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Einrichtung zum Spritzen von duroplastischen Werkstoffen Die Erfindung
bezieht sich auf eine Einrichtung zum Spritzen von duroplastischen Werkstoffen mit
einer in einem Zylinder drehbar und axial verschiebbaren Schnecke, welche das Material
in Richtung des Spritzwerkzeuges transportiert und plant stifiziert und mit einer
Rückstromsperre, welche ein Rückströmen des Materials während des Einspritzvorganges
verhindert.
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Bekannt sind Rückstromsperren an Einrichtungen zum Spritzen von thermoplastischen
Werkstoffen. Bei diesen bekannten Einrichtungen ist die Schnecke im Bereich ihrer
Spitze eingeschntirt, wobei diese Einschnürstelle zwei abgeschrägte Fasen besitzt,
welche als Änlageflächen für entsprechende abgefaste Flächen eines ringförmigen
Verschlußgliedes dienen, welches die in diesem Bereich verjüngte Schnecke umgibt.
An der Schneckenspitze
als solche sind vorzugsweise vier in Längsrichtung
der Schnecke geführte Kanäle vorgesehen, welche auf der einen Seite in die Einschnürstelle
der Schnecke einmünden.
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Wenn sich das Verschlußglied in seiner vorderen Endstellung befindet,
so legt sich die eine abgefaste Ringfläche im Bereich der Innenleibung gegen die
vordere abgefaste Fläche der Schneckeneinschnürung an, während die zweite abgefaste
Fläche des ringförmigen Verschlußgliedes nicht in Anlage gegen die zweite abgefaste
Fläche der Einschnürung der Schnecke liegt.
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Hierdurch wird zwischen dieser letzteren Fläche und der Schnekkeneinschnürung
ein Ringspalt gebildet. Während des Plastifiziervorganges kann also das Material
in Förderrichtung der Schnecke über den Ringspalt in die Einschnürstelle und von
da aus durch die Kanäle der Schneckenspitze vor die Schnecke fließen.
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Beim Spritzvorgang hingegen legt sich die hintere ab-; gefaste Fläche
der Einschnürstelle gegen die hintere Abfasung der Rückstromsperre und verhindert
auf diese Weise ein Rückströmen des Materials von der Schneckenspitze nach hinten.
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Bei der Verarbeitung von Duroplasten ist eine derart ausgebildete
Rückstromsperre überhaupt nicht verwendbar. Der Grund hierfür liegt darin, daß in
den toten Ecken zwischen der Einschnürstelle der Schnecke und der ringförmigen Rückstromsperre
das Material schnell aushärtet und somit die Bewegung der Rückstromsperre blockiert.
Dabei muß zusätzlich berücksich-, tigt werden, daß sich Duroplaste während der Verarbeitung
physikalisch und auch chemisch andauernd verändern.
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Bei Thermoplasten tritt wegen der vergleichsweise geringen Viskosität
und weil die Gefahr eines1 vorzeitigen Aushärtens der Schmelze nicht besteht das
Problem der Blockierung der Rückstromsperre überhaupt nicht auf.
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Bei Einrichtungen zum Verarbeiten von Duroplasten sind
hierrach
Rückstromsperren bisHer überhaupt nicht eingesetzt worden.Hierdurch ergeben sich
zahlreiche Nachteile.
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Während des Einspritzvorganges, bei welchem sich vor der als Kolben
wirkenden Schnecke ein spezifischer Druck von etwa 1500 bis 2500 kg/cm2 aufbaut,
fließt die Duroplastschmelze in den Schneckengängen rückwärts. Hierdurch wird am
Schneckenkern und an den Schneckenflanken als solchen ein starker Verschleiß hervorgerufen.
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überdies gelangt ein Teil der Duroplastschmelze in da4 Spaltspiel
zwischen den Schneckenstegen und der Zylinderwandung# Die dabei entstehende Scherwirkung
und die Reibung als Folge des Rückflusses des Materials verursachen Temperaturspitzen,
welche bei einem Teil der Duroplastschmelze einen zu weit fortgeschrittenen Aushärtungsgrad
bewirken. Bei der Plastifizierung und Dosierung des folgenden Schußvolumens wird
das Material erneut unter Druck gesetzt und darüber hinaus thermisch belastet.
