Vorrichtung zum Plastifizieren und Spritzen von thermoplastischen Kunststoffen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Plastifizieren und Spritzen von thermoplastischen Kunststoffen, mit einem in axialer Richtung taktweise verschiebbaren, die Spritzmasse fördernden Ringkolben einerseits, und einem beheizten Plastifizierungszylinder mit einem darin angeordneten Torpedo anderseits.
Die Plastifizierung von thermoplastischen Kunststoffen erfolgt bekanntlich teils durch Schneckenpressen, teils durch Plastifizierungszylinder mit Torpedo.
Bei der Plastifizierung durch Schneckenpressen wird das Granulat oder Pulver mittels der Schneckengänge durch den Plastifizierungszylinder hindurchgefördert.
Die Gangtiefe einer solchen Schnecke ist dabei vorwiegend abnehmend. Dadurch entsteht eine erhöhte Reibung einerseits und die erforderliche Durchknetung des Materials bei gleichzeitiger Plastifizierung durch den beheizten Zylindermantel anderseits. Au sserdem sind Spritzgussmaschinen bekannt, bei denen das plastifizierte Material durch Verändern des Zylindervolumens, d. h. durch Verschieben der Schnecke gegenüber dem Zylindermantel, in die Spritzgussform gepresst wird. Bei dieser Art der Plastifizierung ist jedoch zur Überwindung der verhältnismässig hohen Reibung ein grosser Energiebedarf erforderlich, was natürlich starke und somit teuere Antriebsaggregate zur Folge hat.
Ferner ist es bekannt, das von einer Schnecke plastifizierte Material in einen Vorratszylinder zu fördern, und dann mittels eines Kolbens in die Spritzgussform zu pressen. Bei dieser Ausführungsform einer Spritzgusseinrichtung macht allerdings das Abdichten des Kolbens gegenüber dem Zylindermantel erhebliche Schwierigkeiten, da der Vorratszylinder immer auf Plastifizierungstemperatur gehalten werden muss.
Demzufolge muss die Toleranz zwischen Kolben und Zylinder möglichst gering gehalten werden, wodurch bei ungleichmässiger Wärmeausdehnung leicht Verklemmungen eintreten können.
Bei dem normalen, allgemein üblichen Plastifizierungszylinder mit sogenanntem Torpedo drückt der Presskolben das noch nicht plastifizierte Material in den beheizten Plastifizierungszylinder. Durch den Torpedo, der auf die verschiedenste Art im Plastifizierungsraum - zum Teil in einem Ringkolben - gehalten ist, wird das zu plastifizierende Material durch den Ringspalt zwischen Torpedo und Zylinderinnenwand gepresst und dabei gleichzeitig plastifiziert. Bei diesem Verfahren treten zwar keine Abdichtungsschwierigkeiten zwischen Kolben und Kolbenbüchse auf, da das nicht plastifizierte Material durch den allmählichen Übergang in den plastifizierten Zustand die erforderliche Abdichtung nach hinten bewirkt.
Demgegenüber hat aber dieses Verfahren den Nachteil, dass besonders empfindliche thermoplastische Werkstoffe durch zu lange Verweilzeit an der beheizten Zylinder- bzw. Torpedowand thermischen Schaden erleiden.
Um nun diesen bekannten Mängeln wirkungsvoll entgegenzutreten, hat sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung zum Plastifizieren und Spritzen von thermoplastischen Kunststoffen zu entwickeln, die allen angestrebten Anforderungen gewachsen ist. Erreicht wird dieses Ziel, indem der Torpedo freitragend innerhalb des Plastifizierungszylinders angeordnet ist, wobei er hinter der Massezuführung, d. h. dem Einfallschacht, einseitig gelagert ist, und ferner zum Zwecke der besseren Plastifizierung und Durchknetung der Spritzmasse vorteilhaft drehbar ist.
Mit dieser neuen Ausführung einer Vorrichtung zum Spritzen von thermoplastischen Kunststoffen ist es gelungen, die Vorteile bekannter Plastifizierungssysteme in einer Vorrichtung zu vereinigen. Und zwar erfolgt bei der erfindungsgemässen Vorrichtung zweckmässig die Abdichtung des Kolbens wie bei normalen Kolbenplastifizierungszylindern, dagegen erfolgt die Plastifizierung und Durchknetung des thermoplastischen Kunststoffes mit den Vorteilen einer Schneckenpresse, wodurch eine dauernde Durchknetung und Bewegung des thermoplastischen Materials bewirkt wird. Ausserdem kann bei einer Ausführung mit drehendem Torpedo, der z.
B. rund, unrund oder mit einem steilen Rechts- und Linksschneckengang derart ausgeführt ist, dass - bedingt durch die Gewindebewegung - das Material in der Mitte des Plastifizierungszylinders zusammengepresst und unter Druck gehalten wird, ein Verbrennen bzw. ein thermischer Schaden der empfindlichen Materialien vermieden werden.
Die Durchknetung des Materials erfolgt hierbei ähnlich wie bei Schneckenpressen, ohne dass jedoch eine Förderwirkung in Richtung auf die Düse einerseits und den Materialeinfallschacht anderseits bewirkt wird, was durch das geschickte Zusammenwirken der Förder- und Axialnuten des Torpedos und der Zylinderinnenwandung wirkungsvoll unterstützt wird. Der eigentliche Spritzvorgang kann sowohl bei sich drehendem Torpedo als auch bei dessen Stillstand erfolgen. Statt des mechanischen Antriebs und des hydraulischen Druckkissens könnte selbstverständlich auch eine rein hydraulische Kolbenbetätigung verwendet werden.
