DE3612644C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einspritzvorrichtung vom Kolbentyp nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist bekannt, BMC-Materialien, z. B. ungesättigte Polyesterharze, die Glasfasern enthalten, von verschiedenen Zusammensetzungen und Eigenschaften zur Durchführung von Formpreßverfahren zu verwenden. In Formkörpern aus diesen Materialien hängen die mechanischen Eigenschaften dabei vom Zustand der Fasern in den Formkörpern ab und die mechanische Festigkeit der Produkte wird größer und besser, wenn die Fasern der Materialien länger und möglichst nicht gebogen oder gekrümmt sind. Die Länge der verstärkenden Fasern in den Formkörpern hängt dabei nicht nur von den eingesetzten Glasfasern ab, sondern vielmehr auch von dem Formverfahren, das angewandt wird. Erwünscht ist ein Formverfahren, bei dem eine Schädigung der Glasfasern so gering wie möglich ist, um die mechanischen Eigenschaften der herzustellenden Formkörper zu verbessern.

Aus der CH-PS 2 47 291 ist eine Einspritzvorrichtung vom Kolbentyp mit einem einzelnen Zylinder mit einer Einspritzdüse an der freien Stirnseite des Zylinders, einem im Zylinder angeordneten, zu einer axialen Hin- und Herbewegung befähigten Kolben, einer hydraulischen Presse zum Einspeisen der Materialien, die mit dem Zylinder über einen Auslaß kommuniziert und einer hydraulischen Kolbenzylinderanordnung zur axialen Betätigung des Kolbens bekannt, bei der eine Dosierkammer mit einem variablen Volumen für die Materialien, begrenzt durch die innere Oberfläche des Zylinders, die freie Stirnseite desselben und den Kolben gebildet wird und der Kolben dem Zylinder angepaßt ist, über den das Material zur Zylinderöffnung gedrückt wird und wobei eine hydraulische Presse vorhanden ist, durch die die Materialien in den Zylinder gedrückt werden.

Eine weitere Einspritzvorrichtung vom Kolbentyp zum Herstellen von Gummiformartikeln, die der in der CH-PS 2 47 291 beschriebenen Vorrichtung ähnlich ist, ist aus der DE-PS 12 70 271 bekannt.

Aus der DE-PS 9 00 997 ist ferner eine Einspritzvorrichtung vom Kolbentyp mit einer Doppel-Zylinderanordnung mit einem äußeren Zylinder mit einer Einspritzdüse an der Stirnseite und einem inneren Zylinder, der verschiebbar angeordnet und der inneren Oberfläche des äußeren Zylinders angepaßt ist, wobei der innere Zylinder mit seiner freien Stirnseite mit dem Inneren des äußeren Zylinders und mit seiner Rückseite mit der Einspeisöffnung in Verbindung steht, mit einem Kolben in der Doppelzylinderanordnung zur Durchführung einer axialen Hin- und Herbewegung, mit einem Arbeitszylinder zur Betätigung des Kolbens relativ zum inneren Zylinder, mit einer hydraulischen Kolbenzylinderanordnung für die Betätigung des bewegbaren inneren Zylinders relativ zum äußeren Zylinder bekannt, die ein Rückschlagventil aufweist, um einen Rückfluß der Materialien zu vermeiden, so daß eine Dosierkammer mit einem variablen Volumen für die Materialien durch die innere Oberfläche des äußeren Zylinders, ihre freie Vorderseite, das Rückschlagventil und den inneren Zylinder gebildet wird.

Den bekannten Einspritzvorrichtungen vom Kolbentyp ist gemeinsam, daß sie sich nicht besonders zur Verarbeitung von faserverstärkten plastischen Materialien eignen, da leicht eine Schädigung der Fasern erfolgt. Zur Verarbeitung von faserverstärkten plastischen Materialien nicht besonders geeignet sind, ferner Schnecken-Spritzgießmaschinen des aus der DE-AS 11 85 809 bekannten Typs mit einer Doppelzylinderanordnung sowie einer Förderschnecke, die in einem inneren Zylinder sitzt. Im Falle derartiger Förderschnecken verwendender Vorrichtungen wird ein Rückfluß des zudosierten Materials vom äußeren Zylinder in den inneren Zylinder durch die Schnecke selbst verhindert.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einspritzvorrichtung vom Kolbentyp anzugeben, die sich in hervorragender Weise zur Herstellung von Formkörpern aus verstärkten Materialien, insbesondere plastischen Materialien und Materialien aus Massen vom BMC-Typ eignet, wobei die Verstärkungsfasern so wenig wie möglich geschädigt werden.

Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Einspritzvorrichtung mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 2.

Gegenstand der Erfindung ist somit gemäß einer ersten Ausgestaltung eine Einspritzvorrichtung vom Kolbentyp mit einem einzelnen Zylinder mit einer Einspritzdüse an der freien Seite des Zylinders, einem im Zylinder angeordneten Kolben, einer hydraulischen Presse zum Einspeisen der Materialien in den Zylinder, wobei die Presse mit dem Zylinder über einen Auslaß kommuniziert, sowie einer Kolbenzylinderanordnung zur axialen Betätigung des Kolbens, wobei durch die innere Zylinderfläche, die eine Stirnseite des Zylinders und die Kolbenfläche eine Dosierkammer mit variablem Volumen gebildet wird.

In der Vorrichtung wird das zu verspritzende Material aus der hydraulischen Presse in den Zylinder gedrückt und der Kolben zur Rotation gebracht, wodurch er sich axial nach rückwärts gegen einen angewandten Rückdruck bewegt. Das eingespeiste Material gelangt durch die Rückfluß-Sperrvorrichtung vor die Kolbenspitze. Der Kolben wird dann axial nach vorne gedrückt, wobei die Rückfluß-Sperrvorrichtung geschlossen wird, um einen Rückfluß des zudosierten Materials aus der Dosierkammer zu verhindern. Gleichzeitig wird das zudosierte Material aus der Düse ausgespritzt.

