DE2832805A1 - Vorrichtung zum schmelzen und dosierten abgeben von thermoplastischem material - Google Patents

Vorrichtung zum schmelzen und dosierten abgeben von thermoplastischem material

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    • B29B13/02—Conditioning or physical treatment of the material to be shaped by heating
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Description

OR. BERG D f P ι . - I MO. in APF "Schmelzkammer"
^-ING. SCWAEt 1J*. CH. \if.l !DWAlR
IMONCHEKiU ■ MAÜtafciRCHEflSTH.45
Anwaltsakte: 29 371 26.JuIi 1978
HILTI AKTIENGESELLSCHAFT IN SCHAAN (Fürstentum Liechtenstein)
Vorrichtung zum Schmelzen und dosierten Abgeben von thermoplastischem Material
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schmelzen und dosierten Abgeben von thermoplastischem Material, mit einem Gehäuse, einer darin angeordneten Schmelzkammer, einem mündungsseitig an die Schmelzkammer anschliessenden, Austrittsöffnungen für das Schmelzgut aufweisenden Verschlussteil und einem in der Schmelzkammer angeordneten Verdrängungskörper.
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Vorrichtungen der oben genannten Art finden in Gewerbe und Industrie in zunehmendem Masse Verwendung. Gegenüber den seit längerem, hauptsächlich in der Schuhindustrie im Einsatz stehenden, stationären Vorrichtungen, werden im Gewerbe hauptsächlich handliche, mobile Geräte verwendet. Im Gegensatz zu den meistens in einem Fabrikationsprozess eingesetzten Vorrichtungen in der Industrie, bei denen die Abgabemenge des geschmolzenen, thermoplastischen Materials relativ konstant bleibt, ist bei den tragbaren Geräten die Abgabemenge im Laufe der Zeit sehr unterschiedlich. Wird die Schmelzleistung des Heizkörpers auf den Spitzenwert ausgelegt, und bleibt das Gerät während einiger Zeit liegen, so erhitzt sich die ganze Schmelzkammer zu stark, sodass das thermoplastische Material bereits am eintrittsseitigen Ende der Schmelzkammer geschmolzen wird. Bei entsprechender Stellung des Gerätes kann das verflüssigte Material sodann nach rückwärts ausfHessen und den gesamten Vorschubmechanismus blockieren.
Um mit einem relativ kleinen Heizkörper eine grosse Schmelzleistung zu erzielen, sind bereits Geräte bekannt, bei denen durch konstruktive Gestaltung die Kontaktfläche mit dem thermoplastischen Material vergrössert wird. Diese Massnahme führt jedoch nur teilweise zum Ziel. Da die Schmelzwärme von aussen nach innen zugeführt wird, dauert das Schmelzen des Kerns wesentlich länger, als des ihn umgebenden Teils. Durch Teile des noch festen Kerns können die Austrittsöffnungen zumindest teilweise verstopft werden, wodurch die Abgabe von geschmolzenem Material verhindert wird.
Diese Problematik wurde erkannt und bei einer bekannten Vorrichtung ist versucht worden, durch Anordnen eines Verdrängungskörpers in der Schmelzkammer diese Nachteile zu beheben. Der Verdrängungskörper ist durch zwei ihn durchdringende, quer durch die
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Schmelzkammer verlaufende Heizkörper in der Schmelzkammer abgestützt. Zwischen dem Verdrängungskörper und der Innenwandung der Schmelzkammer verbleibt ein konzentrischer Ringspalt. Bei diesem Gerät erfolgt die Zufuhr der Schmelzwärme praktisch ausschliesslich über den Verdrängungskörper. Somit ist wiederum keine allseitige, gleichmässige Wärmezufuhr möglich. Durch die bei den meisten thermoplastischen Materialien beim Schmelzen auftretende Volumenvergrosserung entsteht im Bereich des Ringspaltes weiterhin ein Deberdruck, wodurch bereits verflüssigtes Material aus dem eintrittseitigen Ende der Schmelzkammer herausgedrückt werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Schmelzen und dosierten Abgeben von thermoplastischem Material zu schaffen, die einerseits eine gute Schmelzleistung aufweist und bei der andererseits in eingeschaltetem Zustand auch bei längerem Nichtgebrauch das thermoplastische Material im eintrittseitigen Bereich der Schmelzkammer fest bleibt.
