AT506490B1 - Plastifiziereinheit mit hilfsschnecke - Google Patents

Abstract

Plastifiziereinheit (1) für eine Kunststoff verarbeitende Maschine mit einer in einem Gehäuse (2) gelagerten Plastifizierschnecke (3), wobei ein Ausgangsmaterial in eine Füllzone (4) der Plastifizierschnecke (3) einbringbar ist und mit Unterstützung einer sich maximal bis zum Ende der Füllzone (4) der Plastifizierschnecke (3) erstreckenden, gegenläufigen Hilfsschnecke (5) einziehbar ist und in einer anschließenden Kompressionszone (9) der Plastifizierschnecke (3) komprimierbar bzw. plastifizierbar ist, wobei die Plastifizierschnecke (3) und die Hilfsschnecke (5) zumindest im Bereich der Füllzone (4) zur Bildung eines gemeinsamen Einzugsbereichs nicht kämmend benachbart zueinander angeordnet sind, wobei die Plastifizierschnecke (3) im Gehäuse (2) entlang einer Längsachse (L1) bewegbar ist.

Description

österreichisches Patentamt AT506 490 B1 2010-12-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Plastifiziereinheit für eine Kunststoff verarbeitende Maschine mit einer in einem Gehäuse gelagerten Plastifizierschnecke, wobei ein Ausgangsmaterial in eine Füllzone der Plastifizierschnecke einbringbar ist und mit Unterstützung einer sich maximal bis zum Ende der Füllzone der Plastifizierschnecke erstreckenden, gegenläufigen Flilfsschnecke einziehbar ist und in einer anschließenden Kompressionszone komprimierbar bzw. plastifizier-bar ist, wobei die Plastifizierschnecke und die Hilfsschnecke zumindest im Bereich der Füllzone zur Bildung eines gemeinsamen Einzugsbereichs nicht kämmend benachbart zueinander angeordnet sind.

[0002] Generell dienen Plastifiziereinheiten dazu, beispielsweise für Spritzgießmaschinen, Kunststoffgranulat zu verdichten, aufzuheizen und zu verflüssigen und das entstehende Material anschließend in eine Form spritzzugießen oder durch ein Profil zu extrudieren. Um das Plasti-fiziermaterial auf die nötige Dichte, Wärme und Konsistenz zu bringen, werden meist Plastifi-zierschnecken mit einer oder zwei Schnecken verwendet.

[0003] Ein Teilbereich der Anwendung von Plastifiziereinheiten und Spritzgießmaschinen ist die Herstellung von Vorformlingen (Preforms). Beispielsweise können dies Getränkeflaschen sein, die spritzgegossen werden, wobei der zu füllende Bereich der Getränkeflasche noch nicht auf die endgültige Größe gefertigt bzw. aufgeblasen wurde. Diese Vorformlinge ermöglichen einen leichteren und weniger platzaufwändigen Transport der halbfertigen Getränkeflaschen, welche dann vor dem Befüllen durch spezielle Maschinen auf das notwendige Fassungsvolumen gebracht werden.

[0004] Von zunehmender Bedeutung bei der Herstellung von solchen Preforms ist der Einsatz von Recyclat in unterschiedlichen Formen und Qualitäten, d.h. es kann zur Herstellung solcher Preforms nicht nur neu hergestelltes Polyethylenterephthalat (PET) verwendet werden, sondern auch unterschiedlichste Mischungen von PET-Neuware und Recyclat. Daraus resultiert, dass das meist granulatförmige Ausgangsmaterial aufgrund der großen Bandbreite von unterschiedlichen Mischungsverhältnissen unterschiedliche Rieselfähigkeit aufweist. Dies führt zu stark differierendem Einzugsverhalten in der Füllzone einer Plastifiziereinheit, was wiederum zu unerwünschten Eigenschaftsänderungen in der Qualität der entstehenden Preforms führt.

[0005] Aus der DE 20 29 353 A1 und der JP 54041962 A sind beispielsweise Plastifiziereinheiten bekannt, bei denen eine Hilfsschnecke bzw. eine Dosierschnecke oberhalb der Hauptschnecke angeordnet ist, wodurch ein Granulat zuerst von der Hilfsschnecke vorgemischt wird und dann der darunter liegenden Hauptschnecke zugeführt wird. In ähnlicher Art und Weise ist auch aus der DE 103 09 809 A1 eine Plastifiziereinheit bekannt, bei der zu den zwei gezeigten Schnecken jeweils unterschiedliche Materialien zugeführt werden und kein gemeinsamer Einfüllbereich vorliegt.

