Spritzgussmaschine
Die Erfindung betrifft eine Schnecken-Spritzgussmaschine mit einer rotierenden und relativ zum Massezylinder verschiebbaren Schnecke mit auswechselbarem Endstück.
Zur Herstellung von Spritzgussteilen aus gebräuchlichen Thermoplasten, wie Polyäthylen, Polystyrol, Cellulose-Acetat sind die dazu verwendeten Scbnecken-Spntzgussmaschinen mit Plastifizierschnecken ausgerüstet, die zur Erzielung einer optimalen Leistung mit Schnecken bestimmter Gangtiefe, Länge und Drehzahl betrieben werden. Anderseits sind Kunststoffe bekannt, die in der Nachbarschaft der Verarbeitungstemperatur einen ausgeprägten Schmelzpunkt aufweisen, welcher nur sehr wenig unterhalb der Verarbeitungstemperatur liegt. Zudem können solche Thermoplaste auch thermisch empfindlich sein. Zu diesen schwer verarbeitbaren Thermoplasten gehören z. B. Acetalharze.
Werden solche Kunststoffe auf üblichen Spritzgussmaschinen mit normalen Schnecken verarbeitet, entsteht wegen kurzer Verweilzeit des Granulats im Bereich der Plastifi zierschnecke einerseits und einer Scherzone im Vorderteil der Schnecke (auch Meteringzone genannt) mit kleinem Schergefälle eine unhomogene Schmelze, was sich bei den hergestellten Stücken im Auftreten von sog. Fischaugen, d. h. Stücken mit fleckigem Aussehen, äussert. Um diese Nachteile zu überwinden, wurde bereits vorgeschlagen, während der Plasti fizicrung dafür zu sorgen, dass sich zwischen dem spritzseitigen Schneckenende und der Spritzdüse die flüssige Kunststoffmasse unter erhöhtem Druck, dem sog.
Staudruck, ansammelt, was durch eine Druckbeaufschlagung des mit der Schnecke zurücklaufenden Schusskolbens gegen die Rücklaufbewegung erreicht wird. Diese Methode weist aber den Nachteil auf, dass die Plastifizierleistung sehr stark abfällt (je nach der Schneckengeometrie kann dieser Abfall 50 % und mehr betragen). Weiter wurde vorgeschlagen, zur Verarbeitung solcher schwer zu bearbeitender Kunststoffe Spezialschnecken besonderer Geometrie, d. h.
Schneckensteigung und Schneckengangtiefe, zu verwenden. Der Kauf einer weitern Spezialschnecke ist aber sehr r teuer, und solche Spezialschnecken weisen bei der Verarbeitung von gebräuchlichen Thermoplasten (Polyäthylen, Polystyrol usw.) auch eine stark reduzierte Förder- resp. Plastifizierleistung gegenüber Normalschnecken auf.
Es wurde nun gefunden, dass die genannten Schwierigkeiten und Nachteile bei der Verarbeitung von beispielsweise Acetalharz durch die Verwendung einer Normalschnecke mit auswechselbarem speziellem Endstück, auch Spitze genannt, überwunden werden können.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass von der Anschlussstelle des Endstückes an die Schnecke, in Spritzrichtung gesehen, sich sukzessive am Endstück ein Polygonteil und eine Drosselzone und ein Strömungskörper folgen.
Die Verwendung einer Schnecke mit einem derart ausgebildeten Endstück weist die Vorteile auf, dass auch zur Verarbeitung besonderer Kunststoffe, wie z. B. Acetalharz, mit geringen Maschinenlcosten gerechnet werden kann, da die Schnecke dieselbe bleibt und nur das Endstück gewechselt werden muss, dass die rasche und gänzliche Aufschmelzung des Granulats dank Quetschwirkung in Verbindung mit thermischen Einwirkungen gewährleistet ist und dass im Vergleich zu üblichen Thermoplasten ein nur geringfügiger Abfall der Plastifizierleistung auftritt.
Bei einer Ausführung der Erfindung besitzen die Polygonzüge eine gewisse Tiefe mit dem Vorteil der Gewährleistung der Förderleistung.
Vorteilhaft wird die Polygonzone als Sechskant ausgebildet, so dass dessen Schlüsselweite gleichzeitig zum Ansetzen eines Befestigungswerkzeuges verwendbar ist.
Es können auch konkave Polygonzüge verwendet werden mit dem Vorteil der Erhöhung des Mischraumvolumens.
Die Zeichnung zeigt drei Ausführungsvarianten der Erfindung, wobei die Fig. 1 einen Längsschnitt durch den spritzseitigen Teil des Plastizifierzylinders samt nicht massstäblich dargestellter Form zeigt, die Fig. 2 einen Querschnitt entlang II-II in Fig. 1 zeigt, die Fig. 3 einen Querschnitt ähnlich II-II von Fig. 2 in zweiter Ausführungsform zeigt, die Fig. 4 einen Querschnitt ähnlich II-II von Fig. 2 in dritter Ausführungsform zeigt, die Fig. 5 ein Detail entsprechend Schnitt V-V in Fig. 2 zeigt.
