Kunststoff-Spntzgussmascbine
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Kunststoff-Spritzgussmaschine, deren Plastifizierungsvorrichtung mindestens eine motorisch angetriebene Plastifizier- und Förderschnecke besitzt, deren Arbeitsraum durch ein Rückschlagventil vom Speicherraum einer mit steuerbarer Düse versehenen Spritzvorrichtung getrennt ist. Bekannte Maschinen dieser Art arbeiten wie folgt: Während der Füliperiode des Speicherraumes der Spritzvorrichtung fördert die gleichförmig angetriebene Schnecke bei offenem Rückschlagventil zwischen Speicherraum und Schneckenarbeitsraum und geschlossener Spritzdüse plastifiziertes Spritzgut in den Speicherraum. Befindet sich die gewünschte Menge Spritzgut im Speicherraum, so wird die Förderung unterbrochen und gleichzeitig der Spritzvorgang bei offener Düse eingeleitet.
Das Rückschlagventil wird durch den im Speicherraum er7eugten Spritzdruck automatisch geschlossen. Nach dem Schliessen der Spritzdüse und Aufhören des Spritzdruckes wird das Rückschlagventil zwischen dem Speicherraum und dem Arbeitsraum der Schnecke durch den erneut einsetzenden Förderdruck wieder geöffnet, so dass die Schnecke erneut Spritzgut in den Speicherraum fördern kann. Bleibt das Rückschlagventil bei einsetzendem Spritzdruck aus irgendeinem Grunde offen (z. B. durch blockierende Fremdkörper oder verharzten Kunststoff), so wird Spritzgut in den Arbeitsraum der Schnecke gepresst. Dies hat nicht nur zur Folge, dass die Spritzform nicht mit der gewünschten Spritzgutmenge gefüllt wird, sondern kann zu einer Zerstörung des Plastifizierungszylinders oder zum Auspressen von Spritzgut durch den Einfülltrichter führen.
Um dies zu vermeiden, wurde deshalb als Abschlussorgan an Stelle eines Rückschlagventils zwischen Schneckenarbeitsraum und Speicherraum ein über eine geeignete Steuervorrichtung zwangsweise betätigbarer Schieber verwendet, der in seiner Schliesslage quer durch den vom Schnekkenarbeitsraum in den Speicherraum führenden Verbindungskanal ragt. Ein solches Abschlussorgan verlangt aber nicht nur eine eigene Steuer- und Betätigungsvorrichtung, sondern bringt auch Schwierigkeiten bei der Abdichtung der für den Schieberlauf notwendigen Durchbrechung der Wand des Durchlasskanals für das Spritzgut. In der Schieberführung sich absetzendes Spritzgut kann auch hier zum Block^ kieren des Schiebers bzw. dessen Betätigungsvorrichtung und damit zu Schäden an der Maschine führen.
Diese Nachteile sind bei der erfindungsgemässen Spritzgussmaschine vermieden; sie ist zu diesem Zweck dadurch gekennzeichnet, dass ihre Plastifizier- und Förderschnecke axial derart beweglich angeordnet ist, dass sie durch den bei offenbleibendem Rückschlagventil während des Spritzvorganges im Schneckenarbeitsraum auftretenden Druck axial so verschoben wird, dass sie eine die Maschine ausser Betrieb setzende Abstellvorrichtung betätigt.
Zufolge der genannten Ausbildung kann sich auch bei Versagen des Rückschlagventils im Schnekkenarbeitsraum kein unzulässiger Überdruck einstellen. Bei Aufhören des hohen Spritzdruckes im Speicherraum, d. h. bei fördernder Schnecke und ausweichendem Spritzkolben im Speicherraum, gibt das Rückschlagventil zweckmässig Durchlassöffnungen im Verbindungskanal zwischen Speicherraum und Schneckenarbeitsraum frei, während es bei Überdruck im Speicherraum, d. h. beim Arbeitshub des Spritzkolbens, den Verbindungskanal schliesst. Bleibt das Ventil aber aus irgendeinem Grunde offen, so bewirkt der hohe, sich in den Schneckenarbeitsraum fortpflanzende Spritzdruck ein solches axiales Zurückweichen der Schnecke, dass diese die Abstellvorrichtung betätigt.