[0006] In der DE 101 60 810 ist bereits ein Verfahren angegeben, in welchem Kunststoffmateri-al zur Herstellung von Vorformlingen in einem kontinuierlichen Zwei-Wellen-Extruder plastifiziert wird.

[0007] Aus der WO 2004/108380 ist eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Kunststoffmaterial zu Recyclingzwecken bekannt, wobei zwei gegenläufige oder gleichläufige Plastifizierschne-cken gezeigt sind. Hierin ist auch die Möglichkeit einer verkürzten Hilfsschnecke gezeigt, die den Einzugsvorgang des zu plastifizierenden Materials unterstützt.

[0008] Bei beiden aus dem Stand der Technik bekannten Schriften ist nur ein kontinuierliches Arbeiten der Plastifizierschnecken möglich. Um dennoch diskontinuierlich Preforms spritzzugießen, sind beispielsweise in der DE 101 60 810 zwei der Plastifizierschnecke nachgeschaltete Einspritzzylinder vorgesehen.

[0009] Plastifiziereinheiten, bei welchen im Bereich einer Einfüllöffnung eine Hilfsschnecke angeordnet ist, sind beispielsweise auch aus der DE 26 25 609 A1, der DE 44 28 867 A1 und der JP 05-042580 A bekannt. 1/9 österreichisches Patentamt AT506 490 B1 2010-12-15 [0010] Eine Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine Plastifiziereinheit für den kontinuierlichen und diskontinuierlichen Betrieb für Formungsmaschinen bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Plastifiziereinheit zur Herstellung von Preforms anzugeben, bei dem sich über eine große Bandbreite unterschiedlicher Mischungsverhältnisse der Ausgangsmaterialien trotz hoher Materialdurchsätze die qualitativen Eigenschaften des Vorformlings marktgerecht ergeben. Weiters sollen unterschiedliche Schüttdichten je nach Mischungsverhältnissen von Neuware zu Flakes (zerhackte PET-Flaschen) besser verarbeitet werden können. Zudem soll die gesamte Plastifiziereinheit auch die Funktion eines Einspritzaggregates übernehmen können und Plastifiziermaterial durch die Einspritzdüse drücken bzw. schießen können.

[0011] Dies wird bei der erfindungsgemäßen Plastifiziereinheit in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Anspruch 1 dadurch erreicht, dass die Plastifizierschnecke im Gehäuse entlang einer Längsachse bewegbar ist. Dadurch dient die erfindungsgemäße Plastifiziereinheit nicht nur dem reinen Plastifizieren eines zugeführten Plastifiziermaterials sondern zusätzlich auch der Einspritzung.

[0012] Die nicht kämmende Anordnung beider Schnecken führt dazu, dass zumindest über eine Schnecke direkt der Einspritzvorgang durchgeführt werden kann. Weiters kann durch die nicht kämmende Anordnung das Einzugsverhalten im Bereich der Füllzone gezielt an das Mischungsverhältnis der eingebrachten Ausgangsmaterialien (Verhältnis Recyclat zu PET-Neuware) angepasst werden.

[0013] Als vorteilhaft hat sich eine Ausführung herausgestellt, bei welcher die Hilfsschnecke kürzer als die Plastifizierschnecke ist. Insbesondere kann hierbei die Länge der Hilfsschnecke weniger als 50 %, vorzugsweise weniger als 40 %, der Länge der Plastifizierschnecke betragen. Die Hilfsschnecke kann hier vor allem im Bereich der Füllzone bzw. des Einzugsbereichs des Ausgangsmaterials angeordnet sein. Die Ausführung einer kürzeren Hilfsschnecke führt zu einem schnellen Einziehen und Verdichten des Kunststoffgranulats, welches über die Hilfsschnecke und spätestens am Ende dieser Hilfsschnecke der Plastifizierschnecke zugeführt wird. Durch die gegenläufige Drehung der beiden Schnecken erfolgt auch eine viel bessere Durchmischung des Recyclats mit der PET-Neuware, was ein qualitativ gleichwertiges Endprodukt ergibt.

