Spritzeinheit an einer thermoplastische Kunststoffe verarbeitenden Spritzgiessmaschine mit Förderschnecke
Die Erfindung bezieht sich auf eine Spritzeinheit an einer thermoplastische - Kunststoffe verarbeitenden Spritzgiessmaschine, die im Spritzzylinder eine axial verschiebliche und von dem Kolben einer An triebsvorrichtung gesteuerte Förderschnecke mit Rotationsantrieb aufweist.
Eine Spritzeinheit der genannten Gattung ist an sich durch die franz. Patentschrift Nr. 855885 (Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3) bekannt.
Bei einer Spritzeinheit der genannten Art wird in der Regel das thermoplastische Material teils durch Zufuhr von äusserer Wärme, z. B. mittels einer Heizmanschette, teils durch Freisetzung innerer Wärme auf Grund intensiver Verformung und Durcharbeitung des Kunststoffes mittels der Schnecke plastifiziert.
Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, eine Spritzeinheit der genannten Gattung so auszubilden, dass der Druck, unter welchem der thermoplastische Kunststoff im Spritzzylinder bei Rotation der Schnecke gefördert wird, beliebig einstellbar ist. Durch eine solche Regelbarkeit des Druckes, dem der thermoplastische Kunststoff im Spritzzylinder unterliegt, ist es möglich, je nach Empfindlichkeit des verwendeten Kunststoffes die mechanische Plastifizierung, also die Freisetzung von Wärme, infolge Durchwalkung des Kunststoffes zu steigern oder zu senken.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Spritzzylinder und die Förderschnecke samt ihrem Rotationsantrieb unabhängig voneinander axial beweglich auf einem gemeinsamen Holmenpaar geführt und durch wenigstens ein die Relativbewegung von Spritzzylinder und Schnecke einstellbar bremsendes Verbindungsglied miteinander gekuppelt sind.
Bei einer bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, dass das Verbindungsglied aus zwei ineinander mit beliebig einstellbarer Bremswirkung gleitenden Teilen besteht.
Bau- und Wirkungsweise der erfindungsgemässen Spritzeinheit werden nunmehr an Hand der Zeichnung an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert:
Es zeigen als erstes Ausführungsbeispiel :
Fig. 1 eine in vertikaler Lage an der Spritzgiessmaschine angeordnete Spritzeinheit in Vorderansicht,
Fig. 2 die Spritzeinheit gemäss Fig. 1 im Längsschnitt,
Fig. 3 die in horizontaler Lage an der Spritzgiessmaschine angeordnete Spritzeinheit im Längsschnitt vor Beginn des Einspritzvorganges,
Fig. 4 die Spritzeinheit gemäss Fig. 3 bei Beendigung des Einspritzvorganges, als zweites Ausführungsbeispiel,
Fig. 5 eine Spritzeinheit mit dem bremsenden Verbindungsglied im Längsschnitt,
Fig. 5a eine Einzelheit aus Fig. 5,
Fig. 6 die Spritzeinheit gemäss Fig. 5 in Draufsicht,
Fig.
7 ein kuppelndes Verbindungsglied zwischen Spritzzylinder und Schnecke mit Schnecken antrieb im Längsschnitt,
Fig. 8 eine Variante des Verbindungsgliedes im Längsschnitt,
Fig. 9 eine weitere Variante des Verbindungsgliedes im Längsschnitt und
Fig. 10 einen Teil des Verbindungsgliedes gemäss Fig. 9 im Querschnitt.
Allen Ausführungsbeispielen gemeinsam hinsichtlich Aufbau und Funktion ist folgendes: Die Spritz einheit ist derart mit den übrigen Aggregaten der Spritzgiessmaschine verbunden, dass sie wahlweise in eine horizontale Lage oder in eine vertikale Lage gebracht werden kann. Sie umfasst einen Spritzzylin der 11 mit Heizmanschetten 12 bis 12" samt Düsenmundstück 13 mit Schiebedüse 14. An dem Spritz zylinder 11 ist ein Granulatbehälter 17 drehbar angebracht. Der Spritzzylinder stellt mit den genannten Teilen eine bauliche Untereinheit der Spritzeinheit dar. Die Förderschnecke 8, der zugehörige Rotationsantrieb 4 bis 7, 7', 7", 7"', 71V und der Kolben 2 des Hydraulikantriebes bildet die zweite bauliche Untereinheit der Spritzeinheit.
Die beiden genannten Untereinheiten sind unab hängig voneinander auf gemeinsamen Holmen 15, 16 axial verschieblich gehaltert. Als Führung und Halterung für den Spritzzylinder 11 dient die auf den Holmen 15, 16 gleitbar abgestützte Brücke 9, die
Kanäle 10 für ein Kühlmedium aufweist. Durch die Brücke 9 führt eine Bohrung 18 als Material zufuhrkanal.
