DE2461065A1

DE2461065A1 - Vorrichtung fuer das plastifizieren und einspritzen einer kunststoff-formmasse

Info

Publication number: DE2461065A1
Application number: DE19742461065
Authority: DE
Inventors: Thomas Nussbaumer
Original assignee: Patent and Inventions PI Ltd
Current assignee: Patent and Inventions PI Ltd
Priority date: 1974-01-04
Filing date: 1974-12-23
Publication date: 1975-07-10
Also published as: BR7500047A; IT1028170B; GB1442880A; SU582749A3; SE406293B; AU7694774A; AT341198B; DD118024A5; ZA748220B; ATA1018974A; JPS5640014B2; ES433433A1; FR2256823A1; FR2256823B1; SE7415515L; JPS50105764A; US3946999A; CH586106A5

Description

EYER & LINSER · PATENTANWÄLTE

D-eO7e SPRENDUINGEN. ROBERT-BOSCH-STR. 12a

PATENTANWÄLTE,: DIPL.-ING. PH. EYER DIPL.-ING. E.

f.-.«.^ - j OIPL.-INQ. E. EYER

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Poslfadi 2210

Tel.fon Sa.-Nr. (04103) «1022 TeItXi 04-17924 Telegramm« ι Corvui

Patent & Inventions Ltd., Zug (Schweiz)

Vorrichtung für das Plastifizieren und Einspritzen einer Kunststoff-Formmasse . . ·

Spritzgussmaschinen und Spritzpressen zur Herstellung von Kunststoff-Formteilen weisen im allgemeinen einen Hohlzylinder mit einer in diesem angeordneten Sohneckenspindel auf» die drehbar gelagert ist und die Förderung und Plastifizierung der Kunststoff-Formmasse ermöglicht. In vielen Fällen ist die Sohneckenspindel zudem axial verschiebbar und dient dann gleichzeitig als Kolben, um die Formmasse durch eine Düse In das Formwerkzeug zu pressen.

Früher war der Zeitaufwand für die Herstellung eines Formteiles weitgehend durch die für die Abkühlung des Formteiles erforderliche Zeit bestimmt. In neuerer Zeit konnten nun die Formwerkzeuge derart verbessert werden» dass die Abkühlungszeit wesentlich kürzer wurde. Dies ist insbesondere bei der Herstellung dünnwandiger Teile, wie etwa Behältern, Tupfen, Deckeln und Verpackungsmaterialien, der Fall·

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Während der Abkühlungszeit werden verschiedene andere Arbeitsgänge, insbesondere die Plastifizierung der Kunststoff-Formmasse, durchgeführt. Die Verkürzung der Abkühlungszeit hat nun dazu geführt, dass die Herstellungszeit für dünnwandige Formteile wesentlich durch den Zeitaufwand für die Plastifizierung bestimmt wird.

Die Plastifizierungsleistung einer Presse kann dadurch vergrössert werden, dass der Umfang der Schneckenspindel vergrössert wird. Wenn die Schneckenspindel in axialer Richtung gegen die Düse verschoben wird, um die Formmasse durch die Düse zu pressen, ist die dafür aufzuwendende Antriebskraft gleich dem Produkt aus der Querschnittsfläche der Schneckenspindel und dem Druck der Formmasse. Wenn mit Schneckenspindeln verschiedenen Durchmessers der gleiche Druck erzielt werden soll, muss also die Antriebskraft bei Verwendung einer Spindel mit grösserem Durchmesser proportional zur grösseren Querschnittsfläche erhöht werden.

Hierbei stellt sich jedoch das Problem, dass die Hersteller der Spritzgussmaschinen und Spritzpressen normalerweise von jedem Maschinentyp etwa drei bis vier Standardgröße sen her stellen, deren Antriebsmotoren auf die Grossen der Spindel durchmesser abgestimmt sind. Wenn nun der Durchmesser der Schneckenspindel vergrössert wird, so müsste die Leistung des zur Erzeugung des Druckes dienenden Motors dementsprechend erhöht werden. Die Verwendung eines stärkeren Motors zur Erzeugung des höheren Druckes würde jedoch die Maschine erheblich verteuern und auch deren Platzbedarf wesentlich vergrössern.

An sich besteht natürlich die Möglichkeit, anstelle eines stärkeren Motors einen hydraulischen Druckumsetzer zu verwenden. Auch diese Lösung ist jedoch relativ teuer. Zudem treten sowohl bei der Verwendung eines stärkeren Motors als auch bei der Verwendung eines Druckumsetzers grössere Axialkräfte auf, die eine erhöhte Beanspruchung der Maschinenelemente darstellen.