[0014] Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die äußeren Umfänge der Plastifizierschnecke und der Hilfsschnecke entlang deren gesamter Längsachsen voneinander beabstandet sind.

[0015] Besonders vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass die Plastifizierschnecke und die Hilfsschnecke Stege aufweisen, wobei die Plastifizierschnecke und die Hilfsschnecke zueinander unterschiedliche Abstände zwischen den Stegen aufweisen. Im Besonderen kann hier vorgesehen sein, dass der Abstand zwischen den Stegen der Hilfsschnecke das 1,1-fache bis 4-fache, vorzugsweise das 1,5- bis 2-fache, des Abstandes der Stege der Plastifizierschnecke beträgt. Durch diese Ausführung kann - besonders im Gegensatz zu gleichläufigen kämmenden Schneckenextrudern - eine besonders starke Durchmischung des zu plastifizierenden Materials bereits zu Beginn des Einzugsbereiches erreicht werden.

[0016] Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Plastifiziereinheit bzw. der Extruder über mindestens eine Entgasungsvorrichtung verfügt, wobei diese im Bereich einer Dekompressionszone der Plastifizierschnecke im Gehäuse angeordnet ist. Diese Entgasungsvorrichtung kann den Raum zwischen Plastifizierschnecke und Gehäuse mit dem Bereich außerhalb der Plastifiziereinheit verbinden.

[0017] Für ein Verfahren zur Herstellung von Spritzgussteilen, insbesondere von Vorformlingen, mit einer Plastifiziereinheit, kann vorgesehen sein, dass das Ausgangsmaterial aus einer Mischung von Neuware und Recyclat im Verhältnis von 0 % zu 100 % bis 100 % zu 0 % besteht und dass PET-Vorformlinge hergestellt werden.

[0018] Des Weiteren wird Schutz begehrt für eine Formungsmaschine mit einer Plastifizierein- 2/9 österreichisches Patentamt AT506 490 B1 2010-12-15 heit.

[0019] Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der Figurenbeschreibung unter Bezugnahme auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele im Folgenden näher erläutert. Darin zeigen [0020] Fig. 1 [0021] Fig. 2 [0022] Fig. 3 [0023] Fig. 4 einen Längsschnitt einer Plastifiziereinheit von oben, einen Schnitt B-B durch die Plastifiziereinheit aus Fig. 1, einen weiteren Längsschnitt einer Plastifiziereinheit und einen Schnitt durch die Plastifiziereinheit mit versetztem Einfülltrichter.

[0024] Fig. 1 zeigt den Bereich einer Plastifiziereinheit 1, in welchem die Plastifizierschnecke 3 und die Hilfsschnecke 5 in einem im Längsschnitt dargestellten Gehäuse 2 angeordnet sind. Generell ist dieser Bereich in dieser Darstellung in zwei Zonen eingeteilt, wobei im linken Bereich die Füllzone 4 und im rechten Bereich die Kompressionszone 9 dargestellt sind. Eine zusätzliche Dekompressionszone kann auch vorgesehen sein, in welcher beispielsweise eine Entgasungsvorrichtung 13 angeordnet sein kann (nicht dargestellt). Die Plastifizierschnecke 3 und die Hilfsschnecke 5 werden durch die Schneckenantriebe 8, 8' gegenläufig angetrieben. Hier ist bereits zu erkennen, dass der Durchmesser Dt der Plastifizierschnecke 3 kleiner ist als der Durchmesser D2 der Hilfsschnecke 5, was vor allem zu einer höheren Umfangsgeschwindigkeit der Stege 6' führt, da vorzugsweise gleiche Drehzahlen der Schnecken vorgesehen sind. Die Drehzahlen können sich - je nach gewünschtem Einzugsverhalten - auch voneinander unterscheiden. Die Aufnahmefähigkeit mit Ausgangsmaterial hängt vor allem von der Ganghöhe und G2 der beiden Schnecken 3 und 5 ab. Im Bereich der Füllzone 4 sind die Ganghöen Gi und G2 noch relativ groß, wogegen bei der Plastifizierschnecke 3 in Richtung des Einspritzbereiches 10 die Ganghöhe Gi abnimmt. Dadurch erfolgt eine starke Komprimierung des Plastifiziermate-rials zwischen der Plastifizierschnecke 3 und dem Gehäuse 2 im Bereich der Kompressionszone 9. Die Abstände Ai und A2 der Stege 6, 6' zueinander sind bei der Hilfsschnecke 5 größer als bei der Plastifizierschnecke 3. Diese Abstände A-ι und A2 und somit die Steigung sind variabel und können sich entlang der Schnecken 3 und 5 ändern. Die Hilfsschnecke 5 ist über die Hilfsschneckenführung 11 im Gehäuse 2 über eine Mutter 12 geführt. Dies soll garantieren, dass sich bei sehr hohem Druck der Abstand zwischen Plastifizierschnecke 3 und Hilfsschnecke 5 nicht vergrößert, wodurch eine Beeinträchtigung der Plastifizierqualität verhindert wird. Im Bereich dieser Hilfsschneckenführung 11 ist das Gehäuse 2 abgeschrägt, wodurch das sich nach vorne bewegende Plastifiziermaterial in Richtung der Plastifizierschnecke 5 gelenkt und gedrückt wird.

