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Spritzeinheit für eine thermoplastische Kunststoffe verarbeitende
Spritzgiessmaschine
Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung und Ausgestaltung der Spritzeinheit gemäss dem Pa- tent Nr. 229010.
Gegenstand des genannten Patentes ist eine Spritzeinheit für eine thermoplastische Kunststoffe ver- arbeitende Spritzgiessmaschine, die im Spritzzylinder eine axial verschiebbare und von einem beidseitig beaufschlagten Kolben betätigte Förderschnecke, welche mit einem Rotationsantrieb verbunden ist, auf- weist, bei der der Spritzzylinder und die Förderschnecke samt ihrem Rotationsantrieb unabhängig vonein- ander axial beweglich auf einem gemeinsamen Holmenpaar gelagert sind, wobei der Spritzzylinder und die Förderschnecke durch wenigstens ein nachgiebiges, in seiner Wirkung einstellbares Verbindungsglied miteinander gekuppelt sind.
Eine solche Anordnung hat gegenüber den bekannten, vergleichbaren Anordnungen den Vorteil, dass die Heranführung des Spritzzylinders an die Spritzgiessform und die Abhebung derselben von derselben Hydraulik-Vorrichtung bewirkt werden kann, welche die Axialbewegung der Schnecke und damit den Einspritzvorgang steuert. Hiedurch wird eine zweite Hydraulikvorrichtung erübrigt.
Bei einer solchen Anordnung besteht nun das Bedürfnis, einerseits beim Einspritzvorgang die sich im Vorderteil des Spritzzylinders ansammelnde thermoplastische Masse so weit wie möglich vom Druck zu entlasten und anderseits die Bremswirkung des Verbindungsgliedes mit grösstmöglicher Genauigkeit einzustellen.
Ausserdem ist es oftmals wünschenswert, eine gewisse Bremswirkung einzustellen, wenn beim Ansammeln des plastifizierten Kunststoffes im Vorderteil des Spritzzylinders der Spritzzylinder im Gefolge der Volumen-Zunahme dieses plastifizierten Kunststoffes in Richtung Spritzgiessform bewegt wird.
Allen diesen Erfordernissen wird erfindungsgemäss dadurch genügt, dass das Verbindungsglied aus zwei ineinander bei beliebig einstellbarer Bremswirkung gleitenden Teilen besteht.
In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass das Verbindungsglied aus einem in einem mit Flüssigkeit gefüllten Zylinder verschiebbaren Kolben besteht und dass die beiden Zylinderseiten durch zwei Verbindungskanäle verbunden sind, wobei in einem Verbindungskanal ein Drosselventil und im andern Verbindungskanal ein Rückschlagventil angeordnet ist.
Zweckmässigerweise ist der mit dem Rückschlagventil versehene Verbindungskanal im Kolben angeordnet.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht das Verbindungsglied aus einem stangenartigen Teil und einer diesen Teil umgreifenden Hülse, die eine Erweiterung aufweist, in welcher gegeneinander gerichtete tellerfederartige deformierbare Kunststoffscheiben angeordnet sind, wobei letztere mittels einer in diesen hülsenförmigen Teil einschraubbaren Gewindehülse gegeneinander pressbar sind.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnung an einigen Ausführungsbeispielen erläutert :
Es zeigen : Fig. 1 die Spritzeinheit im Längsschnitt ; Fig. la eine Einzelheit aus Fig. 1 ; Fig. 2 die Spritz-
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einheit gemäss Fig. l in Draufsicht ; Fig. 3 das kuppelnde Verbindungsglied zwischen Spritzzylinder und
Schnecke mit Schneckenantrieb im Längsschnitt ; Fig. 4 eine Variante des Verbindungsgliedes im Längs- schnitt ; Fig. 5 eine weitere Variante des Verbindungsgliedes im Längsschnitt und Fig. 6 einen Teil des Ver- bindungsgliedes gemäss Fig. 5 im Querschnitt.
Die Schneckenplastifizierungseinheit besteht aus Spritzzylinder 11 mit Heizmanschetten 12-12" samt Düsenmundstück 13 mit Schiebedüse 14 einerseits und einer aus der Schnecke 8, dem zugehörigen
Rotationsantrieb 4 - 7, 7', 7", 71ff, 7IV und dem Hydraulikkolben 2 des Hydraulikantriebes bestehenden bau- lichen Einheit anderseits. Am Spritzzylinder 11 ist ein asymmetrischer Granulatbehälter 17 drehbar ange- bracht.