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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die ermöglicht, pro Zeitenheit eine grössere Menge Kunststoff-Formmasse zu plastifizieren, ohne dass deswegen der erzielbare Druck abnimmt und ohne dass die zur Axialverschiebung der Schneckenspindel dienende Antriebsvorrichtung wesentlich geändert werden muss. Des weitern soll die Erhöhung der Plastifizierungsleistung auch den Raumbedarf und die Kosten der Maschine nicht erhöhen.

Die Erfindung betrifft daher eine Vorrichtung für das Plastifizieren und Einspritzen einer Kunststoff-Formmasse mit einem Hohlzylinder, einer fest mit diesem verbundenen Düse und einer im Hohlzylinder drehbar und axial verschiebbar angeordneten Schneckenspindel. Die Vorrichtung ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass die Schneckenspindel an ihrem der Düse zugewandten Ende mit einer Längsöffnung versehen ist, in die ein sie dicht abschliessender, unverschiebbar mit dem Hohlzylinder verbundener Dorn hineinragt.

Der Erfindungsgegenstand soll nun anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die einzige Figur'der Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zum Plastifizieren und Einspritzen einer Kunststoff-Formmasse. Die Vorrichtung ist in der Figur aus Platzgründen mit vertikaler Längsachse dargestellt. Bei den Spritzgussmaschinen und Spritzpressen sind die Plastifizierungsvorrichtungen im allgemeinen jedoch so angeordnet, dass ihre Längsachse horizontal verläuft.

Die in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellte Vorrichtung weist eine Düse 1 auf, die an einem Düsenträger befestigt ist. Dieser ist seinerseits, etwa mittels Schrauben, an einem Hohlzylinder 8 befestigt. Der Hohlzylinder 8 ist durch nicht dargestellte Befestigungs- und Zentrierungsmittel fest mit dem Maschinengestell einer Spritzgussmaschine oder Spritzpresse verbunden. Im übrigen ist der Höhlzylinder 8

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auf seiner Aussenseite mit kragenförmigen Heizelementen 9 versehen.

Im Innenraum 8a des Hohlzylinders 8 ist eine-drehbar gelagerte und zusätzlich in axialer Richtung verschiebbare Schneckenspindel 7 angeordnet. Diese ist an ihrem der Düse 1 zugewandten Ende mit einer Längsöffnung 10, und zwar mit einer Sackbohrung, versehen, deren Durchmesser vorteilhafterweise mindestens gleich dem halben Aussendurchmesser der Schneckenspindel ist.

Am Düsenträger 2 ist ein zum Hohlzylinder 8 koaxialer Dorn 4 befestigt und auf diese Weise unverschiebbar mit dem Hohl- ' zylinder 8 verbunden. Im übrigen weist der Dorn 4 eine durchgehende Längsbohrung 4a auf.

Der Düsenträger 2 weist mehrere Durchgänge 2a auf, die den Innenraum 8a des Hohlzylinders 8 mit der Öffnung der Düse 1 verbinden. Der Düsenträger 2 ist des weitern mit mindestens einem Durchgang 3 versehen. Dieser wird durch eine im Zentrum seiner Innenfläche beginnende Sackbohrung 3a und eine von dieser radial nach aussen führende Querbohrung 3b gebildet. Der Durchgang 3 verbindet also die Längsbohrung 4a des Dornes 4 und damit auch die Längsbohrung 10 der Schneckenspindel 7 mit dem freien Aussenraum.

Die Schneckenspindel 7 ist an ihrem der Düse 1 zugewandten Ende mit einer koaxialen Hülse 5 versehen. Die Hülse 5 kann etwa mit der Schneckenspindel verschraubt oder in anderer Weise fest mit ihr verbunden sein. Die lichte Weite der Hülse 5 ist so bemessen, dass die Innenfläche der Hülse 5 und die Aussenfläche des hohlen Dornes 4 zusammen einen Gleitsitz bilden, der die Längsbohrung 10 gegen aussen dicht abschliesst. Die Länge der Hülse 5 ist so bemessen, dass die Hülse 5 auf dem Dorn 4 gut geführt wird.

Der Aussendurchmesser der Hülse 5 ist etwas kleiner als der Innendurchmesser des Hohlzylinders 8, so dass zwischen

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der Hülse 5 und der Innenfläche des Hohlzylinders ein freier Zwischenraum vorhanden ist, durch den die Formmasse ausströmen kann. Im übrigen weist die Hülse 5 auf ihrer Aussenseite eine •ringförmige Nut 5a auf. Der diese Nut 5a am düsenseitigen Hülsenende begrenzende Hülsenrand 5b ist mit Längsnuten 5c versehen.