Das Gehäuse 4 für den fest mit der Schnecke 8 verbundenen Rotationsantrieb 4 bis 7IV ist gleichzeitig Führungsbrücke und Halterung für die zweite Bewegungseinheit des Spritzaggregates, die aus
Schnecke 8, Rotationsantrieb 4 bis 7IV und Kolben
2 besteht. Dieses Gehäuse 4 ist ebenfalls gleitbar auf den Holmen 15, 16 abgestützt, welche ihrerseits die Verbindung zur Spritzgiessmaschine bilden. Sie sind am Maschinengestell der Spritzgiessmaschine sowohl in horizontaler 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' ge sichert. Zentral zwischen den Holmen ist der Hydraulikzylinder 1 an dieser Platte unter Zwischenschaltung einer dichtenden Kolbenstangenführung ange flanscht.
Da das Gehäuse 4 des Rotationsantriebes und die den Hydraulikzylinder 1 tragende Platte 3 auf den gleichen Holmen 15, 16 abgestützt ist, ergibt sich eine exakte Zentrierung des unmittelbar an der
Stirnseite des Gehäuses 4 befestigten Hydraulik kolbens 2 im Hydraulikzylinder 1.
Die beiden unabhängig voneinander auf den Holmen 15, 16 axial verschieblichen Bewegungsein heiten 11, 12, 12', 13, 14, 17 und 8,4 bis 7, 7', 7", 7tut, 71V sind durch ein die gegenseitige Annäherung bzw. Distanzierung bremsendes Verbindungsglied mit einander gekuppelt. Die Bremswirkung ist bis her unter auf den Wert Null einstellbar.
Durch die Rotation der Schnecke wird das
Kunststoffgranulat aus dem Granulatbehälter 17 über den Zufuhrkanal 18 in den Spritzzylinder 11 geför dert, der durch die Heizmanschetten 12, 12', 12" ge heizt wird. Im Verlauf der Förderung des plastisch werdenden Materials in Richtung zum Düsenmund stück 13 bildet sich im Spritzzylinder vor der Schnecke 8 ein mit plastischem Kunststoff gefüllter Vorratsraum von bestimmbarem Volumen. Nach Auffüllung dieses Vorratsraumes wird die Rotationsbewegung der Schnecke 8 über elektrische Schaltmittel selbsttätig beendet. Bei Auffüllung des Vorratsraumes bewegt sich der Spritzzylinder 11 mit seiner Halterung 9 entgegen der Wirkung des Verbindungsgliedes in Richtung der Spritzgussform.
In den Figuren ist die Spritzeinheit, teils in vertikaler Stellung (Fig. 1 und 2), teils in horizontaler Stellung (Fig. 3 bis 10) am Maschinengestell der Spritzgiessmaschine angeordnet (nicht gezeichnet).
Nach beendeter Auffüllung wird die Rotation der Förderschnecke 8 stillgelegt. Danach wird über elektrische Schaltmittel der Zufluss des Druckmediums zu der an der Rückseite des Hydraulikzylinders 1 befindlichen Zuflussöffnung freigegeben, wobei der Kolben 2 auf seiner grössten Fläche beaufschlagt ist.
Der Kolben wird mitsamt der aus Schnecke 8 mit zugehörigem Antrieb 4 bis 71V bestehenden Einheit axial in Richtung der Spritzgussform getrieben, wobei der Spritzzyiinder so lange mitgenommen wird, bis er auf der Einspritzöffnung der Spritzgussform aufsitzt. Im Zuge der weiteren axialen Bewegung der Schnecke 8 erfolgt der Einspritzvorgang.
Nach Beendigung des Einspritzvorganges wird über elektrische Schaltmittel der Zufluss des Druckmediums zu der am vorderen Ende des Hydraulikzylinders gelegenen Zuflussöffnung eingeleitet. Hierbei ist der Kolben mit einer verhältnismässig kleinen Fläche beaufschlagt. Die aus Schnecke 8, Rotationsantrieb 4 bis 71v und Kolben 2 bestehende Einheit sowie der Spritzzylinder werden von der Spritzgussform wegbewegt. Der hierbei zurückgelegte Weg ist durch elektrische Schaltmittel am Hydraulikzylinder 1 willkürlich einstellbar.
Der Rückzugsweg der aus Spritzzylinder 11 mit Halterungsbrücke 9, Schnecke 8 mit Rotationsantrieb 4 bis 7IV und Hydraulikkolben 2 bestehenden baulichen Einheit ist mittels der vorgenannten elektrischen Schaltmittel bemessen nach dem Abhebhub des Spritzzylinders von der Spritzgussform und der Länge des vorbestimmten Vorratsraumes. Die Länge des Rückwärtshubes des Kolbens 2 entspricht dem Abstand zwischen Form und Düse im Augenblick der Beendigung des Rückwärtshubes.