Innerhalb des Massezylinders 1 (Fig. 1 und 2) ist eine axial verschiebbare und gleichzeitig drehbare Schnecke 2 mit einem darauf befestigten Endstück 3 angeordnet. Der Zylinderkopf 4 am Massezylinder 1 ist mit einer Einspritzdüse 5 versehen, die mit der festen Formhälfte 6 der nur schematisch angedeuteten, im Vergleich zum Plastifizierzylinder stark verkleinert dargestellten Form im engem Kontakt verfahrbar ist. Die feste Formhälfte 6 umschliesst zusammen mit der beweglichen Formhälfte 7 den eigentlichen Formhohlraum 8. Die Schnecke 2 weist Schneckengänge 10 mit dem Nenndurchmesser 11 und den dazwischenliegenden Schneckenzügen 12 mit dem Kerndurchmesser 13 auf. Das Endstück 3 ist mit dem Gewinde 15 in das stirnseitige Ende der Schnecke 2 eingewindet und durch die konische Passung 16 durch vorgespanntes Anziehen gegenüber der Schnecke 2 zentriert.
Das Endstück 3 weist im Anschluss an die konische Passung 16 eine zylindrische Zone 20 mit einem dem Kerndurchmesser der Schnecke 2 entsprechenden Aussendurchmesser auf. Nach einem strömungsgerechten Übergang 21 schliesst sich eine Polygonzone, im vorliegenden Falle eine Sechskantzone 22, an. Diese Sechskantzone 22 ist dabei derart ausgebildet, dass zwischen den einzelnen Sechskantflächen 23 Kreisbogenabschnitte 24 vorgesehen sind.
Diese Kreisbogenabschnitte 24 gehen in Spritzrichtung gesehen direkt in eine Drosselzone 26 über, an die sich der an sich bekannte, je nach Bedarf gestaltete Strömungskörper 27, in vorliegendem Falle ein Konus, anschliesst. Ähnlich dem strömungsgerechten Übergang 21 aus der zylindrischen Zone 20 in die Sechskantzone 22 ist von den Sechskantflächen 23 zur Drosselzone 26 ein dem Fluss des flüssigen Thermoplasts günstiger Übergang 28 (Fig. 5) ausgebildet. Zwischen dem Nenndurchmesser 11 der Schnecke 2, der auch dem Innendurchmesser des Massezylinders 1 entspricht, und dem Aussendurchmesser der Drosselzone 26, der auch dem Durchmesser über die Kreisbogenabschnitte 24 entspricht, ist ein Strömungsspalt 30 vorgesehen, der kleiner als 10 so der Schneckenzugtiefe 14 ist. In einem konkreten Fall wurde z.
B. bei einer Schnekkenzugtiefe von 3,5 mm ein Strömungsspalt von 0,25 mm vorgesehen.
Bei der Verwendung eines derartigen Endstückes 3 ergibt sich bei der Plastizifierung auf Schnecken Spritzgussmaschinen folgende Funktionsweise:
Das zu verarbeitende Kunststoffgranulat wird durch einen nicht gezeichneten Trichter in die Maschine eingeführt, von einer nicht gezeichneten Einzugszone der Schnecke 2 übernommen und dank der Einwirkung von Scherkräften zwischen den Kunststoffkörnern, dem Mantel des Massezylinders und der Oberfläche der Schnecke einerseits und durch den Massezylinder hindurch strahlende Zusatzheizung aufgeschmolzen. Gleichzeitig wird die sich allmählich verflüssigende Kunststoffmasse durch die Schnecke gegen die Spritzdüse 5 in den Raum zwischen Endstück 3 und Massezylinderkopf 4 gefördert.
Die Spritzdüse 5 ist dabei im allgemeinen mit nicht dargestelltem, periodisch während des Plastifiziervorganges sperrendem und während des Schusses eine Passage frei lassendem Verschlusselement versehen.
Besonders bei den schwierig zu verarbeitenden Thermoplasten auf der Basis von Acetalharz ist die Verweilzeit von der Einzugszone der Schnecke bis ans Ende der nicht dargestellten sog. Meteringzone derselben zu kurz, um sämtliches Granulat gänzlich aufzuschmelzen. Es sind daher am Ende der Meteringzone noch unaufgeschlossene Granulatkörner in der Schmelze vorhanden. Diese Granulatkörner beeinträchtigen aber beim gespritzten Stück das Aussehen der Oberfläche. Durch die Verwendung eines erfindungsgemässen Endstücks 3 wird nun die von einzelnen Granulatkörnern durchsetzte Kunststoffschmelze von den zwischen den Sechskantflächen 23 und dem Massezylinder 1 gebildeten Hohlräumen aufgenommen.
