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Rückströmsperre am Schneckenkopf von thermoplastische Kunststoffe
verarbeitenden Schnecken-Spritzgießmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf eine
Rückströmsperre am Schneckenkopf von thermoplastische Kunststoffe verarbeitenden
Schnecken-Spritzgießmaschinen, bei denen die Plastifizierung durch Förderung des
Kunststoffes durch die Drehbewegung und das Einspritzen des plastifizierten Kunststoffes
durch die Axialbewegung der Schnecke erfolgt und bei denen die Rückströmsperre durch
einen auf dem Kopf des Schneckenschaftes axial zwischen zwei Anschlägen frei verschiebbaren
Druckring gebildet ist, der mit seinem Umfang dicht an der Zylinderinnenwand anliegt
und innen zwischen sich und dem Schaft des Schneckenkopfes einen Spalt für den Durchgang
des plastifizierten Kunststoffes in Einspritzrichtung frei läßt.
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Schnecken-Spritzgießmaschinen haben in der Praxis gegenüber den herkömmlichen
Kolben-Spritzgießmaschinen eine erhebliche Verbesserung des Spritzgußverfahrens
und damit auch eine Steigerung der'Spritzlingsqualität gebracht. Eine wesentliche
Voraussetzung für die richtige und einwandfreie Funktion der Schnecken-Spritzgießmaschinen
ist die Dichtung im Bereich der Schnecke gegen das Zurückströmen des aufgeschmolzenen
Kunststoffes während des Einspritzvorganges. Obwohl der in den Schneckengängen lagernde
Kunststoff für eine gewisse Abdichtung sorgen kann, ist beim Einspritzvorgang ein
Zurückströmen von aufgeschmolzenem Kunststoff nicht zu vermeiden.
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Dieser Tatsache Rechnung tragend, sind bereits verschiedene Konstruktionen
von Rückströmsperren bekanntgeworden. Eine dieser bekannten Vorrichtungen ist so
ausgebildet, daß am vorderen, senkrecht abgeschnittenen Ende der Schnecke ein Kopfstück
angebracht ist, dessen Umfangsfläche an der Innenwand des die Schnecke umgebenden
Zylinders anliegt und welches einen sich in Richtung zur Düse des Zylinders erstreckenden
Gleitbolzen trägt, dessen Durchmesser gegenüber demjenigen der Schnecke kleiner
gehalten ist. Ein ringförmiger Körper, der einen kleineren Durchmesser aufweist
als das Kopfstück, ist auf dem Gleitbolzen verschiebbar gelagert. Der axiale Verschiebeweg
des ringförmigen Körpers wird in der rückwärtigen Lage durch das Kopfstück und in
der vorderen Lage durch eine am Gleitbolzen befestigte Scheibe begrenzt. Die von
der Schnecke während des Plastifiziervorganges in Richtung zur Düse geförderte Schmelze
gelangt durch axiale Bohrungen des Kopfstückes und nach mehrfachen Umlenkungen über
den ringförmigen Körper in den Sammelraum zwischen Schneckenkopf und Düse. Ein Zurückströmen
der Schmelze während des Einspritzvorganges in die Gewindegänge der Schnecke wird
dadurch verhindert, daß sich in dieser Phase des Verfahrensablaufes der ringförmige
Körper zwangläufig dichtend vor die axialen Bohrungen des Kopfstückes legt.
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Nach einer anderen Ausführungsform ist in einem Spritzzylinder ein
mit einer axialen Bohrung versehe ner hülsenähnlicher Spritzkolben längsverschiebbar
angeordnet. Für die Plastifizierung des Kunststoffes sorgt dabei eine im Spritzkolben
drehbar gelagerte Schnecke, die während des Plastifiziervorganges den Kunststoff
durch eine in der Stirnseite des Spritzkolbens befindliche düsenartige Bohrung in
den Sammelraum fördert. Während des Einspritzvorganges bilden die düsenartige Bohrung
des Spritzkolbens und die Schnecke eine Art Rückschlagventil, wobei die Gesamtstirnfläche
von Schnecke und Spritzkolben als Druckfläche wirkt.
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Weiter ist eine Spritzgießmaschine bekanntgeworden, bei der die im
Zylinder angeordnete Schnecke am vorderen Ende einen ganglosen Verteilerkopf trägt,
dessen Durchmesser größer ist als derjenige des Schneckenkernes. Der Verteilerkopf
weist dabei auf seiner Umfangsfläche, die an der Zylinderinnenwand anliegt, eine
Reihe Kanäle auf, die in axialer Richtung der Schnecke verlaufen und die einen einheitlichen
Massefluß bewirken sollen.
