten Querleitungen 28 (die später erläutert werden) auf einem konstanten Wert bleibt und fortschreitend von Abschnitt zu Abschnitt schrittweise abnimmt. Bei der dargestellten Ausfuhrungsform beträgt der Durchmesser des ersten Abschnitts 22¹ nahe dem Einlaßkanal etwa 1,27 cm und an dem nächstbenachbarten Abschnitt bei 22" hat der Durchmesser auf etwa 1,23 cm abgenommen.

Intermittierend und vorzugsweise regelmäßig längs der Schmelzkammer 22 (z.B. in Intervallen von 1,27 cm) sind vom Einlaßende zum Abgabeende hin Querleitungen 28 angeordnet. Bei den beschriebenen Ausführungsformen sind diese radial in die Blöcke 12 und 14 mit einer Tiefe gefräst, die den Durchmesser der Schmelzkammer 22 überschreitet und haben eine Breite von etwa 0,16 cm. Die Querleitungen 28 erstrecken sich von der Schmelzkammer 22 zu einer Sammelleitung 30, die ebenfalls ein in die Blöcke 12 und 14 gefräster Bereich ist. Wie die Fig. 1, 3 und 4 zeigen, verläuft die Sammelleitung 30 parallel zu der Schmelzkammer 22. Die Sammelleitung kann sich axial längs einer Seite der Schmelzkammer 22 erstrecken und kann bei bestimmten Ausführungsformen die gesamte Schmelzkammer 22 im wesentlichen umgeben. Bei den gezeigten Ausführungsformen wird die Sammelleitung 30 von

A098U/0858

zwei Längsschlitzen gebildet, die an jeder Seite (oben und unten) der vorhandenen Schmelzkammer 22 angeordnet sind. Wie ersichtlich ist, nimmt der Querschnitt der Sammelleitung 30 entsprechend der Abnahme des Durchmessers der Schmelzkammer 22 von dem Einlaßende zu dem Abgabeende hin etwas zu.

Bei den dargestellten Ausführungsformen ist die Schmelzkannner mit Nuten 32 (Fig. 4) versehen, die deren Umfang im weseBtlichen umgeben. Die Nuten 32 dienen als Sammelnuten für geschmolzenen Klebstoff, der radial aus der Kammer 22 strömt, uir> den Abtransport von der vorrückenden Stange zu fördern. Die Nuten 32 begünstigen auch den Vorschub geschmolzenen Klebstoffs zu den Querleitungen 28 und zu der Sammelleitung 30.

Wie bei einigen der in den obigen Druckschriften erläuterten Schmelzklebstoffextrudern, können Thermostaten eingebaut werden, um die Temperatur in der Schmelzkammer 22 auf einem vorbestimmten Pegel zu halten.

Beim Betrieb des Extruders wird das zu schmelzende thermoplastische Material wie eine Klebstoffstange R (Fig. 3) durch das Einlaßrohr 20 in den Einlaßkanal 18 und in die Schmelzkammer 22 gedrückt. Die Stange R wird in dem Anfangsteil der Schmelzkammer 22 dicht aufgenommen und kann mit deren Seiten in Berührung kommen. Heizelemente 17 halten den Körper 10 auf einer Temperatur über der Schmelztemperatur des Klebstoffs. Wenn die Stange R die Wände der Kammer 22 berührt, wird das Schmelzen der Stange R eingeleitet. Wenn die Stange weiter durch die Schmelzkammer 22 gedrückt wird und der Klebstoff schmilzt, kann der verflüssigte Klebstoff die Schmelzkammer durch Austritt durch die Querleitungen 28 in die Sammelleitung 30 verlassen. Da die Sammelleitung 30 ebenfalls innerhalb der hochleitenden Blöcke 12 und 14 liegt, kann der

409814/08 5 8

thermoplastische Klebstoff innerhalb der Sammelleitung in seinem geschmolzenen Zustand gehalten werden.