Im Hohlzylinder 8 ist ferner ein Ring 6 angeordnet, dessen Aussenfläche an der Innenfläche des Hohlzylinders 8 anliegt und mit dieser zusammen einen dicht schliessenden Schiebesitz bildet. Der Ring 6 ragt in die Nut 5a hinein und ist so ausgebildet, dass er die Verbindung zwischen der Schneckenspindel 7 und der Düse 1 dicht abschliesst, wenn er an der der Düse 1 abgewandten Seitenfläche der Nut 5a anliegt. Der Ring 6 bildet also den Verschlusskörper eines durch ihn und die Hülse 5 gebildeten Rückschlagventils 5, 6. Damit der Ring 6 in die Nut 5a eingesetzt werden kann, ist entweder die Hülse 5 oder der Ring 6 aus mehreren Teilen zusammengesetzt.

Die in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellte Vorrichtung bildet, wie bereits erwähnt, einen Teil einer Spritzgussmaschine oder Spritzpresse. Der Mantel des Hohlzylinders 8 weist in der Nähe seines der Düse 1 abgewandten Endes eine Einfüllöffnung auf, durch die die zu verarbeitende Formmasse, etwa in Pulverform, zugeführt werden kann. Die Maschine weist eine elektromechanische oder hydromechanische Antriebsvorrichtung auf, mit der die Schneckenspindel 7 derart in Rotation versetzt werden kann, dass die Formmasse von der Einfüllöffnung zum düsenseitigen Ende der Schneckenspindel gefördert werden kann. Des weitern weist die Maschine eine Vorrichtung auf, um die Schneckenspindel in axialer Richtung zu verschieben.

Im folgenden soll nun der Betrieb der Vorrichtung erläutert werden.

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Beim ersten Arbeitsschritt, der im folgenden als Dosierphase bezeichnet wird, ist die Düse 1 entweder durch den Angusszapfen oder durch einen in der Figur nicht dargestellten Verschluss verschlossen. Während der Dosierphase wird durch die vorstehend erwähnte Einfüllöffnung im Zylindermantel Formmasse zugeführt und durch die Schneckenspindel 7 nach vorne gegen die Düse gefördert. Die Formmasse wird beim Fördervorgang zusätzlich mit den Heizelementen 9 erwärmt, so dass sie beim Fördervorgang gleichzeitig plastifiziert wird. Die plastifizierte, unter Druck stehende Formmasse umströmt dann den gegen den Rand 5b gedrückten Ventilkörper 6 und sammelt sich in dem durch die Aussenfläche des Dornes k und die Innenfläche des Hohlzylinders 8 begrenzten Hohlraum. Dabei wird die Schneckenspindel 7 und das Ventil 5, 6 sukzessive nach hinten, das heisst von der Düse 1 weggeschoben. Wenn die für die Herstellung eines Formteiles erforderliche Menge der Formmasse plastifiziert ist, wird die Rotation der Schneckenspindel, etwa durch einen Endschalter, unterbrochen. Die Länge der Sackbohrung 10 muss selbstverständlich so bemessen sein, dass die Schneckenspindel 7 ausreichend weit nach hinten verschoben werden kann.

Beim nächsten Arbeitsschritt, der im folgenden als Injektionsphase' bezeichnet wird, wird die Schneckenspindel 7 an ihrem hinteren Ende mit Druck beaufschlagt und nach vorn gegen die Düse 1 verschoben. Der ringförmige Verschlusskörper 6 des Ventils 5» 6 wird dabei gegen die hintere Seitenfläche der Nut 5a gedrückt, so dass die plastifizierte Formmasse nicht mehr zurückströmen kann, und durch die Durchgänge 2a und die Öffnung der Düse 1 in das nicht dargestellte Formwerkzeug gepresst wird.

Da die Längsöffnung 10 der Schneckenspindel über die Bohrung 4a und den Durchgang 3 mit dem freien Aussenraum verbunden ist, herrscht in der Längsöffnung 10, unabhängig von der axialen Stellung der Schneckenspindel, immer Atmosphären-

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druck. Der in der Injektionsphase auf die Formmasse ausgeübte Druck ist, abgesehen von den Reibungsverlusten, gleich der auf die Schneckenspindel ausgeübten Druckkraft dividiert durch die Querschnittsfläche des von der Innenfläche des Hohlzylinders 8 und der Aussenfläche des Dornes 4 begrenzten Hohlraumes.