[0025] Fig. 2 zeigt den Schnitt B-B durch die Plastifiziereinheit 1 aus Fig. 1. Hierbei ist der in Fig. 1 nicht ersichtliche Einfülltrichter 7 dargestellt, der im Bereich der Einfüllzone 4 am Gehäuse 2 der Plastifiziereinheit 1 angebracht ist. Hierbei sind wieder die gegenläufigen Schnecken 3 und 5 gezeigt, welche nicht kämmend ausgeführt sind. Hierbei ist auch die Ganghöhe Gi und G2 der beiden Schnecken 3 und 5 im Bereich der Füllzone 4 sowie die unterschiedlichen Durchmesser Di und D2 der beiden Schnecken 3 und 5 dargestellt.

[0026] Fig. 3 zeigt einen Teil-Längsschnitt der Plastifiziereinheit 1, wobei sich die Ausführung und Schnecken 3 und 5 von deren Ausführung in Fig. 1 unterscheidet. Die Hilfsschnecke 5 weist bei diesem Ausführungsbeispiel zwei Gänge auf, wogegen die Plastifizierschnecke 3 einen Schneckengang aufweist. Somit werden bei der Hilfsschnecke 5 die Schneckengänge durch zwei Stege 6' und 6" getrennt. Die Steigung der Stege 6, 6' und 6" der Schnecken 3 und 5 ist größer als deren Steigung in Fig. 1, wodurch bei gleicher Umdrehungsgeschwindigkeit eine schnellere Vorwärtsbewegung des Plastifiziermaterials erreicht wird.

[0027] Wenn die Plastifizierschnecke 3 auch die Funktion des Einspritzaggregates übernimmt, muss erfindungsgemäß die Plastifizierschnecke 3 im Gehäuse 2 entlang der Längsachse U Vor- und Rückwärts bewegt werden (siehe Pfeil in Fig. 3), um das Plastifiziermaterial durch die Einspritzdüse zu drücken bzw. zu schießen und somit den Einspritzvorgang durchzuführen. 3/9

Claims (11)

