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Spritzgußmaschine zur Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe Die
Erfindung bezieht sich auf eine Spritzgußmaschine zur Verarbeitung thermoplastischer
Kunststoffe mit einer Formschließeinrichtung und mit einem eine kontinuierlich fördernde,
axial verschiebbare Schnecke enthaltenden Spritzzylinder, dessen mit einer Düsenverschluß
einrichtung versehenes Vorderteil in Achsrichtung der Förderschnecke verschiebbar
ist und einen Druckraum umschließt, der von der Förderschnecke mit plastifiziertem
Kunststoff gefüllt wird.
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In den bekannten Spritzgußmaschinen dieser Art zur Verarbeitung thermoplastischer
Kunststoffe wird dieser entweder in einem beheizten Zylinder oder in einer Schneckenpresse
plastifiziert. Durch einen mit dem Zylinder zusammenarbeitenden Kolben oder einen
mit der Schneckenpresse zusammenarbeitenden Spritzzylinder wird der plastifizierte
Kunststoff in die Form gespritzt.
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Die erste Art der Plastifizierung hat ihren Ursprung in der Metallverarbeitung
und entspricht nicht den speziellen Eigenschaften der thermoplastischen Kunststoffe.
Diese müssen auf Grund ihrer verhältnismäßig schlechten Wärmeleitfähigkeit bei der
Plastifizierung zwecltmäß igerweise einer Bewegung, d. h. Umwälzung, unterworfen
werden, damit alle Masseteilchen gleichmäßig, kurzzeitig mit den beheizten Maschinenteilen
in Berührung kommen, d. h. diesen Teilen die erforderliche Schmelzwärme durch unmittelbare
Berührung entziehen.
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Durch diese Art der Plastifizierung wird einerseits eine gleichmäßige
und schnelle Erwärmung erzielt; andererseits werden Uberhitzungen und damit verbundene
Zersetzungen des Kunststoffes durch zu langes Verweilen an den heißen Metallteilen
vermieden.
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Das ideale Plastifizieraggregat in diesem Sinne würde die Schneckenpresse
darstellen, die in kontinuierlicher Weise das Material umwälzt, knetet und fördert
und damit ein gleichmäßiges Aufschmelzen und zusätzliches Homogenisieren des Kunststoffes
gewährleistet.
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Es ist bereits bekannt, Schneckenpressen als Plastifiziereinheit
an Spritzgußmaschinen zur qualitativen und wirtschaftlichen Verbesserung des Spritzgußverfahrens
einzusetzen. Eine bekannte Lösung sieht vor, einen vor dem Schneckenende angeordneten
Hohlraum mit plastifiziertem Kunststoff auszufüllen und diesen durch eine axiale
Verschiebung der Schnecke oder des sie umgebenden Zylinders in die Form zu spritzen.
Der entscheidende Nadhteil dieser Ausführung besteht darin, daß die Schnecke mit
dem vollen Spritzdruck belastet wird und infolgedessen ihre Drehbewegung während
des Einspritzvorganges und der darauffolgenden Nachdruckzeit unterbrochen werden
muß, da eine Förderung gegen den hohen Spritzdruck nicht möglich ist.
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Durch diesen zwangläufig intermittierenden Betrieb gehen die vorerwähnten
Vorteile der Schneckenpresse wieder verloren, unter anderem also auch die Möglichkeit,
den Schneckenzylinder höher als die Solltemperatur des zu plastifizierenden Kunststoffes
zu beheizen, wodurch eine schnelle Plastifizierung erzielt werden könnte, Überheizungen
jedoch bei einer kontinuierlichen Umwälzung und entsprechender Fördergeschwindigkeit
vermieden werden würden. Die bekannte Schnecken-Spritzgußmaschine gestattet daher
keine vollständige Ausnutzung der Schneckenkapazität und keine gleichmäßige, speziell
der Schnecke eigene schonende Plastifizierung.
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Durch die Belastung der Schnecke mit dem hohen Spritzdruck ist überdies
eine verstärkte Ausführung der Axiallager erforderlich. Außerdem wird der noch im
Schneckengang befindliche Kunststoff in gleichem Maße wie der eingespritzte Kunststoff
komprimiert, wodurch die Förderung sehr erschwert wird und die Gefahr einer Rückbewegung
der Masse im Schneckengang hervorgerufen wird. Letzteres kann durch die Anwendung
von gegenläufigen Doppelschnecken zwar bis zu einem gewissen Grade vermieden werden,
jedoch haften auch dieser Ausführung die übrigen aufgezeigten Mängel an.