Die beiden genannten Einheiten sind unabhängig voneinander auf gemeinsamen Holmen 15, 16 axial verschiebbar gelagert. Als Führung und Halterung für den Spritzzylinder 11 dient die auf den Holmen 15,
16 gleitbar gelagerte Brücke 9, die Kanäle 10 für ein Kühlmedium aufweist. Durch die Brücke 9 führt eine Bohrung 18 als Materialeinzugskanal.
Der Granulatbehälter 17 ist am Eingang des Granulateinzugskanals 18 mittels Überwurfmutter 17'mit der Brücke 9 verbunden.
Das Gehäuse 4 für den fest mit der Schnecke 8 verbundenen Rotationsantrieb 4 - 7IV ist gleichzeitig Führungsbrücke für die aus Schnecke 8, Rotationsantrieb 4 - 7IV und Kolben 2 bestehende bauliche Einheit, welche auf den Holmen 15, 16 ebenfalls axial verschiebbar gelagert ist.
Die Holme 15, 16 tragen die Schneckenplastifizierungseinheit und bilden die Verbindung zur Spritzgiessmaschine. Sie sind an der Spritzgiessmaschine sowohl in horizontaler Lage als auch in vertikaler Lage einstellbar.
Der Antriebsmotor 5 für den Rotationsantrieb der Schnecke ist seitlich am Gehäuse 4 angeflanscht. An dem von der Spritzgiessmaschine abgewandten Ende der Holme 15, 16 ist eine Platte 3 auf die Holme aufgeschoben und durch die Muttern 15'und 16'gesichert. Zentral zwischen den Holmen ist der Hydraulikzylinder 1 an dieser Platte unter Zwischenschaltung einer dichtenden Kolbenstangenführung angeflanscht.
Da sowohl das Gehäuse 4 des Rotationsantriebes als auch die den Hydraulikzylinder 1 tragende Platte 3 auf den gleichen Holmen gelagert ist, ergibt sich eine exakte Zentrierung des unmittelbar an der Stirnseite des Gehäuses 4 befestigten Hydraulikkolbens 2 im Hydraulikzylinder.
Das Verbindungsglied zwischen dem Spritzzylinder 11 und der aus Schnecke und Rotationsantrieb bestehenden Einheit besteht beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 4 aus einem in einem mit Flüssigkeit gefüllten Zylinder verschiebbaren Kolben 19.
Der Zylinder 29 ist Bestandteil der Brücke 9, an deren Unterseite er in der Mitte angeordnet ist.
Der Zylinder 29 umfasst einen zusätzlichen zylindrischen Hohlraum 30, der mit dem vor dem Kolben und mit dem hinter dem Kolben liegenden Zylinderraum in Verbindung steht.
Die beiden Räume 30 und 32 des Zylinder 29 stehen somit miteinander in Verbindung. An einem Durchlass kleinen Querschnitts zwischen dem hinter dem Kolben liegenden Zylinderraum und dem parallel liegenden zylindrischen Hohlraum 30 ist ein Drosselventil 21 angeordnet. Das Drosselventil besteht aus einem mittels Handrad axial verstellbaren Ventilkörper, der mit der Zylinderwandung in Gewindeeingriff steht. Im'Kolben 19 ist ein Rückschlagventil eingebaut. Wesentliche Funktions- und Bauteile dieses Rückschlagventils sind auf einer Kreislinie der Kolbenstirnfläche angeordnete Durchbrüche 20 und eine auf der Rückseite der Stirnfläche anliegende, unter Federspannung stehende Ringscheibe 31, welche diese Durchbrüche abdeckt.
Die Stange des Kolbens 19 ist mit derjenigen Brücke 4 fest verbunden, welche die aus Schnecke 8 und Rotationsantrieb derselben bestehende Einheit trägt.
Der beschriebene, als kuppelndes Verbindungsglied dienende Hydraulikzylinder 29,19 wirkt wie folgt :
Beim Einspritzhub der die Axialbewegung der Schnecke steuernden Hydraulikvorrichtung 1, 2 wird der Kolben 19 ohne Widerstand im Zylinder 29 aus seiner rechten in seine linke Endstellung geführt, wobei das Rückschlagventil 20,31 sich öffnet und die vor dem Kolben 19 sich befindende Hydraulikflüssigkeit über das Rückschlagventil durch den Kolben 19 hindurchfliesst.