Auf der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einem Ausführungsbeispiel dargestellt; und zwar zeigt sie einen Querschnitt durch eine derartige Vorrichtung mit drehbarem Torpedo.
Dabei ist mit 10 eine Einfüllöffnung bzw. ein Einfallschacht bezeichnet, in den das Spritzmaterial eingeführt wird. 11 ist ein Ringkolben, der einerseits in einer Kolbenbüchse 12 geführt und in axialer Richtung verschiebbar ist. Er ist mit seinem Bund 13 starr in einer Kolbentraverse 14 gehalten. Mittels zweier Bedienungshebel 15, 15', die durch ein (nicht gezeichnetes) Kurbelrad in bekannter Weise angetrieben werden können, ist auch die Kolbentraverse axial verschiebbar.
Ein Torpedo 16, der über ein Antriebsrad 17 angetrieben ist, lagert drehbar im Ringkolben 11 einerseits und in einer Maschinenplatte 18 anderseits.
Auf der nach hinten durchgesetzten Torpedowelle 19 ist etwa in deren Mittelbereich innerhalb des Ringkolbens 11 und der Kolbentraverse 14 eine Rückförderschnecke 20 vorgesehen, die etwaige Materialrückstände, wie sie z. B. bei staubfeinem Material auftreten, nach hinten ins Freie befördert. Ein in der Kolbentraverse 14 vorgesehenes, hydraulisches Druckkissen 21 sorgt für den nötigen Nachdruck nach beendetem Einspritzvorgang.
Im Plastifizierungsraum 22 des beheizten Plastifizierungszylinders 23 ist der Torpedo 16 frei tragend angeordnet. Er besitzt auf seiner dem Einfallschacht 10 zugekehrten, kegeligen Oberfläche zunächst rechtsgängige Schneckennuten 24, die das Zurückwandern des zu plastifizierenden Materials nach rückwärts verhindern. Um auch gleichzeitig ein ungewolltes Austreten des plastifizierten Materials aus der Düse zu verhindern, sind an der Torpedospitze gleichfalls Fördernuten 25 vorgesehen, die jedoch gegenüber den Nuten 24 am hinteren Torpedorande starke Linkssteigung besitzen. Diese Steigung der Nuten 24 und 25 bezieht sich auf einen linksläufigen Torpedo. Auf dem annähernd zylindrischen Mittelteil des Torpedos 16 sind wahlweise in axialer Richtung Knetnuten 26 vorgesehen, die ein gutes Durchkneten des Materials bewirken ohne zu fördern.
Damit die Wirkung der Nuten 24 und 25 und der Knetnuten 26 am Torpedo noch zusätzlich verstärkt wird, können im Plastifizierungszylinder 23 gleichfalls Gegennuten 27, 28 mit entgegengesetzter Rechts- oder Linkssteigung vorgesehen werden. Auch könnten noch zusätzlich gerade Nuten 29 in der Zylinderinnenwand vorgesehen werden.
Die Wirkungsweise dieser neuen Vorrichtung zum Plastifizieren und Spritzen von thermoplastischen Kunststoffen ist folgende: Es sei angenommen, der Maschinenantrieb liefe, der Plastifizierungsraum 22 wäre bereits mit zu plastifizierendem Material gefüllt, und der Ringkolben 11 stände in seiner Ruhe- oder Anfangsstellung, also in der zurückgeführten Stellung. Infolge der Drehung des Torpedos 16 wird das Material in der beheizten Plastifizierungskammer 22 geknetet und plastifiziert. Über die beiden Bedienungshebel 15, 15' wird dann die Kolbentraverse 14 samt dem Ringkolben 11 in Richtung auf den Plastifizierungszylinder 23 vorgeschoben. Das den Ringspalt 30 zwischen Ringkolbenbüchse 12 und Torpedowelle 19 ausfüllende, noch nicht plastifizierte Material, wird dabei nach vorn gedrückt.
Ein Teil des bereits plastifizierten Materials aus dem Plastifizierungsraum 22 wird bei diesem Vorschub des Ringkolbens 11 durch die Düse 31 in die Spritzgussform 32 gefördert. Für den erforderlichen Nachdruck nach beendetem Vorschub des Ringkolbens 11 sorgt das hydraulische Druckkissen 21 in der Kolbentraverse 14. Nach vollendetem Einspritzvorgang wird der Ringkolben 11 wieder in seine Ausgangsstellung zurückbewegt und neues Material, das durch den Einfalischacht 10 zugeführt wird, aufgenommen.
Wie bereits erwähnt, ist die dargestellte und beschriebene Ausführungsform nur ein Beispiel für die Verwirklichung der Erfindung und diese nicht darauf beschränkt, vielmehr sind im Rahmen der Erfindung noch mancherlei andere Ausführungen und Anwendungen möglich, insbesondere in bezug auf die Ausführung und Gestaltung der erfindungsgemäss nur einseitigen Torpedolagerung.
So könnte man auch bei weniger empfindlichen thermoplastischen Kunststoffen die Plastifizierung ohne drehende Bewegung des Torpedos durchführen.
Dabei bleibt jedoch trotzdem der entscheidende Vorteil erhalten, dass der Torpedo im Plastifizierungszylinder frei tragend und doch allseitig im gleichen Abstand von der Zylinderinnenwand gehalten wird.