CN101394985A - 用于塑化颗粒、特别是塑料颗粒的装置以及装备有这种装置的注塑成型设备或者挤出设备 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种用于塑化颗粒、特别是塑料颗粒的装置。本发明的特征在于设有一个可旋转驱动的塑化缸(2)和一个在塑化缸(2)内部设置的、被接片(6)包围的芯棒(7)，该塑化缸包括在塑化缸(2)的内侧的至少一个基本上螺旋形接片(6)，其中形成至少一个用于输送材料的缸通道(11)。“螺杆导程”和“旋转”的功能以这样的方式转移到外部构件和塑化缸上。此外，本发明还涉及具有一个这样的塑化装置以及一个模具(12)的注塑成型装置或者挤出装置，其中塑化缸(2)的前端部设计为圆柱形的喷嘴(15)，模具(12)具有一个带有圆柱形凹槽(14)的浇注套管(13)，塑化缸(2)的喷嘴(15)可旋转地支承在凹槽中，例如，在一通过泄漏流构成的静力轴承形式的熔体薄膜上或者通过适合的径向和/或轴向轴承(17)。

Description

用于塑化颗粒、特别是塑料颗粒的装置以及装备有这种装置的注塑成型设备或者挤出设备

技术领域

本发明涉及一种用于塑化颗粒、特别是塑料颗粒的装置，用于在一注塑成型机或者一挤出设备上加工由此产生的熔体。此外，本发明还涉及一种具有这种装置的注塑成型设备或者挤出设备。

背景技术

对于在挤出和注塑成型领域内的塑料加工机，已知各种塑化装置，例如：单螺杆挤出机和双螺杆挤出机，其具有圆柱形或者圆锥形螺杆、轴向可推移的塑化螺杆(所谓推移螺杆)，具有后接活塞挤出设备的预塑化螺杆。这些已知塑化装置的共同特征在于，螺杆具有一个或者多个螺杆导程并在一塑化缸的中心旋转。塑化缸例如借助电加热带从外部加热，并通常具有一平滑的内壁；在特定实施方式中在内壁中制出槽，以便提高输送效率。在螺杆导程中，塑料被熔化并输送。通常一螺杆分成三个区域，一导入区域、一压缩区域和一排出或计量区域。螺杆通道容量从导入区域到计量区域减小。这意味着，一圆柱形的螺杆在导入区域内具有最小的芯直径、该芯直径对于待引入的转矩是决定性的，它再次将熔化能量的2/3导入塑料中。特别是在用于非常小的注射重量(Schuβgewichte)的注射单元上，如它们在微量注射成型中所要求的那样，因此对于塑化螺杆的芯直径有一技术上的下限；该下限目前为大约12mm-15mm。此外，这样的塑化装置也在具有后接活塞注射设备的微量注塑成型的领域内工作，这对熔体质量产生不利影响。

发明内容

以此为出发点，本发明的目的在于，提供一种塑化装置，它改善了热量导入到塑料颗粒中并且特别适合用于微量注射成型。

该目的通过具有权利要求1所述特征的塑化装置的实现。优选的其他设计和构造参见从属权利要求。

本发明的核心构思在于，将“螺杆导程”和“旋转”的功能转移到外部构件、亦即塑化缸上。由此产生多个优点。

一方面，在塑化装置的强度方面在实践中没有限制，因为额外的材料在塑化缸上向外、也就是说为了增大壁厚不会造成干扰。换句话说，能够提供一内直径例如小于10mm的塑化缸，该塑化缸与大约为3mm-4mm芯棒直径结合具有在其中设置的通道或缸通道，以便能够实现最小的注射重量，而如此小型化的塑化装置不会遭受强度太小的损害。塑化缸必须只具有一合适大的壁厚。借助迄今为止已知的标准结构类型，这样的小型化无论如何是不可能的。

通过塑化缸旋转驱动，借助相同的马达能够产生比在通常的标准螺杆上一更大的转矩，因为缸外直径始终且通常明显大于在与旋转驱动装置耦合的区域内的螺杆芯直径。特别是在用于微量注塑成型的具有14mm-18mm直径的螺杆上，螺杆的芯直径非常小。因此也只能产生一小的转矩或由旋转驱动装置产生的转矩能够在一极小的芯直径上导致螺杆的损坏。