Da der Klebstoff an der Oberfläche der vorrückenden Stange schmilzt, nimmt die Querschnittsfläche der vorrückenden Stange ab. Daher nimmt die Schmelzkammer 22 der Erfindung in Richtung des vorrückenden Klebstoffs ab, um sicherzustellen, daß die vorrückende Stange die erhitzten Seitenwände der Schmelzkammer 22 berührt oder nahezu berührt. Dadurch, daß sichergestellt wird, daß der äußere, geschmolzene Klebstoff abgegeben wird, wenn die feste Klebstoffstange durch die sich verjüngende Schmelzkammer 22 vorrückt, wird frisches, ungeschmolzenes Material den erhitzten Wänden der Schmelzkammer 22 ausgesetzt. Durch Abstreifen des flüssigen Klebstoffs, des geschmolzenen Klebstoffs und durch direkte Berührung einer jeden darunterliegenden Schicht nicht geschmolzenen Klebstoffs mit der erhitzten Innenwand der Schmelzkammer 22, kann eine Beeinträchtigung des zuvor geschmolzenen Klebstoffs, der versucht, seinen Weg axial durch die Schmelzkammer 22 zu der Düse 26 zu finden, vermieden werden. In ähnlicher Weise wird das Bestreben des geschmolzenen Klebstoffs, die Innenwände der Kammer 22 zu überziehen und als stagnierender Isolator zu wirken, der die Wärmeströmung in die inneren Teile der ungeschmolzenen Stange verhindert oder unterbricht, vermieden .

Da jede geschmolzene Schicht Klebstoff von der vorrückenden Stange schnell abgestreift oder abgekratzt und durch die Querleitungen 28 und die Sammelleitung 30 zu dem Abgabebereich verteilt wird, wird die Schmelzwirkung des Schmelzextruders der Erfindung stark erhöht.

Unabhängig von dem besonderen Anwendungsfall der Schmelzvorrichtung der Erfindung (Bemessung von Klebstoff oder anderen thermoplastischen Materialien), hat sie die be-

4098U/0858

stimmten Vorteile extremer Einfachheit, gekoppelt mit sehr wirksamer Heiz- und Schmelzwirkung, die ohne sich bewegende Teile in der Schmelzkammer erhalten werden. Aufgrund der direkten Berührung der festen Klebstoffstange, das Quetschen der Stange während ihres Vorschubs und dadurch, daß das geschmolzene thermoplastische Material aus dem anfänglichen Schmelzbereich austritt, wurde die Durchsatzkapazität der Vorrichtung erheblich verbessert.

409814/08 5 8

Claims

Patentansprüche

1./Vorrichtung zum Schmelzen und Verteilen thermoplastischen Materials, bestehend aus einem Hauptkörper mit einer Schmelzkammer, einem Einlaßkanal, der in ein Ende der Kammer führt, und einem Abgabekanal, der mit dem anderen Ende der Kammer verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzkammer (22) einen Querschnitt hat, der von dem Einlaßende (18) zu dem Abgabeende (24) fortschreitend abnimmt, daß der Hauptkörper (10) auch eine Sammelleitung (30) hat, die parallel zu der Schmelzkammer (22) angeordnet ist und in den Abgabekanal (24) mündet, daß die Schmelzkammer (22) und die Sammelleitung (30) mehrere zwischengeschaltete Querleitungen (28) haben, so daß während des Schmelzens des thermoplastischen Materials, wenn es die Schmelzkammer (22) durchquert, geschmolzenes, verflüssigtes Material durch die Querleitungen (28) aus der Kammer (22) in die Sammelleitung (30) austreten und die Sammelleitung (30) zu dem Abgabekanal (24) durchqueren kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände der Schmelzkammer (22) mehrere Quersammelnuten (32) aufweisen, die in Abständen angeordnet und mit den Querleitungen (28) verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch mehrere Sammelleitungen (30), die symmetrisch um die Schmelzkammer (22) angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Schmelzkammer (22) längs der Schmelzkammer (22) zwischen aufeinanderfolgenden Querleitungen (22¹, 22") fortschreitend abnimmt.

409814/0858

73U791

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Schmelzkammer (22) zwischen aufeinanderfolgenden Querleitungen im wesentlichen konstant bleibt, und daß der Querschnitt der Schmelzkammer (22) von Abschnitt (22') zu Abschnitt (22") fortschreitend abnimmt.

A098U/0858

Leerseite