DE4110166A1 - Verfahren und vorrichtung zum spritzen von mehrschichtkuelbeln - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Mehrschichtkülbel-Spritzvor­ richtung und ein Verfahren zum Spritzen oder Strangpres­ sen eines Mehrschichtkülbels.

Ein hohler (Kunst-)Harzbehälter wird nach einem Blas­ formverfahren hergestellt, speziell durch Ausblasen eines unter Druck stehenden Strömungsmittels oder Fluides durch eine Blasform (die).

Bei einer bisherigen Mehrschichtkülbel-Spritz- oder -Strangpreßvorrichtung gemäß der JP-OS 62-99 115 ist ein Ringelement konzentrisch zu einem Ringdurchgang für ein Primärmaterial-Harz angeordnet, wobei ein Zusatzma­ terial-Harz über mindestens eine im Ringelement vorge­ sehene Ringdüse gespritzt oder extrudiert wird. Jede Ringdüse weist eine(n) Einlaß(öffnung) auf, durch den (die) das Material strömt. Bei dieser Anordnung wird ein Material mit guter Formbarkeit und mit Durchläs­ sigkeit für Benzin, wie ein hochdichtes Polyethylen, als primäres Harzmaterial verwendet und weitgehend für Außen- und Innenschichten eingesetzt. Dagegen wird ein für Benzin undurchlässiges Material, z. B. ein Nylon- Harz, als Zusatzmaterial für Mittelschichten verwendet. Die Grenzflächen zwischen den einzelnen Schichten werden durch Klebmittelschichten versiegelt. Der so geformte Mehrschichtkülbel kann für die Fertigung eines Kraftstofftanks bzw. -behälters o.dgl. benutzt werden.

Ein bei dem mittels der bisherigen Mehrschichtkülbel- Spritzvorrichtung hergestellten Mehrschichtkülbel vorhandenes Problem besteht jedoch darin, daß die Dicke jeder Schicht in Umfangsrichtung nicht gleichmäßig ist. Genauer gesagt: das aus dem Einlaß ausströmende Material muß umfangsmäßig gleichmäßig verteilt und gespritzt oder extrudiert werden. Bei der bisherigen Anordnung ist aber in dem dicht neben dem Einlaß angeordneten Düsenabschnitt der Spritz- oder Extrudier­ druck vergleichsweise hoch, während er umgekehrt in dem vom Einlaß entfernten Düsenabschnitt vergleichsweise niedrig ist. Aus diesem Grund ist die Strömungsmenge des Materials, das aus dem Düsenabschnitt nahe des Einlasses extrudiert wird, größer als die Strömungs­ menge des Materials, das aus dem vom Einlaß entfernten Düsenabschnitt extrudiert wird. Aus diesem Grund wird die Dicke des Külbels in der Nähe des Einlasses ziem­ lich groß und, umgekehrt, in dem vom Einlaß entfernten Bereich ziemlich klein, so daß sich eine ungleichmäßige Dicke in Umfangsrichtung ergibt, die ihrerseits zur Fertigung fehlerhafter Erzeugnisse führt.

Die Erfindung wurde nun mit dem Ziel der Lösung der obengenannten Probleme entwickelt.

