DE60033309T2

DE60033309T2 - Vorrichtung zur regelung der temperatur eines kunststoffes mit einem vakuumgegossenen isolierten keramikfaserband mit wärme- und kühlelementen

Info

Publication number: DE60033309T2
Application number: DE60033309T
Authority: DE
Inventors: M. Gordon Tulsa Pendergraft
Original assignee: Pendergraft Gordon M Tulsa
Current assignee: Pendergraft Gordon M Tulsa
Priority date: 1999-11-04
Filing date: 2000-11-03
Publication date: 2007-06-21
Also published as: EP1230078B1; ATE353279T1; AU3438201A; WO2001032396A2; DE60033309D1; EP1230078A2; US6486445B1; ES2281376T3; DE60033309T8; WO2001032396A3

Description

1. Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft allgemein Vakuum gegossene Keramikfaser-Isolatoren, insbesondere solche, die geeignet sind, um mittels Aufheizung oder Kühlung die Temperatur in einer Niedrigtemperaturvorrichtung anheben, senken oder halten können.
2. Stand der Technik
Extruder zum Herstellen von Kunststoffteilen sind allgemein bekannt. Die Bestandteile des Kunststoffes werden aufgeheizt, um sie in einen fließfähigen Zustand zu bringen.
Nach Erreichen des fließfähigen Zustandes wird die Mischung dann unter Druck in Formen oder durch Gesenke gepresst. Es ist bekannt, dass die fließfähige Mischung mittels eines Einspritz- oder Extrusionsrohres in die Form oder zu dem Gesenk geleitet wird. Um ein optimales Fließverhalten des Gemisches sicherzustellen, sind diese Rohre mit Heizvorrichtungen ausgestattet, um die Temperatur der Mischung zu steuern.
Unterschiedliche Arten von Heizbändern sind für diesen Zweck im Stand der Technik bekannt. Die bekannteste ist eine Heizspule, die das Rohr umgibt und Hitze in das Gemisch leitet, welches durch das Rohr fließt.
Die Optimierung des Fließverhaltens der fließfähigen Mischung hängt von der Möglichkeit ab, die Temperatur zu steuern, mit der das Rohr beaufschlagt wird, wenn die fließfähige Masse hindurchströmt. Daher wird ein verbesserter Heiz- und Kühlmechanismus benötigt, um ein optimales Fließverhalten der fließfähigen Mischung zu erreichen.
Vorliegende Erfindung ist auf ein keramisches Isolier- sowie Heiz-/Kühlband gerichtet.
Im Stand der Technik werden solche Bänder nicht bei Niedrigtemperaturvorrichtungen im Bereich von unterhalb 1000°C/1600°F gelehrt. Deshalb gibt es einen Bedarf für einen Temperatursteuerungsmechanismus in Niedrigtemperaturvorrichtungen, wie etwa in Injektionsmaschinen bzw. Extrudern.
Darüber hinaus offenbart EP-A-1 005 974 – wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 dargestellt – eine Vorrichtung zum Steuern der Temperatur des Kunststoffmaterials in einem fließfähigen Zustand durch ein Rohr, wobei ein Keramikband um das Rohr herum benutzt wird.
Das Kühlmittel kühlt die Außenfläche des Keramikbandes, aber nicht das Rohr direkt.
Darstellung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist allgemein auf eine Vorrichtung gerichtet, um während des Aufheizens und/oder Kühlens von fließfähigem Kunststoffmaterial eine effizientere Isolierung zu bewirken. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung darauf gerichtet, die Möglichkeit der Steuerung der Temperatur des fließfähigen Kunststoffgemisches bei einem Injektionsprozess bzw. Extrusionsprozess einer Niedrigtemperaturvorrichtung zu maximieren, wie etwa bei dem Kunststoffspritzen oder Extrudieren.
Im Folgenden werden spezifische Fachausdrücke erläutert. Der Ausdruck "Keramikband" ist gleichbedeutend benutzt mit einem vakuumgegossenem Keramikfaser-Heizband, einer spanend bearbeitbaren Keramikfaserplatte oder anderen Materialien aus dem Keramikbereich. Obwohl sich Extrusionsmaschinen von Kunststoffspritzmaschinen unterscheiden, kann die vorliegende Erfindung zusammen mit beiden Maschinentypen benutzt werden. Daher soll der Hinweis auf einen der beiden Maschinentypen als Bezugnahme auf beide Maschinentypen verstanden werden. Die Benutzung des Ausdruckes "niedrige Temperatur" und "Niedertemperaturvorrichtung" bezieht sich hier auf solche Vorrichtungen, die keine Temperaturen von 1000°C/1600°F oder höher erreichen können.
Die vorliegende Erfindung benutzt ein Keramikband, welches das Rohr der Kunststoffspritzmaschine/Extrudermaschine umgibt. Das Keramikband wirkt als Isolator für die auf und in dem Rohr vorhandene Wärme. Weiterhin enthält das Keramikband Heizelemente und Kühlmechanismen, um die Möglichkeit zu geben, die Temperatur des Rohres schnell und genau zu ändern.
Die Heiz-/Kühl-Vorrichtungen können, müssen jedoch nicht in dem Keramikband eingegossen sein und stellen eine effiziente Temperatursteuerung dar.