Gemäss der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass der Verdrängungskörper mit dem Verschlussteil verbunden ist und sich vom mündungsseitigen Ende her etwa über einen Drittel der Schmelzkammer länge erstreckt.
Dadurch, dass der Verdrängungskörper mit dem Verschlussteil verbunden ist, ergibt sich bei geeigneter Materialwahl eine gute Wärmeleitung von der beheizten Schmelzkammer über das Verschlussteil zum Verdrängungskörper. Die wärmste Stelle am Verdrängungskörper befindet sich somit an der Verbindungsstelle des Verdrängungskörpers mit dem Verschlussteil. Falls einzelne Teilchen des thermoplastischen Materials bis an diese Stelle gelangen, ohne zu schmelzen, so werden sie hier durch die hohe Temperatur geschmol-
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zenf sodass sie die Austrittsöffnungen nicht verstopfen können. Da sich der Verdrängungskörper vom mündungsseitigen Ende her nur etwa über einen Drittel der Schmelzkammerlänge erstreckt, tritt der Schmelzvorgang des thermoplastischen Materials infolge der Wärmeleiteigenschaft erst etwa im mittleren Drittel der Schmelzkammer ein. Auch wenn längere Zeit keine Abgabe von geschmolzenem Material erfolgt, bleibt dagegen das thermoplastische Material im· rückwärtigen Bereich der Schmelzkammer fest.
Für eine möglichst gute Wärmeleitung vom Verschlussteil auf den Verdrängungskörper ist es vorteilhaft, dass der Verdrängungskörper mit dem Verschlussteil einstückig ausgebildet ist. Neben der beispielsweise gegenüber einer Gewindeverbindung besseren Wärmeleitung hat eine solche Ausbildung ausserdem wirtschaftliche Vorteile, indem eine einstückige Ausführung einfacher und demnach auch billiger herzustellen ist. Dabei entfällt ein zusätzlicher Montagevorgang.
Für ein gleichmässiges Schmelzen des thermoplastischen Materials rund um den Verdrängungskörper und einen möglichst geringen Strömungswiderstand ist es zweckmässig, dass der Verdrängungskörper zentral zu einer Mehrzahl von ihn umgebenden Austrittsöffnungen angeordnet ist. Durch eine solche zentrale Anordnung des Verdrängungskörpers wird auch sichergestellt, dass die Wärmeverteilung rund um den Verdrängungskörper gleichmässig erfolgt.
Wie bereits erwähnt, tritt beim Schmelzen der meisten thermoplastischen Kunststoff-Materialien eine Volumenvergrosserung auf. Um nun durch diese Volumenvergrösserung einen hohen Druckaufbau in der Schmelzkammer zu vermeiden, ist es vorteilhaft, dass der Verdrängungskörper sich zum mündungsseitigen Ende der Schmelzkammer hin konisch verjüngt. Durch diese Verjüngung des Verdrän-
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gungskörpers vergrössert sich der Ringspalt zwischen dem Verdrängungskörper und der Innenwandung der Schmelzkammer zum mündungsseitigen Ende der Schmelzkammer hin. Die iJuerschnittserweiterung verringert ausserdem die Auswirkung eines allfälligen Druckaüfbaues "im Bereich des Verdrängungskörpers auf den rückwärtigen Bereich.
Die Verjüngung des Verdrängungskörpers muss einerseits ein gewisses Mindestmass betragen, um überhaupt eine Wirkung zu haben. Andererseits darf diese Verjüngung aber auch nicht zu gross sein, um nicht bei maximaler Schmelzleistung einen unterdruck in der Schmelzkammer zu bewirken. In der Praxis hat es sich als zweckmässig erwiesen, dass die Verjüngung des Verdrängungskörpers etwa 1 : 15 beträgt. Bei einem solchen Verjüngungsverhältnis treten die genannten, nachteiligen Erscheinungen nicht auf.