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Hierbei wird bei diesem Teil der Duroplastschmelze ein Aushärtungsgrad
erreicht, welcher bei der Weiterverarbeitung den Materialfluß behindert oder gar
verhindert und so zu einer schlechten Qualität des Werkstückes führt.
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Ein weiterer Nachteil betrifft den Spritzdruck. Beim Spritzgießen
von Duroplasten ist es bekanntlich sehr wichtig, daß während des Einspritzvorganges
ein konstanter Einspritzdruck gewährleistet ist; anderenfalls sind die oft ziemlich
lan gen Fließwege mit ihren Querschnittsverengungen und Umlenkungen nur schwer zu
überwinden, wodurch die Gefahr heraufbeschworen wird, daß die Formteile nicht exakt
gefüllt und verdichtet werden. Der bereits erwähnte Materialrückfluß hat zur Folge,
daß entsprechend der Viskosität der Duroplastschmelze durch das Zurückweichen derselben
in den Schneckengängen entgegen der Spitz richtung der Spritzdruck abfällt bzw.
stark schwankt.
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Die Ursache aller vorgenannten Nachteile ist also der Rückfluß der
Duroplastschmelze in den Schneckengängen.
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Der Erfindung liegt hiernach die Aufgabe zugrunde, eine auch für
Duroplaste einwandfrei arbeitende Rückstromsperre aufzuzeigen und auf diese Weise
die Mängel der entsprechenden Einrichtungen zu vermeiden, die bisher ohne Rückstromsperre
arbeiten mußten.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Rückstromsperre
als an der Stirnseite der Schneckenspitze angeordnetes scheibenförmiges Verschlußglied
ausgebildet ist, welches über eine drehbare Welle in die Verschluß- und Offenstellung
überführbar ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der im Bereich der Schneckenspitze
liegende Schneckensteg so gestaltet, daß er nicht unter Beibehaltung seiner Breite
an der Schneckenstirnseite ausläft.
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Stattdessen geht die vordere Schneckenflanke über in eine parallel
zur Schneckenachse verlaufende Kante. Der Punkt dieses Überganges ist von der Schneckenstirnseite
aus so weit nach hinten verlegt, daß in Abhängigkeit vom Steigungswinkel und der
Breite des Schneckensteges die Schneckenstirnseite derart ausgebildet ist, daß der
Schneckenaußendurchmesser mehr als die Hälfte des äußeren Umfanges einnimmt.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist zwischen der Stirnseite
der Schneckenspitze und dem scheibenförmigen Vere schlußglied eine Scheibe angeordnet,
welche mit der Schnecke in fester Verbindung steht, und deren geometrische Form
sich mit der Schneckenstirnseite genau deckt.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung
läuft der Schneckengang in Förderrichtung der Schnecke nicht aus, sondern ist über
mehrere gleichmäßig am Schneckenumfang verteilte, parallel zur Längsachse der Schnecke;
angeordnete Aussparungen mit der Schneckenstirnseite verbunden.
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Auch hierbei ist ein scheibenförmiges Verschlußglied und eine
an
der Schneckenstirnseite fest verbundene Scheibe vorgesehen, die beide in gleicher
Anordnung wie an der Schnecke mit längsge führten Aussparungen ausgestattet sind.
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Weitere Merkmale der erfindungsgemäßen Einrichtung gehen aus nachstehender
Beschreibung und den Unteransprüchen hervor.
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Bei der Ausbildung der erfindungsgemäßen Rückstromsperre ist darauf
geachtet worden, daß keine toten Ecken entstehen, in welchen sich das Material erfahrungsgemäß
ansammelt und dort aushärtet und dadurch zum Blockieren der beweglichen Teile führt.
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Die erfindungsgemäße Rückstromsperre arbeitet betriebssicher, ist
im Aufbau einfach und in der Herstellung billig und löst darüber hinaus das Problem
der Rückstromunterbin- 1 dung während des Spritzvorganges auch bei der Verarbeitung
von Duroplasten.
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Zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgamäßen Einrichtung sind
nachstehend anhand der Zeichnung veranschaulicht.
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Die Zeichnung zeigt in rein schematischer Weise: Fig. 1 und 2 perspektivische
Teildarstellungen einer ersten Ausführungsform der Schnecke der Einrichtung zum
Spritzen von duroplastischen Werkstoffen in zwei Betriebsstellungen, Fig. 3 einen
senkrechten Teilschnitt durch den vorderen Teil der Einrichtung zum Spritzen von
duroplastischen Werkstoffen, Fig. 4 eine Stirnansicht der ersten Ausführungs form
der Schneckenspitze der Einrichtung zum Spritzen von duroplastischen Werkstoffen,
Fig.
