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Die Erfindung betrifft eine Einspritzeinheit einer Spritzgiessmaschine mit einer in einem Plas zierzylinder gelagerten Schnecke, wobei das Einspritzen des plastifizierten Kunststoffes in c Werkzeug aus einem Einspritzzylinder durch eine Maschinendüse mittels eines Einspritzkolbens erfolgt und das Rückströmen des Kunststoffes aus dem Einspritzzylinder durch die diesen mit dem Plastifizierzylinder verbindenden Öffnungen von einem mechanisch betätigten Absperrorgan verhindert wird.
Einspritzeinheiten mit Vorplastifizierung waren bereits Stand der Technik, bevor ab Ende der 50er Jahre die Schubschnecke industriell bei den Spritzgiessmaschinen eingesetzt wurde. Bel den Spritzgiessmaschinen mit Vorplastifizierung wird während des Plastifiziervorganges der Kunststoff durch die Drehung der Schnecke eingezogen und in den Einspritzzylinder gefördert, wobei der Kunststoff geschmolzen und homogenisiert wird. Der Kolben im Einspritzzylinder bewegt sich dabei entgegen der Einspritzrichtung in axialer Richtung. Nach dem Plastifiziervorgang wird die Verbindung zwischen Einspritzzylinder und Plastifizierzylinder durch ein Absperrorgan unterbrochen und es folgt das Einspritzen der homogenen Masse durch die Kolbenbewegung In Spritzrichtung.
Als Absperrorgan wird entweder ein Rückschlagventil, das durch den Spntzdruck geschlossen wird, oder ein zwangsbetätigter Längs- bzw. Drehschieber verwendet.
Durch die Entwicklung der Einspritzeinheiten mit Schubschnecke und Rückströmsperre, die wirtschaftlicher herstellbar sind, verlor die Vorplastifizierung mit Schnecke und Kolbeneinspritzung an Bedeutung. Derartige Einspritzeinheiten werden häufig noch bei der Verarbeitung von Elastomeren und in Sonderfällen bei der Verarbeitung von Thermoplasten eingesetzt.
Bei Spritzeinheiten mit Schubschnecke und Rückströmsperre konnten die Forderungen, einerseits die Schliesszeit der Rückströmsperre möglichst gering und konstant zu halten, andererseits geringe Strömungswiderstände für die durchströmende Masse zu realisieren, bisher nicht erfüllt werden. Es sind daher bereits viele verschiedene Ausführungsformen von Rückströmsperren vorgeschlagen worden.
Schwankende Schliesszeiten können zu Qualitätsunterschieden bei Spritzgussteilen führen. Es wird daher zum Beispiel in der DE 22 15 585 A eine Rückströmsperre am Schneckenkopf beschrieben, die durch eine Axialbohrung in der Schnecke durchgeführte Welle zwangsweise geöffnet und geschlossen wird. Diese Ausführung vermindert die Betriebssicherheit und verteuert die Schneckenspritzgiessmaschine nicht unwesentlich.
Spritzgussteile mit sehr kleinen Gewichten (kleiner 1 Gramm) und hohen Qualitätsanforderungen (z. B. optische Teile) können auf Spritzgiessmaschinen mit Schubschnecken-Spritzeinheiten nur mehr bedingt gefertigt werden. Die Herstellung von Schubschnecken und Rückströmsperren mit einem Durchmesser kleiner 15 mm ist aus Festigkeitsgründen kaum durchführbar. Ferner treten infolge der geringen Gangtiefe in der Einzugszone bei handelsüblichem Granulat Einzugsschwie- rigkeiten auf, die zu Schwankungen im Prozessablauf führen.
Es werden daher bei sehr kleinen Spritzteile aus Kunststoffen mit hohen Qualitätsanforderungen wieder vermehrt Einspritzeinheiten mit Vorplastifizierung eingesetzt. Bei diesen Mikro- Spritzeinheiten sind Kolbendurchmesser von 8-12 mm ublich. Spritzgiessmaschinen mit Vorplastifizlerung im Schneckenzylinder und Einspritzen mit grösseren Kolben werden häufig bei der Elastomerverarbeitung und für besondere Anwendungen auch beim Thermoplastspritzen eingesetzt (z. B sehr dichtwandige Teile mit langen Zykluszeiten).
Ist bei Einspritzeinheiten mit Vorplastifizierung als Absperrorgan ein Ruckschlagventil zwischen Kolbenvorraum und Schneckenzylinder eingesetzt, treten auch prozessbedingte Schwankungen beim Schliessen des Rückschlagventils auf. Die Ausführung mit einem zwangsgesteuerten Absperrorgan (Drehschieber, Längsschieber) verteuert die Spritzgiessmaschine. Bei vollelektnschen Maschinen ist dann eine zusätzliche Antriebseinheit erforderlich.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine wirtschaftlichere Einspritzeinheit mit Vorplastifizlerung bereitzustellen
Erfindungsgemäss wird dies erreicht, wenn als Absperrorgan eine in den Einspritzzylinder einschiebbare, mit der Maschinendüse starr verbundene Sperrhülse vorgesehen ist, welche in eingeschobenem Zustand die in den Einspritzzylinder führenden Öffnungen abdeckt. Da das Absperrorgan zwischen Kolbenvorraum und Plastifizierzylinder durch die axiale Verschiebung der Einspritzeinheit, die zum Anpressen der Einspritzdüse an das Werkzeug dient, betätigt wird, ist eine zusätzliche Antriebseinheit fur das Absperrorgan daher nicht erforderlich und damit eine kostengunstige
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Ausführung der Einspritzeinheit möglich.
