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Spritzgießmaschine zur Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe
Die Erfindung bezieht sich auf eine Spritzgießmaschine zur Verarbeitung thermoplastischer
Kunststoffe mit axial unbeweglicher Förderschnecke im Spritzzylinder, der während
des Plastifiziervorganges durch den in ihm sich aufbauenden Staudruck des bereits
plastifizierten Materials in Richtung Gießform und während des Einspritzvorgangs
durch einen Hydraulik- bzw. Kniehebelantrieb der Formschließeinheit zusammen mit
der geschlossenen Spritzgießform nach Maßgabe der Einspritzung in rückwärtiger Richtung
geschoben wird.
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Es ist an sich bekannt, bei Spritzgießmaschinen Hebelsysteme zu verwenden,
mit deren Hilfe zuerst die Form schnell und mit geringer Kraft geschlossen und dann
der plastifizierte Kunststoff langsam und mit großerEinspritzkraft in die Form eingespritzt
wird.
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Ferner ist es an sich bekannt, eine Spritzgießmaschine mit einem
Staudruckzylinder auszurüsten.
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Unter dem Begriff »Staudruckzylinder« ist ein aus Zylinder und Kolben
bestehendes hydraulisches System zu verstehen, das dazu bestimmt und geeignet ist,
den Staudruck des sich vor der Einspritzung im Spritzzylinder vor der Förderschnecke
anreichernden plastischen Materials zu regeln.
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Ausgehend von dem genannten Stand der Technik liegt der Erfindung
die technische Aufgabe zugrunde, eine Spritzeinheit der eingangs genannten Gattung
so auszubilden, daß sie auf die durch Verarbeitung unterschiedlicher Kunststoffe
bedingten unterschiedlichen Druckerfordernisse im Spritzzylinder einstellbar ist
und gleichzeitig bei wesentlicher baulicher Vereinfachung Zuhaltedruck und Einspritzdruck
erhöht werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß während des
Plastifiziervorgangs des Kunststoffs der Staudruck durch zwei in der Trägerbrücke
des Spritzzylinders symmetrisch zur Spritzzylinderachse angeordnete, mit stationären,
fest auf den Trägerholmen sitzenden Kolben versehene Staudruckzylindern einstellbar
ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Spritzgießmaschine steigt infolge der Verwendung
des Kniehebelsystems der Zuhaltedruck und damit auch der Einspritzdruck bei Streckung
des Kniehebelsystems progressiv an.
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Der Einspritzdruck ist daher im statistischen Mittel um so größer,
je kürzer der Spritzzylinder bei einem bestimmten Fassungsvolumen gestaltet ist.
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Bei gedrungenem Spritzzylinder und damit kurzem Spritzweg des Zylinders
wird jedoch eine genaue Dosierung des thermoplastischen Materials schwieriger, die
nur bei genau reproduzierbaren Druckverhältnissen im Spritzzylinder erreichbar ist.
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Diese Druckverhältnisse sind nunmehr mit Hilfe der erfindungsgemäßen
Staudruckzylinder mit großer Exaktheit reproduzierbar, wobei diese Staudruckzylinder
gleichzeitig eine Steigerung des Einspritzdruckes und der Einspritzgeschwindigkeit
ermöglichen, indem sie beim Einspritzvorgang derart mit Druckmedium beschickt werden,
daß die Rückwärtsbewegung des Spritzzylinders beschleunigt wird.
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Zweckmäßigerweise ist der Spritzdruck sowohl durch den Kniehebel
des hydraulischen Antriebs als auch durch die Staudruckzylinder bestimmt.
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Nachstehend wird die Erfindung an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel
erläutert.
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Es zeigt Fig. 1 die teilweise längsgeschnittene Spritzgießmaschine
in Seitenansicht, Fig.2 die Spritzgießmaschine gemäß Fig.l in Draufsicht und F i
g. 3 das Antriebssystem der Spritzgießmaschine in schematischer Darstellung.
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Die axial unbewegliche Förderschnecke 39 mit Rotationsantrieb 18,
der Spritzzylinder 22, die beweglichen Formenaufspannplatten 8, 13 sowie die Widerlagerbrücke
5 für das Hebelsystem 6, 7; 9, 10 des hydraulischen Antriebs 1, 2 sind von einem
gemeinsamen Holmenpaar 3, 4 aufgenommen. Dabei ist die Trägerbrücke 17 der Förderschnecke
39 und deren hydraulischer Antriebsmotor 18 an dem einen Ende des Holmenpaares 3,
4 befestigt. Am andern Ende des Holmenpaares ist die Widerlagerbrücke 5 in Spritzrichtung
einstellbar angeordnet. Zur Einstellung dienen Schraubenmuttern 11, 11', die sich
je mit einem Außengewinde der Holme im Eingriff befinden.