In der beiliegenden Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes zum Teil schematisch dargestellt; es zeigt:
Fig. 1 einen vertikalen Axialschnitt durch den Arbeitsteil der Spritzgussmaschine ; Fig 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1 und
Fig. 3 das Steuerschema der Maschine nach Fig. 1.
Die in Fig. 1 gezeichnete Maschine besitzt eine Plastifizierungsvorrichtung A, eine Spritzvorrichtung B und eine Sicherheitsvorrichtung C. Die Plastifizierungsvorrichtung A besitzt einen Zylinder 1, auf dessen hinteres Ende ein Einfülltrichter 2 aufgesetzt ist und dessen vorderes Ende über ein Rückschlagventil 3 in den mit einer steuerbaren Spritzdüse 4 versehenen Spritzzylinder 5 der Spritzvorrichtung B mündet. Im Zylinder 1 ist eine Plastifizier- und Förderschnecke 6 axial beweglich angeordnet (es könnten auch deren zwei vorgesehen sein), auf deren aus dem Zylinder 1 herausragenden Schaft ein Zahnrad 7 axial verschiebbar aufgekeilt ist, mit welchem ein auf der Welle eines hydraulischen Ölmotors 8 sitzendes Zahnrad 9 kämmt.
Das freie Schaftende der Schnecke 6 wirkt mit dem Kolben 10 einer hydraulischen Kolbenvorrichtung 11 zusammen; der Kolben 10 ist seinerseits zur Betätigung des Schiebers 12 einer Schiebevorrichtung 13 bestimmt, die als Teil der Sicherheitsvorrichtung C in der Ölzufuhrleitung 14 des Ölmotors 8 angeordnet ist. Der Schieber 12 der Schiebervorrichtung 13 ist durch eine Feder 15 im Sinne des Öffnens belastet. Eine Schaftverlängerung des Schiebers 12 trägt einen Mitnehmer 16, mit welchem eine Gabel 17 zusammenwirkt, die an einem einen Betätigungsnocken 18 für einen Schalter 19 tragenden Arm 20 vorgesehen ist.
Das Rückschlagventil 3 im Verbindungskanal zwischen dem Arbeitsraum 21 der Schnecke 6 und dem Einspritzkanal 22 der Spritzvorrichtung B besitzt eine beidenends konisch auslaufende Ventilkammer 23 und einen Ventilkörper 24. Der letztere besitzt einen im Querschnitt sternförmigen Schaft 25, der in einem an den Schneckenarbeitsraum 21 anschlie ssenden zylindrischen Abschnitt des Verbindungskanals axial verschiebbar geführt ist. An den Schaft 25 des Ventilkörpers schliesst sich eine konische Auflagefläche an, die in der einen Endlage des Ventilkörpers zum Zusammenwirken mit einer entsprechend konischen, zur Ventilkammer koaxialen Sitzfläche 26 an der Innenwand der Ventilkammer 23 bestimmt ist.
Ferner besitzt der Ventilkörper 24 einen dem Spritzkanal 22 zugekehrten Konus 27, der in der andern Endlage des Ventilkörpers zum Zusammenwirken mit einer entsprechenden, zur Ventilkammer koaxialen Sitzfläche an der Innenwand der Ventilkammer 23 bestimmt ist; wie besonders Fig. 2 zeigt, ist diese Sitzfläche durch Schrägnuten 28 unterbrochen, welche auch bei aufsitzendem Konus 27 die Ventilkammer 23 mit dem Spritzkanal 22 verbinden. Ein Querkanal 29 verbindet den Spritzkanal 22 mit einem Dosierzylinder 30, in welchem ein Spritzkolben 31 angeordnet ist. An den vom Spritzkanal 22 abgekehrten Zylinderraum 32 ist eine Druckmediumleitung 33 angeschlossen, in welcher ein Steuerventil 34 (Fig. 3) vorgesehen ist. Dieses Steuerventil 34 steht ausserdem mit der Spritzdüse 4 und mit dem Schalter 19 in Verbindung.