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An der der Düse zugekehrten Seite der Verteilerkopfkanäle können nach
dem genannten Ausführungsbeispiel schwenkbare Klappen angebracht sein, welche das
Einströmen des aufgeschmolzenen Kunststoffes in den Sammelraum gestatten. Während
des Einspritzvorganges verschließen jedoch die einzelnen Klappen die Kanäle und
verhindern so das Zurückströmen des Kunststoffes in die hinteren Gewindegänge der
Schnecke.
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Bekannt ist ebenso eine Rückströmsperre, die im wesentlichen aus
einer Scheibe besteht, welche am vorderen, senkrecht abgeschnittenen Ende der Schnecke
auf einem Schraubenbolzen längsverschieblich geführt ist und die mit ihrer Umfangsfläche
an der Zylinderinnenwand anliegt. Während des Plasti-
fiziervorganges
drückt der von der Schnecke geförderte Kunststoff die Scheibe in ihre vorderste
Lage, wo sie durch den Kopf des Schraubenbolzens gehalten wird, und gelangt schließlich
durch entsprechende Durchlaßbohrungen der Scheibe in den Sammelraum.
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Beim Einspritzvorgang wird die Scheibe gegen das flache, vordere Schneckenende
gedrückt, wodurch die Bohrungen der Scheibe verschlossen und ein Zurückströmen der
im Sammelraum befindlichen Schmelze verhindert werden.
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Eine andere Rückströmsperre ist derart ausgebildet, daß ein am vorderen
Schneckenende angeformter Zapfen an seinem freien Ende einen mit einer Spitze versehenen
Einspritzkolben trägt, dessen Umfangsfläche an der Zylinderinnenwand anliegt.
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Auf dem Zapfen, dessen Durchmesser kleiner gehalten ist als derjenige
der Schnecke, ist ein ringförmiger Körper längsverschiebbar gelagert. Der ringförmige
Körper, der mit seiner Umfangsfläche ebenfalls an der Zylinderinnenwand anliegt,
weist mehrere achsparallele Bohrungen auf, deren Entfernung von der Mittelachse
so bemessen ist, daß sie mit der Ringnut des Einspritzkolbens korrespondieren. Während
des Plastifiziervorganges liegt der ringförmige Körper am Einspritzkolben an, so
daß der von der Schnecke in Richtung zur Düse geförderte Kunststoff durch die Bohrungen
des ringförmigen Körpers, durch die Ringnut und durch von der Ringnut ausgehende
weitere achsparallele Bohrungen im Einspritzkolben in den Sammelraum des Zylinders
gelangt. Der Übergang zwischen der Schnecke und dem Zapfen wird durch einen Kegel
gebildet, an dem der ringförmige Körper während des Einspritzvorganges anliegt.
Die kegelige Fläche deckt dabei die Bohrungen des ringförmigen Körpers ab und verhindert
somit ein Zurückströmen von flüssigem Kunststoff in die Gewindegänge der Schnecke.
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Bei einer sehr ähnlichen Ausführungsform hat der am vorderen Ende
des Zapfens angebrachte Einspritzkolben einen etwas kleineren Durchmesser, so daß
zwischen der Zylinderinnenwand und dem Einspritzkolben ein Ringspalt gebildet wird.
Der zwischen dem Einspritzkolben und der senkrecht abgeschnittenen Schnecke auf
dem Zapfen längsverschiebbar angeordnete Druckring weist an seiner Innenfläche eine
Ringnut auf, die sich nicht ganz bis zum vorderen Ende des Druckringes erstreckt.
Da nur ein Teil des Druckringes, und zwar nur die der Schnecke zugekehrte Hälfte,
an der Zylinderinnenwand anliegt, kann die Ringnut durch eine senkrecht zur Schneckenachse
verlaufende Bohrung mit dem äußeren Ringspalt in Verbindung gebracht werden. Während
des Plastifiziervorganges drückt die Schmelze den Druckring in seine vorderste Lage,
wodurch die Schmelze selbst durch die Ringnut, die senkrechte Bohrung und den äußeren
Ringspalt nach mehrfachen Umlenkungen in den Sammelraum gelangen kann. Beim Einspritzvorgang
befindet sich der Druckring in seiner rückwärtigen Lage, in der die senkrechte Stirnwand
der Schnecke die Ringnut des Druckringes verschließt.
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Nach der vorliegenden Erfindung wird nun eine Rückströmsperre geschaffen,
die sich gegenüber diesen bekannten Vorrichtungen besonders dadurch ;ruszeichnet,
daß im Bereich der Rückströmsperre einwandfreie rheologische Verhältnisse herrschen,
Auf Grund der robusten und äußerst einfachen Konstruktion finden praktisch keine
Materialumlenkungen statt, wodurch ein freies, geradliniges Ab-
strömen der Schmelze
unter dem Druck ring gewährleistet ist. Weiter werden ein Anhaften von aufgeschmolzenem
Material an den heißen Metallwandungen und die gefürchteten Materialverbrennungen
wirksam verhindert, da die mehrfachen Materialumlenkungen entfallen und keine toten
Ecken gebildet werden. Ein oftmaliges Säubern der Schnecke und der Rückströmsperre
während des Arbeitsablaufes, was zusätzlich mit bestimmten Aufljeiz- und Abheizzeiten
verbunden ist, wird dadurch nicht nötig, wodurch Zeit- und Materialverluste vermieden
werden.