Dank dem zwischen dem Massezylinder 1 und den Kreisbogenabschnitten 24 bestehenden Strömungsspalt 30 ist ein mit Quetschwirkung erfolgender Fluss von Kunststoffschmelze aus dem Bereich der einen Sechskantfläche 23 in die nächste möglich. Durch diese Quetschung wird ein restloses Aufschmelzen der noch bis in den Bereich des Endstücks 3 geförderten Granulatkörner erreicht. Die im Anschluss an die Sechskantzone 22 mit einem sehr geringen Strömungsspalt 30 gegenüber dem Massezylinder 1 vorgesehene Drosselzone 26 verunmöglicht nun weiter den freien Durchfluss von Kunststoffschmelze mit unaufgeschmolzenen Granulatkörnern aus dem Bereich des Endes der Schnecke 2 in den Bereich des Strömungskörpers 27 und damit auch in den Formhohlraum 8. Damit wird eine restlose Aufschmelzung des zu verarbeitenden Thermoplasts erreicht.
Um aber die Drosselwirkung dieser Drossel zone 26 auf ein Minimum herabzudrücken und damit die Plastifizierleistung der Plastifizier- und Einspritzschnecke 2 auf einem Maximum zu behalten, ist die Länge 26 dieser Drosselzone an deren schmalster Stelle so kurz ausgebildet, dass sie das eine bis zweifache Mass der Schneckenzugtiefe 14 aufweist. Desgleichen weisen die Kreisbogenabschnitte 24 ein un genäht gleiches Breitenmass auf.
Durch diese Anordnung wird dank dem erzwungenen Quetscheffekt einerseits, der sehr geringen Drossel zone anderseits und bei Verwendung einer normalen Schnecke erreicht, dass besonders schwer bearbeitbare Thermoplaste, wie solche auf der Acetalharzbasis, mit Plastifizierleistungen von rund 80 % gegenüber der Nominalförderung, die von der Geometrie der Schnecke abhängt, möglich. Die normalerweise zur Anwendung gelangenden Kunststoffe (Polystyrol, Polyäthylen, Cellulose-Acetat) sind erfahrungsgemäss mit 100% iger oder nur sehr wenig darunterliegender Plastifizierleistung verarbeitbar.
Gleichzeitig wird durch die Sechskantausführung des Polygonteils erreicht, dass mit einem üblichen Werkzeug (z. B. Gabelschlüssel) das Endstück 3 mit grosser Vorspannung auf das stirnseitige Ende der Schnecke aufschraubbar ist.
In gewissen Fällen kann es erwünscht sein, die Zahl der Kreisbogenabschnitte 24 zu reduzieren. Um aber bei z. B. nur drei Kreisbogenabschnitten 24 (Fig. 3) den Kerndurchmesser 13 der Schnecke 2 nicht zu unterschneiden, wird die Polygonbegrenzung gekrümmt ausgebildet (31).
Aufgabe und Wirkungsweise dieser Vorrichtungsvariante sind grundsätzlich dieselben wie oben beschrieben. Mit einem das Polygon in geeigneter Weise umfassenden Werkzeug ist das Festziehen des derart ausgebildeten Endstücks 3 ebenfalls mit grosser Vorspannung möglich.
Ist nun aber aus irgendeinem Grund eine grössere Anzahl von Kreisbogenabschnitten 24 auf den Umfang des Endstücks 3 zu verteilen, was besonders bei grossen Schneckendurchmessern der Fall sein kann, weil dann die Sehne bei einem Sechskant zu gross wird, dann werden bereits bei einer Achterteilung gemäss Fig. 4 die Zwischenräume zwischen geradlinigen Polygonbegrenzungen und dem Massezylinder 1 zu klein. Um diesem Nachteil zu begegnen, werden die Polygonbegrenzungen, im Beispiel der Fig. 4 die Achteckseiten, konkav (33) bis auf das Mass des Kerndurchmessers 13 der unmittelbar benachbarten Schnecke 2 ausgebildet.
Die Vorteile dieser Ausbildung bestehen darin, dass die gestellte Aufgabe nach Erhöhung des zwischen den Kreisbogenabschnitten 24 und dem Massezylinder 1 gebildete Polygonkammervolumen auf einfache Weise gelöst wird und dass gleichzeitig über die Ecken des Polygons mit einem normalen Spannwerkzeug ein sicherer Kraftschluss gewährleistet ist.
Die zylindrische Zone 20 am Endstück 3 kann verschiedene Längen aufweisen, besonders wenn noch ein bestimmter Mischeffekt erzielt werden soll, bevor die eigentliche Quetschung der Thermoplastmasse zu erfolgen hat. Diese zylindrische Zone 20 dient aber im wesentlichen dazu, einen wohldefinierten Über- gang von der Schnecke auf das Endstück zu bilden.