In vorteilhafter Weise kann der Kolben einen sich verjüngenden Abschnitt an der Stirnseite aufweisen und die Rückfluß-Sperrvorrichtung kann umfassen: den sich verjüngenden Abschnitt, der eine Ventilkammer bildet und einen Ring, der ein bewegliches Ventilglied bildet, das gleit- und rotierbar in die Innenwandung des Zylinders eingepaßt ist und das sich verjüngende Kolbenteil mit einem freien Raum umgibt. Die Rückfluß-Sperrvorrichtung wird geschlossen, wenn der Kolben axial nach vorwärts bewegt wird, um das Material auszuspritzen.

In alternativer Weise kann ein rückwärtiger Endabschnitt des Kolbens vergrößert sein, so daß er gleit- und rotierbar in die Innenwandung des Zylinders eingepaßt ist und ein Ventilglied mit einer Kugel, die ein bewegliches Ventilglied bildet, ist zwischen dem Zylinder und der hydraulischen Presse angeordnet, um eine Kommunikation zwischen diesen Teilen herbeizuführen. Die Ventilkammer weist axiale Öffnungen zum Zylinder und zur hydraulischen Presse hin auf. Weiterhin hat sie Nuten oder Kerben an ihrer zum Zylinder hinliegenden Stirnseite. Die Rückfluß- Sperrvorrichtung ist geschlossen, wenn die Kugel die Pressenseitenöffnung bedeckt und geöffnet, wenn die Kugel die Zylinderseitenöffnung bewegt, wenn das zudosierte Material ausgespritzt wird, wobei die Rückfluß-Sperrvorrichtung geschlossen wird.

Weiterhin kann die hydraulische Presse einen axial zylindrischen Abschnitt aufweisen, der mit der Einspeisöffnung des Zylinders in Verbindung steht. Der Zylinder kann des weiteren eine axiale Verlängerung bilden, die rotier- und gleitbar in der zylindrischen Presse angeordnet ist, wobei eine Dichtung zwischen dem Zylinder und der Presse vorgesehen ist.

Weiterhin kann ein Motor vorgesehen sein, um den Zylinder in Rotation zu versetzen. Die Absperrvorrichtung wird aus dem zylindrischen Pressenteil und einem begrenzten Abschnitt des Zylinders mit einer Einspeisöffnung gebildet. Der begrenzte Zylinderabschnitt bildet ein bewegliches Ventilglied. Der Motor wird betätigt, um den Zylinder um einen bestimmten Winkel zu drehen, um dadurch die Absperrvorrichtung zu schließen. Im Falle der beschriebenen alternativen Vorrichtung kann der Kolben einen vergrößerten Rückabschnitt aufweisen, der gleitbar und rotierbar in das Innere des Zylinders eingepaßt ist und einen begrenzten Abschnitt benachbart zu dem vergrößerten Endabschnitt, wobei der begrenzte Kolbenabschnitt einen spiralförmigen Steg aufweist.

Gegenstand der Erfindung ist somit gemäß einer zweiten Ausgestaltung eine Einspritzvorrichtung vom Kolbentyp mit einer Doppelzylinderanordnung mit einem äußeren Zylinder mit einer Einspritzdüse an der Stirnseite und einem inneren Zylinder, der verschiebbar im äußeren Zylinder angeordnet ist und mit seinem freien Ende mit der Materialeinspeisöffnung in Verbindung steht, mit einem Kolben in der Doppelzylinderanordnung, mit einem Arbeitszylinder zur Betätigung des Kolbens relativ zum inneren Zylinder, mit einer Kolbenzylinderanordnung zur Betätigung des bewegbaren inneren Zylinders relativ zum äußeren Zylinder, mit einer Rückflußsperre, wobei durch die innere Zylinderfläche des äußeren Zylinders, seiner einen Stirnseite, die Rückflußsperre und der Stirnseite des inneren Zylinders eine Dosierkammer mit variablem Volumen gebildet wird.

Diese zweite Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß

• (a) eine hydraulische Presse zum Einspeisen verstärkter Materialien in den inneren Zylinder vorhanden ist,
• (b) zwischen Kolben und der Innenwand des inneren Zylinders bis zur Rückfluß-Sperrvorrichtung ein radialer Spalt ausgebildet ist und
• (c) ein Motor zum Rotierenlassen des Kolbens vorhanden ist.

Im Falle dieser zweiten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der Kolben in vorteilhafter Weise ein vergrößertes Kopfteil auf, das sich aus der freien Stirnseite des inneren Zylinders erstreckt. Die Rückfluß-Sperrvorrichtung umfaßt das vordere innere Zylinderende, das einen Ventilsitz bildet und den vergrößerten Kolbenkopf, der ein bewegliches Ventilglied zum Aufsitz auf den Ventilsitz bildet. Durch Längsverschiebung des Kolbens wird die Rückfluß-Sperrvorrichtung geöffnet oder geschlossen.

In alternativer Weise kann der innere Zylinder einen sich verengenden Hohlkopf aufweisen. Der Kolben weist des weiteren eine sich verjüngende Spitze auf, die sich im Inneren des inneren Zylinders befindet. Die Rückfluß-Sperrvorrichtung umfaßt den sich verengenden inneren Zylinderkopf, der einen Ventilsitz bildet und die sich verjüngende Kolbenspitze, die ein bewegliches Ventilglied zum Aufsitz auf den Ventilsitz bildet. Durch Längsverschiebung des Kolbens wird die Rückfluß-Sperrvorrichtung geöffnet oder geschlossen.

Weiterhin kann der innere Zylinder einen Abschnitt mit einem Hohlkopf aufweisen, in dem eine Ventilkammer gebildet wird, in der eine Kugel ein bewegliches Ventilglied bildet. Die Ventilkammer weist axiale Öffnungen an ihrer Stirn- und Rückwand und Aussparungen oder Auskehlungen an ihrer Stirninnenwand auf, die mit der Stirnöffnung kommunizieren. Die Rückfluß-Sperrvorrichtung ist geschlossen, wenn die Kugel die rückwärtige Öffnung bedeckt, jedoch geöffnet, wenn die Kugel die Stirnöffnung bedeckt. Das Kugel-Ventilglied wird nach rückwärts relativ zum inneren Zylinder bewegt, wenn das eingespeiste Material ausgespritzt wird, wodurch die Rückfluß-Sperrvorrichtung geschlossen wird.