Der beschriebene Vorgang tritt aber erst ein, wenn im Verlauf des Hubes des Hydraulikkolbens 2 der Hydraulikvorrichtung l, 2, Spritzzylinder, Schnecke und Rotationsantrieb der Schnecke sowie Granulatraum zugleich so weit in Richtung der Spritzgiessform bewegt worden sind, dass der Düsenmund auf dieser In Auflage kommt. Dies bedeutet, dass bei der Axialbewegung des Kolbens 19 gleichzeitig die Einspritzung ies thermoplastischen Materials in die Spritzgiessform erfolgt.
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Infolge einer nahezu widerstandsfreien Bewegung des Kolbens. L9 in Richtung Spritzgiessform ist das plastifizierte Material beim Einspritzvorgang keiner nennenswerten zusätzlichen, von der Bremswirkung des Verbindungsgliedes herrührenden Druckbelastung ausgesetzt, was bei bestimmten druckempfindlichen
Thermoplasten von Bedeutung ist.
Sobald nach Beendigung des Einspritzvorganges der Rückhub des Kolbens 2 einsetzt, schliesst sich so- fort das Rückschlagventil 20 im Kolben 19. Die Bewegung des Kolbens 19 im Zylinder 29 in Richtung des
Rückhubes des Kolbens 2 ist damit praktisch für die Zeit dieses Rückhubes blockiert, denn die im Raum 32 des Zylinders 29 hinter dem Kolben 19 befindliche Hydraulikflüssigkeit kann nur sehr langsam über das
Drosselventil 21 in den Raum 30 entweichen.
Da Spritzzylinder 11 und Schnecke 8 samt ihrem Rotationsantrieb somit durch den als Verbindungs- glied dienenden und im Zylinder 29 verschiebbaren Kolben 19 miteinander gekuppelt sind, werden sie als
Einheit zugleich durch den Rückhub des Kolbens 2 von der Spritzgiessform weg in ihre rückwärtige Aus- gangsstellung zurückgeführt.
Bei dieser rückwärtigen Stellung von Spritzzylinder und Schnecke, die zu diesem Zeitpunkt im
Spritzzylinder selbst ihre vorderste Stellung aufweist, beginnt nunmehr die Rotation der Schnecke, wel- che zur Folge hat, dass der Kunststoff im Spritzzylinder transportiert und plastifiziert wird und sich im
Vorderteil desselben ansammelt, bis ein vorbestimmbares Volumen erreicht ist. Hiebei bewegt sich der
Spritzzylinder nach Massgabe der Volumenzunahme des plastifizierten Kunststoffes in Richtung der Spritzgiessform, während die Schnecke eine axiale Bewegung nicht ausführt.
Da Schnecke 8 und Spritzzylinder
11 durch Kolbenstange mit Kolben 19 und Zylinder 29 miteinander verbunden sind, kann die durch den im
Spritzzylinder sich ansammelnden plastischen Kunststoff hervorgerufene Axialbewegung des Spritzzylinders nur unter gleichzeitiger Rückwärtsbewegung des Kolbens 19 im Zylinder 29 erfolgen. Die Geschwindigkeit der Rückwärtsbewegung des Kolbens 19 im Zylinder 29 ist von der Einstellung des Drosselventils 21', 21" ab- hängig. Die Axialbewegung des Spritzzylinders, hervorgerufen durch die Volumenzunahme des geförderten plastischen Kunststoffes, unterliegt also einer gewissen mittels des Drosselventils einstellbaren Bremswirkung.
Diese Bremswirkung ist je nach Art der verarbeitenden Thermoplasten zu erhohen oder zu vermindern. Bei Erhöhung der Bremswirkung steigt der Reibungswiderstand, dem die Schnecke im Spritzzylinder ausgesetzt ist, erheblich an, was zu einer beträchtlichen Steigerung einer homogenen Aufbereitung des plastischen Materials führt. Infolge gesteigerter innerer Reibung wird mehr innere Wärme freigesetzt, so dass bei manchen Thermoplasten eine kurze äussere Anheizung ausreicht, um die weitere Plastifizierung durch die Förderschnecke sicherzustellen.
Bei starker Bremsung der axialen Relativ-Bewegung zwischen Schnecke und Spritzzylinder beim Fördern des Kunststoffes im Spritzzylinder kann die Schnecke erheblichen mechanischen Belastungen ausgesetzt sein. Um einen Bruch derselben bzw. ein Durchbrennen des den Rotationsantrieb der Schnecke bewirkenden Elektromotors auszuschliessen, weist diese, wie aus den Fig. 1, la und 2 ersichtlich, zwischen ihrem vom Spritzzylinder umschlossenen Förderabschnitt und ihrem von der Führungsbrücke 4 aufgenommenen Antriebsabschnitt eine bei Überlastung abreissende Sicherheitskupplung 33,34 auf. An der Verbundstelle der Sicherheitskupplung laufen die beiden genannten Abschnitte der Schnecke in Flansche aus, die von einem hülsenartigen Kupplungselement 33 umfasst sind.