5 und 6 zwei perspektivische Teilansichten einer zweiten Ausführungsform der Einrichtung
zum Spritzen von duroplastischen Werkstoffen in zwei Betriebsstellungen, Fig. 7
eine Stirnansicht der zweiten Ausführungsform der Schneckenspitze der Einrichtung
zum Spritzen von duroplastischen Werkstoffen.
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Zunächst ist ganz allgemein zu sagen, daß Kanten, welche in der Praxis
aus strömungstechnischen Gründen abgerundet ausgeführt'werden, in der Zeichnung
zum besseren Verständnis und der Ubersichtlichkeit halber scharfkantig dargestellt
sind.
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Des weiteren wird das Verschlußglied, welches in der Praxis allgemein
kegelförmig und abgerundet ausgebildet wird, in Form einer Scheibe dargestellt und
im Text auch als eine solche bezeichnet, weil dadurch ebenfalls eine klarere Darstellung
möglich ist.
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Mit 1 ist die Schnecke bezeichnet, welche in dem Zylinder 2 drehbar
und axial verschiebbar gelagert ist. Dabei ist die Flanke 3b des im Bereich der
Schneckenspitze 1a liegenden Schneckensteges 3 parallel zur Längsachse A-A der Schnecke
1 geführt.
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An der Stirnseite der Schneckenspitze 1a entsteht durch den Ubergang
der vorderen Schneckenstegfianke 3b in eine parallel zur Schneckenachse A-A verlaufende
Kante 3a eine teilringförmige Anlagefläche 4 (Figuren 1 bis 4), welche sich auf
der einen Seite bis zu der Kante 3a, auf der anderen Seite hingegen bis über die
zu der durch die Längsmittelachse A-A der Schnecke 1 hindurchgehenden Vertikalebene
B-B hinaus erstreckt (Fig. 4).
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An der Stirnseite der Schneckenspitze 1a ist ferner eine Scheibe
5 vorgesehen, welche eine vom Umfang ausgehend nach innen in Richtung der Scheibenmitte
geführte Aussparung 5a besitzt, deren seitliche Begrenzungskanten 5b, 5c mit der
Begrenzungskante 4a der Anlagefläche 4 und der Kante 3a des Schneckensteges 3 fluchten
(Fig. 4) Die Scheibe 5 ist dabei mit der Schnecke 1 fest verbunden.
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Der größere Durchmesser der Scheibe 5 ist gleich dem Durchmesser
D1 der Anlagefläche 4. Hingegen ist der Durchmesser d gleich dem Kerndurchmesser
der Schnecke 1.
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An der Stirnseite der Schneckenspitze 1a ist eine Rückstromsperre
vorgesehen, welche als scheibenförmiges Verschlußglied 6 ausgebildet ist und eine
vom Umfang ausgehend nach innen geführte Aussparung 6a besitzt, deren seitliche
Begrenzungskanten 6b, 6c in der Offenstellung (Fig. 1) mit den Begrenzungskanten
Sb, 5c der Scheibe 5 und der Begrenzungskante 4a der Anlaeflädhe 4 sowie der Kante
3a des Schneckensteges 3 fluchten.
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Mit dem scheibenförmigen Verschlußglied 6 ist eine Welle 7 fest verbunden,
welche durch die Schnecke 1 hindurchgeführt und von außen betätigbar ist. Die Drehbewegung
der Welle 7 wird dabei durch in der Zeichnung nicht weiter dargestellte Anschläge
begrenzt. Die Steuerung dieser Welle ist für den eigentlichen Erfindungsgedanken
unerheblich und darüber hinaus Sache des Fachmannes, so daß auf Einzelheiten verzichtet
werden kann.
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Die Fig. 1 der Zeichnung zeigt das Verschlußglied in der Offenstellung
während des Plastifiziervorganges. In diesem Falle kann das Material über die Aussparungen
6a, 5a und den Raum zwischen der Begrenzungskante 4a sowie der Kante 3a des Schneckensteges
3 hindurch in Förderrichtung der Schnecke vor das Verschlußglied 6 fließen.