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Der Spritzzylinder 22 ist von der axialverschieblich auf den Holmen
3, 4 gelagerten Trägerbrücke 16 aufgenommen. Der hydraulische Antrieb 1, 2 wird
vom Hebelsystem 6, 7; 9, 10 frei getragen. Seine Antriebsachse verläuft rechtwinklig
zur Spritzachse. Das zweiseitig
symmetrische Hebelsystem, dessen
Symmetrieebene durch die Achse des Antriebszylinders 1 verläuft, ist einerseits
an der Widerlagerbrücke 5, andererseits an der beweglichen Aufspannplatte 8 angelenkt.
Das Hebelsystem ist so gestaltet, daß es mit zunehmender Strecklage seiner Druckhebel
6, 7 bei abnehmender Schubgeschwindigkeit einen zunehmenden Druck auf die bewegliche
Formenaufspannplatte 8 auszuüben vermag. Vor jedem Einspritzvorgang wird das zur
Einspritzung bestimmte Quantum an thermoplastischem Material vorpiastifiziert.
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Bei dieser Vorplastifizierung wird der aus dem Granulatbehälter 42
über den Einzugschacht 43 in den Spritzzylinder 22 gelangende Kunststoff von der
rotierenden Förderschnecke in Richtung zur Verschluß düse 44 befördert. Das plastifizierte
Material sammelt-sich vor der Förderschnecke 39 an. Der Staudruck des sich ansammelnden
plastischen Materials bewirkt, daß der Spritzzylinder 22 samt seiner Trägerbrücke
16 in Richtung zur Gießform bewegt wird und zwar so lange, bis bei Erreichen des
erforderlichen Quantums an plastischem Material die Förderschnecke stillgelegt wird.
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Beim Einspritzvorgang werden unter der Schubwirkung des Hebelsystems
6, 7; 9, 10, die Formenaufspannplatten 8, 13 zusammen mit der geschlossenen Gießform
gegen den nach Maßgabe der Einspritzung zurückweichenden Spritzzylinders 22 gedrückt.
Im Zuge des Zurückweichens des Spritzzylinders 22 gegen die axial feststehende Förderschnecke
39 wird das vorplastifizierte Material in die Gießform eingespritzt.
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Infolge der Arbeitscharakteristik des Hebelsystems 6, 7; 9, 10 wird
der Zuhaltedruck, mit dem die beiden zwischen den Formenaufspannplatten 8, 13 festgespannten
Formenhälften (nicht gezeichnet) zusammengehalten sind, bei zunehmender Annäherung
an den Spritzzylinder zunehmend größer. In der Einspritzphase, d. h., bei Zurückdrängen
des Spritzzylinders 22 wird dieser Druck noch mehr erhöht.
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Das gleiche gilt entsprechend für den Einspritzdruck.
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Dieser ist daher um so höher, je kürzer die zur Einspritzung erforderliche
Wegstrecke - des zurückweichenden Spritzzylinders 22 ist. Die besagte Wegstrecke
ist aber bei einem bestimmten Einspritzvolumen um so kürzer, je größer die Querschnittsfläche
der zentralen Zylinderbohrung im Spritzzylinder 22 ist. Infolgedessen ist es bei
dem hier vorliegenden Arbeitssystem der Einspritzung besonders zweckmäßig, den Spritzzylinder
22 bei relativ großer Zylinderbohrung kurz zu gestalten.
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Zwischen dem Spritzzylinder 22 und der diesem benachbarten Formenaufspannplatte
23 sind Federn 14, 15 angeordnet, die einer gegenseitigen Annäherung von Formenaufspannplatte
13 und Spritzzylinder 22 entgegenwirken. Der beim Einspritzvorgang in der Gießform
herrschende Druck nimmt am Ende der Einspritzphase laufend zu. Die Federn 14, 15
haben die Aufgabe, zu verhindern, daß der Staudruck in der Gießform den Zuhaltedruck
übersteigt, was ein unerwünschtes Eindringen des plastischen Materials in die Trennfuge
der Gießform zur Folge hätte.
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In der Trägerbrücke 16 für den Spritzzylinder 22 sind in symmetrischer
Anordnung zum Spritzzylinder zwei Staudruckzylinder 23, 24 untergebracht. Die Trägerholme
3, 4 sind gleichzeitig die Kolbenstangen für die Kolben 25, 26 der Staudruckzylinder.
Die Trägerbrücke 17 für die Förderschnecke 39 und deren
Hydraulikmotor 18 sitzt fest
auf den Holmen bzw. den Kolbenstangen auf. Diese Kolbenstangen bzw.
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Holme 3, 4 sind daher wie deren Kolben 25, 26 axial unbeweglich. Mit
Hilfe der Staudruckzylinder 24, 25 lassen sich die bei der Plastifizierung im Spritzzylinder
herrschenden Druckverhältnisse auf die durch Verwendung unterschiedlicher thermoplastischer
Kunststoffe bedingten unterschiedlichen Erfordernisse einstellen. Der Kunststoff
wird durch die rotierende Förderschnecke 39 zur Verschlußdüse 44 hin gefördert.
Nach Maßgabe dieser Förderung wird der Spritzzylinder 22 in Richtung zur Gießform
verschoben. Im Zuge dieser Verschiebung wird ein sich zunehmend vergrößernder Vorratsraum
vor der Förderschnecke gebildet, der mit plastifiziertem Material angefüllt ist.