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Weiterhin ist eine Spritzgußmaschine bekannt, deren Spritzzylinder
durch eine in ihr verschiebbar angeordnete Schneckenpresse mit Masse gefüllt und
nach Abstellen der Schneckenförderung durch den als Spritzkolben wirkenden Schneckenzylinder
entleert wird. Dabei ist ein Rückschlagventil derart angeordnet, daß der Spritzdruck
die Schnecke nicht belastet. Auch diese Vorrichtung mit intermittierend arbeitender
Schneckenpresse hat zum Teil die bereits geschilderten Nachteile und außerdem geringe
Wirtschaftlichkeit.
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Ferner sind Spritzgußmaschinen bekannt, bei denen die Aufnahme der
Spritzgußmasse, ihre Förderung
durch eine Schnecke und gleichzeitige
Erwärmung kontinuierlich erfolgt. Die Entnahme der plastifizierten Nasse aus dem
Massezylinder wird durch periodische Veränderung des Füllvolumens des vorderen Teils
des Massezylinders erreicht, wozu die Schnecke axial verschiebbar angeordnet ist.
Auch in diesem : Falle wirkt der Spritzdruck als Belastung auf die Schnecke, so
daß ähnliche NIängel, wie vorher beschrieben, auftreten.
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Um diese Nachteile zu beheben und die Vorteile der bekannten Schneckenpressen.
insbesondere bei Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe, auszunutzen, bestand
die Aufgabe, eine Spritzgußmaschine mit einer Schneckenpresse zu schaffen, deren
Schnecke die 5lasse kontinuierlich plastifiziert, ohne daß die Schnecke durch den
gegenüber dem Förderdruck derselben bedeutend höheren Spritzdruck belastet wird.
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Diese Aufgabe wird an einer Spritzgußmaschine mit Formschließvorrichtung
und Spritzzylinder. dessen Füllung eine kontinuierlich fördernde Schneckenpresse
bewirkt, gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zwischen dem Vorderteil und dem
rückwärtigen Teil des Spritzzylinders in deren Druckraum ein nach beiden Seiten
wirkender Hohlkolben angeordnet ist, in dessen den Durchfluß des plastifizierten
Kunst stoffes ermöglichendem, verengtem SIittelteil sich ein den Durchfluß nur in
Spritzrichtung gestattendes Rückschlagventil befindet.
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Dieser nach beiden Seiten wirkende Hohlkolben zusammen mit dem Riickschlagventil
gewährleistet eine kontinuierliche Förderung der Schneckenpresse, ohne daß die Schnecke
durch den Spritzdruck belastet werden kann. Durch diese Ausbildung sind zwei durch
den verengten Nilittelteil verbundene Hohlräume vorhanden, die in ihrem Volumen
veränderlich sind, wobei der der Form zugewandte Hohlraum als Spritzaggregat und
der der Schneckenpresse zugewandte als Vorratsraum für den von der Schnecke kontinuierlich
geförderten Kunststoff dient.
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Eine besondere Ausführungsform mit einer mit dem rückwärtigen Spritzzylinderteil
verschiebbaren Förderschnecke ist dabei derart ausgebildet, daß der Hohlkolben mit
seinem der Förderschnecke zugekehrten Teil im Stirnteil des axial verschiebbaren,
die Förderschnecke enthaltenden rückwärtigen Teils des Spritzzylinders und mit seinem
der Spritzdüse zugekehrten Teil in dem Vorderteil axial verschiebbar gelagert ist.
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Eine andere Ausführungsform mit einer im rückwärtigen Spritzzylinderteil
axial verschiebbaren Förderschnecke sieht vor, daß der Hohlkolben mit dem die Förderschnecke
enthaltenden rückwärtigen Teil des Spritzzylinders fest verbunden ist.
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Zu einer derart ausgebildeten Spritzgußmaschine können handelsübliche
Schneckenpressen benutzt werden, da nunmehr auf die Teile dieser Pressen der hohe
Spritzdruck nicht einwirkt. Außerdem wird durch die kontinuierliche Schneckenförderung
eine gleichbleibende Plastifizierung des Kunststoffes erreicht, ohne daß sich durch
den Stillstand der Schnecke auftretende Temperatureinflüsse nachteilig auf den Kunststoff
auswirken können. Ferner ergeben sich durch die kontinuierliche Schneckenförderung
wirtschaftliche Vorteile, die mit den bekannten Bauarten von Spritzgußmaschinen
erzielbar sind.
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Der Gegenstand der Erfindung wird an Hand der Zeichnung in einem
Ausführungsbeispiel beschrieben, und zwar zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch
die Spritzgußmaschine nach der Erfindung,
Fig. 2 einen Teilausschnitt während der
Füllung des durch Schneckenpresse und Hohlkolben gebildeten Druckraumes, Fig. 3
den gleichen Teilausschnitt nach der Füllung des durch Spritzzylinder und Hohlkolben
gebildeten Druckraumes, Fig. 4 den gleichen Teilausschnitt bei Beendigung des Einspritzvorganges
und Fig. 5 eine andere Ausführungsform der Teile der Schneckenpresse.