Um zu erreichen, dass die Temperatur des_ Verdrängungskörpers an seinem freien Ende allseitig etwa gleich hoch ist, kann gemäss einem weiteren Vorschlag der Erfindung das freie Ende des Verdrängungskörpers kalottenförmig ausgebildet sein. Im Gegensatz zu einem solchen, halbkugelförmig ausgebildeten Ende ist bei einem beispielsweise spitz zulaufenden Verdrängungskörper die Temperatur an der Spitze des Verdrängungskörpers wesentlich geringer als in den übrigen Bereichen.
Die üblicherweise verwendeten thermoplastischen Materialien weisen in festem Zustand die Form eines Stabes auf. Der Durchmesser dieser Stäbe variiert jedoch in der Praxis sehr stark. Es ist daher recht schwierig, das eintrittseitige Ende der Schmelzkammer gegen ein Heraustropfen von geschmolzenem Material abzudichten. Um die Stäbe von unterschiedlichem Durchmesser gut in
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die Schmelzkammer einführen zu können, ist es daher zweckmässig, dass sich die Innenwandung der Schmelzkainmer über die gesamte Länge konisch verjüngt. Somit bildet der noch feste, an der Innenwandung der Schmelzkammer anliegende Teil des Stabes selbst die Abdichtung der Schmelzkainmer.
Damit der Beginn der Anlage des Stabes an der Wandung der Schmelzkammer innerhalb eines bestimmten Bereiches erfolgt, ist es vorteilhaft, dass die Verjüngung der Schmelzkammer etwa 1 : 50 beträgt. Eine solche Verjüngung genügt, um die auftretenden Durchmesserabweichungen auszugleichen.
Bei abweichendem Querschnitt des Stabes oder bei zu hohem Vorschubdruck kann es vorkommen, dass trotzdem ein Teil des Schmelzgutes nach rückwärts verdrängt wird. Damit nun dieses Schmelzgut nicht aus der Schmelzkainmer austreten kann, ist es zweckmässig, dass die Schmelzkammer an ihrem eintrittseitigen Ende eine Ringnut aufweist. Das flüssige Material wird in der Ringnut aufgenommen und bildet dadurch eine zusätzliche Abdichtung.
Die Erfindung soll nachstehend anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert werden. Diese zeigt eine erfindungsgemasse Vorrichtung, teilweise im Schnitt dargestellt.
Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse 1 mit einem seitlich daran angeordneten Handgriff 2. Am Handgriff 2 sind ein bei Betätigung die Abgabe von thermoplastischem Material bewirkender Drücker 3 sowie die elektrische Zuleitung 4 ersichtlich. Im Gehäuse 1 ist eine insgesamt mit 5 bezeichnete Schmelzkammer angeordnet. Die Schmelzkainmer 5 weist ein münduhgsseitiges Ende 5a und ein eintrittseitiges Ende 5b auf. Die Schmelzkainmer
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ist am eintrittseitigen Ende 5b mittels einer Isolationshülse 6 und am mündungsseitigen Ende 5a mittels eines Isolationsringes 7 im Gehäuse 1 abgestützt. Auf der Aussenseite der Schmelzkammer 5 ist ein Rohrheizkörper 8 angeordnet. Der Rohrheizkörper 8 dient zum Aufheizen der Schmelzkammer 5. Die Isolationshülse 6 sowie der Isolationsring 7 behindern den Wärmeübergang von der Schmelzkammer 5 auf das Gehäuse 1. Am mündungsseitigen Ende 5a der Schmelzkammer 5 ist ein insgesamt mit 9 bezeichnetes Verschlussteil eingeschraubt. Ein Kleberstab 10 ragt aus dem dem Verschlussteil 9 entgegengesetzten rückwärtigen Ende des Gehäuses 1. Der Kleberstab 10 wird bei Betätigung des Drückers 3 über eine nicht dargestellte, an sich bekannte Transporteinrichtung in die Schmelzkammer 5 transportiert. Das Verschlussteil 9 weist in einen zentralen Sammelkanal 9a mündende Austrittsöffnungen 9b auf. In der Schmelzkammer 5 wird der Kleberstab 10 geschmolzen und geht in flüssiges Schmelzgut 11 über. Am vorderen Ende des Verschlussteils 9 ist eine Düse 12 angeordnet. In