AT394824B

AT394824B - Plastifizierzylinder fuer spritzgiessmaschinen

Info

Publication number: AT394824B
Application number: AT0016887A
Authority: AT
Original assignee: Kloeckner Ferromatik Desma
Priority date: 1986-02-05
Filing date: 1987-01-28
Publication date: 1992-06-25
Also published as: NL8700190A; DE3603500C2; IT1215345B; DE3603500A1; IT8719202A0; FR2593740B1; GB2185932B; ATA16887A; CH673980A5; GB8701690D0; GB2185932A; FR2593740A1; US4770623A

Description

AT 394 824 B

Die Erfindung betrifft einen Plastifizieizylinder für Spritzgießmaschinen mit einem Außenzylinder und einem Innenzylinder, die eine Ringkammer für ein strömendes Medium begrenzen, und mit mindestens einem Temperaturfühler.

Unter plastifizierbarem Material sind im Sinne der Erfindung thermoplastische Formmassen, vernetzende Formmassen, wie Duroplaste, Elastomere, zu verstehen.

Bei hohen Qualitätsanforderungen an die Spritzgußartikel, insbesondere an die Einhaltung von Materialeigenschaften sowie ihre Maßhaltigkeit, sind an die Steuerungen erhebliche Forderungen gestellt

Ein wesentliches, bisher noch nicht gelöstes Problem besteht darin, daß Spritzgießmaschinen nach einer Anlaufphase des Betriebes nicht in dem Sinne stationär arbeiten, daß praktisch nur noch vemachlässigbare Temperaturschwankungen in der Plastifizier- und Einspritzeinheit, d. h. in dem plastifizierten Material, auftreten. Temperaturschwankungen des plastifizierten Materials führen insbesondere zu Änderungen der Viskosität Diese Viskositätsschwankungen konnten bisher nur in etwa berücksichtigt werden, führen jedoch bei der Herstellung von Präzisionsteilen zu erheblichen Schwierigkeiten, die noch nicht in ausreichendem Maße gelöst werden konnten.

DieTemperaturschwarikungen, die insbesondere durch die Friktion in zu plastifizierendem Material verursacht werden, können dazu führen, daß die fertiggestellten Spritzgießartikel unterschiedliche Materialeigenschaften aufweisen. Auch diese Probleme konnten bisher noch nicht befriedigend gelöst werden.

Die Gründe liegen vor allem in der bisher bekannten Konstruktion der Plastifizier- und Einspritzzylinder. Aufgrund der beim Injizieren auftretenden hohen Drücke ist es erforderlich, die Wandstärke dieser Plastifizier- und Einspritzzylinder entsprechend zu dimensionieren.

Die Plastifizier- und Einspritzzylinder weisen auf dem Außenmantel Heizbänder sowie Thermofühler auf, die im allgemeinen in drei Zonen unterteilt angeordnet sind.

Die volle Heizleistung ist nur während der Anlaufphase erforderlich.

Diese bekannten Plastifizier- und Einspritzzylinder weisen jedoch eine hohe Wärmekapazität auf, so daß die von den Wärmefühlern auf der Außenwand gemeldeten Temperaturen auch nicht in erster Näherung mit den Temperaturen des plastifizierten Materials übereinstimmen. Hinzu tritt noch die zeitliche Phasenverschiebung zwischen den in dem plastifiziertem Material auftretenden Temperaturveränderungen und den von den Temperaturfühlern angezeigten Temperaturänderungen.

Erschwerend tritt noch hinzu, daß die Temperatur des plastifizierten Kunststoffmaterials ebenfalls Temperaturschwankungen unterliegt. Während des Plastifizierens steigt die Temperatur durch die Friktion an und fällt anschließend während des Einspritzens des plastifizierten Kunststoffmaterials wieder etwas ab.