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Die Spritzgußmaschine besteht aus einem (nicht dargestellten) Maschinengestell,
auf dem der vordere Spritzzylinderteil 1 axial verschiebbar auf den Führungsstangen
2 angeordnet ist. Die beiden Formhälften 3 und 4 sind auf den zugehörigen Formaufspanntischen
5 bzw. 6 aufgespannt. Der Formaufspanntisch 6 ist mit dem Formschließkolben 7 verbunden,
der durch in den Formschließzylinder 8 bzw. in die Einspritzdruckzylinder 9 eintretendes
Druckmittel bewegbar ist.
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An den dem Formschließzylinder 8 entgegengesetzten Enden der Führungsstangen
2 ist auf diesen das Mittelstück 10 befestigt, an dessen Außenseite der rückwärtige
Zylinderteil 11 des Spritzzylinders mit der Förderschnecke 12 angeordnet ist. Der
axialen Verschiebung desselben dienen die am WIittelstück 10 angebrachten Druckausgleichszylinder
14, deren Kolbenstangen 13 mit dem Zylinderteil 11 verbunden sind. Der zylinderförmige
Stirnteil 15 des Zylinderteils 11 ist auf dem mit dem Mittelstück 10 verbundenen
Hohlkolben 16 verschiebbar angeordnet. Auf der anderen Seite des Mittelstückes 10
ist ein gleicher Hohlkolbenteil 17 mit dem Mittelstück 10 so verbunden, daß das
Mittelstück 10 mit dem Hohlkolben 16 und 17 ein Ganzes bildet. Die beiden Hohlkolbenteile
16 und 17 enthalten den durch das NIittelstücl 10 hindurchgehenden Kanal 18. Im
Kanal 18 ist auf der Seite des Hohlkolbenteils 17 ein Kugel rückschlagventil 19
vorgesehen. Auf dem Hohlkolbenteil 17 ist der vordere Spritzzylinderteil 1 verschiebbar,
an dessen nach der Form zu gerichtetem Ende die Düsenverschlußeinrichtung 20 in
an sich bekannter Weise angeordnet ist.
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Durch den zylindrischen Stirnteil 15 des Zylinderteils 11 des Spritzzylinders
und den Hohlkolbenteil 16 des Mittelstückes 10 wird der Druckraum 21, durch den
Spritzzylinderteil 1 und den Hohlkolbenteil 17 des Mittelstückes 10 der Druckraum
22 gebildet, die infolge der Verschiebbarkeit des Zylinderteils 11 bzw. des vorderen
Spritzzylinderteils 1 in ihrem Volumen veränderbar sind.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Spritzgußmaschine wird an
Hand der Fig. 2 bis 4 näher erläutert.
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Fig. 2 zeigt die Stellung der Teile während der Füllung des Druckraumes
21.
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Die Förderschnecke 12 fördert die innerhalb des Zylinderteils 11
plastifizierte Masse in den Druckraum 21, wobei sich der mit dem Zylinderteil 11
verbundene zylindrische Stirnteil 15 auf dem Hohlkolbenteil 16 des Mittelstückes
10 in dem Maße nach außen verschiebt, wie die Füllung des Druckraumes 21 zunimmt.
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Dabei fördert die Förderschnecke 12 gegen einen konstanten, vorherbestimmten
Staudruck, der zwischen den hydraulischen Druckausgleichszylindern 14 und den Kolben
der mit dem Zylinderteil 11 verbundenen Kolbenstangen 13 eingestellt ist und der
den zulässigen spezifischen Förderdruck der Schnecke nicht übersteigt.
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Der Spritzzylinderteil 1 befindet sich während dieses Vorganges in
Druckstellung, so daß ein Übertritt von Kunststoff in den Druckraum 22 nicht stattfinden
kann. Sobald der Druckraum 21 mit der gewünschten Menge an Kunststoff gefüllt ist
und durch Zurückfahren der Form 3 und 4 die Verschiebbarkeit des Spritzzylinderteils
1 wiederhergestellt ist, wird der Zylinderteil 11 mit der Schnecke 12 durch den
in den Druckausgleichszylinder 14 wirksamen Druck in seine Ausgangsstellung zurückgefahren.
