DE4237217A1 - Verfahren und Anlage zum Befüllen einer oder mehrerer geschlossener Gießformen durch dosierte Intrusion plastifizierten Kunststoffes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zum Befüllen einer oder mehrerer geschlossener Gießfor­ men durch dosierte Intrusion plastifizierten Kunststof­ fes, insbesondere eines stark verunreinigten recycelten Kunststoffes, von einem diskontinuierlich oder kontinu­ ierlich arbeitenden Extruder oder Plastifikator unter Zwischenschaltung eines oder mehrerer Druck-Dosierspei­ chers bzw. Druck-Dosierspeicher.

In der DE 38 43 342 A1 ist eine Einrichtung zum Ausgeben von plastischem, insbesondere thermoplastischem, erwärm­ ten und recycelten Kunststoff von einem Plastifikator in das Formwerkzeug einer Presse offenbart. Das plastifi­ zierte Material, oder die Schmelze, von einem diskon­ tinuierlich ausstoßenden Aufbereiter kommend, wird in einen der beiden Injektorzylinder gedrückt, welche über ein Umsteuerventil mit einer beweglichen Förderleitung verbunden sind. Am Ende der Förderleitung ist ein ver­ schließbares Mundstück angeordnet, durch welches die Schmelze druckarm in ein halbgeöffnetes Formwerkzeug eingebracht und anschließend mittels einer Presse im Formwerkzeug verpreßt wird. Beim Füllen des Injektorzy­ linders kann der Kolben, bei geschlossener Zuleitung, nach Erreichen des eingestellten Sollwertes, der dem Ge­ wicht oder Volumen des herzustellenden Artikels ent­ spricht, zurückweichen. Der zurückweichende Kolben öff­ net über eine Steuereinrichtung das Umsteuerventil und die aufgespeicherte Schmelze wird druckarm über die För­ derleitung in die halbgeöffnete Form eingespritzt. So­ bald der Kolben seine unterste, durch Endschalter über­ wachte Stellung erreicht hat und die Schmelze restlos aus dem Injektorzylinder gepreßt ist, schließt das Um­ steuerventil die Zuleitung und der Füllvorgang des ent­ leerten Injektorzylinders beginnt von Neuem. Die Presse erhält gleichzeitig den Befehl zum Schließen des Form­ werkzeuges. Während des Füllvorganges des Formwerkzeuges kann bei einem kontinuierlich arbeitenden Plastifikator und entsprechender Steuerung des Umsteuerventils der an­ dere Injektorzylinder gefüllt werden. Der Nachteil die­ ser Einrichtung besteht darin, daß die Zuleitung zum Formwerkzeug verhältnismäßig lang ist; sie muß also mit Heizmanschetten versehen sein und daß für jedes Form­ werkzeug eine separate Presse erforderlich ist.

In der GB 976,369 ist eine Vorrichtung zum Füllen von Gießformen beschrieben. Das vom Extruder kommende aufbe­ reitete Material gelangt über ein 2-Wegeventil in einen Verteiler, welches je nach Stellung eine links oder rechts angeordnete Form füllen kann. Über einen mit dem Verteiler verbundenen Einlaßkanal gelangt die Schmelze in das geschlossene Formwerkzeug. Gegenüber dem Einlaß­ kanal ist ein Nachdruckzylinder angeordnet, wobei die Zuleitung zu diesem Zylinder im Querschnitt etwas größer gehalten ist als der Einlaßkanal zum Formwerkzeug. Da­ durch füllt sich der senkrecht nach oben angeordnete Nachdruckzylinder mit einer begrenzten Schmelzmasse. Zeigt die Füllstandskontrolle die Formfüllung an, wird das 2-Wegeventil zum anderen Formwerkzeug umgeschaltet. Die im Nachdruckzylinder gespeicherte Schmelzmasse wird bei geschlossenem 2-Wegeventil durch einen Kolben in das Formwerkzeug nachgedrückt, um einen Teil des Schrumpfens beim Abkühlvorgang des Formlings zu kompensieren. Bei einem verhältnismäßig langsam ablaufenden Füllvorgang, wie dies bei dieser Vorrichtung der Fall ist, entsteht an der Oberfläche der einfließenden Schmelze durch Be­ rühren mit der kalten Form eine Haut, die im Fertigteil sichtbar ist. Die kühlere Haut steht auch dem Bestreben entgegen, möglichst große und dünnwandige Fertigproduk­ te zu erzeugen. Auch ein Nachdruckzylinder kann bei die­ ser Vorrichtung nicht vermeiden, daß Lunkerstellen bzw. nicht ganz mit Schmelze ausgefüllte, schadhafte Fertig­ teile produziert werden.

