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Spritzgußmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine weitere Ausgestaltung
einer bekannten Spritzgußmaschine für die Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe,
bei der in einem Spritzzylinder eine Förderschnecke arbeitet, deren Gehäuse gleichzeitig
den Spritzkolben mit einer Rückschlagsicherung an der Kolbendruclffläche bildet.
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Gegenstand der Erfindung ist nun die besondere Ausgestaltung der
Rückschlagsicherung.
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In der bekannten Spritzgußmaschine wird der zu verarbeitende Kunststoff
im Schneckenförderer vorplastifiziert und in den Spritzzylinder gedrückt, wo er
durch Wärmezufuhr aus der Zylinderwand auf die zum Spritzen erforderliche Plastizität
gebracht wird.
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Beim Ausstoßen des plastifizierten Kunststoffs aus dem Spritzzylinder
in die Form wird die Rückschlag sicherung in der Druckfläche des Spritzkolbens durch
den Spritzdruck verschlossen und so ein Zurückfiießen des Kunststoffs in die Förderschnecke
unterbunden.
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Bekanntlich kann die Plastizität des spritzfertigen Kunststoffs außer
durch Druck und Wärmezufuhr in der Schnecke und im Zylinder auch durch Reibungswärme,
die beim übertritt des Kunststoffs aus der Schnecke in den Zylinder entstehen, zusätzlich
beeinflußt werden. Aus dieser Reibungswärme kann die zur Plastifizierung des Kunststoffs
erforderliche Wärme zu einem beträchtlichen Teil gedeckt werden, so daß die von
außen, z. B. durch den Mantel des Spritzzylinders, zuzuführende Wärme überwiegend
nur zur Deckung der Wärmeverluste dient und die Gefahr einer Überhitzung des Kunststoffs
im Zylinder, insbesondere bei Stillstand der Maschine, ausgeschlossen ist. Hinzu
kommt, daß die durch Reibung erzeugte Wärme sich auf den gesamten, im Zylinder enthaltenen
Kunststoff gleichmäßig verteilt, während die von außen, z. B. durch die Zylinderwand
zugeführte Wärme zunächst auf die Randgebiete des Zylinderinhalts übergeht und von
dort aus nur langsam in das Innere vordringt.
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Wenn die zur Plastifizierung des Kunststoffs erforderliche Wärme
überwiegend aus der Reibungswärme erzeugt wird, können die Heizflächen des Spritzzylinders
entsprechend verkleinert werden. Da sich die Reibungswärme rasch und gleichmäßig
auf den gesamten Kunststoff verteilt, können außerdem der Durchmesser des Zylinders
vergrößert und seine Länge entsprechend verkürzt werden, womit sich auch der Hub
des Spritzkolbens verringert. Das Arbeiten mit kurzem Hub ist besonders bei solchen
Maschinen vorteilhaft, bei denen eine Formhälfte und die Spritzvorrichtung an die
andere feststehende Formhälfte herangeführt werden oder bei denen bei feststehendem
Schneckenförderer der Spritzzylinder mit den beiden Formhälften über den Schneckenmantel
gedrückt werden.
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Erfindungsgemäß wird die Rückschlagsicherung im Kolben der Spritzgußmaschine
so ausgestaltet, daß das Austragsende der Förderschnecke mit dem Kolbenboden einen
Ringspalt bildet, der durch den Spritzdruck geschlossen und durch den Förderdruck
der Schnecke geöffnet wird und dessen Breite als Spiel eines auf der Schneckenachse
angeqrdneten Axiallagers am Antriebsende der Schnecke einstellbar ist.
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So kann beispielsweise die Schnecke ein kegelstumpfförmiges Kopfteil
erhalten, dessen größere Kreisfläche den Kolbenboden bildet. Das Kopfteil ist mit
der Seite der kleineren Kreisfläche, die den Durchmesser der Schnecke hat, an deren
Austragsende koaxial und drehbar angeordnet. Die Mündung des Schneckenmantels ist
zu einem Kegelstumpfmantel mit der Größe und Neigung dieses Kopfteiles aufgeweitet
und bildet mit diesem zusammen die Rückschlagsicherung. Beim Drehen schiebt sich
die Schnecke vorwärts und gibt zwischen dem Kopfteil und der kegeligen Erweiterung
des Schneckenmantels einen Ringspalt frei. Die Breite dieses Spaltes ist durch das
Spiel eines Kegelrollenlagers am Antriebsende der Schnecke gegeben und kann durch
Verändern eines Anschlages genau eingestellt werden. Beim Verschieben des Schneckenmantels
gegen den Mantel des Spritzzylinders wird dieser Ringspalt durch den Spritzdruck
verschlossen, wobei sich die Schnecke ein Stück zurückschiebt.