Der innere Zylinder kann ferner einen Abschnitt mit einem hohlen Kopf aufweisen, indem eine Ventilkammer gebildet wird und ein Ventilglied um eine Achse senkrecht zu der des inneren Zylinders drehbar ist. In diesem Falle sind Antriebsmittel vorgesehen, um das drehbare Ventilglied zu betätigen.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. Im einzelnen sind dargestellt in:

Fig. 1 in schematischer Darstellung ein axialer Schnitt durch eine Einspritzvorrichtung vom Kolbentyp nach der Erfindung mit einem einzelnen Kolben;

Fig. 2 eine schematische Darstellung im axialen Schnitt einer Einspritzvorrichtung vom Kolbentyp für das Einspritzen von verstärkten Materialien nach dem Stande der Technik;

Fig. 3 eine entsprechende Ansicht einer ähnlichen Vorrichtung des Standes der Technik wie in Fig. 2 dargestellt;

Fig. 4, 5 und 6 schematische Darstellungen von modifizierten Vorrichtungen gemäß Fig. 1, die die Veränderungen veranschaulichen;

Fig. 7 eine Ansicht entsprechend Fig. 1 einer anderen Einspritzvorrichtung vom Kolbentyp gemäß der Erfindung, wobei die Vorrichtung dem Doppelkolbentyp entspricht;

Fig. 8, 9 und 10 Ansichten entsprechend den Fig. 4-6 mit Modifikationen einer Einspritzvorrichtung vom Doppelkolbentyp gemäß Fig. 1;

Fig. 11 und 12 Ansichten entsprechend Fig. 1, welche modifizierte Einspritzvorrichtungen mit einem Kolben darstellen und

Fig. 13 und 14 Querschnitte durch die Fig. 12 längs der Schnittlinie XIII-XIII, welche axiale Operationen einer Rückfluß- Sperrvorrichtung in der Vorrichtung veranschaulichen.

Im Falle der in Fig. 1 dargestellten ersten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung vom Ein-Kolbentyp liegt ein Zylinder 22 vor. Der Zylinder 22 weist einen nicht dargestellten Umfangserhitzer auf, der den Zylinder 22 und eine Düse 21 an ihrem freien Ende vergleichsweise gering aufheizt, d. h. ihr eine vergleichsweise geringe Wärme zuführt. Die Düse 21 befindet sich an der freien Stirnseite des Zylinders zum Einspritzen des in die Vorrichtung eingeführten Materials in eine nicht dargestellte Form. In dem Zylinder 22 befindet sich ein Kolben 24 (unter Bildung eines Luftspaltes), der in dem Zylinder 22 hin- und herbewegt werden und rotieren kann. Der Kolben 24 weist einen Anschlagring 23 auf, der gleit- und rotierbar an die Innenseite des Zylinders 22 angepaßt ist und ein sich verjüngendes Teil des Kolbens 24 umschließt, das an der freien Stirnseite des Kolbens gebildet wird. Ein Kopfteil des Kolbens 24, benachbart zu dem sich verjüngenden Teil weist an seiner Umfangfläche Aussparungen oder Auskehlungen auf, welche es dem in die Vorrichtung eingespeisten Material ermöglichen, den Kolbenkopf zu passieren, und zwar auch dann, wenn sich der Ring 23 in Kontakt mit dem Kolbenkopf befindet. Der Kolben 24 und der Ring 23 bilden gemeinsam eine Rückfluß-Sperrvorrichtung, welche einen Rückfluß des Materials verhindert, das mittels des Kolbens durch die Düse 21 in die Form verspritzt wird. Der Kolben 24 steht ferner mit einer üblichen, nicht dargestellten Kolben-Zylindervorrichtung im Eingriff, sowie einem nicht dargestellten hydrodynamischen Motor, für eine axiale Bewegung und Drehbewegung des Kolbens.

Der Kolben 24 weist in einem Zwischenabschnitt ein vergrößertes Teil 25 auf, das gleitbar und rotierbar in das Innere des Zylinders 22 eingepaßt ist. Ein Spalt zwischen dem Kolben 24 und dem Zylinder 22 ermöglicht den zu verspritzenden Materialien eine axiale Bewegung in Richtung zur Düse. Ein schraubenförmiger Steg 26 tritt von der Oberfläche des Kolbens 24 im Anschluß an die Stirnseite des Teiles 25 hervor. Der Steg 26 ist so beschaffen, daß das zu verspritzende Material, das aus der Presse eingespeist wird, durch eine normale Rotation des Kolbens 24 vorwärtsbewegt wird. Das Material wird somit daran gehindert, innerhalb des Zylinders 22 am gleichen Ort zu verweilen und durch die Bewegung durch den Zylinder 22 wird eine Homogenisierung des Materials einschließlich von ggf. vorhandenen Glasfasern erreicht.

Ein weiterer Steg 29 befindet sich an der rückwärtigen Seite des vergrößerten Kolbenteiles 25, um aus dem Zylinder Material auszustoßen, das durch einen Spalt zwischen dem vergrößerten Teil 25 und dem Zylinder 22 durchgetreten sein kann. Der rückwärtige Steg 29 ist dabei so beschaffen, daß er eine Steigung aufweist, die umgekehrt von der Steigung des Steges 26 ist.

Die hydraulische Presse 27 weist einen Kolben mit einer Achse senkrecht zu der des Zylinders 22 auf. Die Presse 27 sitzt auf dem Zylinder 22 und weist einen Kolben 30 und einen Zylinder 31 mit einer Einspeisöffnung 28 auf, wobei letztere mit dem Zylinder 22 an dessen Einspeisöffnung in Verbindung steht.