Insoweit ist es verständlich, daß erhebliche zeitliche Phasenverschiebungen zwischen den von den Thermofüh-lem auf der Außenwandung der Plastifizierzylinder registrierten Temperaturen und den momentanen Temperaturen in dem plastifizierten Material im allgemeinen auftreten, so daß bisher aufgrund der großen Zeitkonstanten komplizierte Algorithmen bei der Temperaturregelung zum Einsatz kommen mußten, um in etwa derartige Regelungen in den Griff zu bekommen.

Probleme treten insbesondere dann auf, wenn neue, von der Temperaturführung her kritische Materialien zur Verarbeitung kommen:

So ist es zum Beispiel bei der Herstellung von CD-Platten aus Polycarbonaten erforderlich, das Plastifizieren und das Homogenisieren des Materials in möglichst kurzer Zeit in der Nähe der oberen Grenze der Verarbeitungstemperatur durchzuführen.

Aufgrund der bisher auftretenden Regelabweichungen war es bisher erforderlich, einen hohen Sicherheitsabstand zur Zersetzungstemperatur vorzusehen und eventuelle qualitative Nachteile in Kauf zu nehmen.

Plastifizierzylinder der eingangs erwähnten Art sind bekannt (FR-PS 22 42 224, US-PS 23 09 943, US-PS 26 68 986).

Sie weisen einen Innenzylinder und einen Außenzylinder auf. Die Ausbildung des Innenzylinders ist so durchgeführt, daß zwischen beiden Zylindern nach Art eines Schneckenganges eine Ringkammer ausgebildet ist, der über eine Bohrung an der einen Stirnseite ein Medium zur Regelung der Temperatur in der plastifizierten Masse zugeführt wird. Diese Plastizierzylinder sind insbesondere aufgrund ihrer hohen Wärmekapazität nicht geeignet, um Polycarbonate und dgl. dicht unterhalb ihrer Zersetzungstemperatur zu plastifizieren und z. B. CD-Platten zu spritzen.

Weiters wurden durch die EP-A2-122 887 und die DE-AS 12 41600 Plastifizierzylinder bekannt, die an ihrer Außenseite von einer Abdeckung umgeben sind und die lediglich von einen Mantel umgeben sind, der mit der Außenseite des Plastifizierzylinders einen Ringspalt definiert, der von einem Heiz- bzw. Kühlmedium durchströmt ist. Bei diesen Lösungen ergibt sich aufgrund der zur Beherrschung der auftretenden Kräfte eine entsprechend große Wandstärke des Zylinders und damit eine große thermische Trägheit.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen heizbaren Plastifizierzylinder zu schaffen, der das Verarbeiten von Kunststoffmaterial möglichst nahe der oberen Verarbeitungstemperatur sicherstellt und der ein hinreichend genaues Temperaturverhalten aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ringkammer außerhalb des Bereiches des Schneckenvorraumes ausgebildet ist, der Innenzylinder in Zonen unterteilt ist, in den Zonen auf der Außenwandung des Innenzylinders Heizelemente und Temperaturfühler angeordnet sind, die in einer auf dem Innenzylinder -2-

AT 394 824 B ausgespritzten Metallschicht eingebettet sind und daß der vom Schneckenvorraum entlegene Endabschnitt des Außenzylinders eine Spielpassung für den Innenzylinder aufweist.

Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß der Innenzylinder und der Außenzylinder nur in dem Bereich miteinander fest verbunden sind, in dem hohe Drücke auftreten, während aufgrund der erfindungsgemäß ausgebildeten Spielpassung im Bereich des vom Schneckenvorraum entlegenen Endabschnitts des erfindungsgemäßen Plastifi-zierzylinders der Innenzylinder ohne weiteres Längendehnungen aufgrund von Temperaturschwankungen folgen kann, denen der Außenzylinder aufgrund seiner erheblich größeren Wärmekapazität in diesem Maße nicht ausgesetzt ist.