Eine aus dem Zylinder 30 herausragende Kolbenstange 35 trägt einen Nocken 36, der zur Betätigung eines Schalters 37 dient. Der Schalter 37 steht mit einem in die Druckmittelzufuhrleitung 38 der Kolbenvorrichtung 11 eingeschalteten Steuerventil 39 in Wirkungsverbindung.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Maschine ist folgende: Beim Betrieb der Maschine wird dem Arbeitsraum 21 der Schnecke 6 im Plastifizierungszylinder 1 das Kunststoff-Spritzgut, z. B. als Granulat, durch den Trichter 2 zugeführt. Die durch den Motor 8 über die Zahnräder9, 7 angetriebene Schnecke befindet sich in ihrer vorderen (dem Ventil 3 näher liegenden) Endlage und setzt dabei das durch eine nicht gezeichnete Heizeinrichtung erwärmte und dabei plastifizierte Spritzgut unter Druck; dieser Druck wirkt auf den Ventilkörper 24 und hält diesen in seiner, in Fig. 1 gezeichneten, Offenlage. Das Spritzgut wird demzufolge durch die Schnecke 6 über das offene Ventil 3 in den Spritzkanal 22 gefördert. Dabei ist die Düse 4 geschlossen und der Spritzkolben 31 ist entlastet, so dass er mit zunehmender Füllung des Speicherraumes 22, 30 nach oben ausweicht.
Ist die gewünschte Spritzgutmenge im Speicherraum enthalten, so betätigt der Nocken 36 an der Kolbenstange 35 des zurücklaufenden Kolbens 31 den Schalter 37; dies bewirkt ein Umschalten des Steuerventils 39, so dass der Kolben 10 der Vorrichtung 11 entlastet wird.
Gleichzeitig wird das Steuerventil 34 so betätigt, dass einerseits die Spritzdüse 4 geöffnet wird und anderseits Druckmedium durch die Leitung 33 in den Zylinderraum 32 gelangt. Dadurch wird der Kolben 31 nach unten gedrückt. Da einerseits im Speicherraum 22, 30 durch den niedergehenden Kolben 31 ein Druckanstieg, im Raum 21 dagegen zufolge der axialen Rücklaufmöglichkeit der Schnecke 6 ein Druckabfall eintritt, wird der Rückschlagventilkörper 24 im Verbindungskanal mit seiner konischen Aufiagefläche unter Schliessung des Ventils 3 gegen seine dem Plastifizierungszylinder 1 näherliegende Sitzfläche 26 gepresst.
Die während des Spritzvorganges bei geschlossenem Ventil 3 zurücklaufende Schnecke drückt über den Kolben 10 der Kolbenvorrichtung 11 auf den Schieber 12, so dass dieser entgegen der Wirkung der Feder 15 in seine Schliesslage bewegt wird und dadurch die Ölzufuhr zum Motor 8 durch die Leitung 14 unterbricht. Dadurch wird der Antriebsmotor 8 der Schnecke 6 stillgesetzt. Nach beendetem Spritzvorgang wird die Düse 4 geschlossen, der Kolben 31 der Spritzvorrichtung entlastet und der Kolben 10 der Kolbenvorrichtung 11 wieder unter Druck gesetzt. Dadurch wird die Schnecke 6 axial nach vorn geschoben, so dass sie den Schieber 12 frei gibt, der durch die Feder 15 automatisch in seine Offenlage verstellt wird.