Im Falle der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung wird der Kolben 24 zunächst in eine vordere Stellung gebracht, und in eine Rotation mit 25 bis 150 Umdrehungen pro Minute versetzt. Das in eine Form einzuspritzende Material, beispielsweise vom BMC- Typ, wird in die Presse 27 eingeführt und abwärts durch den Pressenkolben 30 befördert. Das zu verspritzende Material wird somit in den Zylinder 22 eingebracht und in den Spalt zwischen dem Zylinder 22 und dem Kolben 24 befördert. Das eingespeiste Material wird dabei durch die Rückfluß-Sperrvorrichtung mit dem Ring 23 befördert und in eine Dosierkammer gebracht, die in dem Zylinder 22 zwischen der Düse und der Spitze des Kolbens 24 gebildet wird. Bei diesem Einspeis- oder Dosierverfahren kann sich der Kolben frei rückwärts unter einem angewandten Rückdruck bewegen. Dies bedeutet, daß, wenn die Dosierkammer nach und nach mit zu verspritzendem Material gefüllt wird, der Kolben entsprechend rückwärts gegen den aufgebauten Rückdruck bewegt wird. Bei Verwendung von BMC-Materialien kann die Temperatur dieser Materialien beispielsweise auf 40 bis 60°C eingestellt werden und die Temperatur der Form auf beispielsweise 160°C. Der Förderdruck, dem das Material in der Presse 27 ausgesetzt wird, kann beispielsweise in einer Größenordnung von 1 kg/cm² bis 140 kg/cm² liegen. Der Rückdruck kann ausgeübt werden durch Steuerung des hydraulischen Öldruckes in einer Kammer der Kolben-Zylinder-Vorrichtung. Alternativ kann ein solcher Rückdruck auch aufgrund der Reibung ausgeübt werden, die zwischen dem vergrößerten Teil 25 und dem Zylinder 22 auftritt.

In der beschriebenen Vorrichtung bewirkt die Rotation des Kolbens 24, daß das Material homogenisiert wird und verhindert, daß das Material einem sog. "by-pass flowpath" unterliegt. Der rotierende Steg 26 und der Kolben 30 der Presse bewirken gemeinsam, daß das zu transportierende Material glatt in den Zylinder 22 gefördert wird, ohne daß Reste zurückbleiben. Wenn die Kammer mit einer vorbestimmten Materialmenge gefüllt ist, wird die Rotation des Kolbens 24 unterbrochen, worauf die hydraulische Kolben-Zylinder-Anordnung betätigt wird, um den Kolben 24 nach vorwärts zu bewegen und die dosierte Materialmenge durch die Düse 21 in die Form einzuspritzen. Während des Einspeis- und Dosierprozesses ist die Rückfluß-Sperrvorrichtung geöffnet, während sie während des Einspritzprozesses geschlossen ist.

Die in Fig. 2 dargestellte Einspritzvorrichtung 1 vom Kolbentyp nach dem Stande der Technik weist eine hydraulische Presse 3 und einen Zylinder 4 auf, die miteinander über ein bogenförmiges Leitungsstück 2 in Verbindung stehen. Die hydraulische Presse 3 ist mit einem Einspeiszylinder 5 versehen, der einen Druckstempel mit dem Kolben 6 bildet, der in der Presse 3 sitzt und Hin- und Herbewegungen durchführen kann. Des weiteren weist die Vorrichtung einen hydraulischen Injektionszylinder 7 mit einem Injektionskolben auf, der in den Zylinder 4 geführt wird. Der Zylinder 4 weist eine Einspritzdüse 10 am freien Ende auf und einen Einlaß 9, über den Material aus der Presse 3 eingeführt wird. In Kombination mit dem Einlaß 9 bildet eine Kugel 11 eine Absperrvorrichtung, die einen Rückfluß des zu verspritzenden Materials verhindern soll. Im Falle einer solchen Vorrichtung wird das zu verspritzende Material 12 aus der Presse 3 mit Hilfe des Kolbens 6 und mit Hilfe des Einspeiszylinders 5 in Richtung Einspritzdüse 10 bewegt. Dabei wird das Material 12 durch das bogenförmige Stück 2 über die Einlaßöffnung 9 in den Zylinder 4 gedrückt. Während das eingespeiste Material in dem Zylinder 4 durch die Absperrvorrichtung mit der Kugel 11 daran gehindert wird, in die Presse 3 zurückzufließen, wird der Injektionszylinder 7 betätigt, so daß der Injektionskolben 8 nach vorwärts bewegt wird und dadurch das Material in eine nicht dargestellte Form einspritzt.

In Fig. 3 ist eine weitere Einspritzvorrichtung vom Kolbentyp nach dem Stande der Technik dargestellt. Die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung weist im Vergleich zu der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung einige Unterschiede auf. So befindet sich der Einlaß 9A am der Düse entgegengesetzten Ende des Zylinders 4 und somit weit von der Düse 10 entfernt. Des weiteren ist keine Absperrvorrichtung vorgesehen.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung befindet sich der Materialeinlaß 9 nahe der Düse 10, was dazu führt, daß eine stabile Zumessung des Materials 12 leicht bewirkt wird, da das Material dem Zylinder 4 im Rahmen eines Dosierungsverfahrens zugeführt werden kann, während es einem Rückdruck unterworfen wird, der von dem Einspritzzylinder 7 ausgeübt wird. Nachteilig an dieser Vorrichtung ist, daß das Material 12 in dem Zylinder 4 verbleiben kann, da ein voreilender Teil des Materials leicht in Richtung des Einspritzkolbens 8 bewegt wird und ein folgender Anteil des Materials in Richtung Düse 10 gedrückt wird mit dem Ergebnis, daß das nachfolgende Material injiziert wird, bevor das gesamte vorausgehende Material eingespritzt wird. Ferner kann die Dichtung des Kolbens 8 leicht beschädigt werden, da die Dichtung über den Einlaß hinausreichen muß.

Nachteilig an der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung ist, daß die Zudosierung des Materials 12 instabil ist und daß leicht ein Einschluß von Luft in das Material erfolgen kann. Dies kann deshalb geschehen, weil bei einem Einlaß 9A an der hinteren Seite des Zylinders 4 jeder Einspritzvorgang erst nach jeweiligem Zurückführen des Einspritzkolbens 8 ausgeführt werden kann mit dem Ergebnis, daß ein voreilender Teil des Materials, das zugeführt wurde, aus der Düse 10 ausgestoßen werden muß, bevor der folgende Teil des Materials ausgestoßen wird und durch den Einspritzvorgang kein Rückdruck auf das Material in der hydraulischen Presse ausgeübt wird.

Weitere Ausgestaltungen der Vorrichtung von Fig. 1 sind in den Fig. 4-6 dargestellt.