Weiters wird durch diese Maßnahmen erreicht, daß der Wärmeübergang zwischen dem Innenzylinder und dem Außenzylinder erheblich verringert ist, so daß der Innenzylinder den momentanen Temperaturänderungen des plastifizierten bzw. des zu plastifizierenden Materials ohne weiteres folgen kann.

Durch die Anordnung der Heizelemente und Temperaturfühler ist ein inniger Kontakt derselben mit dem Innenzylinder sichergestellt, was zu einer Verringerung der Regelzeit beiträgt.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung hat der Innenzylinder in axialer Richtung verlaufende Nuten für die Anschlußleitungen der Heizelemente und/oder Temperaturfühler, so daß die Anschlußleitungen für die einzelnen Zonen zum Teil unter den Heizelementen und Temperaturfühlern der anderen Zonen hindurchgeführt sind.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung münden in dem vom Bereich des Schneckenvorraumes entlegenen Endabschnitt des Innenzylinders die Nuten in einem Anschlußbereich für eine Steckverbindung, so daß die Heizelemente und Temperaturfühler bequem angeschlossen werden können.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Außenzylinder unter einer Vorspannung stehend aufgeschrumpft, die etwa dem maximalen, von dem plastifizierten Material aufgebauten Gegendruck entspricht Durch diese Maßnahmen werden im Bereich des Schneckenvorraumes die Heizelemente und Temperaturfühler keinen unzulässig hohen Drücken während des Betriebs der Spritzgießmaschine ausgesetzt

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Anschlußleitungen der Heizelemente und Temperaturfühler im Bereich des Schneckenvorraumes durch in axialer Richtung verlaufende Nuten unter den Heizelementen und Temperaturfühlern der anderen Zonen hindurchgeführt, eine Maßnahme, die nur dadurch möglich ist, daß heutzutage Heizelemente und Temperaturfühler extrem langer Lebensdauer auch unter hohen Einsatzbedingungen verfügbar sind.

In einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist im Bereich der Spielpassung zwischen dem Außenzylinder und dem Innenzylinder eine Dichtung angeordnet, so daß ohne weiteres als strömendes Medium ein flüssiges Medium, beispielsweise Wasser, Wärmeübertragungsöl und dgl. verwendet werden kann.

Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 den Plastifizierzylinder im Längsschnitt,

Fig. 2 den Innenzylinder im Längsschnitt,

Fig. 3 einen Schnitt gemäß (a-b) in Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt gemäß (c-d) in Fig. 2,

Fig. 5 einen Schnitt gemäß (e-f) in Fig. 2.

Fig. 1 zeigt den Plastifizierzylinder, der mit (1) bezeichnet ist, im Längsschnitt.

Er besteht aus dem Außenzylinder (2) und dem Innenzylinder (3).

Der Innenzylinder und der Außenzylinder sind im Bereich des Schneckenvorraumes (4) fest durch Schrumpfen miteinander verbunden, während der vom Schneckenvorraum entlegene Schneckenabschnitt (5) als Spielpassung zwischen dem Innenzylinder und dem Außenzylinder ausgebildet ist Dieser vom Schneckenvorraum entlegene Endabschnitt (6) des Innenzylinders ist gleitend von dem Außenzylinder geführt, weist weiterhin eine Ringnut (7) auf, in der ein Schnurring (8) als Dichtung eingesetzt ist.

Der Bereich zwischen dem Schneckenvorraum und der Spielpassung zwischen dem Außenzylinder und dem Innenzylinder ist als Ringraum (8) ausgebildet, was, wie aus Fig. 1 ersichtlich, in einfachster Weise dadurch erreicht wird, daß der Innendurchmesser des Außenzylinders größer ist als im Bereich des Schneckenvorraums. Der Außenzylinder weist Anschlußstutzen (9) und (10) für die Zufuhr bzw. Abfuhr eines Mediums auf, für das, falls es ein flüssiges Medium, die Dichtung (8) erforderlich ist.