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Vor dem Einspritzvorgang, also vor der Bewegung der nunmehr als Kolben
wirkenden Schnecke 1 in axialer Richtung nach vorne, wird das Verschlußglied 6 durch
Verdrehung der Welle um 1800 in die in Fig. 2 der Zeichnung dargestellte Verschlußstellung
überführt. In dieser Stellung sind die vorgenann ten Aussparungen und Kanäle für
den Materialrückfluß gesperrt.
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Die Fig. 2 der Zeichnung zeigt diese Verschlußstellung des Verschlußgliedes
6 sehr deutlich.
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Die Scheibe 5 besteht vorzugsweise aus Hartmetall undi hat die Aufgabe,
an der Stirnseite der Schnecke 1 Verschleißerscheinungen zu verhindern und darüber
hinaus die Welle 7 zu führen. Um ein Eindringen der Duroplastschmelze in den Spalt
zwischen dem Verschlußglied und der Stirnseite der Scheibe 5 bzw. zwischen der Welle
7 und deren Führung zu verhindern, ist in das Verschlußglied 6 eine ringförmige
Nut 8 (Fig. 3) eingearbeitet, die über mehrere, radial angeordnete Schlitze 9 mit
dem Zylinderraum verbunden ist. Während der ersten Einspritzhübe füllt sich die
Ringnut 8 mit duroplastischem Werkstoff auf, wodurch eine Art Kolbenringn entsteht,
der eine zuverlässige Abdichtung gegenüber den vorerwähnten Spalten sicherstellt.
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Die Welle 7 wird zweckmäßig in axialer Richtung -welche der Förderrichtung
der Schnecke 1 entgegengesetzt ist -unter Vorspannung gehalten. Diese Vorspannung
kann beispielsweise durch ein Federpaket im Bereich des Drehantriebes der Welle
7 erzeugt werden. Auf diese Weise ist eine Anlage des ~Kolbenringes" an der Stirnseite
der Schnecke 1 auch dann sichergestellt, wenn der auf das Verschlußglied 6 einwirkende
Einspritzdruck die Schnecke 1 nicht belastet.
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Die Figuren 5 bis 7 zeigen eine weitere Ausführungsform des Verschlußgliedes
6 der Einrichtung zum Spritzen von duroplastischen Werkstoffen. Die Bewegungs- und
Abdichtfunktionen dieser Ausführungsform sind die gleichen wie bei der in den Figuren
1 bis 4 dargestellten Version.
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Der Unterschied besteht jedoch darin, daß der Schnekkengang 10 in
Förderrichtung der Schnecke 1 nicht ausläuft, sondern durch gleichmäßig am Umfang
der Schnecke verteilte, radial nach innen geführte Aussparungen 11, deren Tiefe
sich mit dem Schneckenkerndurchmesser d decken, mit der Stirnseite der Schnekke
verbunden ist. Die dadurch entstehenden Stege 12 sind an ihren der Schneckenförderrichtung
entgegengesetzten Enden 12a aus strömungstechnischen Gründen zugespitzt.
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Die Scheibe 5, die mit der Schnecke fest verbunden ist, ist mit radial
nach innen verlaufenden Aussparungen 5d ausgestattet, deren Begrenzungskanten 5e
und 5f mit den Begrenzungskanten 11a der Aussparungen 11 fluchten.
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Das scheibenförmige Verschlußglied 13 besitzt ebenfalls radial nach
innen geführte Aussparungen 13a, die in der gleichen Umfangsteilung wie die Aussparungen
5d und 11 angebracht sind, so daß die Stege 13b gebildet werden, die in der Schließstellung
des Verschlußgliedes 13 die zwischen den Stegen' 12 der Schnecke 1 und den Stegen
5g der Scheibe 5 liegenden Aust sparungen 5d und 11 verschließen, während in der
Offenstellung die seitlichen Begrenzungskanten 13c und 13d und die Tiefe der Aussparungen
13a am Verschlußglied 13 mit den Aussparungen 5d und 11 an der Scheibe 5 und an
der Schnecke 1 fluchten.
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Auch bei dieser Ausführungsform wird über die nicht weiter dargestellte
Welle 7 das Verschlußglied 13 in die Offenstellung (Fig. 5) bzw. in die Verschlußstellung
(Fig. 6) verdreht, wobei die Verschlußstellung während des Einspritzvorganges und
die Offenstellung während des Plastifiziervorganges gewählt wird.
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- Paten-tansprAche -