Die Mitnahme erfolgt durch ein weiteres Kupplungselement 34 (Fig. la), das ein an der Kupplungsstelle in der Achse der Schnecke angeordneter Abscherstift 34 ist, der bei Überlastung der Schnecke abschert.
In der Ausführungsform gemäss Fig. 3 besteht das kuppelnde, die Relativbewegung von Spritzzylinder und Schnecke bremsende Verbindungsglied aus einer Stange 22 und einem hülsenartigen Teil 23. Die in der Brücke 4 befestigte Stange 22 ist in dem hülsenartigen Teil 23 gleitbar gelagert, der mit der Brücke 9 in fester Verbindung steht.
Der Hülsenteil 23 weist eine Erweiterung auf. Im Abschnitt dieser Erweiterung ist zwischen Stange 22 und Hülse 23 eine Ringkammer gebildet. In der in Fig. 3 linken Hälfte der Ringkammer sind tellerfederartige Kunststoffringe 24 gelagert, die gegeneinander gerichtet sind. Diese Kunststoffringe 24 sind also mehr oder weniger gegensätzlich geneigt. In dem in Fig. 3 rechten Teil der Ringkammer befindet sich der Vorderteil einer Hohlschraube 25, die in die Hülse 23 einschraubbar ist. Ihre Stirnfläche liegt an der ersten Kunststoffscheibe an. Bei Einschrauben der Hohlschraube 25 bewirkt die axiale Bewegungskomponente derselben ein Zusammenpressen und damit eine gewisse Aufrichtung der gegeneinander geneigten Kunststoffscheiben. Dies hat eine kontinuierliche Zunahme der Friktion zur Folge, mit welcher die Stange 22 in der Hülse 23 gleitet.
Bei der soeben beschriebenen Variante eines kuppelnden Verbindungsgliedes zwischen Schnecke und Spritzzylinder ist die einstellbare Bremswirkung des Verbindungsgliedes in beiden axialen Bewegungsrich-
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tungen einer Relativbewegung zwischen Spritzzylinder 11 und Schnecke 8 gegeben und stets gleich gross.
Bei der Variante gemäss den Fig. 5 und 6 besteht das Schnecke und Spritzzylinder miteinander kuppeln- de Verbindungsglied aus einer Stange 26, die in der Brücke 10 verankert ist und einer mit der Brücke 9 fest verbundenen und diese Stange 26 umschliessenden einfachen Schelle 27.
Der die beiden Schenkel der Schelle 27 verbindende Bolzen ist gleichzeitig Anker eines Elektroma- gneten 28 (Fig. 6).
Da die Feldstärke des Elektromagneten durch ein Potentiometer bzw. einen regelbaren Ringkerntrans- formator beliebig einstellbarist, kann der Druck, mit dem die Schenkel der Schelle 27 auf die Stange 26 gedrückt werden, beliebig eingestellt werden, womit gleichzeitig die beim Gleiten der Stange 26 in der
Schelle 27 gegebene Reibung regulierbar ist.
Wesentlicher Vorteil der erfindungsgemässen Spritzeinheit ist die Möglichkeit einer überaus einfachen
Bemessung des Druckes im Spritzzylinder beim Fördervorgang durch Regulierung der Bremswirkung im Ver- bindungsglied zwischen Spritzzylinder und Schnecke. Dies ist gleichbedeutend mit einer Regulierung der
Intensität der Durchmischung des thermoplastischen Materials und der Freisetzung innerer Wärme.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Spritzeinheit für eine thermoplastische Kunststoffe verarbeitende Spritzgiessmaschine, die im
Spritzzylinder eine axial verschiebbare und-von einem beidseitig beaufschlagten Kolben betätigte Förder- schnecke, welche mit einem Rotationsantrieb verbunden ist, aufweist, bei der der Spritzzylinder und die Förderschnecke samt ihrem Rotationsantrieb unabhängig voneinander axial beweglich auf einem gemeinsamen Holmenpaar gelagert sind, wobei der Spritzzylinder und die Förderschnecke durch wenigstens ein nachgiebiges, in seiner Wirkung einstellbares Verbindungsglied miteinander gekuppelt sind, nach Patent
Nr. 229010, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsglied aus zwei ineinander bei beliebig einstellbarer Bremswirkung gleitenden Teilen besteht.