Auch die EP 0 198 323 A2 behandelt eine Vorrichtung, bei welcher der vom Extruder kommende aufbereitete Kunst­ stoff über ein steuerbares Ventil in eine Einspritzkam­ mer gelangt und über ein Einfüllmundstück in eine Form. Die Einspritzkammer ist mit einer Kolbeneinrichtung ver­ bunden. Bei geschlossenem Ventil zum Extruder wird eine steuerbare Kolbenstange in die Einspritzkammer gedrückt, so daß das verdrängte Schmelzmaterial zusätzlich in die bereits gefüllte Form gelangt. Nachteilig wirkt sich auch bei dieser Anordnung das langsame Füllen der Form aus, insbesondere bei großflächigen und dünnwandigen Ge­ genständen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß die Be­ schickung der Gießform bzw. Gießformen einfach und ohne wesentlichen Temperaturverlust durch eine hohe Fließge­ schwindigkeit der Schmelze beim Befüllen der Gießform erfolgt und daß auch mit einem Extruder oder Plastifika­ tor kleiner Leistung großvolumige Gießformen in sehr kurzer Zeit befüllbar sind.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß

• a) der vom Extruder oder Plastifikator zugeführte aufbe­ reitete Kunststoff in an sich bekannter Weise über ein 2-Wegeventil in einen Druck-Dosierspeicher einge­ bracht wird,
• b) bei Erreichen eines vorbestimmten Volumens im Druck- Dosierspeicher vorzugsweise durch 2-Wegeventile der weitere Zufluß von Schmelze gesperrt und gleichzei­ tig die entsprechende Zuleitung zur geschlossenen Gießform geöffnet wird und
• c) das Befüllen einer Gießform mit der im Druck-Dosier­ speicher dosiert vorhandenen Schmelze unter hohem Druck und hoher Fließgeschwindigkeit durchgeführt wird.

Der Plastifikator kann hierbei diskontinuierlich oder kontinuierlich arbeiten, wobei im letzteren Falle min­ destens zwei 2-Wegeventile angeordnet sind, wodurch die aufbereitete Schmelze während des Füllvorganges der einen Gießform in einen zweiten Druck-Dosierspeicher um­ geleitet wird. Das Umschalten der betreffenden 2-Wege­ ventile erfolgt mittels an den Druck-Dosierspeichern angeordneten Endschaltern oder Weggebern, die je nach dem Volumen der angeschlossenen Gießform bzw. Gießformen einstellbar sind. Durch eine Steuereinrichtung wird das Befüllen der Gießform ausgelöst, was bei Erreichen der vorgegebenen Füllmenge im entsprechenden Druck-Dosier­ speicher geschieht. Das 2-Wegeventil wird hierbei ent­ sprechend umgeschaltet, die Zuleitung zur betreffenden Gießform wird geöffnet und der Zulauf zum Druck-Dosier­ speicher gesperrt. Das Füllen der Form geschieht in sehr kurzer Zeit mit hoher Fließgeschwindigkeit und hohem End­ druck. Das rasche Füllen der Form verhindert weitge­ hendst die Bildung einer Haut, wie diese sich durch Ab­ kühlen an der Oberfläche der Schmelze bildet, insbeson­ dere dann, wenn die Schmelze mit der relativ kalten Gieß­ form in Berührung kommt. Der Kolben des geleerten Druck- Dosierspeichers verbleibt nun solange in der unteren La­ ge, bis die in die Gießform eingebrachte Schmelze soweit abgekühlt ist, daß bei einem Nachlassen des Druckes in der Gießform kein Nachteil für den Formling entsteht. Der vorherrschende Druck in der Schmelze vermindert bzw. verhindert den Schrumpfungsprozeß, so daß die nach die­ sem Verfahren hergestellten Formlinge gut ausgeformt sind und eine sehr ansprechende, glatte Oberfläche auf­ weisen, insbesondere dann, wenn das Speichervolumen in den Druck-Dosierspeichern das Schrumpfvolumen der Form­ linge berücksichtigt.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung können in den Gießformen an sich bekannte luftdurchlässige Stopfen oder Schlitze angeordnet sein. Diese Stopfen oder Schlit­ ze dienen nur zur Entlüftung der Gießform; sie ermöglichen lediglich den Luftdurchgang, jedoch nicht diesen von ther­ moplastischem Kunststoff. Sie vermeiden einerseits Luft­ einschlüsse und andererseits begünstigen sie den kurz­ zeitigen Füllvorgang der Gießform wesentlich.