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In einer anderen Ausführungsform der Erfindung erhält das freie Ende
des Schneckenmantels oder Schneckengehäuses an der Stirnseite, die den Spritzkolbenboden
bildet, eine zentrale Bohrung, die sich in das Innere des Schneckenmantels kegelig
bis zum Durchmesser der Schnecke erweitert. Das freie Ende der Schnecke hat die
Form eines Kegels oder Kegelstumpfes, der in Größe und Neigung der kegeligen Bohrung
im Schneckenmantel entspricht. Beim Drehen schiebt sich die Schnecke im Mantel ein
wenig zurück,
wodurch zwischen dem Schneckenmantel und der kegeligen
Ende der Schnecke ein schmaler Ringspalt entsteht, dessen Breite ebenfalls durch
das Spiel eine Axial-Kegelrollenlagers am Antriebsende der Schnecke eingestellt
werden kann und der beim Vorschub des Schneckenmantels und der - Schnecke verschlossen
wird.
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Bei der zuletzt genannten Ausführungsform kann das Ende des Schneckenmantels
außen ebenso kegelig verjüngt werden wie innen. Die dadurch gebildet Kegelstumpffläche,
die um ein Vielfaches größer ist als die Kreisfläche des Kolbenbodens, erhält eine
große Anzahl Löcher, durch die die Masse hindurchgetrieben wird.
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Um die Querschnitte dieser Löcher beliebig verändern und damit den
Massedurchtritt den Erfordernissen zur Erzielung bester Plastifizierung anpassen
zu können, ist bei einer anderen Ausführungsform zwischen dem kegeligen Ende der
Schnecke und dem kegeligen Ende des Schneckenmantels ein entsprechend kegeliges
Zwischenstück angeordnet, dessen Kegelfläche die gleiche Anzahl gleich großer Löcher
und die gleiche Lage wie die des kegeligen Endes des Schneckenmantels haben. Durch
Drehung beider Teile gegeneinander können die Durchtrittsquerschnitte dieser Löcher
beliebig verkleinert und so eingestellt werden, wie es zur Erzielung der optimalen
Plastifizierung erwünscht ist. Das innere kegelige Zwischenstück ist beispielsweise
auf einer Achse befestigt, die innerhalb der Schnecke nach außen geführt ist, so
daß dieses Zwischenstück von außerhalb und während des Betriebes so fein verstellt
werden kann, daß die Lochquerschnitte nach Bedarf verändert, z. B. auch ganz geschlossen
werden können.
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Zur Erleichterung des Massedurchganges im kegeligen Ende des Schneckenmantels
ist in dem Ausfiihrungsbeispiel die eine Hälfte des kegeligen Schneckenendstückes
mit Fördergängen ausgestattet, während die gegenüberliegende Hälfte des Schneckenkegels
glatt bleibt. Diese glatte Hälfte streicht die von der anderen Hälfte in den kegeligen
Raum geförderte Masse durch die Löcher hindurch in den Masseraum.
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In den Abbildungen sind einige Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise
und schematisch dargestellt. Übereinstimmende Teile sind in den Abbildungen mit
den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigt Abb. 1 den Querschnitt einer Spritzgußmaschine mit als kegelstumpfförmigem
Kopfteil ausgebildetem Schneckenende, Abb. 2 den Querschnitt einer anderen Spritzgußmaschine
mit als Spritzkegel ausgebildetem Schneckenende; Abb. 3 bis 5 sind verschiedene
Ausführungsformen der Vorrichtung gemäß Abb. 2.
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Im Spritzzylinder 1 mit der Spritzdüse 2 ist de Spritzkolben 3 beweglich
angeordnet, der zugleich den Mantel der Förderschnecke 4 bildet. Das Antriebsende
der Förderschnecke 4 ist mit einem Zahnrad 5 mit Schrägverzahnung versehen und in
einem Axial Kegelrollenlager 6, 7 gefÜhrt, dessen feststehende Teil 7 in einem Schneckenrad
11 angeordnet ist, das in einem Feingewinde 8 auf dem Schneckenmaritel (Spritzkolben)
3 aufgeschraubt ist. Durch Drehen läßt sich der Teil 7 in Richtung der Schneckenachse
verstellen, wodurch das Spiel des Lagers verändert werden kann.
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Am Austragsende der Förderschnecke 4 ist das kegelige Endstück 9
auf der Schneckenachse ang ordnet. Dieses wird von dem entsprechend kegeligen
Endstück
des Schneckenmantels 3 umgeben. Beide Teile bilden beim Verschieben der Schnecke
einen Ringspalt 10, dessen Breite durch das Spiel des Axiallagers 6, 7 gegeben ist
und durch Drehen des Lagerteils 7 verändert werden kann. Das Schneckenrad 11 erhält
seine Verstellbewegung durch Schnecke 12.