Im Falle der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform besteht die weitere Ausgestaltung darin, daß ein vergrößertes Teil 25 vorgesehen ist, das dem Teil der Vorrichtung von Fig. 1 entspricht, sich jedoch über das rückwärtige Ende des Kolbens 24 erstreckt, so daß es den rückwärtigen Teil des Kolbens 24 bildet. Infolgedessen fehlt bei dieser Ausgestaltung ein zweiter Steg entsprechend dem Steg 29 der Fig. 1, was bedeutet, daß der Aufbau des Kolbens im Vergleich zu dem der Vorrichtung nach Fig. 1 einfacher ist.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform ist die Vorrichtung gemäß Fig. 4 weiter modifiziert worden. Die vorgenommene Abänderung besteht darin, daß ein spiralförmiger Vorsprung 32 anstelle des Steges 26 an der Oberfläche des Kolbens 24 gebildet ist. Der Steg 26 der Vorrichtung von Fig. 4 hat relativ scharfe Kanten, weshalb diese Kanten verstärkte Materialien, wenn diese Glasfasern enthalten, leichter beschädigen können. Demgegenüber weist der spiralförmige Vorsprung 32 keine Kanten auf, sondern ist vielmehr durch ein relativ rundes Profil gekennzeichnet. Ein solches Profil kann Glasfasern nicht schädigen. Vorzugsweise liegt das Verhältnis der Höhe h des Vorsprunges zur Spalthöhe H zwischen dem Stirnteil des Kolbens 24 und dem Zylinder 22 bei nicht mehr als 0,95 (h/H). Gegebenenfalls können auch mehrere solcher spiralförmiger Vorsprünge auf dem Kolben 24 gebildet sein.

Im Falle der Fig. 6 sind im Vergleich zu den Fig. 4 und 5 sowohl Steg 26 als auch Vorsprung 32 weggelassen. Dafür weist diese Ausgestaltung einen axialen Kanal 33 im Kolben 24 zur Kühlung des Materials rund um den Kolben auf. Die Kühlung kann dabei z. B. mit Wasser erfolgen. Eine solche Kühlung kann eine Überhitzung lokaler Teile des zu verspritzenden Materials verhindern und ferner kann dadurch die Reibung gesteuert oder überwacht werden, die zwischen dem Material und dem Zylinder und zwischen dem Material und dem Kolben auftreten kann, wodurch die Eigenschaften des zu verspritzenden Materials verbessert werden können. Ein Mischeffekt infolge der Einwirkung des Kolbens der Vorrichtung gemäß Fig. 6 in dem Zylinder 24 wird dabei im Vergleich zu der Wirkung der Kolben 24 in den Vorrichtungen der Fig. 4 und 5 vermindert. Ein Mischeffekt wird jedoch in gewissem Maße aufgrund des Zusammenspiels der Rotation des Kolbens 24 und des Einspeisedruckes erreicht, der durch den Pressenkolben 30 ausgeübt wird. Die in Fig. 6 dargestellte Ausgestaltung kann weiterhin deshalb vorteilhaft sein, weil durch Weglassung des Steges 26 und des Vorsprungs 32 eine Vereinfachung des Kolbens 24 erreicht wird.

Im Falle der in Fig. 7 dargestellten zweiten Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich um eine Einspritzvorrichtung vom Kolbentyp mit einem Doppelzylinder mit einem äußeren stationären Zylinder 22A und einem inneren beweglichen Zylinder 22B, der gleitbar in dem äußeren Zylinder 22A angeordnet und an diesen angepaßt ist. Der stationäre äußere Zylinder 22A weist eine Düse 21 an der freien Stirnseite auf und ist an einem stationären Träger 34A befestigt, der mit der Basis 34 der Vorrichtung integriert ist. Die Vorrichtungsbasis ist bezüglich der Form beweglich, so daß die Düse 21 in Kontakt mit der Form gebracht werden kann. Die Vorrichtung weist einen Kolben 24 auf, der eine axiale Hin- und Herbewegung durchführen kann und zu rotieren vermag, wobei ein freier Raum zwischen dem Kolben 24 und der inneren Zylinderfläche des inneren Zylinders 22B gebildet wird. Ein hydrodynamischer Motor 35, der den Kolben 24 in Rotation versetzen kann, ist am rückwärtigen Ende des Kolbens auf einem beweglichen Träger 36 befestigt, der derart ausgestaltet ist, daß er auf der Vorrichtungsbasis 34 bewegt werden kann. Der bewegliche Träger 36 ist mit einer Zylindervorrichtung 37 versehen, die eine Kolbenstange 37A aufweist, die in Verbindung mit einer beweglichen Basis 38 des inneren Zylinders 22B steht. Die bewegliche Basis 38 ist gleitbar auf der Vorrichtungsbasis 34 angeordnet. Die Zylindervorrichtung 37 wird betätigt, um den Kolben 24 nach vorwärts oder rückwärts relativ zum inneren Zylinder 22B zu bewegen. Wie im Falle der Vorrichtung von Fig. 1 weist die Vorrichtung von Fig. 7 eine entsprechende Presse 27 auf, die mit dem inneren Zylinder 22B in Verbindung steht.