1. österreichisches Patentamt AT506 490 B1 2010-12-15 [0028] Fig. 4 zeigt einen ähnlichen Schnitt wie in Fig. 2, jedoch ist hierbei der Einfülltrichter 7 direkt oberhalb der Hilfsschnecke 5 vorgesehen wodurch die Füllzone 4 nur im Bereich eben dieser Hilfsschnecke 5 liegt. Durch diese Ausführung übernimmt die Hilfsschnecke 5 die Vorkomprimierung. Somit können beispielsweise unterschiedliche Schüttdichten ausgeglichen werden. Der Durchlassbereich 14 zwischen den Schnecken 3 und 5 kann dabei auch schmäler oder breiter als dargestellt ausgeführt sein. [0029] Die gegenläufige Ausführung der beiden Schnecken 3 und 5 bringt zwar große Vorteile für die Durchmischung des granulatförmigen Ausgangsmaterials, dennoch soll nicht ausgeschlossen werden, dass sich die beiden Schnecken gleichläufig drehen. Die unterschiedlichen Abstände A-\ und A2 können dabei die Durchmischung garantieren. Auch soll es möglich sein mehr als eine Hilfsschnecke 5 im Gehäuse 2 anzuordnen, um ein noch effizienteres Einzugsverhalten zu erreichen. Um das Plastifiziermaterial am Ende der Hilfsschnecke 5 noch exakter der Plastifizierschnecke 3 zuzuführen, kann die Hilfsschnecke 5 auch konisch ausgeführt sein. Generell sei noch angemerkt, dass die Steigung des Steges das Eineinhalb- bis Zweifache des Durchmessers der Schub- bzw. Extrusionsschnecke betragen kann. [0030] Generell soll somit hiermit auch ein Verfahren zur Preform-Herstellung, bei dem das Ausgangsmaterial aus einer Mischung von Neuware und Recyclat im Verhältnis von 0% bis 100% besteht, geschützt werden, bei welchem das Kunststoffmaterial in einem Ein-Wellen-Extruder plastifiziert wird, der konstruktiv in der Füllzone mit einer gegenläufigen Hilfsschnecke ausgebildet ist. Wichtig hierbei ist, dass der Extruder über mindestens eine Entgasungseinrichtung verfügt. Die Entgasungsöffnungen sollten nach der Kompressionszone angeordnet werden, da nur dann entgast werden kann, wenn der Druck sehr niedrig ist (Atmosphärendruck oder weniger). Patentansprüche 1. Plastifiziereinheit für eine Kunststoff verarbeitende Maschine mit einer in einem Gehäuse gelagerten Plastifizierschnecke, wobei ein Ausgangsmaterial in eine Füllzone der Plastifizierschnecke einbringbar ist und mit Unterstützung einer sich maximal bis zum Ende der Füllzone der Plastifizierschnecke erstreckenden, gegenläufigen Hilfsschnecke einziehbar ist und in einer anschließenden Kompressionszone der Plastifizierschnecke komprimierbar bzw. plastifizierbar ist, wobei die Plastifizierschnecke und die Hilfsschnecke zumindest im Bereich der Füllzone zur Bildung eines gemeinsamen Einzugsbereichs nicht kämmend benachbart zueinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Plastifizierschnecke (3) im Gehäuse (2) entlang einer Längsachse (Li)bewegbar ist.
2. 2. Plastifiziereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsschnecke (5) kürzer als die Plastifizierschnecke (3) ist.
3. 3. Plastifiziereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Hilfsschnecke (5) weniger als 50 %, vorzugsweise weniger als 40 %, der Länge der Plastifizierschnecke beträgt.
4. 4. Plastifiziereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Umfänge der Plastifizierschnecke (3) und der Hilfsschnecke (5) entlang deren gesamter Längsachsen (Li, L2) voneinander beabstandet sind.
5. 5. Plastifiziereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Plastifizierschnecke (3) und die Hilfsschnecke (5) Stege (6, 6') aufweisen, wobei die Plastifizierschnecke (3) und die Hilfsschnecke (5) zueinander unterschiedliche Abstände (Αί, A2) zwischen den Stegen (6, 6') aufweisen.
6. 6. Plastifiziereinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (A2) zwischen den Stegen (6') der Hilfsschnecke (5) das 1,1-fache bis 4-fache, vorzugsweise das 1,5- bis 2-fache, des Abstandes (Ai) der Stege (6) der Plastifizierschnecke (3) beträgt.
7. 7. Plastifiziereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Plastifiziereinheit (1) über mindestens eine Eritgasungsvorrichtung (13) verfügt. 4/9 österreichisches Patentamt AT506 490 B1 2010-12-15
8. 8. Plastifiziereinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Entgasungsvorrichtung (13) im Bereich der Kompressionszone (9) der Plastifizierschnecke (3) angeordnet ist.
9. 9. Plastifiziereinheit nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Entgasungsvorrichtung (13) im Gehäuse (2) angeordnet ist.
10. 10. Plastifiziereinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Entgasungsvor-richtung (13) im Bereich einer Dekompressionszone der Plastifizierschnecke (3) angeordnet ist.
11. 11. Formungsmaschine mit einer Plastifiziereinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10. Hierzu 4 Blatt Zeichnungen 5/9