Erfindungsgemäß werden zu verformende Materialien oder Ausgangsmaterialien (forming materials) Ringdüsen von einer Anzahl von Strömungsdurchgängen her zugespeist, die umfangsmäßig in gleichen gegenseitigen Abständen angeordnet sind. Außerdem sind längs der Durchgänge (oder Leitungen) Regelventile zum Regeln der Strömungs­ menge, Manometer zum Messen des Drucks des die Durch­ gänge durchströmenden Materials sowie Ansteuervor­ richtungen zum Ansteuern der Regelventile angeordnet. Weiterhin ist eine Steuervorrichtung zum Steuern der Ansteuervorrichtungen vorgesehen, um einen konstanten Strömungsdruck einzustellen und damit eine gleichmäßige Külbeldicke zu gewährleisten oder aber einen vorbestimm­ ten Proportional-Strömungsdruck zur Gewährleistung einer sich auf vorbestimmte Weise ändernden Külbeldicke einzustellen. Mit dieser Anordnung werden die obenge­ nannten Probleme gelöst.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spritzen oder Strangpressen eines Mehrschichtkülbels, bei dem mehrere Materialien jeweils aus Ringdüsen, die konzentrisch zueinander angeordnet sind, extrudiert und miteinander geschichtet oder schichtweise zusammengeführt (lami­ niert) werden. Dieses Verfahren umfaßt insbesondere die Schritte des Zuführens einer Art eines Ausgangsmate­ rials über mehrere Strömungsdurchgänge, die umfangs­ mäßig auf gleiche Abstände voneinander verteilt sind und jeweils mit vorbestimmten Ringdüsen in Verbindung stehen, des Messens einer Druckgröße an jedem Strömungs­ durchgang und des Regelns der Menge des von jedem Strömungsdurchgang gelieferten Ausgangsmaterials in der Weise, daß die einzelnen Druckgrößen der Strömungs­ durchgänge zur Gewährleistung einer gleichmäßigen Dicke einander gleich gehalten oder zur Gewährleistung einer vorbestimmten Dickenänderung in einem vorbestimmten Verhältnis (Proportion) zu den jeweiligen anderen Druckgrößen gehalten werden. Die Zahl der Ringdüsen, an denen die Druckgröße gemessen wird, kann eine der Düsen oder alle Düsen umfassen.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Mehrschicht­ külbel-Spritzvorrichtung, umfassend einen Zylinder mit einer Zylinderbohrung und einer Schlitzform (die slit) zum Extrudieren eines Külbels, einen in der Zylinder­ bohrung verschiebbar geführten Ringkolben, einen zwischen der Schlitzform und dem Ringkolben vorgese­ henen Mehrschichtkopf und eine Anzahl von konzentrisch im Mehrschichtkopf angeordneten Ringdüsen, die der Schlitzform zugewandt und zu dieser hin offen sind bzw. münden. Die Spritzvorrichtung umfaßt ferner eine Anzahl von Strömungsdurchgängen oder Leitungen, die von den Materialien durchströmt werden, mit den Ringdüsen kommunizieren und auf gleiche Umfangsabstände vonein­ ander verteilt sind, Regelventile zum Regeln der Strömungsmenge des die Leitungen passierenden Mate­ rials, wobei jedes Regelventil mit der betreffenden Leitung verbunden ist, jeweils mit den Regelventilen verbundene Ansteuerelemente zum Ansteuern (Betätigen) der Regelventile, Manometer zum Messen des Drucks des die Leitungen durchströmenden Materials und eine Steuereinrichtung zum Abnehmen jedes Meßsignals von den jeweiligen Manometern und zum Ausgeben jedes Ansteuer­ signals zum betreffenden Ansteuerelement zwecks Einstel­ lung eines konstanten Strömungsdrucks oder eines vorbestimmten proportionalen Strömungsdrucks.

Erfindungsgemäß wird das Ausgangsmaterial der Ringdüse über eine Anzahl von Strömungsdurchgängen oder Leitun­ gen zugespeist, die in gleichen Umfangsabständen voneinander angeordnet sind. Der jeweilige Druck des zugespeisten Materials wird mittels eines Manometers gemessen, das mit der betreffenden Leitung verbunden ist. Die Meßdaten von jedem Manometer werden der Steuervorrichtung eingespeist. Nach dem Vergleich der Eingabedaten wird jede mit dem betreffenden Regelventil verbundene Ansteuervorrichtung durch die Steuervor­ richtung zum Einstellen der konstanten Druckgröße oder der vorbestimmten proportionalen Druckgröße gesteuert.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Mehrschichtkül­ bel-Spritzvorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Spritzvorrichtung mit einer Leitung für ein Zusatzmaterial,

Fig. 3 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene, schema­ tische Abwicklung eines Abschnitts A von Fig. 1 und

Fig. 4 einen Teilschnitt durch einen mittels der Spritzvorrichtung extrudierten Mehrschicht­ külbel.

Die Fig. 1 bis 3 veranschaulichen einen Hauptteil einer Mehr­ schichtkülbel-Spritzvorrichtung gemäß der Erfindung. Gemäß Fig. 1 ist in einem Zylinder 2 in dessen Axialrichtung eine Zylinderbohrung 2a ausgebildet, in der ein Ringkol­ ben 4 verschiebbar geführt ist. An der Auslaßseite des Zylinders 2 ist eine Schlitzform (die slit) 2b vorge­ sehen, über die ein Mehrschichtkülbel 20 extrudierbar ist. Zwischen dem Ringkolben 4 und der Schlitzform 2b ist im Zylinder 2 ein ringförmiger Mehrschicht- (Spritz-)Kopf 6 mit einem Abstand von Innen- und Außen­ wandflächen der Zylinderbohrung 2a angeordnet. Der Mehr­ schicht-Kopf 6 wird von einem noch näher zu beschrei­ benden Kopfring 8 getragen. In der der Schlitzform 2b zugewandten Fläche des Mehrschicht-Kopfes 6 sind drei konzentrisch zueinander angeordnete Ringdüsen 6a, 6b und 6c vorgesehen, die am Endabschnitt und an der Auslaßseite des Mehrschicht-Kopfes 6 in einen einzigen ringförmigen Auslaß 6d münden. Mit dieser Anordnung ist es möglich, mehrere Materialien im Mehrschicht-Kopf 6 schichtartig zusammenzuführen oder zu laminieren und über den ringförmigen Auslaß 6d zur Schlitzform 2b hin zu extrudieren.