Des weiteren kann das Füllen der Gießform bzw. Gießfor­ men mittels eines am Druck-Dosierspeicher angeordneten hydraulisch, pneumatisch oder anders betätigbaren Kol­ bens erfolgen. Sobald der vorgegebene Füllstand im Druck- Dosierspeicher erreicht ist, wird durch eine Steuerung die Umschaltung des bzw. der 2 Wegeventile ausgelöst und der jeweilige Kolben im Druck-Dosierspeicher für den schnellen Ausstoß der gespeicherten Schmelzmenge in die Gießform betätigt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann der Kol­ bendruck mindestens bis zum Übergang vom thermoplasti­ schen in den thermoelastischen Zustand der Schmelze auf­ recht erhalten werden. Die vorbestimmte Füllmenge kann also schon kurz vor dem Erreichen der Kolbenendstellung abgeschlossen sein, so daß der Druck weiterhin auf die eingefüllte Schmelze einwirkt. Ein Verbleib einer klei­ nen Restmenge von Schmelze im Druck-Dosierspeicher hat dabei keine Nachteile.

Darüber hinaus kann das Füllvolumen des oder der Druck- Dosierspeicher durch Endschalter oder Weggeber einstell­ bar sein.

Um die eingefüllte Schmelze in den Druck-Dosierspeichern auf der vorgeschriebenen Temperatur zu halten, kann oder können der oder die Druck-Dosierspeicher temperiert sein.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Anlage mit einem diskontinuierlich arbeitenden Extruder,

Fig. 2 ein 2-Wegeventil in umgeschaltetem Zu­ stand zu Fig. 1 und

Fig. 3 eine Anlage mit einem kontinuierlich arbeitenden Extruder in Doppelausfüh­ rung.

Wie aus der Fig. 1 zu ersehen ist, besteht die Anlage aus einem Plastifikator oder Extruder 1. Die aufbereite­ te Schmelze 6 gelangt in Pfeilrichtung über ein 2-Wege­ ventil 2 in den Druck-Dosierspeicher (3) und hebt den Kolben 8 an. Auf der Kolbenstange 10 ist ein oberer End­ schalter bzw. Weggeber 9 angeordnet, welcher je nach dem zu verarbeitenden Volumen der Schmelze 6 einstellbar ist. Stößt der Endschalter bzw. der Weggeber 9 gegen den oberen Anschlag 11, wird durch eine nichtgezeichnete Steuereinrichtung das 2-Wegeventil 2 umgeschaltet, wie es die Fig. 2 zeigt und und die im Druck-Dosierspeicher 3 befindliche Schmelze 6 wird hier von einem Hydraulikzy­ linder 12 mit dem Kolben 8 in Pfeilrichtung mit hoher Fließgeschwindigkeit und hohem Druck in die geschlossene Gießform 5 gedrückt. Bei diesem schnellen Füllvorgang kann sich kaum eine Außenhaut im Bereich der Oberfläche der Schmelze 6 ausbilden. Luftdurchlässige Stopfen oder Schlitze 13 in der Gießform 5 angeordnet, lassen beim raschen Füllen derselben die Luft entweichen so daß keine Lufteinschlüsse entstehen können. Derartige Stopfen oder Schlitze 13 können auch in besonders gefähr­ deten Bereichen der Gießformen 5, 5′ angeordnet werden.