Der in Fig. 1 vereinfacht dargestellte Innenzylinder ist in Fig, 2 mit seinen Einzelheiten dargestellt.

Seine Wandung ist in vier Zonen (1'), (2')» (3') und (4*) unterteilt, in denen die Heizelemente, die generell mit (12) bezeichnet sind, sowie die Thermoelemente (13) angeordnet sind.

Die Heizelemente (12) sind in an sich bekannte wendelförmige Heizbänder, deren Anschlußleitungen in axialer Richtung verlaufen. Zu diesem Zwecke sind in der Wandung des Innenzylinders in axialer Richtung verlaufende Nuten (15), (16), (17) und (18) angeordnet, die diese Anschlußleitungen der Heizelemente, sowie weiterhin auch die Anschlußleitungen der Temperaturfühler aufhehmen, wobei die Anschlußleitungen der Heizelemente und der Temperaturfühler in den Nuten unter den Heizzonen (3‘), (2‘) und (1') hindurchgeführt sind und zu einem Steckerteil (19) (vgl. Fig. 1) zusammengeführt sind.

Die Heizelemente und Thermofühler sind in einer auf sie aufgespritzten Metallschicht, im vorliegenden Falle -3-

Claims

AT 394 824 B in einer aufgespritzten Nickelschicht (20), eingebettet, die nach dem Aufbringen durch Schleifen feinbearbeitet wird. Anschließend wird der Heizzylinder mit seinen eingebetteten Heizelementen und Temperaturfühlern mit dem Außenzylinder durch Schrumpfen im Bereich des Schneckenvorraumes verbunden. Hierbei wird so vorgegangen, daß der Außenzylinder unter einer derartigen Vorspannung stehend aufgeschrumpft wird, die etwa dem maximalen, von dem plastifizierten Material aufgebauten Gegendruck entspricht. PATENTANSPRÜCHE 1. Plastifizieizylinder für Spritzgießmaschinen mit einem Außenzylinder und einem Innenzylinder, die eine Ringkammer für ein strömendes Medium begrenzen, und mit mindestens einem Temperaturfühler, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (8) außerhalb des Bereiches des Schneckenvorraumes (4) ausgebildet ist, der Innenzylinder (3) in Zonen (1*, 2', 3', 4*) unterteilt ist, in den Zonen auf der Außenwandung des Innenzylinders (3) Heizelemente (12) und Temperaturfühler (13) angeordnet sind, die in einer auf dem Innenzylinder aufgespritzten Metallschicht (20) eingebettet sind und daß der vom Schneckenvorraum (4) entlegene Endabschnitt (5) des Außenzylinders (2) eine Spielpassung für den Innenzylinder (3) aufweist.
2. Plastifizierzylinder nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenzylinder (2) auf den Innenzylinder (3) im Bereich des Schneckenvorraumes unter einer Vorspannung stehend aufgeschrumpft ist, die etwa dem maximalen, von dem plastifizierten Material aufgebauten Massedrack entspricht.
3. Plastifizierzylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenzylinder (3) in axialer Richtung verlaufende Nuten (15, 16,17,18) für die Anschlußleitungen der Heizelemente (12) und/oder Temperaturfühler (13) hat.
4. Plastifizierzylinder nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußleitungen der Heizelemente (12) und Temperaturfühler (13) im Bereich des Schneckenvorraumes (4) durch in axialer Richtung verlaufende Nuten (15,16,17,18) unter den Heizelementen und Temperaturfühlern der anderen Zonen hindurchgeführt sind.
5. Plastifizierzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (15,16,17,18) in dem vom Bereich des Schneckenvorraumes (4) entlegenen Endabschnitt (5) des Außenzylinders in einen Anschlußbereich für eine Steckverbindung (19) münden.
6. Plastifizierzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Spielpassung zwischen dem Außenzylinder (2) und dem Innenzylinder (3) eine Dichtung (8') angeordnet ist Hiezu 2 Blatt Zeichnungen -4-