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Um den beim Spritzvorgang auf den Kolbenboden wirkenden Druck in
vollem Maße der Abdichtung der Schnecke nutzbar zu machen, wird zweckmäßig in dem
kegeligen Ende des Schneckenmantels 3, das das Gegenstück zum Endstück 9 bildet,
eine ringförmige Erhöhung 13 stehengelassen, die den gesamten Druck auf geringster
Oberfläche aufnimmt.
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Die Spritzvorrichtung ist in an sich bekannter Weise mit einem Fülltrichter
14 am Schneckenmantel 3 und mit Heizkörpern 15 ausgestattet. Der Schneckenmantel
ist im Spritzzylindermantel 1 mittels einer Stopfbüchse 16 abgedichtet. In dieser
sind die Manschette 17 gegen Druck und die Manschette 18 zur Verhinderung einer
Vakuumbildung angeordnet.
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Zur Kontrolle der Temperatur des plastifizierten Kunststoffs ragt
ein elektrischer Wärmefühler 19 in den Sammelraum des Spritzzylinders 1, der thermisch
vom Metall der Spritzzylinderwandung isoliert ist.
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Die örtlich getrennte Temperaturanzeige gestattet eine weithin sichtbare
Ablesung. Der Temperaturanzeiger kann seinen eingestellten Temperatursollwert automatisch
auf die Verstellschnecke 12 übertragen und die genaue Temperatureinhaltung erzwingen.
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In Abb. 1 ist der Betriebszustand, in dem der Sammelraum des Spritzzylinders
mit plastifiziertem Kunststoff gefüllt ist, unmittelbar vor Beginn des Spritzvorganges
dargestellt. Zum Ausspritzen des Kunststoffs wird der Spritzzylinder über denSchneckenmantel,
der zugleich die Lauffläche des Kolbens ist, geschoben. Das kann in der Weise geschehen,
daß bei feststehendem Schneckenförderer der Zylinder mit den nicht dargestellten
Formen über den Schneckenmantel gedrückt wird oder daß der Schneckenförderer mit
dem Zylinder und dem beweglichen Formteil in Richtung auf die feste Formhälfte bewegt
wird, wobei zunächst die beiden Formteile zusammengepreßt werden und danach der
Spritzvorgang einsetzt. Wenn sich der Schneckenmantel relativ zum Zylinder bewegt,
wird durch den entstehenden Preßdruck der Ringspalt 10 verschlossen, wobei sich
die Schnecke in ihrem Mantel ein Stück verschiebt. Das Lager 6, 7 klafft dabei um
die eingestellte Breite des Ringspaltes auseinander. Wenn nach beendetem Spritzvorgang
der Zylinder von neuem mit plastifiziertem Kunststoff gefüllt werden soll, wird
die Förderschnecke 4 über das Zahnrad 5 in Gang gesetzt. Sie erhält dabei einen
Vorschub, der den Ringspalt 10 mit der am Axiallager eingestellten Breite freigibt,
wobei das Lager wieder geschlossen wird. Der in der Schnecke vorplastifizierte Kunststoff
wird durch die Reibungswärme, die beim Pressen des Kunststoffs durch den Ringspalt
entsteht, sehr gleichmäßig erwärmt, so daß durch den Zylinder mantel nur noch ein
geringer Wärmenachschub nötig ist, der meist nur zur Deckung von Wärmeverlusten
dient.
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Von der in Abb. 1 dargestellten Anordnung unterscheidet sich die
Vorrichtung gemäß der Abb. 2 in der Ausgestaltung der Dichtung im Spritzkolbenboden
und des Axiallagers am Antriebsende der Schnecke.
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An der Austragsseite der ;Förderschnecke 4 ist der Spritzkolben 3
mit dem flachen Kolbenboden 20 versehen, der die zentrale Bohrung 21 trägt. Diese
Bohrung ist nach innen zu einer Fläche 22 kegelig erweitert. Das Austragsende der
Schnecke ist ein Kegel
23, der in Höhe, Neigung und Grundfläche
der kegeligen Fläche 22 entspricht. Im Axiallager, das sich am Antriebsende der
Förderschnecke 4 befindet, ist das feststehende Lagerteil 7 in der an Hand der Abb.
l beschriebenen Weise auf den Spritzkolben 3 aufgeschraubt. Dieses Lagerteil ist
aber als überhang ausgebildet, so daß das mit der Förderschnecke 4 mitlaufende Lagerteil
einen Anschlag findet, wenn sich die Förderschnecke 4 zurück und aus dem Spritzkolben
3 hinausbewegt. Eine solche Bewegung tritt ein, wenn die Förderschnecke 4 in Gang
gesetzt wird.