Das Keramikband kann unterschiedliche Form besitzen, insbesondere eine Halbschalenform oder aus einzelnen Blöcken zusammengesetzte Form, ohne hierauf beschränkt zu sein. Bei jeder Form liegt das Band entlang des Außenbereiches des Rohres an und bewirkt einen Heiz- und/oder Kühl-Effekt auf das Rohr, indem es die fließfähige Kunststoffmasse, die durch das Rohr fließt, heizt oder kühlt.
Als Heizelemente sind Standardheizelemente im Keramikband eingegossen. Als Kühlvorrichtung wird Luft benutzt, um die Temperatur des Rohres zu senken. Eine geeignete Vorrichtung, um Kühlluft zuzuleiten, ist ein Verteiler entweder im Inneren oder im Außenbereich des Keramikbandes.
Zusätzlich können Anzeigevorrichtungen wie etwa Leuchtdioden verwendet werden, um den Betriebszustand der erfindungsgemäßen Vorrichtung dem Bediener anzuzeigen.
Eine Aufgabe gemäß der Erfindung ist die selbstisolierende Heiz- und Kühleinheit, die zusammen mit der Niedertemperaturinjektionsmaschine bzw. -Extrusionsmaschine benutzt wird.
Eine andere Aufgabe gemäß der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Isolierung und Temperatursteuerung für den Rohrbereich der Injektions- und Extrusionsmaschine zur Verfügung zu stellen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine schneller reagierende Vorrichtung zu schaffen, die isolierte Heizelemente und Luftkühlvorrichtungen umfasst, um die Temperatur des Rohres der Injektions- und Extrusionsmaschine zu verändern.
Weitere Aufgaben und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, die sich auf die beiliegenden Figuren bezieht und in denen gleiche Teile mit übereinstimmenden Bezugsziffern bezeichnet sind.
Figurenbeschreibung:
1 zeigt eine perspektivische Darstellung der Erfindung an einer Injektionsmaschine,
2 zeigt eine perspektivische Darstellung der Erfindung in Blockbauweise,
3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines einzelnen Blockes gemäß der Erfindung,
4 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie A-A der 3,
5 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie B-B der 3,
6 zeigt einen Schnitt durch eine Ausführungsform mit rechteckigem Querschnitt, und
7 zeigt einen Schnitt durch eine Ausführungsform mit einem runden Querschnitt.
In den Figuren ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Wie in den Figuren dargestellt, umschließt ein Band 10 den Bereich des Rohres 22 einer Kunststoffspritzmaschine 20, um sowohl einen Isolationseffekt zu bewirken, als auch die Temperatur des flüssigen Kunststoffes, der durch das Rohr 22 fließt, zu steuern. Die Maschine 20 kann jede Art von Maschine sein, die fließfähigen Kunststoff, insbesondere Harz zum Spritzen oder anderweitigem Gestalten, zur Verfügung stellt. Solche Maschinen umfassen Kunststoffspritzmaschinen oder Extrudermaschinen, sind aber nicht darauf beschränkt.
Für die Herstellung von Kunststoffteilen werden die Rohmaterialien aus denen der Kunststoff besteht, in der Maschine 20 gemischt und aufbereitet. Während des Mischens werden die Komponenten in einen fließfähigen Zustand aufgeheizt. Das fließfähige Kunststoffmaterial wandert durch das Rohr 22 der Maschine 20 in die Form oder durch ein Gesenk hindurch.
Während dieses Vorganges ist die Möglichkeit der Steuerung der Temperatur des Materials wichtig, um eine hohe Qualität des Kunststoffmaterials zu gewährleisten. Gemäß der Erfindung wird ein Band 10 benutzt, welches das Rohr 22 umgibt, wobei das Band 10 aus Isoliermaterial besteht und eingegossene Heiz- sowie Kühlelemente im Band 10 enthält. Die Heiz- und Kühlelemente ermöglichen die genaue und schnelle Änderung der Temperatur des Rohres 22, die wiederum die Temperatur des Materials verändert, welches durch die Öffnung 24 des Rohres 22 fließt. Die Öffnung 24 wird dabei häufig als "Schraubenloch" des Rohres 22 bezeichnet. Gemäß der Erfindung besteht das Band 10 aus vakuumgegossenem Keramikfasermaterial.
Wie weiterhin in den Figuren dargestellt, ist das Heizelement 40 im Band 10 eingelassen und erzeugt bezüglich des Rohres 22 einen Heizeffekt. Das Heizelement 40 ist ein Standardheizelement mit einem elektrischen Anschluss 42, der unterschiedliche Heizniveaus darstellen kann. Jedoch sind auch andere geeignete Heizelemente verwendbar, die in der Lage sind, unterschiedliche Temperaturniveaus zur Verfügung zu stellen.
Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Band 10 mit Blöcken 70, die das Rohr 22 vollständig umschließen.
Das Band aus Blöcken 70 besteht aus einer Vielzahl von Leitblöcken 72 und ist mittels Sicherungsvorrichtungen 74 befestigt. Die Sicherungsvorrichtung 74 kann ein Seil aus einem Hochtemperaturbeständigen Material oder ähnlichem sein und verbindet jeden Block 70 durch eine Verbindungsleitung 76 hindurch. Der Leitungsblock 72 enthält Heizelemente 40 und Kühlelemente 50. In der bevorzugten Ausführungsform des Bandes weist der Leitblock eine Außenfläche 80 und eine Innenfläche 82 auf, wobei die Innenfläche 82 eine Aussparung 84 aufweist, die am Rohr 22 anliegt.