Der innere Zylinder 22B weist eine konische Öffnung 39 an der Stirnseite auf, die einen Ventilsitz bildet. Des weiteren weist der Kolben 24 eine vergrößerte Spitze 40 auf, die ein bewegliches Ventilglied bildet, wobei das abgeschrägte rückwärtige Teil 41 der Spitze 40 mit dem Ventilsitz in Eingriff gelangen kann. Die Kolbenspitze 40 und die konische Zylinderöffnung 39 bilden eine Rückfluß-Sperrvorrichtung. Eine Rückwärtsbewegung des Kolbens 24 relativ zum inneren Zylinder 22B nach Einwirkung der Zylindervorrichtung 37 bewirkt die Schließung der Sperrvorrichtung, wodurch ein Rückfluß von Material verhindert wird. Bewegt sich der Kolben 24 relativ zum inneren Zylinder 22B vorwärts, so wird die Sperrvorrichtung geöffnet. Die gleitbare Basis 38 weist eine Kolben- Zylinder-Vorrichtung 42 mit einer Kolbenstange 43 auf, die mit der stationären Basis 34 in Verbindung steht. Die Vorrichtung 42 wird derart betätigt, daß der innere Zylinder 22B sich axial vorwärts oder rückwärts zum äußeren Zylinder 22A bewegt. Während die Sperrvorrichtung, wie in Fig. 7 dargestellt, geöffnet ist, wird die Presse 27 betätigt, so daß der Kolben 30 Material aus der Presse in den inneren Zylinder 22B befördert. Gleichzeitig wird der Motor 35 in Betrieb genommen, um den Kolben 24 in Rotation zu versetzen. Bei dieser Einspeis- und Dosierungsoperation der Vorrichtung wird das zu verspritzende Material durch die geöffnete Sperrvorrichtung befördert und in eine Dosierkammer überführt, die zwischen der Düse 21 und der Kolbenspitze 40 in dem äußeren Zylinder 22A gebildet wird. Steigt das Volumen der Dosierkammer an, so bewegen sich der Kolben 24 und der innere Zylinder 22B gemeinsam relativ zum äußeren Zylinder 22A mittels der Zylindervorrichtung 37 nach rückwärts. Ist eine vorbestimmte Menge des zu verspritzenden Materials eingespeist, so wird der Betrieb der Presse 27 unterbrochen und die Zylindervorrichtung 37 wird betätigt, um den Kolben 24 nach rückwärts zu bewegen, relativ zum inneren Zylinder 22B, so daß die Sperrvorrichtung geschlossen wird. Während die Sperrvorrichtung geschlossen ist, wird lediglich die Kolben-Zylinder-Vorrichtung 42 betätigt, um den inneren Zylinder 22B in Kombination mit dem Kolben 24 nach vorwärts zu bewegen, und um das zudosierte Material durch die Düse 21 in die Form einzuspritzen.

Bei dieser zweiten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der Kolben 24 ebenfalls modifziert werden, beispielsweise derart, daß er ein vergrößertes Teil und einen Steg aufweist, beispielsweise wie den Steg (26 und 29 von Fig. 1). Des weiteren kann auch nur ein vergrößertes Teil, wie das Teil 25 von Fig. 4 mit dem Kolben 24 integriert sein.

In den Fig. 8, 9 und 10 sind Ausgestaltungen der Rückfluß- Sperrvorrichtung dargestellt, die in einer Vorrichtung vom Doppeltrommeltyp, wie z. B. in Fig. 7 dargestellt, vorhanden sein können.

Im Falle der Fig. 8 besteht die weitere Ausgestaltung darin, daß die Stirnöffnung des inneren Zylinders 22B eine konische Form mit einer zentrischen Öffnung hat. Das abgeschrägte offene Ende weist eine konische innere Oberfläche 44 auf. Der Kolben 24 weist des weiteren eine abgeschrägte Spitze auf.

Die abgeschrägte und abgeflachte Kolbenspitze befindet sich in dem inneren Zylinder 22B und bildet ein bewegliches Ventilglied, wohingegen das konische offene Ende des inneren Zylinders 22B einen Ventilsitz bildet. Die aus dem Ventilsitz und der Ventilkammer gebildete Sperrvorrichtung ist geschlossen, wenn der Kolben 24 vorwärts relativ zum inneren Zylinder 22B bewegt wird, wobei die Spitze des Kolbens 24 mit dem konischen Ende des inneren Zylinders 22B in Eingriff gelangt.

Im Falle der in Fig. 9 dargestellten Ausführungsform weist die modifizierte Rückfluß-Sperrvorrichtung eine Ventilkammer auf, die im Vorderteil des inneren Zylinders 22B gebildet wird, und mit dem äußeren Zylinder 22A und mit dem inneren des inneren Zylinders 22B über Passagen verbunden ist. Eine Kugel 48 in der Ventilkammer bildet ein bewegliches Ventilglied. Die Ventilkammer weist im Inneren zur vorderen Stirnseite hin eine Oberfläche mit Auskehlungen oder Aussparungen 49 auf, die mit der Passage 46 kommunizieren. Befindet sich die Kugel 48 in Kontakt mit der vorderen Stirnseite der Ventilkammer, so ist die Sperrvorrichtung geöffnet, so daß das zu verspritzende Material durch die Auskehlungen 49 und die Passage in die Dosierkammer gelangen kann, die vor dem inneren Zylinder 22B gebildet wird. Wird der innere Zylinder 22B betätigt, um dosiertes Material in die Form einzuspritzen, so wird die Kugel 48 durch das dosierte Material gezwungen, sich rückwärts zur Rückseite der Ventilkammer zu bewegen, wodurch die Sperrvorrichtung geschlossen wird.

Im Falle der in Fig. 10 dargestellten Ausgestaltung weist der innere Zylinder 22B ein vorderes Stirnseitenteil auf, das eine Kammer mit einer Durchtrittsöffnung 46 aufweist. Ein übliches bewegliches Glied 50 ist dabei in der Kammer drehbar angebracht. Ein nicht dargestelltes Antriebsmittel betätigt das Glied 50, wodurch die Sperrvorrichtung geschlossen wird. In Fig. 11 und 12 sind weitere Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt. Beide dieser Ausgestaltungen beziehen sich auf eine Einspeisvorrichtung des Typs mit einem Zylinder, wie in Fig. 1 dargestellt, mit einer Absperrvorrichtung, die gegenüber der von Fig. 1 modifiziert ist.