Durch einen weiteren Endschalter bzw. Weggeber 9′ wird der Kolben 8 in der Endstellung gestoppt und steht wei­ terhin solange unter Druck, bis die Schmelze 6 in der Gießform 5 soweit erstarrt ist, daß keine Gefahr mehr für den weiteren Verlauf besteht. Der Endschalter bzw. der Weggeber 9 kann so eingestellt werden, daß der Druck- Dosierspeicher 3 mehr Schmelze 6 aufnimmt, um das Schrumpfen des Formlings auszugleichen. Es wird durch den Kolben 8 zusätzlich Schmelze 6 in die Gießform 5 nachgedrückt. Dies wird dadurch ermöglicht, daß der Kern des Formlings immer noch im fließfähigen Zustand ver­ harrt. Das Erstarren schreitet von der Außenhaut, also von der Oberfläche ausgehend, zum Kern des Formlings fort. Die obere Hälfte der Gießform 5 wird vorzugsweise mittels eines Hydraulikzylinders 15 geschlossen gehalten und zum Entformen angehoben. Um den hohen Druck der obe­ ren Hälfte 14 der Gießform 5 zu kompensieren, kann auch eine Verriegelung der beiden Formhälften angeordnet sein Nach einem bestimmten Zeitintervall schaltet die nicht gezeichnete Steuereinrichtung das 2-Wegeventil 2 um, so daß der Druck-Dosierspeicher 3 wieder an den Extruder 1 angeschlossen ist und die vor bestimmte Schmelzmenge spei­ chern kann. Während des Füllvorganges ist der Extruder 1 außer Betrieb, wie dies z. B. durch ein Zurückweichen der Förderschnecke im Extruder 1 bekannt ist.

Die Fig. 3 zeigt eine Anlage mit einem kontinuierlich ar­ beitenden Extruder 1. Hier sind zwei 2-Wegeventile 2 sowie zwei Druck-Dosierspeicher 3 und 3′ angeordnet.

Wie aus der Fig. 3 zu ersehen ist, wird der rechte Druck Dosierspeicher 3′ mit Schmelze 6′ beaufschlagt, während der linke Druck-Dosierspeicher 3 die gespeicherte Schmel­ ze 6 in die geschlossen gehaltene Gießform 5 mittels des Hydraulikzylinders 12 hineinpreßt. Sobald der Speicher 3′ gefüllt ist, werden durch eine nicht gezeichnete Steuer­ einrichtung die beiden 2-Wegeventile 2 und 2′ umgeschal­ tet und der Füllvorgang läuft in umgekehrter Reihenfolge ab.

Um die Schmelze 6 und 6′ in den Speichern 3 und 3′ fließ­ fähig zu halten, sind Heizbänder 16 angeordnet. Heizbän­ der 16 können auch im Bereich der 2-Wegeventile vorgese­ hen sein.

Selbstverständlich kann in der Zuleitung 17 zur Gießform 5 bzw. 5′ noch ein weiteres 2-Wegeventil angeordnet wer­ den, um die gespeicherte Schmelzmenge in eine weitere Gießform umleiten zu können. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Formling eine längere Abkühlzeit braucht, wie dies bei größeren Querschnitten und Materi­ alanhäufungen der Fall ist. Die Kapazität des Extru­ ders 1 sowie die der Druck-Dosierspeicher 3 und 3′ kann dann voll ausgenutzt werden.

In der Zuleitung 17 zur Gießform 5 und 5′ kann ein Dreh­ schieber 18 angeordnet sein, welcher die Zuleitung 17 kurz vor der Gießform 5, 5′ sperren kann, um die heiße Schmelze 6 bzw. 6′ beim Abkühlvorgang von der Gießform 5, 5′ zu trennen.