Um das Verschieben der Sperrhülse nach dem Dosiervorgang zu unterstützen, kann gemäss einem weiteren Aspekt der Erfindung vorgesehen sein, dass die aus Maschinendüse und Sperrhülse bestehende Einheit gegen die Wirkung einer Druckfeder gegenüber dem Einspritzzylinder verschiebbar ist.
Einzelheiten der Erfindung werden anhand von zwei möglichen konstruktiven Ausführungen in den beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigen :
Fig 1, Fig. 2 und Fig. 3 die schematische Darstellung einer Einspritzeinheit mit Vorplastlflzlerung, bei der Einspritzdüse, Einspritzzylinder und Plastifizierungszylinder in der Maschinenachse angeordnet sind.
Fig. 4 und Fig. 5 die schematische Darstellung mit einem Plastifizierzylinder, der parallel zum Einspritzzylinder angeordnet ist.
In Fig. 1 ist die Einspritzeinheit beim Einspritzen dargestellt.
Mit dem Verfahrzylinder für die Spritzeinheit wird die Maschinendüse 6 gegen die Angiessbüchse 16 im Werkzeug gepresst ; dabei wird der Weg S durchfahren und die Druckfedern 7 werden zusammengedrückt. Die Maschinendüse 6 ist auf den axial verschiebbaren Düsenkörper 4 aufgeschraubt, der im Ausführungsbeispiel mit der Sperrhülse 3 ein Teil bildet. Daher wird durch den Anpresshub die Sperrhülse 3 verschoben, bis sie an der Dichtfläche"I"im Einspntzzyhnder 1 zur Anlage kommt und die Durchströmkanäle vom Plastifizierzylinder 13 zum Raum vor dem Einspritzkolben 2 im Einspritzzylinder 1 absperrt. Die Durchströmkanale sind im Einspritzzylinder 1 eingearbeitet. Damit an der Dichtfiäche")"keine zu grosse Flächenpressung auftritt, stützt sich die Maschinendüse 6 am Düsenflansch 5 ab.
Der Einspritzkolben 2 führt die Einspritzbewegung (Hub h) durch, die erforderliche Spritzkraft FK wird von der linearen Antriebseinheit zum Einspritzen über das Gestänge 11, die Gabel 9, die Laschen 8, 8' und das Gleitstück 10 auf den Einspritzkolben 2 übertragen. Die Gabel 9 ist schwenkbar am Lagerteil 17, der mit dem Einspntzzylinder 1 fest verbunden ist, gelagert. Der Einspritzzylinder 1 ist über einen Zentrierring 12 zum Plastifizierzylinder 13 axial zentriert und mit diesem durch eine Flanschverbindung fest verschraubt. Im Plastifizlerzy- linder 13 ist die Schnecke 14 gelagert, die nur eine Drehbewegung durchführt. Die Maschinendüse 6, der Düsenflansch 5, der Plastifizierzylinder 13 und der Einspritzzylinder 1 werden mit Heizbän- dern 15 temperiert.
Fig. 2 zeigt die Situation nach dem Dosiervorgang. Die Anpresszylinder bewegen die Einspritzeinheit von der Werkzeugdüse weg, und nach dem Hub s/2 kommt die Sperrhülse 3 an der Dicht- fläche "11" zur Anlage. Das Verschieben der Sperrhülse, bewirkt der Massedruck im Spritzzylinder
1, unterstützt durch die Federkraft der Druckfedern 7. Beim Dosiervorgang ist die Einspritzeinheit nur um den Weg s/2 verschoben, die verbleibende Anpresskraft verhindert das Austreten von Masse zwischen Düse 6 und Angussbuchse 16. Der entstehende freie Strömungsquerschnitt zwischen Sperrhülse und Einspritzzylinder entspricht dem Querschnitt der Verbindungskanäle durch den Einspritzzylinder 1.
Die Rücklaufgeschwindigkeit des Einspritzkolbens 2 wird über die lineare Antriebseinheit in einem bestimmten Verhältnis zur Schneckendrehzahl gesteuert, dadurch kann im Einspritzzylinder 1 vor dem Einspritzkolben 2 ein Massedruck aufgebaut werden, der die Homogenisierung des Kunststoffes und die Fördermenge der Schnecke 14 beeinflusst.
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ten Kunststoff und das Gleitstück 10, das den Einspritzkolben verschiebt, dargestellt.