Die einzelnen Ausführungsbeispiele unterscheiden sich nun im wesentlichen in der Gestaltung des kuppelnden Verbindungsgliedes zwischen Spritzzylinder 11 einerseits und der Förderschnecke 8 mit Rotationsantrieb anderseits.
Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 4 sind zwischen der Führungsbrücke 9 und dem brückenartig ausgebildeten Gehäuse 4 des Rotationsantriebes der Schnecke 8 symmetrisch Zugfedern 15", 16" angeordnet, deren Federspannung einstellbar ist.
In der Ausführungsform gemäss Fig. 5 bis 7 besteht das kuppelnde, die Relativbewegung von Spritzzylinder und Schnecke bremsende Verbindungsglied aus einer Stange 22 und einem hülsenartigen Teil 23.
Die in der die Schnecke samt Rotationsantrieb tragenden Brücke 4 befestigte Stange 22 ist in dem hülsenartigen Teil 23, der seinerseits mit der den Spritzzylinder tragenden Brücke 9 in fester Verbindung steht, gleitbar geführt.
Der Hülsenteil 23 weist einen Abschnitt grösserer lichter Weite auf. In diesem Abschnitt ist zwischen Stange 22 und Hülse 23 eine Ringkammer gebildet.
In der in Fig. 7 linken Hälfte sind in der Ringkammer tellerfederähnliche Kunststoffringe 24 eingesetzt, die gegeneinander geschichtet sind. Diese Kunststoffringe 24 sind also mehr oder weniger entgegengesetzt geneigt. In dem in Fig. 7 rechten Teil der Ringkammer befindet sich der Vorderteil einer Hohlschraube 25, die in die Hülse 23 eingeschraubt ist. Ihre Stirnfläche liegt an der ersten Kunststoffscheibe an. Beim Einschrauben der Hohlschraube 25 bewirkt die axiale Bewegungskomponente derselben ein axiales 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.
Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 8 findet als kuppelndes Verbindungsglied zwischen dem Spritzzylinder 11 und der aus Schnecke und Rotationsantrieb bestehenden Einheit eine Hydraulikvorrichtung Verwendung.
Der Zylinder 29 dieser Hydraulikvorrichtung ist Bestandteil der Brücke 9, an deren Unterseite er in der Mitte angeordnet ist.
Im Gehäuse der Brücke 9 befindet sich ein zum Zylinderraum parallel verlaufender, weiterer zylindrischer Hohlraum, der mit dem vor dem Kolben und mit dem hinter dem Kolben liegenden Zylinderraum in Verbindung steht.
Die beiden genannten Räume des Zylinders stehen somit miteinander in Verbindung. An dem 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 des Handrades 21' axial verstellbaren Ventilschliesskörper 21", der mit dem Gehäuse im Gewindeeingriff steht. Im Kolben 19 der Hydraulikvorrichtung ist ein Rückschlagventil eingebaut. Wesentliche Funktions- und Bauteile dieses Rückschlagventils sind auf einer Kreislinie der Kolbenstirnfläche angeordnete Durchbrüche und eine auf der Rückseite der Stirnfläche anliegende, unter Federspannung stehende Ringscheibe 31, welche diese Durchbrüche abdeckt.
Die Kolbenstange der Hydraulikvorrichtung ist mit der Brücke 4 fest verbunden, welche die aus Schnecke 8 und Rotationsantrieb derselben bestehende Einheit trägt.
Der 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 sich öffnet und die vor dem Kolben sich befindende Hydraulikflüssigkeit über das Rückschlagventil durch den Kolben hindurchfliesst.
Der beschriebene Vorgang tritt aber erst ein, wenn im Verlauf des Hubes des Hydraulikzylinders 2 Spritzzylinder, Schnecke und Rotationsantrieb der Schnecke sowie Granulatraum so weit zugleich in Richtung der Spritzgiessform bewegt worden sind, dass das Düsenmundstück auf dieser zur Auflage kommt.
Dies bedeutet, dass bei der beschriebenen Axialbewegung des Kolbens 19 gleichzeitig die Einspritzung des thermoplastischen Materials in die Spritzgiessform erfolgt.
Infolge einer nahezu widerstandsfreien Bewegung des Kolbens 19 in Richtung Spritzgiessform ist das plastifizierte Material beim Einspritzvorgang keiner zusätzlichen vom kuppelnden Verbindungsglied herrührenden Druckbelastung ausgesetzt, was bei bestimmten druckempfindlichen Thermoplasten von Bedeutung ist.