Ein radial vom Umfang des Zylinders 2 abgehender Zulaß 2c verbindet ein(e) Speiserohr oder -leitung 40a eines Hauptmaterial-Einspritzers 40 mit der Zylinderbohrung 2a. An einer vom Zulaß 2c zur Seite der Spritzform 2b hin versetzten Stelle ist eine bis zur Zylinderbohrung 2a reichende Bohrung 2d ausgebildet, in welcher ein Kopfring 8 mit darin vorgesehenen Strömungsdurchgängen oder Leitungen 8a, 8b und 8c festgelegt ist.

Die Ringdüse 6b kommuniziert über die Leitungen 8b mit einem (einer) Speiserohr oder -leitung 44a eines Zusatzeinspritzers 44. An die Speiseleitung 44a ist ein Druckspeicher 48 angeschlossen. Auf ähnliche Weise kommunizieren die Ringdüsen 6a und 6c jeweils über die Leitungen 8a bzw. 8c mit Speiseleitungen 42a bzw. 42b, die ihrerseits jeweils mit Druckspeichern 46a bzw. 46b verbunden sind.

Gemäß Fig. 2 ist der Mehrschicht-Kopf 6 durch vier Trag­ elemente 8d gehaltert, die um den Umfang des Kopfrings 8 herum in gleichen Umfangsabständen voneinander ange­ ordnet sind. Die mit der Ringdüse 6b in Verbindung stehenden Leitungen 8b verlaufen dabei durch jedes Tragelement 8d. Weiterhin sind im Kopfring 8 bogen­ förmige Durchgänge oder Leitungen 9 vorgesehen, welche gemäß Fig. 2 die Strömungsdurchgänge oder Leitungen 8b verbinden. Insbesondere sind dabei die vier Leitungen 8b um den Umfang des Kopfrings 8 herum auf gleiche Umfangsabstände voneinander verteilt. Die mit den bogenförmigen Leitungen 9 verbundene Speiseleitung 44a kommuniziert mit dem Einlaß der betreffenden Leitungen 8b über die bogenförmigen Leitungen 9. In der Nähe der Auslässe der einzelnen Leitungen 8b sind vier Regelven­ tile 10 zur Regelung der Durchsatz- oder Strömungsmenge längs der bogenförmigen Leitungen 9 in gleichen Umfangs­ abständen voneinander angeordnet. Mit jedem Regelventil 10 ist eine Ansteuervorrichtung 12 verbunden.

Gemäß der in Fig. 3 dargestellten Abwicklung des Ab­ schnitts A von Fig. 1 sind vier Druckmesser oder Mano­ meter 14 zum Messen des Drucks des die Strömungs­ durchgänge oder Leitungen 8b durchströmenden Materials auf gleiche Umfangsabstände verteilt in der Nähe der Bereiche angeordnet, in welchen die Leitungen 8b mit den Ringdüsen 6b verbunden sind. Einer Steuervorrich­ tung 16 sind die nötigen Signale von den einzelnen Manometern 14 über entsprechende Signalleitungen 15 einspeisbar. Die Steuervorrichtung 16 vermag über entsprechende Signalleitungen 18 jeweils ein getrenntes Steuersignal zu jeder Ansteuervorrichtung 12 zu liefern.

Im folgenden ist die Arbeitsweise der Mehrschicht­ külbel-Spritzvorrichtung im einzelnen erläutert. Dabei sei angenommen, daß ein Mehrschichtkülbel, der das Zusatzmaterial in gleichförmiger Dicke über seinen Umfang hinweg aufweist, mittels der Spritzvorrichtung hergestellt werden soll.