der Düse 12 befindet sich ein aus einer Feder 13 und einer durch die Feder 13 belasteten Kugel 14 bestehendes Einwegventil. Dieses Ventil verhindert ein Tropfen des Schmelzgutes 11 aus der Düse 12, wenn der Drücker 3 nicht betätigt wird. Baut sich dagegen in der Schmelzkammer 5 durch Betätigung der Transporteinrichtung über den Drücker 3 ein Druck auf, der sich über die Austrittsöffnungen 9b und den Sammelkanal 9a fortpflanzt, so wird die Kugel 14 entgegen der Kraft der Feder 13 verschoben und das Einwegventil öffnet sich, sodass Schmelzgut 11 aus der Düse 12 austreten kann. In der Schmelzkammer 5 ist ein Verdrängungskörper 9c angeordnet. Der Verdrängungskörper 9c ist mit dem Verschlussteil 9 einstückig verbunden. Der Verdrängungskörper 9c ist zum mündungsseitigen Ende 5a der Schmelzkammer 5 hin konisch verjüngt ausgebildet. Die Verjüngung
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des Verdrängungskörpers 9c beträgt etwa 1:15. Das freie Ende 9d des Verdrängungskörpers 9c ist kalottenförmig ausgebildet. Dadurch wird bewirkt, dass der Verdrängungskörper 9c an seiner Oberfläche etwa allseitig die gleiche Temperatur aufweist.
Die Innenwandung 5c der Schmelzkammer 5 ist über die gesamte Länge zum mündungsseitigen Ende 5a hin konisch verjüngt ausgebildet. Diese Verjüngung der Schmelzkammer 5 beträgt etwa 1 : Durch die konische Ausbildung der Schmelzkammer 5 wird ein sattes Anliegen des Kleberstabes 10 an der Innenwandung 5c der Schmelzkammer 5 und somit eine gute Schmelzleistung bewirkt. Die Schmelzkammer 5 weist an ihrem eintrittseitigen Ende 5b eine Ringnut 5d auf. Diese Ringnut 5d bewirkt, dass allfällig nach hinten verdrängtes Schmelzgut 11 in der Ringnut 5d entspannt und aufgenommen wird. Somit wirkt dieses thermoplastische Material als zusätzliche Dichtung am eintrittseitigen Ende 5b der Schmelzkammer 5.
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Claims (9)

  1. Vorrichtung zum Schmelzen und dosierten Abgeben von thermoplastischem Material, mit einem Gehäuse, einer darin angeordneten Schmelzkammer, einem mündungsseitig an die Schmelzkammer anschliessenden, Austrittsoffnungen für das Schmelzgut aufweisenden Verschlussteil und einem in der Schmelzkammer angeordneten Verdrängungskörper, dadurch gekennzeichnet , dass der Verdrängungskörper (9c) mit dem Verschlussteil (9) verbunden ist und sich vom mündungsseitigen Ende (5a) her etwa über einen Drittel der Schmelzkainmerlänge erstreckt.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungskörper (9c) mit dem Verschlussteil (9) einstückig ausgebildet ist.
  3. 3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungskörper (9c) zentral zu einer Mehrzahl von ihn umgebenden Austrittsoffnungen (9a) angeordnet ist.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungskörper (9c) sich zum mündungsseitigen Ende (5a) der Schmelzkammer (5) hin konisch verjüngt.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verjüngung des Verdrängungskörpers (9c) etwa 1 : 15 beträgt.
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  6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende (9d) des Verdrängungskörpers (9c) kalottenförmig ausgebildet ist.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Innenwandung (5c) der Schmelz— kammer (5) über die gesamte Länge gegen das mündungsseitige Ende (5a) hin konisch verjüngt.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verjüngung der Schmelzkammer (5) etwa 1 : 50 beträgt.
  9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzkammer (5) an ihrem eintrittseitigen Ende (5b) eine Ringnut (5d) aufweist.
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