Sobald nach Beendigung des Einspritzvorganges der Rückwärtshub des Kolbens 2 einsetzt, schliesst sich sofort das Rückschlagventil 20 im Kolben 19.
Die Bewegung des Kolbens 19 im Zylinder 29 in Richtung des Rückwärtshubes des Kolbens 2 ist damit praktisch für die Zeit dieses Hubes blockiert, denn die im Raum 32 des Zylinders 29 hinter dem Kolben 19 befindliche Hydraulikflüssigkeit kann nur sehr langsam über das Drosselventil 21, 21', 21" in den Raum 30 entweichen.
Da Spritzzylinder 11 und Schnecke 8 samt ihrem Rotationsantrieb somit durch die als Verbindungsglied dienende Hydraulikvorrichtung 19, 29 miteinander gekuppelt sind, werden sie als Einheit zugleich durch den Rückwärtshub des Kolbens 2 von der Spritzgiessform weg in ihre rückwärtige Ausgangsstellung zurückgeführt.
Bei dieser rückwärtigen Stellung des Spritzzylinders und der Schnecke, die zu diesem Zeitpunkt im Spritzzylinder selbst ihre vorderste Stellung aufweist, beginnt nunmehr die Rotation der Schnecke, welche zur Folge hat, dass der Kunststoff im Spritzzylinder transportiert und plastifiziert wird und sich im Vorderteil desselben bis zu einem vorbestimmbaren Volumen ansammelt. Hierbei bewegt sich der Spritzzylinder nach Massgabe dieser Volumenzunahme des plastifizierten Kunststoffes in Richtung der Spritzgiessform, während die Schnecke eine axiale Bewegung nicht ausführt.
Bei starker Bremsung der axialen Relativbewe- gung 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. 5, 5a und 6 ersichtlich, zwi schen ihrem vom Spritzzylinder umschlossenen Förderabschnitt und ihrem von der Führungsbrücke 4 aufgenommenen Antriebs abschnitt eine bei Über- lastung abreissende Sicherheitskupplung auf. An der Verbundstelle der Sicherheitskupplung laufen die beiden genannten Abschnitte der Schnecke in Flansche 8' aus, die von einem hülsenartigen Kupplungselement 33 umfasst sind.
Die Mitnahme erfolgt durch ein weiteres Kupplungselement 34 (Fig. 5a), das ein an der Kupplungsstelle in der Achse der Schnecke angeordneter Abscherstift 34 ist, der bei Oberlastung der Schnecke abschert.
Da Schnecke und Spritzzylinder durch den mit dem Verbindungskanal zwischen dem vor und hinter dem Kolben 19 liegenden Zylinderraum und mit dem Drosselventil in diesem Kanal 30 versehenden Hydraulikzylinder miteinander elastisch gekuppelt sind, kann die durch das sich im Spritzzylinder ansammelnde, plastische Kunststoffmaterial 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" abhängig. 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 erhöhen 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 der Variante gemäss den Fig. 9 und 10 besteht das Schnecke und Spritzzylinder miteinander kuppelnde Verbindungsglied aus einer Stange 26, die in der Brücke 4 verankert ist, und einer mit der Brücke 9 fest verbundenen und diese Stange 26 umschliessenden Schelle 27.
Der die beiden freien Schenkel der Schelle 27 verbindende Bolzen ist gleichzeitig Anker eines Elektromagneten 28 (Fig. 10).
Da die Feldstärke des Elektromagneten durch einen Potentiometer bzw. einen regelbaren Ring kemtransformator beliebig einstellbar ist, kann die Spannung, mit welcher die Schelle 27 die Stange 26 umfasst, beliebig eingestellt werden. Dies bedeutet gleichzeitig eine Regelung der beim Gleiten der Stange 26 in der Schelle 27 gegebenen Reibung.
Bei der erfindungsgemässen Spritzeinheit besteht also die Möglichkeit einer überaus einfachen Bemessung des Druckes im Spritzzylinder beim Fördervorgang. Dies ist gleichbedeutend mit einer Bemessung der Intensität der Durchmischung des thermoplastischen Materials und der Freisetzung innerer Wärme durch Regelung der Bremswirkung im Verbindungsglied zwischen Spritzzylinder und Schnecke.
Ausserdem kann bei der erfindungsgemässen Anordnung die Heranführung des Spritzzylinders an die Spritzgiessform und die Abhebung derselben von derselben Hydraulikvorrichtung bewirkt werden, welche die Axialbewegung der Schnecke und damit den Einspritzvorgang steuert. Hierdurch erübrigt sich eine zweite Hydraulikvorrichtung.