Es ist nun ohne weiteres möglich, bei einer Standard-Spritzgussmaschine anstelle einer Schneckenspindel mit vollem Querschnitt eine Schneckenspindel der vorstehend beschriebenen Art vorzusehen. Deren Durchmesser kann dann so gewählt werden, dass die stündliche Plastifizierungsleistung um mindestens etwa 50% gesteigert werden kann. In günstigen Fällen, etwa bei der Verarbeitung von Polyolefinen, kann die Plastifizierungsleistung auf etwa das Dreifache des mit einer vollen, kleineren Spindel erzielbaren Wertes gesteigert werden.Bei geeigneter Bemessung des Durchmessers der Längsöffnung 10 kann bei der Injektionsphase der gleiche Druck erzielt werden wie mit einer dünneren vollen Spindel, ohne dass die Leistung der die Axialverschiebung der Spindel bewirkende Vorrichtung erhöht werden muss.

Die Verwendung einer Schneckenspindel mit grösserem Durchmesser erfordert höchstens ein etwas grösseres Drehmoment der Antriebsvorrichtung. Bei geeigneter Ausbildung der Schnecken-Nut kann diese Erhöhung jedoch relativ klein gehalten werden. Zudem weist die zur Erzeugung des Drehmomentes dienende Vorrichtung normalerweise eine gewisse Leistungsreserve auf, damit alle in Frage kommenden Formmassen plastifiziert werden können.

Es ist natürlich ohne weiteres möglich, zu jeder Maschine einen Satz von Schneckenspindeln mit verschiedenen Durchmessern vorzusehen. Je nach der Zusammensetzung und Viskosität der Formmasse kann dann eine grössere oder kleinere

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Spindel verwendet werden. Ferner können auch bestehende, eine Spindel mit vollem Querschnitt aufweisende Maschinen mit geringem Aufwand nachträglich mit einer eine Längsöffnung aufweisenden Spindel versehen werden.

Selbstverständlich kann die Vorrichtung in verschiedener Hinsicht modifiziert werden. Beispielsweise wäre es etwa möglich, die Schneckenspindel statt mit einer Sackbohrung mit einer durchgehenden LängsÖffnung zu versehen. Die Bohrung 4a und der Durchgang 3 könnten dann weggelassen werden.

Des weitern könnte etwa der Dorn 4 statt mit dem Düsenträger direkt, unverschiebbar mit dem Mantel des Hohlzylinders verbunden werden.

Selbstverständlich können mit der vorstehend beschriebenen Vorrichtung nicht nur Thermoplaste sondern auch etwa ■ härtbare Kunststoffe oder Elastomere verarbeitet werden.

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Claims

-9-PATENTANSPRUCHE

1» Vorrichtung für das Plastifizieren und Einspritzen einer Kunststoff-Formmasse mit einem Hohlzylinder, einer fest mit diesem verbundenen Düse und einer im Hohlzylinder drehbar und axial verschiebbar angeordneten Schneckenspindel, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneckenspindel (7) an ihrem der Düse (1) zugewandten Ende mit einer Längsöffnung (10) versehen ist, in die ein sie dicht abschliessender, unverschiebbar mit dem Hohlzylinder (8) verbundener Dorn (4) hineinragt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneckenspindel (7) an ihrem der Düse (1) zugewandten Ende mit einem Ventil (5, 6) zur Verhinderung der Rückströmung versehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneckenspindel (7) an ihrem der Düse (1) zugewandten Ende fest mit einer Hülse (5) verbunden ist, deren Innenfläche mit dem Dorn (4) zusammen einen die Längsöffnung (10) in der Schneckenspindel (7) dicht abschliessenden Gleitsitz bildet.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3> dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (5) auf ihrer Aussenseite eine Ringnut (5a) aufweist, in die ein den Verschlusskörper (6) des Ventils (5, 6) bildender Ring eingreift.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlzylinder (8) an seinem düsenseitigen Ende einen fest mit ihm verbundenen Düsenträger (2) mit mindestens einem Durchgang (2a) aufweist, der den Innenraum (8a) des Hohlzylinders (8) mit der Düse (1) verbindet und dass der Dorn

(4) fest mit dem Düsenträger (2) verbunden ist.

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-ίο- -

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die Längsöffnung (10) in der Schneckenspindel (7) eine Sackbohrung ist, dass der Dorn (4) eine durchgehende Längsbohrung (4a) aufweist und dass der Düsenträger (2) mindestens einen die Längsbohrung (4a) des Dornes (4) mit dem Aussenraum verbindenden Durchgang (3) aufweist.

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