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Die erfindungsgeinäße Rückströmsperre ist dadurch gekennzeichnet,
daß der Druck ring einen im wesentlichen trapezförmigen Querschnitt aufweist, bei
dem die größere der parallelen Trapezseiten an der Innenwand des Zylinders zur Anlage
kommt, und daß die Anschläge je durch einen Bund mit schrägen Innenflächen gebildet
werden, so daß zwischen ihnen eine Ringnut mit ebenfalls trapezförmigem Querschnitt
entsteht, deren Schrägflächen parallel zu den ihnen zugewandten Flächen des Druckringes
verlaufen. Der von der Schnecke während des Plastifiziervorganges in Richtung zur
Düsenbohrung geförderte Kunststoff gelangt also über den rückwärtigen Bund, durch
den von Druckring und Ringnut gebildeten Kanal und über den vorderen Bund. der mit
entsprechenden Durchbrüchen versehen sein kann, in den zwischen Spritzdüse und Schneckenkopf
gelegenen Sammelraum. Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind
ein oder mehrere durchgehende, axial angeordnete Nuten oder Kanäle in der Grundfläche
der Ringnut und in dem der Spritzilüse zu gelegenen Anschlagbund vorgesehen.
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An Hand der Zeichnung soll die Erfindung im einzelnen näher beschrieben
werden: Die in der Zeichnung gezeigte Vorrichtung besteht im wesentlichen aus dem
Zylinder 1 und der Schnecke 2, die im Zylinder 1 dreh- und axial verschiebbar gelagert
ist. Der auf dem Schneckenkopf 3 längsverschiebbar angeordnete Druckring 4, der
einen im wesentlichen trapezförmigen Querschnitt aufweist, liegt mit der größeren
der parallelen Trapezseiten an der Innenwand des Zylinders 1 an. Die Anschläge für
den Druckring 4 werden durch je einen Bund 5 bzw. 6 mit schrägen Innenflächen gebildet,
so daß zwischen ihnen eine Ringnut 7 mit ebenfalls trapezförmigem Querschnitt entsteht.
Die schrägen Innenflächen der Bunde 5 und 6 verlaufen dabei vorzugsweise parallel
zu den ihnen zugewandten Flächen des Druckringes 4.
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Wie die Zeichnung weiter deutlich macht, sind ein oder mehrere axial
angeordnete Nuten oder Kanäle 8 in der Ringnut 7 und in dem der Spritzdüse 9 zu
gelegenen Anschlagbund 6 vorgesehen.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Rückströmsperre ist folgende:
Zu Beginn eines Plastifiziervorganges fördert die rotierende Schnecke 2 den aus
dem Fülltrichter 10 stets nachfallenden Kunststoff in Richtung zur Spritzdüse 9.
Während dieser Förderung wird der Kunststoff durch die Scherwirkung der Schnecke
2 und unter Mithilfe der nicht dargestellten Zylinder-Außenheizung aufgeschmolzen.
Der Förderdruck des Kunststoffes reicht dabei aus. den Druckring 4 gegen den Bund
6 zu drücken, wodurch der aufgeschmolzene Kunststoff frei und geradlinig über den
Bund 5 und durch die axial angeordneten Kanäle 8 in den Sammelraum 11 abströmen
kann (obere Hälfte der
Zeichnung). Der sich dort ansammelnde Kunststoff
schiebt die Schnecke 2 während des Plastifiziervorganges so lange zurück, bis sich
im Sammelraum 11 das für einen Einspritzvorgang erforderliche Volumen an aufgeschmolzenem
Kunststoff befindet.
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Danach wird die Schneckenrotation abgeschaltet, und der nun die Schnecke
2 beaufschlagende Einspritzdruck bewirkt, daß der vor dem Schneckenkopf 3 lagernde
aufgeschmolzene Kunststoff über die Spritzdüse 9 in den Formenhohlraum der nicht
gezeichneten Spritzform gepreßt wird. Der im Sammelraum 11 während des Einspritzvorganges
herrschende Druck bringt den Druckring 4 wieder in seine rückwärtige Endstellung,
wo er, in Anlage mit dem Bund 5, ein Zurück strömen von aufgeschmolzenem Kunststoff
in die Gewindegänge der Schnecke 2 wirksam verhindert (untere Hälfte der Zeichnung).