In einem Schritt eines Druckspeicherns von Kunstharz­ material wird ein vom Haupt(material)-Einspritzer 40 zugespeistes Primärmaterial vom Zulaß 2c über die Speiseleitung 40a in die Zylinderbohrung 2a eingeführt, so daß der Ringkolben 4 durch das Primärmaterial hochge­ drückt und dieses damit in der Zylinderbohrung 2a unter Druck gespeichert (accumulating) wird. Ebenso wird ein von einem Klebmittel-Einspritzer 42 zugespeistes Kleb­ mittel über Speiseleitungen 42a und 42b in Druckspei­ chern (accumulators) 46a bzw. 46b gesammelt, während ein vom Zusatzmaterial-Einspritzer 44 zugespeistes Zusatzmaterial über die Speiseleitung 44a im Druck­ speicher 48 gesammelt wird. Wenn der Druckspeicher­ vorgang für jedes Material abgeschlossen ist, werden der Ringkolben 4 und die Druckspeicher 46a, 46b und 48 jeweils betätigt, so daß das betreffende Material ausgepreßt wird. Das aus den Druckspeichern 46a, 46b ausgepreßte oder extrudierte Klebmittel strömt in die Ringdüsen 6a und 6c im Mehrschicht-Kopf 6 über die Speiseleitungen 42a und 42b sowie die Leitungen 8a und 8c des Kopfrings 8 ein. Außerdem strömt das aus dem Druckspeicher 48 ausgepreßte Zusatzmaterial über die Leitung 8a des Kopfrings 8 in die Ringdüse 6b des Mehrschicht-Kopfes 6 ein. Das Primärmaterial wird über die innenseitige ringförmige Leitung 2e und die außen­ seitige ringförmige Leitung 2f des Mehrschicht-Kopfes 6 zur Spritzform 2b geführt. Dabei wird das Primärmate­ rial durch den Mehrschicht-Kopf 6 in innere und äußere Lagen bzw. Schichten aufgetrennt.

Der Klebmittelstrom durch die Ringdüsen 6a und 6c sowie die Zusatzmaterialschicht, die vom Klebmittel umschlos­ sen oder umgeben ist und die Ringdüse 6b durchströmt, werden unter Schichtung miteinander aus dem ringför­ migen Auslaß 6d extrudiert. Weiterhin wird die Primär­ materialschicht über die Schlitzform 2b derart extru­ diert, daß die Primärmaterialschicht die drei Schichten aus zwei verschiedenen Materialien, nämlich die beiden Klebmittelschichten und die eine Zusatzmaterialschicht zwischen Innen- und Außenschichten des Haupt- oder Primärmaterials, umschließt; dabei entsteht ein zylin­ drischer Mehrschichtkülbel 20. Wie insbesondere aus der Schnittansicht eines Teils des Mehrschichtkülbels 20 gemäß Fig. 4 hervorgeht, sind eine erste Hauptmaterial­ schicht 20a, eine erste Klebmittelschicht 20, eine Zusatzmaterialschicht 20c, eine zweite Klebmittel­ schicht 20b und eine zweite Hauptmaterialschicht 20a in der angegebenen Reihenfolge von der äußersten Schicht her geschichtet oder laminiert.

Gemäß Fig. 3 werden die Druckwerte oder -größen von den am Umfang der Zusatzmaterialschicht 20c angeordneten Manometern 14 der Steuervorrichtung 16 über die Signalleitungen 15 eingegeben. Wenn die Druckgrößen von den einzelnen Manometern 14 nicht gleich groß sind, liefert die Steuervorrichtung 16 über die betreffenden Signalleitungen 18 Ansteuersignale zu den einzelnen Ansteuervorrichtungen 12, um konstante Druckgrößen einzustellen. Daraufhin steuert jede Ansteuervorrich­ tung 12 das zugeordnete Regelventil 10 nach Maßgabe des Ansteuersignals im Sinne einer Drosselung der Strö­ mungsmenge an. Auf diese Weise wird die Dicke des Zusatzmaterials in dessen Umfangsrichtung gleichmäßig gehalten.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Umfang der Ringdüse 6b durch die vier Strömungsdurchgänge oder Leitungen 8b, die auf gleiche Umfangsabstände von 90° verteilt sind, in vier bogenförmige Abschnitte unterteilt. Das die vier Leitungen 8b im Kopfring 8 durchströmende Zusatzmaterial wird jeweils einem der vier getrennten bogenförmigen Abschnitte der Ringdüse 6b zugespeist. Ersichtlicherweise kann somit der Druck des Harzes genauer auf einer konstanten Größe gehalten werden, weil das Harzmaterial aus den bogenförmigen Abschnitten entsprechend Winkelabständen von etwa 90° extrudiert wird, und zwar im Gegensatz zur bisherigen Anordnung, bei welcher das Zusatzmaterial über eine(n) einzige(n) Strömungsdurchgang oder Leitung dem Gesamtumfang der Ringdüse 6b zugespeist wird. Im Vergleich zur bisherigen Anordnung ist daher auch die Auslegung der genannten Strömungsdurchgänge oder Leitungen einfach.