Die Heizelemente 40 sind unter der Aussparung 84 angeordnet. Diese Anordnung schützt die Elemente vor Beschädigung und Abnutzung und ermöglicht dennoch das Aufbringen von Wärme gegenüber dem Rohr 22.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden zwei Kühlelemente benutzt. In den 4 und 5 sind dies die Kühlelemente 52 und 54. Die Anzahl der Kühlelemente ist jedoch nicht auf nur zwei beschränkt, wie es in den Zeichnungen dargestellt ist.
Beide Elemente 52 und 54 schaffen einen Durchlass von der Außenseite des Blockes 72 zu der Aussparung 84 des Blockes 72. Im Betrieb wird Luft durch das Element 52 in die Aussparung 84 geleitet und füllt die Aussparung 84. Die Luft tritt dann durch das Element 54 wieder aus. Dieser Vorgang findet durchgängig statt und bewirkt einen Kühleffekt bezüglich des Rohres 22. Das Kühlelement 50 ist im Heizband 10 eingegossen und bewirkt bezüglich des Rohres 22 einen Kühleffekt. Das Kühlelement 50 benutzt Luft, um die Temperatur des Rohres 22 zu senken und dadurch die Temperatur des durch das Rohr fließenden Kunststoffmaterials.
Eine Verteilvorrichtung, die im Band 10 eingegossen werden kann oder entlang der Außenseite des Heizbandes 10 angeordnet sein kann, führt die Luft zu den Kühlelementen 50.
Um das Heizband 10 herum ist eine Schutzhülle angeordnet, die die gesamte Schutzvorrichtung umgibt. Da die Temperaturen sehr hoch werden können, wirkt das Heizband 10 als Isolator, um den Großteil der Temperatur zu absorbieren, die vom Rohr 22 abgegeben wird, durch welches das fließfähige Kunststoffmaterial strömt.
Eine nicht dargestellte Steuerung steht mit dem Band 10 in Verbindung und ist in der Lage, zu entscheiden, ob die Temperatur des Materials akzeptabel ist oder das Material aufgeheizt oder gekühlt werden muss. Wenn ein Heizen oder Kühlen stattfindet, sendet die Steuerung einen Befehl an das Band 10, um die Wärme des Rohres 22 zu erhöhen oder zu senken.
Wenn das Band 10 diesen Befehl erhält, heizt es oder kühlt es das Rohr 22 durch in Gang setzen entweder des Heizelementes 40 oder des Kühlelementes 50.
Eine nicht dargestellte Überwachungsvorrichtung kann gemäß der Erfindung vorhanden sein, die entscheidet, ob das fließfähige Kunststoffmaterial die gewünschte Temperatur besitzt. Diese Vorrichtung überwacht gemäß der Erfindung ein Ansteigen oder Abfallen der Temperatur des Materials, um gemäß der Erfindung das Heizelement 40 oder Kühlelement 50 zu aktivieren. Im manuellen Betrieb sind Kontrolllampen, beispielsweise LEDs, vorhanden, um den Betriebszustand der Erfindung an der Injektions- bzw. Extrudermaschine anzuzeigen. Im automatischen Betrieb kann die Vorrichtung mit einem Computer in Verbindung stehen, der automatisch das Heizelement 40 und Kühlelement 50 aktiviert.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Blöcke 70 des Bandes 10 entlang des äußeren Umfanges des Rohres 22 angeordnet. Die Länge des Rohres 22 ist von einer Einheit des Bandes 10 umgeben. Es können mehrere Einheiten benutzt werden, um das Rohr vollständig zu umgeben. Wenn das fließfähige Kunststoffmaterial durch die Öffnung 24 des Rohres 22 strömt, wird es auf seine Temperatur hin überwacht. Falls die Temperatur erhöht werden muss, werden die Heizelemente 40 aktiviert und ein Heizeffekt gegenüber dem Rohr 22 bewirkt. Wenn die Temperatur des fließfähigen Kunststoffmaterials gesenkt werden muss, werden die Kühlelemente 50 aktiviert. Die Kühlelemente 50 benutzen Luft und das Band 10 besitzt Lufteinlassöffnungen 56 und Luftauslassöffnungen 58. Die Wärme des Rohres 22 wird von dort mittels thermodynamischer Prinzipien entfernt.
Andere Ausführungsformen gemäß der Erfindung benutzen halbschalenförmige Gestaltungen 90, wie in 7 dargestellt, oder rechteckige Formen 92, wie in 6 dargestellt. Diese Ausführungsformen umfassen die gleichen Heiz- und Kühlelemente wie oben beschrieben einschließlich einer Steuerung.
Die Ansprüche und die Beschreibung geben die Erfindung wieder und in der Beschreibung ist die Bedeutung der in den Ansprüchen benutzten Ausdrücke erläutert. Die gleichen Ausdrücke können im Stand der Technik eine breitere Bedeutung haben als hier benutzt. Wenn es eine Differenz zwischen der breiteren Definition solcher Ausdrücke im Stand der Technik und der engeren Definition in der vorliegenden Erfindung gibt, ist die engere Bedeutung gemeint.
Obwohl die Erfindung in einer fortgeschrittenen Konkretisierung dargestellt ist, sind Änderungen in der Konstruktion und Anordnung der Komponenten möglich, ohne aus dem Offenbarungsgehalt der Erfindung herauszuführen. Ebenso soll die Erfindung nicht auf die hier dargestellte Ausführungsform beschränkt sein, sondern lediglich durch die hier folgenden Ansprüche.