Dadurch gelangt wieder Drucköl zum Motor 8, der in der Folge über die Zahnräder 9, 7 die Schnecke wieder antreibt. Das Vorschieben und Antreiben der Schnecke 6 hat einen Druckanstieg im Schneckenarbeitsraum 21 zur Folge, während durch die Entrastung des Spritzkolbens 31 im Speicherraum 30, 22 ein Druckabfall auftritt. Der im Schneckenarbeitsraum 21 ansteigende Druck bewegt den Ventilkörper 24 in dessen Offenlage, in welcher sein Endkonus 27 gegen die mit den Nuten 28 versehene Sitzfläche des Ventils anliegt. Durch den offenen Verbindungskanal gelangt das von der Schnecke 6 geförderte Spritzgut unter Zurückdrängung des Kolbens 31 in den Speicherraum, bis der Nocken 35 wieder den Schalter 37 betätigt, wodurch der Spritzvorgang wieder wie oben beschrieben eingeleitet wird.
Sollte während des Spritzvorganges der Ventilkörper 24 aus irgendeinem Grund seine Schliesslage nicht erreichen, so wird durch das offene Ventil 3 Spritzgut in den Schneckenarbeitsraum 21 gedrückt. Da, wie erwähnt, bei belastetem Spritzkolben 31 der Kolben 10 der Vorrichtung 11 entlastet ist, kann die Schnecke axial nach hinten ausweichen, wobei sie vorerst über den Schieber 12 die Druckölzufuhr zum Motor 8 unterbindet. Da aber bei offenem Ventil 3 der Druck auf die Schnecke 6 anhält, wird diese axial noch weiter zurückgeschoben, bis der Mitnehmer 16 die Gabel 17 und damit den Arm 20 so weit verschoben hat, dass der Nocken 18 den Schalter 19 betätigen kann.
Durch Betätigen dieses Schalters 19 wird der die Druckmediumzufuhr zum Spritzkolben 31 steuernde Stromkreis unterbrochen; der Spritzvorgang setzt dabei aus, d. h. die Maschine wird vollständig abgeschaltet, und es kann auch im Schneckenarbeitsraum 21 kein weiterer, zu einer Beschädigung der Maschine führender Druckanstieg mehr erfolgen. Erst wenn der Druck im Speicherraum und damit auch im Schneckenarbeitsraum sinkt, kann der Schieber 12 wieder so zurückbewegt werden, dass der Nocken 18 den Schalter 19 wieder freigibt.
Das beschriebene Rückschlagventil ist bezüglich Aufbau und Steuerung sehr einfach; ebenso einfach ist auch die bei eventuellem Nichtschliessen des Ventils wirksam werdende Sicherheitsvorrichtung, da sie nur wenige, einfach wirkende Elemente aufweist, die an den bereits vorhandenen Abstellmechanismus für den Ölmotor angeschlossen sind. Ein besonderer Vorteil der dem Rückschlagventil zugeordneten, und bei dessen Nichtschliessen während des Spritzvorganges durch entsprechende Axialbewegung der Schnecke ausgelösten Abstellvorrichtung liegt darin, dass die Plastifizierungsvorrichtung, und insbesondere der die Schnecke enthaltende Zylinder, nicht für den vollen Spritzdruck, der meist mehr als doppelt so gross ist wie der Förderdruck der Schnecke, bemessen sein muss.
Damit wird nicht nur an Material und Gewicht gespart, sondern auch der Wärmeübergang von den Heizvorrichtungen durch die relativ dünne Zylinderwand auf das im Schneckenarbeitsraum befindliche Spritzgut wird verbessert.
Im vorangehenden wurde eine Spritzgussmaschine mit während des Spritzvorganges (bei geschlossenem Rückschlagventil) zurücklaufender Schnecke beschrieben. Die beschriebene Abstellvorrichtung kann aber auch bei solchen Maschinen angewendet werden, bei welchen die Schnecke während des normalen Spritzvorganges nicht zurückläuft, sondern abgestellt wird und axial feststeht. Die Anordnung ist dann so getroffen, dass die Schnecke nur bei offenem Rückschlagventil und Übergreifen des hohen Spritzdruckes in den Schneckenarbeitsraum unter Überwindung eines entsprechend eingestellten Gegendruckes axial verschoben wird und nach einem bestimmten Rücklaufweg die Abstellvorrichtung betätigt.