Wenn ein Mehrschichtkülbel mit längs seines Umfangs variierender Dicke hergestellt werden soll, können jede Ansteuervorrichtung 12 und die betreffenden Regelventile 10 durch die Steuervorrichtung 16 so gesteuert werden, daß für die Erzielung der Dickenände­ rung erforderliche vorbestimmte proportionale Druckwer­ te oder -größen eingestellt werden.

Die Erfindung ist verschiedenen Abwandlungen zugäng­ lich. Beispielsweise kann bei Bedarf ein Element zur Regelung oder Einstellung der Dicke des Erzeugnisses an der Leitung für das Primärmaterial oder der Leitung für das Klebmittel vorgesehen werden. Während bei der beschriebenen Ausführungsform vier Strömungsmengen- Regelventile, vier Ansteuervorrichtungen und vier Mano­ meter vorgesehen sind, kann die Zahl dieser Einheiten für eine Einstellung der Dicke in kleineren Bereichen vergrößert werden. Außerdem können der Mehrschicht-Kopf 6 und der Kopfring 8 zu einer Einheit zusammengefaßt werden.

Obgleich bei der beschriebenen Ausführungsform der Mehrschichtkülbel in fünf Schichten aus drei verschie­ denen Materialien erzeugt wird, kann er auf ähnliche Weise, wie vorstehend beschrieben, auch in drei Schich­ ten aus drei verschiedenen Materialien geformt werden.

Da bei der beschriebenen Ausführungsform die Dicke einer vorbestimmten Schicht gesteuert oder eingestellt wird, bevor mehrere Schichten laminiert bzw. schicht­ weise zusammengeführt werden, kann ein Mehrschicht­ külbel einer vorbestimmten Dicke durch Strangpressen oder Spritzformen erzeugt werden.

Claims (3)

1. Verfahren zum Spritzen (Strangpressen) eines Mehrschichtkülbels, bei dem mehrere Materialien jeweils aus konzentrisch zueinander angeordneten Ringdüsen extrudiert und schichtartig miteinander vereinigt werden, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Zuführen eines Form- oder Ausgangsmaterials über eine Anzahl von Strömungsdurchgängen, die in Umfangs­ richtung in gleichen Abständen voneinander angeord­ net sind und jeweils mit Ringdüsen kommunizieren,
Messen einer Druckgröße an jedem Strömungsdurchgang und
Einstellen der Strömungsmenge des über jeden Strö­ mungsdurchgang zugeführten Ausgangsmaterials in der Weise, daß die Druckgrößen an den einzelnen Strö­ mungsdurchgängen gleich groß gehalten oder zueinan­ der in einem vorbestimmten Verhältnis (Proportion) variiert werden.

2. Mehrschichtkülbel-Spritzvorrichtung zum Spritzen (Strangpressen) mehrerer Materialien, gekennzeichnet durch
einen Zylinder mit einer Zylinderbohrung und einer Schlitzform (die slit) zum Extrudieren eines Külbels,
einen verschiebbar in der Zylinderbohrung geführten Ringkolben,
einen zwischen der Schlitzform und dem Ringkolben angeordneten Mehrschicht-Kopf,
mehrere konzentrisch im Mehrschicht-Kopf angeordnete Ringdüsen, welche der Schlitzform zugewandt sind und zu dieser hin münden,
einen Kopfring mit einer Anzahl von Strömungsdurch­ gängen zur Aufnahme der Materialien, wobei die Strömungsdurchgänge mit den Ringdüsen kommunizieren und in gleichen Umfangsabständen voneinander um den Kopfring herum angeordnet sind,
Regelventile zur Regelung oder Einstellung der Strö­ mungsmenge der die Strömungsdurchgänge durchströmen­ den Materialien, wobei die Regelventile jeweils mit zugeordneten Strömungsdurchgängen verbunden sind,
jeweils mit den Regelventilen verbundene Ansteuerein­ richtungen zum Ansteuern der Regelventile zwecks Einstellung der betreffenden Strömungsmenge,
Manometer zum Messen des Drucks der die Strömungs­ durchgänge durchströmenden Materialien und
eine Steuereinrichtung zum Steuern der Ansteuerein­ richtungen auf der Grundlage der durch die Manometer gemessenen Materialdrücke zwecks Einstellung eines konstanten Strömungsdrucks oder eines vorbestimmten proportionalen Strömungsdrucks.

3. Spritzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Manometer jeweils in der Nähe des Bereichs angeordnet sind, in welchem die Strömungs­ durchgänge mit den (Ring-)Düsen kommunizieren.