Mit dem Spritzzylinder werden die mit diesem eine bauliche Einheit bildenden Rückstauzylinder
23, 24 ebenfalls verschoben und bewegen sich relativ zu den stationären I(olben
25, 26. Es ist also ein wesentliches Charakteristikum der Rückstauzylinder 23, 24,
daß sie und damit der Spritzzylinder bei axialer Bewegung durch einstellbare Drosselung
der ölabfuhr aus den Zylinderräumen 37, 38 beliebig bremsbar sind. Zu diesem Zweck
ist das in die Räume 37, 38 der Rückstauzylinder 23, 24 einströmende Druckmedium
über ein Rückschlagventil 27 geführt, während das ausströmende Druckmedium über
ein Druckregelventil 20 seinen Weg nimmt.
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In dem mit Filter 33 versehenen Tankraum 34 befindet sich die durch
den Elektromotor 31 angetriebene Öldruckpumpe 32. In der von der Öldruckpumpe 32
ausgehenden Drucldeitung 41 sind zwei elektromagnetische Schieber 35, 36 eingefügt.
Der eine Schieber steuert über das Rückschlagventil 28 und die Drossel 19 den hydraulischen
Motor 18. Der andere Schieber 35 steuert über die Drossel 12 den Antrieb 1, 2 für
Formschluß und Einspritzung. Der Schieber 35 steuert aber auch gleichzeitig die
Staudruckzylinder 23 und 24 während der Einspritzphase.
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Zu diesem Zweck führt eine Abzweigung 29, 29" der vom Schieber 35
zum rückseitigen Teil des Zylinders 1 führenden Drucldeitung zu den Zylinderräumen
37 und 38 der Staudruclçzylinder 23, 24. Werden die Zylinderräume 37, 38 der Staudruckzylinder
23, 24 mit dem Druclcmedium über den Schieber 35 beschickt, so wird das Druckmedium
über das Rückschlagventil 27 geführt. Bei der bereits beschriebenen Vorplastifizierung
im Spritzzylinder 22, bei der sich dieser in Richtung der Gießform bewegt, entweicht
das Druckmedium aus den Zylinderräumen 37, 38 über das Druckregelventil 20. Der
im Spritzzylinder herrschende Überdruck kann am Manometer 21 abgelesen werden.
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Die Holme 3, 4 sind an den Drehlagern 44, 45 schwenkbar und arretierbar
am Sockel der Spritzgießmaschine gelagert. Diese Lager bilden zugleich Anschläge
für die düsenseitige Aufspannplatte 13.
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Die Spritzgießmaschine arbeitet wie folgt: Bei von der geöffneten
Gießform abgesetzter Spritzeinheit gelangt das Kunststoffgranulat aus dem Granulatbehälter
42 über den Einzugsschacht 43 in den Zylinder 22, wo die rotierende Förderschnecke
39 das Material bei zunehmender Plastifizierung in Richtung zur Verschlußdüse 44
fördert. Das plastifizierte Material sammelt sich vor der Förderschnecke 39 an.
Hierbei wird unter dem Staudruck des sich vor der Förderschnecke ansammelnden plastifizierten
Materials der Zylinder 22 in Richtung zur Gießform geschoben. Ist
ein
vorbestimmtes Volumen an plastifiziertem Material erreicht, so wird die Rotation
der Förderschnecke stillgelegt. Danach wird der Schieber 35 umgesteuert. Bei dem
darauf einsetzenden Vorwärtshub des Kolbens 2 im hydraulischen Antrieb 1, 2 wird
das Kniehebelsystem 6, 7; 9, 10 gestreckt, die Gießform geschlossen und die geschlossene
zwischen den Formenaufspannplatten 8 und 13 festgespannte Gießform entgegen der
Wirkung der Federn 14, 15 auf die Düse 44 des Spritzzylinders 22 aufgepreßt. Bei
Aufsetzen der Düse 44 auf die Gießform öffnet sich dieselbe. Im Zuge der weiteren
Bewegung der Gießform wird das plastische Material unter ständigem Zurückdrängen
des Spritzzylinders 22 gegen die axial feststehende Förderschnecke 39 eingespritzt.
Gleichzeitig mit der Beaufschlagung des Kolbens 2 durch das Druckmedium werden indessen
auch über die Druckleitung 29, 29" sowie die Verbindungsleitung 30 die Zylinderräume
37, 38 der Staudruckzylinder 23, 24 mit Druckmedium beschickt. Da die Kolben 25,
26 der Staudruckzylinder axial unbeweglich sind, wirkt sich die Beschickung der
Zylinderräume 37, 38 in einer Beschleunigung der Rückwärtsbewegung des Spritzzylinders
22 beim Einspritzvorgang aus. Durch die gleichzeitige Belastung des Kolbens 2 des
hydraulischen Antriebs 1, 2 und der Kolben 25, 26 sowie der Staudruckzylinder 23,
24 ergibt sich daher sowohl eine Beschleunigung des Einspritzvorganges als auch
eine Erhöhung des Einspritzdrucks.