Selbstverständlich können auch mehrere Druck-Dosierspei­ cher 3, 3′ - Tandemspeicher - von einem Plastifikator 1 gespeist werden, ebenso wie ein Verteilerkopf bekannter Art zwischen dem Plastifikator 1 und den Druck-Dosier­ speichern 3, 3′ dazwischengeschaltet sein kann, wenn z. B. mehrere Gießformen 5, 5′ einer Anlage gefüllt werden bzw. angeschlossen sind. Anstelle der 2-Wegeventile 2 können auch Ein- bzw. Mehr-Wegeventile oder Umschaltven­ tile angeordnet sein - je nach Ausgestaltung der Anlage.

Claims (7)

1. Verfahren und Anlage zum Befüllen einer oder mehrerer geschlossener Gießformen durch Intrusion von dosier­ tem plastifizierten Kunststoff, insbesondere stark verunreinigtem recycelten thermoplastischen Kunst­ stoff, von einem diskontinuierlich arbeitenden Extru­ der oder Plastifikator unter Zwischenschaltung eines Druck-Dosierspeichers, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) der vom Extruder oder Plastifikator (1) zugeführte aufbereitete Kunststoff über ein 2-Wegeventil (2) in einen Druck-Dosierspeicher (3) eingebracht wird,
• b) bei Erreichen eines vorbestimmten Volumens im Druck-Dosierspeicher (3) durch das 2-Wegeventil (2) der weitere Zufluß von Schmelze (6) gesperrt und die Zuleitung (4) zur geschlossenen Gießform (5) geöffnet wird und
• c) die Formfüllung mit der im Druck-Dosierspeicher (3) dosierten Schmelze (6) unter hohem Druck und hoher Fließgeschwindigkeit durchgeführt wird.

2. Verfahren und Anlage zum Befüllen einer oder mehrerer geschlossener Gießformen durch Intrusion von dosier­ tem plastifizierten Kunststoff, insbesondere stark verunreinigtem recycelten thermoplastischen Kunst­ stoff, von einem kontinuierlich arbeitenden Extruder oder Plastifikator unter Zwischenschaltung von min­ destens zwei 2-Wegeventilen und mindestens zwei Druck-Dosierspeichern, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) der vom Extruder oder Plastifikator (1) aufberei­ tete Kunststoff über ein 2-Wegeventil (2, 2′) in einen der Druck-Dosierspeicher (3, 3′) eingebracht wird,
• b) bei Erreichen des vorbestimmten Volumens durch das 2-Wegeventil (2) der Zufluß von Schmelze (6) gesperrt und die Zuleitung (4) zur geschlossenen Gießform (5) geöffnet wird, während gleichzeitig durch ein anderes 2-Wegeventil (2′) der Zufluß der Schmelze (6) in den Druck-Dosierspeicher (3′) umgeleitet wird,
• c) die Gießform (5) unter hohem Druck bei hoher Fließgeschwindigkeit mit der im Druck-Dosierspei­ cher (3) dosierten Schmelze (6) gefüllt wird und
• d) nach Umschalten der 2-Wegeventile (2, 2′), die Gießform (5′) unter hohem Druck bei hoher Fließ­ geschwindigkeit mit der im Druck-Dosierspeicher (3′) dosierten Schmelze (6′) gefüllt und die Schmelze (6) wieder in den Druck-Dosierspeicher (3) usw. umgeleitet wird.

3. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Gießformen (5, 5′) an sich bekannte luftdurch­ lässige Stopfen oder Schlitze (7, 13) angeordnet sind.

4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllen der Gießform bzw. Gießformen (5, 5′) mit­ tels eines im Druck-Dosierspeicher (3, 3′) angeordne­ ten hydraulisch oder pneumatisch betätigbaren Kol­ bens (8) erfolgt.

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Kolbens (8 bzw. 8′) mindestens bis zum Übergang vom thermoplastischen in den thermoelasti­ schen Zustand der Schmelze (6 bzw. 6′) anhält.

6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllvolumen des oder der Druck-Dosierspeicher (3, 3′) durch Endschalter oder Weggeber (9) einstell­ bar ist.

7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Druck-Dosierspeicher (3, 3′) temperiert ist bzw. sind.