Claims

Vorrichtung (20) zum Steuern der Temperatur von fließfähigem Plastikmaterial, welches durch ein Rohr (22) fließt, und zum Isolieren des Rohres (22) mit: – einem Keramikband (10) mit einer Außenfläche (80), einer Innenfläche (82) und einer bestimmten Dicke, wobei die Innenfläche (82) in Verbindung steht mit der Außenfläche des Rohres (22), – wenigstens einem Heizelement (40) und/oder Kühlelement (50, 52, 54), wobei dieses Element geeignet ist, um unterschiedliche Temperaturen an dem Rohr (22) zur Verfügung zu stellen und dadurch die Temperatur des darin fließenden Kunststoffmaterials zu steuern, wobei das Band (10) als Isolator für das Rohr (22) wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass das Keramikband (10) Vakuumgegossene Fasern umfasst, und die Kühlelemente (50, 52, 54) Durchlässe zu einer Aussparung (84) auf der Innenseite (82) aufweisen, die es erlauben, dass Luft in und aus dem Rohr (22) strömt und einen Kühleffekt auf das Rohr (22) ausübt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Vakuumgegossene Keramikfaserband (10) ferner eine Serie von Leitungsblöcken (70) umfasst, die den Umfang des Rohres (22) umgeben.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei jede der Serien von Blöcken (70) eine Außenfläche aufweist sowie eine Innenfläche mit einer Aussparung (84), um Heizelemente (40) und/oder Kühlelemente (50, 52, 54) aufzunehmen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kühlelemente Kühlluft benutzen.