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Dann schiebt der zu plastifizierende Kunststoff die Förderschnecke
4 relativ zum Spritzkolben 3 nach hinten, wobei zwischen dem Kegel 23 und der Fläche
22 ein in die Bohrung 21 mündender Ringspalt 10 freigegeben wird, dessen Breite
durch die Einstellung des Spiels am Lager 6, 7 gegeben ist.
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Beim Einsetzen des Spritzvorganges wird durch den Spritzdruck die
Förderschnecke gegen den Spritzkolben so weit verschoben, daß der Ringspalt geschlossen
ist. Bei den Anordnungen gemäß Abb. 2 bis 5 kann die Förderschnecke 4 leicht aus
dem Spritzkolben 3 nach hinten ausgebaut werden.
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In beiden Ausführungsformen ist die Förderschnecke 4 gegenüber dem
Spritzkolben 3 zwischen zwei Anschlägen axial beweglich. Der eine Anschlag ist durch
die Dichtflächen im Kolbenboden 20 und am Dichtungskörper am Förderschneckenende
gegeben und wird erreicht, wenn der Ringspalt geschlossen ist und der Spritzvorgang
beginnt. Der andere Anschlag wird bei geöffnetem Ringspalt nach Ingangsetzen der
Förderschnecke im Axiallager 6, 7 erreicht. Die Breite des Schlitzes wird so eingestellt,
daß bei der erforderlichen Plastizität des Kunststoffs im Spritzzylinder eine optimale
Temperaturerhöhung erhalten wird, wobei wegen der guten Verteilung der Reibungswärme
im Kunststoff ein möglichst hoher Anteil der insgesamt erforderlichen Wärme auf
diese abgewälzt wird.
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An Stelle der zentralen Bohrung kann die konische Fläche 22 mit einer
Vielzahl von in den Kolbenboden mündenden Löchern versehen werden.
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Die Abb. 4 zeigt eine abgeänderte Form der in Abb. 2 dargestellten
Kolbenbodenform. Im Spritzkolbenmantel 30 rotiert die Förderschnecke 4 mit ihrem
Verschlußkegel 31. Der Spritzkolbenboden ist entsprechend kegelig ausgebildet, so
daß seine äußere Oberfläche der inneren Fläche 22 etwa parallel läuft.
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Dieser Kolbenboden ist mit einer Anzahl Löcher 32 versehen, durch
die der von der Förderschnecke 4 geförderte Kunststoff in den Spritzzylinder 1 ausgepreßt
wird. Der Spritzkolbenmantel 30 kann mittels Gewinde im Spritzkolben 3 eingeschraubt
sein, so daß auswechselbare kegelige Mäntel 30 mit verschiedenen Lochgrößen nach
Bedarf eingesetzt werden können.
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Ein solcher Mantel 30 kann auch zweiteilig derart ausgeführt werden,
daß beide Teile nacheinander im Spritzkolben 3 eingeschraubt werden. Durch z. B.
einen dünnen Beilagering zwischen den beiden gelochten Teilen können die Löcher
gegeneinander versetzt werden, wodurch die Größe der Durchtrittsöffnung und damit
auch das Ausmaß der Reibungswärme in weiten Grenzen geändert werden kann.
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Um die Lochquerschnitte im kegeligen Spritzkolbenmantel 30 beliebig
von außen während des Be-
triebes verändern zu können, ist gemäß Abb. 4 zwischen
dem kegeligen Spritzkolbenmantel 30 und dem kegeligen Schneckenende 40 ein entsprechend
kegeliges Zwischenstück 41 angeordnet, das die gleiche Anzahl und gleich große Löcher
32 aufweist wie der kegelige Spritzkolbenmantel 30. Das kegelige Zwischenstück 41
ist starr mit der Achse 42 verbunden, die durch die hohle Schnecke 43 hindurch nach
außen führt und in bekannter Weise so fein verdreht werden kann, wie dies die gewünschte
Lochquerschnittsveränderung erfordert.
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Das kegelige Schneckenende40 kann entsprechend Abb. 4 und 5 so ausgebildet
sein, daß eine Hälfte mit Fördergängen 44 ausgestattet und die andere Hälfte glatt
bis an die Innenseite des kegeligen Zwischenstückes 41 reichend ausgebildet ist.
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Die Spritzgußmaschine gemäß der Erfindung läßt sich gegebenenfalls
auch als Strangpresse verwenden.