Dabei wird der Kunststoff aus dem Druckraum 21 durch den Kanal 18 und das Kugelrückschlagventil
19 hindurch in den Druckraum 22 gedrückt, wobei sich der Spritzzylinderteil 1 entspreohend
dem zunehmenden Füllungsgrad des Druckraumes 22 auf dem Hohlkolbenteil 17 des Mittelstückes
10 nach außen verschiebt. Die Düsenverschlußeinrichtung 20 verhindert durch ihren
inneren Kegel während der Füllung des Druckraumes 22 den Austritt von Kunststoff
aus dem Spritzzylinderteil 1.
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Fig. 3 zeigt die Stellung der Teile, nachdem der zylindrische Stirnteil
15 mit dem Zylinderteil 11 in seine Ausgangsstellung zurückgefahren ist und der
Kunststoff aus dem Druckraum 21 in den Druckraum 22 gedrückt worden ist.
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Während dieses Überführungsvorganges der Masse vom Druckraum 21 zum
Druckraum 22 fördert die Förderschnecke 12 kontinuierlich weiter, da der für die
Materialbewegung erforderliche, in den Druckausgleichszylindern 14 wirksame Druck
sehr gering ist und den spezifischen Förderdruck der Förderschnecke 12 nicht iibersteigt.
Auf diese Weise wird der Förderdruck der Förderschnecke über den ganzen Bewegungsverlauf
des Zylinderteils 11 praktisch gleich gehalten.
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Sobald die Füllung des Druckraumes 22 beendet ist, wird die Form
3 und 4 mittels Kolben 7 geschlossen, wobei das Mittelstück 10 durch entsprechenden
Druck im Zylinder 9 über die Stangen 2 in seiner äußeren Endstellung gehalten wird.
Dann wird durch entgegengesetzten Druck im Zylinder 9 das Mittelstück 10 und der
Spritzzylinderteil 1 gegen die Form 3 gefahren, wodurch die D üsenverschluß einrichtung
20 geöffnet wird. Durch den Hohlkolbenteil 17 des Mittelstückes 10 wird das Volumen
des Druckraumes 22 vermindert und der im Druckraum 22 befindliche Kunststoff in
die Form gespritzt.
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Während dieses Arbeitsvorganges verhindert das Kugelrückschlagventil
19 jede Beeinflussung des Druckraumes 21 und der Förderschnecke 12 durch den erforderlichen
und auftretenden hohen Spritzdruck, so daß auch während dieses Arbeitsvorganges
die Förderschnecke 12 kontinuierlich und unter gleichbleibenden Betriebsbedingungen
weiterfördert. Auf diese Weise wird während der dem eigentlichen Spritzvorgang folgenden
Nachdruckzeit der Druckraum 21 mit frischem Kunststoff für den nächsten Arbeitstakt
gefüllt.
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Fig. 4 zeigt die Stellung der Teile bei Beendigung des Einspritzvorganges.
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Nach Beendigung der Nachdruckzeit fährt das Mittelstück 10 durch
erneute Druckumkehrung im Zylinder 9 wieder in seine äußere Endstellung, wobei der
Spritzzylinderteil t in seiner Endlage stehenbleibt.
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Während der Druckraum 22 erneut mit Kunststoff aus dem Druckraum 21
gefüllt wird, kann der fertige Spritzling nach Öffnen der Spritzform entfernt werden.
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Sobald die Füllung des Druckraumes 22 beendet ist, wiederholt sich
der Bewegungsablauf in der beschriebenen Reihenfolge. Die Förderschnecke 12 fördert
dabei kontinuierlich und gleichbleibend den Kunststoff und ist durch das Druckentlastungsorgan
gegen den hohen Spritzdruck geschützt.
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Eine andere Ausführungsform der Schneckenpresse zeigt Fig. 5. Danach
ist der Zylinderteil 11'der Schneckenpresse unverschiebbar gegen das Mittelstück
10'angeordnet, jedoch die Förderschnecke 12' selbst derart verschiebbar, daß an
ihrem Ende der Druckraum 21' gebildet wird.
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PATETBNSPROCHE: 1. Spritzgußmaschine zur Verarbeitung thermoplastischer
Kunststoffe mit einer Formschließeinrichtung und einem Spritzzylinder, dessen in
Achsrichtung verschiebbares Vorderteil eine Düsenverschlußeinrichtung aufweist und
dessen rückwärtiger Teil eine kontinuierlich fördernde Schnecke enthält, von der
der Druckraum des Spritzzylinders mit plastifiziertem Kunststoff gefüllt wird, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen dem Vorderteil (1) und dem rückwärtigen Teil (11, 15
; 11') in deren Druckraum (21, 22; 21', 22) ein nach beiden Seiten wirkender Hohlkolben
(16, 17) angeordnet ist, in dessen den Durchfluß des plastifizierten Kunststoffes
ermöglichendem, verengtem Mittelkanal (18) sich ein den Durchfluß nur in Spritzrichtung
gestattendes Rückschlagventil (19) befindet.