Im Falle der in Fig. 11 dargestellten Ausführungsform ist eine Zylinderpresse 27 vorgesehen, die eine Ventilkammer aufweist, die im wesentlichen der in Fig. 9 dargestellten Ventilkammer entspricht. Das Ventil weist eine Ventilkammer 28 auf, und ein bewegliches Kugelventilglied 51, wobei das Ventil zwischen einer Einlaßöffnung im rückwärtigen Teil des Zylinders 22 und einer Auslaßöffnung der Presse 27 liegt und eine Verbindung zwischen Zylinder und Presse 27 bildet. Der Kolben 24 weist ein vergrößertes rückwärtiges Teil 25 auf, das gleit- und rotierbar in den Zylinder eingepaßt ist. Eine Meßkammer wird durch das Innere des Zylinders 22 und dem Vorderteil des Kolbens 24 gebildet. Wird durch die Presse 27 Material eingespeist, so befindet sich die Kugel 52 in Kontakt mit der Zylinderseite der Ventilkammer, wodurch das Ventil geöffnet bleibt. Wird das zu verspritzende Material aus der Dosierkammer in die Form durch Einwirkung des Kolbens 24 ausgespritzt, so gelangt die Kugel 52 in Kontakt mit der Pressenseite der Ventilkammer, und zwar aufgrund eines Druckes, der durch das eindosierte Material ausgeübt wird, bis das vergrößerte rückwärtige Teil des Kolbens 24 die Einspeisöffnung des Zylinders 22 bedeckt, wodurch die Einlaßöffnung geschlossen wird.

Im Falle der in Fig. 12 dargestellten Ausführungsform ist eine hydraulische Presse 27 vorgesehen, die einen zusätzlichen zylindrischen Abschnitt 53 aufweist, der koaxial mit dem Zylinder 22 verläuft, und zwar an dem Punkt, an dem der Zylinder 22 rotier- und gleitbar angeordnet ist. Der zylindrische Abschnitt 53 kommuniziert mit einem Materialauslaß 58 der Presse 27. Der rotierbare Zylinder 22 weist eine Materialeinspeisöffnung 57 auf, die durch den zusätzlichen Pressenabschnitt 53 bedeckt wird. Zwischen dem Zylinder 22 und dem zusätzlichen Pressenabschnitt 53 ist eine Dichtung 53A vorgesehen, um eingespeistes Material daran zu hindern, zwischen Presse 27 und Zylinder 22 auszutreten. Die Einspeisöffnung 5 ist derart ausgestaltet, daß sie mit dem Materialauslaß 58 der Presse kommuniziert, wenn der rotierbare Zylinder 22 in einen speziellen Winkel gebracht wird, wie es in Fig. 13 dargestellt ist und durch die Wand des zusätzlichen Pressenteiles 53 abgedeckt wird, wenn der rotierbare Zylinder 22 in eine andere Winkelstellung gebracht wird, beispielsweise 45° von dem angegebenen Winkel, wie es in Fig. 14 dargestellt ist.

Die Vorrichtung weist des weiteren einen Motor 56 auf, der den Zylinder 22 mittels einer Transmission mit einem Zahnstangengetriebe (54/55) in Rotation versetzt. Während das Material in dem Zylinder 22 eingeführt wird, ist die Rückfluß-Sperrvorrichtung geöffnet, indem sich der Zylinder in dem erforderlichen speziellen Winkel befindet.

Erfolgt die Einspritzung, so ist die Sperrvorrichtung geschlossen, da der Zylinder 22 eine andere Winkelstellung einnimmt.

Im Falle einer Einspritzvorrichtung vom Doppelzylindertyp, wie in den Fig. 7-10 dargestellt, können ebenfalls Absperrvorrichtungen gemäß Fig. 11 und 12 alternativ anstelle der beschriebenen Rückfluß-Sperrvorrichtungen vorgesehen sein.

Im Falle der in den Fig. 7-12 dargestellten Ausführungsform kann der Kolben 24 weiterhin einen schraubenförmigen Steg aufweisen, wie der im Vorstehenden beschriebene schraubenförmige Steg 26 oder eine Projektion oder einen Vorsprung wie die im Vorstehenden beschriebene Projektion 32.

Im Falle der Vorrichtung mit dem schraubenförmigen Steg 26 wird der Kolben 24 mit dem Steg 26 nur an seinem rückwärtigen Teil abgestützt. Der Kolben 24 unterliegt dabei einer einseitigen Belastung aufgrund der Einwirkung des eingespeisten Materials, das durch die Presse 27 eingebracht wird, mit dem Ergebnis, daß das Teil des Kolbens, das abgestützt wird, einem Abrieb unterliegen kann oder sich festfressen kann. Um dies zu vermeiden, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, eine Einspeis- und Dosieroperation, wie im folgenden beschrieben, durchzuführen. Zunächst wird der Kolben 24 in Rotation versetzt. Daraufhin, während die Rotation fortgesetzt wird, wird die hydraulische Presse 27 betätigt, um Material in den Zylinder 22 zu befördern.

Um weiterhin zu verhindern, daß ein begrenzter Teil des Kolbens 24 (oder der Kolben mit dem inneren Zylinder 22B) von einer vorbestimmten Position im Dosierverfahren abweicht, können die folgenden Gegenmaßnahmen getroffen werden:

• 1. Etwa 5 bis 50 mm bevor ein vorbestimmter Dosierhub des Kolbens erfolgt, wird ein durch die hydraulische Presse ausgeübter Druck auf Null reduziert, in den alternativen Weisen, die im folgenden unter 2.-4. beschrieben werden.
• 2. In dem Verfahren gemäß 1 oben wird der Pressendruck stufenweise reduziert.
• 3. In dem Verfahren gemäß 1 wird die Zufuhrgeschwindigkeit als Information zur Reduzierung des Druckes in stufenförmiger Weise zurückgeführt.
• 4. In dem Verfahren gemäß 1 wird die Zeitspanne, in der die Zudosierung beendet ist, von der Zudosiergeschwindigkeit vorhergesagt und der Pressendruck wird stufenweise reduziert, wobei jede Stufe im voraus durchgeführt wird in einer vorbestimmten Zeitspanne, berechnet aus den vorausgesagten Zeitdaten.
• 5. Anstelle des oben beschriebenen Druckreduzierungsverfahrens können die Umdrehungen des Kolbens pro Minute schnell oder stufenweise vermindert werden. Dieses Verfahren kann auch gleichzeitig mit dem Druckverminderungsverfahren durchgeführt werden.
• 6. Ist die Zudosierung beendet oder kurz vor der Beendigung, wird die Bewegung des Kolbens der hydraulischen Presse unterbrochen und der Kolben wird zurückgezogen.
• 7. Ist die Zudosierung beendet oder kurz vor Beendigung der Zudosierung, wird auf den Kolben ein erhöhter Rückdruck ausgeübt, so daß der Kolben daran gehindert wird, die Dosierungsposition zu verlassen oder aus dieser zurückzukehren.
• 8. Der Druck, der auf den Kolben der hydraulischen Presse ausgeübt wird, wird gesteuert in Übereinstimmung mit dem Volumen des Materials in der Presse, um die Dichte des Materials auf ein vorbestimmtes Niveau einzustellen. Das heißt, ist das Volumen des Materials groß, so wird der Druck erhöht und ist das Volumen des Materials gering oder hat dieses abgenommen, so wird der Druck entsprechend vermindert.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß Fasern, die in den verstärkten Materialien, die einem Spritzgießverfahren unterworfen werden sollen, enthalten sind, nicht geschädigt werden, d. h. die Fasern werden nicht zerschnitten oder gekrümmt. Weiterhin wird gewährleistet, daß die Materialien so wie sie eingespeist werden ausgespritzt werden, ohne daß ein ins Gewicht fallender Austausch zwischen zunächst eingespeisten Materialteilchen und nachfolgend eingespeisten Materialteilchen in dem Zylinder erfolgt. Unter diesen Umständen bleibt eine nur sehr geringe Materialmenge zurück und ein Rückfluß des Materials wird verhindert. Die Menge eines Einspritzvorganges bleibt somit stabil. Schließlich ist die Zudosierung gleichförmig aufgrund geeigneter Steuermöglichkeiten der Umdrehungen des Kolbens pro Minute, des Druckes, der von dem Kolben der hydraulischen Presse bezüglich des Materials ausgeübt wird, und des Rückdruckes, der bezüglich des eingespeisten Materials ausgeübt wird und auch deshalb, weil die Einschließung von Luft in dem Material vermindert wird.

Im Rahmen von Versuchen mit einer Vorrichtung und einem BMC-Material, bei dem dieses Material in den Zylinder 42 aufgrund der Einwirkung der Presse 27 eingespeist wurde, ohne Kooperation des Kolbens aufgrund einer Rotation desselben, verblieb der größte Teil des eingespeisten Materials in lokalen Positionen in dem Zylinder mit dem Ergebnis, daß das Material nicht gleichmäßig vorwärts bewegt wurde, was sich sehr nachteilig auf das Dosierverfahren auswirkte. In diesem Falle konnte durch Erhöhung des Extruderdruckes der Presse 27 das Dosierungsverfahren nicht verbessert werden.

In den Fällen jedoch, in denen der Kolben 24 mit vergleichsweise geringer Geschwindigkeit in Rotation versetzt wurde, beispielsweise mit 25 Umdrehungen bis 150 Umdrehungen pro Minute, während das BMC-Material durch die Presse 27 eingespeist wurde, wurde das eingespeiste Material glatt vorwärts durch den Zylinder befördert, wobei eine gleichförmige Zudosierung gewährleistet war.

Ein Vergleich der Schlagzähigkeit von Formkörpern, die mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung hergestellt wurden und solchen, die mit einer herkömmlichen Einspritzvorrichtung vom Schraubenkolbentyp hergestellt wurden, ergab, daß die Produkte, die mit einer Vorrichtung nach der Erfindung hergestellt wurden, eine Schlagzähigkeit von 13 kg-cm/cm² aufwiesen, wohingegen die Produkte, die mit der Vorrichtung des Standes der Technik hergestellt wurden, eine Schlagzähigkeit von nur 8 kg-cm/cm² aufwiesen.

Wurden verschiedene verstärkte Materialien in den oben angegebenen zwei Vorrichtungstypen verwendet, so wiesen die Produkte, die in einer Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, eine Schlagzähigkeit von 18 kg-cm/cm² auf, wohingegen die Produkte, die in einer Vorrichtung nach dem Stande der Technik hergestellt wurden, nur eine Schlagzähigkeit von 11 kg-cm/cm² aufwiesen.

Claims (2)

1. Einspritzvorrichtung vom Kolbentyp mit einem einzelnen Zylinder mit einer Einspritzdüse an der freien Seite des Zylinders, einem im Zylinder angeordneten Kolben, einer hydraulischen Presse zum Einspeisen der Materialien in den Zylinder, wobei die Presse mit dem Zylinder über einen Auslaß kommuniziert, sowie einer Kolbenzylinderanordnung zur axialen Betätigung des Kolbens, wobei durch die innere Zylinderfläche, die eine Stirnseite des Zylinders und die Kolbenfläche eine Dosierkammer mit variablem Volumen gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß

• (a) zum Einspritzen verstärkter Materialien der im Zylinder (22) angeordnete Kolben (24) rotierbar ist,
• (b) im Zylinder (22) eine Rückfluß-Sperrvorrichtung (23) vorgesehen ist und
• (c) zwischen Kolben (24) und der Innenwand des Zylinders (22) bis zur Rückfluß-Sperrvorrichtung ein radialer Spalt ausgebildet ist.

2. Einspritzvorrichtung vom Kolbentyp mit einer Doppelzylinderanordnung mit einem äußeren Zylinder mit einer Einspritzdüse an der Stirnseite und einem inneren Zylinder, der verschiebbar im äußeren Zylinder angeordnet ist und mit seinem freien Ende mit der Materialeinspeisöffnung in Verbindung steht, mit einem Kolben in der Doppelzylinderanordnung, mit einem Arbeitszylinder zur Betätigung des Kolbens relativ zum inneren Zylinder, mit einer Kolbenzylinderanordnung zur Betätigung des bewegbaren inneren Zylinders relativ zum äußeren Zylinder, mit einer Rückflußsperre, wobei durch die innere Zylinderfläche des äußeren Zylinders, seiner einen Stirnseite, die Rückflußsperre und der Stirnseite des inneren Zylinders eine Dosierkammer mit variablem Volumen gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß

• (a) eine hydraulische Presse (27) zum Einspeisen verstärkter Materialien in den inneren Zylinder vorhanden ist,
• (b) zwischen Kolben (24) und der Innenwand des inneren Zylinders (22B) bis zur Rückfluß-Sperrvorrichtung ein radialer Spalt ausgebildet ist,
• (c) ein Motor zum Rotierenlassen des Kolbens (24) vorhanden ist.