In Fig. 4 ist eine Ausführung mit einem parallel zum Einspritzzylinder 1 angeordneten Plastifizierzylinder 13 dargestellt. Vor dem Einspritzen wird die Maschinendüse 6 durch die Verfahrzyhnder der Einspritzeinheit an die Angussbuchse 16 des Werkzeuges gepresst. Die mit dem Düsenkörper 4 der Schiebedüse verschraubte Maschinendüse 6 wird relativ zum Elnspritzzylinder 1 verschoben, kommt an der Dichtfläche"III"im Düsenflansch zur Anlage und die Einspritzkanäle im Düsenkörper 4 werden freigegeben. Am Düsenkörper 4 stutzt sich die Sperrhülse 3, die am düsenseltigen Ende Ausnehmungen für das Durchströmen des plastifizierten Kunststoffes aufweist, ab.
Sie wird daher ebenfalls beim Anpressen der Einspritzeinheit verschoben, gegen die D ! chtfläche"I" im Einspritzzyhnder gepresst und unterbricht daher die Verbindung vom Einspritzzylinder 1 zum Plastifizierzylinder 13. Der geschmolzene, homogenisierte Kunststoff wird durch den Einspritzkolben 2 über die Ausnehmungen in der Sperrhülse 3 und die Einspritzkanäle im Dusenkörper 4 in das Werkzeug eingespritzt Der Einspritzkolben 2 ist durch die Kupplung 18 mit der Kolbenstange
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17 der hydraulischen Zylinder-Kolbeneinheit 15 verbunden, die die Spritzkraft erzeugt. Die Zylinder- Kolbeneinheit 15 und der Einspritzzylinder 1 sind auf einem Schlitten 19 befestigt, der auf den Führungen 21 durch die Verfahrzylinder verschoben wird.
Nach dem Einspritzen und der Nachdruckphase führt der Einspritzkolben 2 einen kurzen Hub entgegen der Spritznchtung durch. Dadurch wird der Druck im Einspritzzylinder 1 abgebaut und es wird verhindert, dass beim Abheben der Maschinendüse 6 Masse austritt (Kompressionsentlastung). Dem Abheben folgt die Plastifizier- und Dosierphase. Dabei wird durch den Massedruck, den die Schnecke 14 erzeugt, die Sperrhülse 3, der Düsenkörper 4 und die Maschinendüse 6 verschoben, und der homogenisierte Kunststoff kann In den Einspritzzylinder 1 strömen (s. Fig. 5).
Der Kolben 2 wird gegen den Staudruck, der In der Zylinder- Kolbeneinheit 15 herrscht, verschoben, bis das erforderliche Einspritzvolumen in den Einspritzzylinder 1 gefördert ist Die Einspritzka- näle im Düsenkörper 4 werden gesperrt und der Düsenkörper 4 an die Dichtfläche"ill"des Düsen- flansches 5 gepresst. Trotz abgehobener Maschinendüse 6 kann keine Masse beim Dosieren austreten. Der Plastifizierzylinder 13 ist über einen Verbindungsblock 23 mit dem Einspritzzylinder 1 verbunden und stützt sich mit der Traverse 10 auf der Zylinder-Kolbeneinheit 15 ab.
Die Kupplung 18 verbindet die Schnecke 14 mit dem Antriebsmotor 11, der die Drehbewegung und das Drehmoment fur die Schnecke liefert
Es ist wesentlich, dass durch die erfindungsgemässe Ausführung der Einspritzeinheit mit Vorplastifizierung ein konstruktiver Aufbau vorliegt, bei dem die Verbindung zwischen Einspritzzylinder und Plastifizierzylinder durch die Düsenbewegung zwangsweise gesperrt bzw. geöffnet wird. Eine zusätzliche Antriebseinheit für einen Längs- oder Drehschieber wird eingespart und daher ein wirtschaftlicher Aufbau der Einspritzeinheit erreicht. Durch die zwangsweise Unterbrechung der Verbindung zwischen Einspritzzylinder und Plastifizierzylinder beim Einspritzen wird das Rückströmen von homogenisiertem Kunststoff verhindert und das vordosierte Kunststoffvolumen exakt in das Werkzeug eingespritzt.
Damit wird der Prozessablauf besser beherrschbar und Qualitätsschwankungen der Spritzgussteile werden vermindert
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einspritzeinheit einer Spritzgiessmaschine mit einer in einem Plastifizierzylinder gelagerten
Schnecke, wobei das Einspritzen des plastifizierten Kunststoffes in das Werkzeug aus einem Einspritzzylinder durch eine Maschinendüse mittels eines Spritzkolbens erfolgt und das Rückströmen des Kunststoffes aus dem Spritzzylinder durch die diesen mit dem Plas- tifizierzylinder verbindenden Öffnungen von einem mechanisch betätigten Absperrorgan verhindert wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Absperrorgan eine in den Einspritzzylin- der (1) einschiebbare, mit der Maschinendüse (6) starr verbundene Sperrhülse (3) vorge- sehen ist, welche in eingeschobenem Zustand die in den Einspritzzylinder (1)
führenden Öffnungen (20) abdeckt.