此外，在能量输入和塑化效率方面也出现优点。通过新的塑化装置，一较大表面可供支配，以便将从外部导入的热量传入到塑料颗粒中，因为热量能够不仅在平滑的缸内壁区域而且通过从内壁伸入到中心的接片释放到塑料颗粒或塑料熔体上。其结果是能够减少旋转驱动装置的通过转速和转矩要引入的机械能。由于更好地导入能量，能够使在反向注射中在相同的构件尺寸上也能够达到更高的塑化效率。结果是一按本发明的塑化装置因此能够比具有标准螺杆的塑化装置做得更短(更小的长度/直径比)。

具有空心圆柱形的芯棒的构造提供多个优点，在该芯棒中一注射活塞可换向地导引。首先，塑化和喷射阶段互相分离，也就是说，各个所需的压力能够互相独立地调节；特别是在喷射时能够不在缸通道中达到相对大的压力。通过将芯棒从缸内壁主动地取下以便进行塑化和在喷射时的对接和密封与被动的回流锁止相比得到更小的在喷射时由于泄漏流导致的损失，这对注射重量的恒定有积极影响。

附图说明

以下借助实施例并参照附图进一步说明本发明。

具体实施方式

按图1，在一个固定的外壳1中通过适当的轴承3可旋转地支承一个塑化缸2，并且能够通过一个驱动装置4使该塑化缸旋转。塑化缸2在其内侧5上并且从内侧向内凸出地具有至少一螺旋形的接片6。它被一圆柱形的芯棒7穿过，从而形成至少一个缸通道11。芯棒7向后从塑化缸2中伸出，并与一个未进一步示出的且本身已知的直线驱动装置相连。在外壳1中设有一开口，用于塑料颗粒的给料漏斗9通入到该开口中。此外，在外壳1中还有一斜槽形的铣削部8，类似于一在共轴挤出工具上的心形曲线，该铣削部使从漏斗9变得松散的塑料颗粒围绕旋转固定的芯棒7分配并使其松散地进入到螺旋形缸通道11中，从那里在塑化缸2的每一转中继续输送通过缸通道11的起端。也能够设置一垂直的结构(图2)，在其中由于材料的重力有助于散开。为了加热塑化缸可以设置电的加热带29，所述加热带通过一滑动触点30与在这里未示出的电源相连。

图3示意地示出一注塑成型机或者挤出设备的具有一浇注套管13的模具，浇注套管具有一圆柱形凹槽14。塑化缸2在其前端部上具有一圆柱形喷嘴15，它与凹槽14相匹配，使得喷嘴15能够在浇注套管12中旋转；塑化缸2由此支承在浇注套管13中。通过相对运动在喷嘴15和浇注套管13之间产生的磨蚀或磨损能够借助喷嘴15和浇注套管15的合适的材料组合大大地避免。也可能的是，在喷嘴中插入横向和/或纵向槽形式的小通道16，以便在塑料熔体上产生泄漏流并且从而在喷嘴15和浇注套管13之间形成一熔体薄膜，喷嘴15按一静力轴承的形式能够在该熔体薄膜上滑动。在此产生的材料排出有意地被容许。图3的上部视图示出塑化阶段中的位置，在该位置中喷嘴15在浇注套管13中向后移动一小段，使得塑化缸2能够自由旋转。图3的下部视图示出在喷射阶段和后压阶段中的位置，在该位置中显著较大的压力出现在熔化路径中并且不进行塑化缸的旋转。在该阶段中，喷嘴15借助所需的喷嘴支承力压到浇注套管14上并且喷嘴15的前端的锥体在浇注套管14中密封，使得在该阶段上避免泄漏流。

在按图4的可选择的构造中，模具12具有一轴向和/或径向轴承17，喷嘴15在所述轴承中能够旋转。在该构造中，在模具12和喷嘴15之间形成一小的缝隙，通过缝隙熔体能够以小的量排出。该缝隙能够在必要时通过一滑动轴承套圈18密封。该构造允许支承较大的(长的和厚的)和相对较重的塑化缸2，并且非常适合于挤出设备，因为在挤出时在塑化缸2和挤出模具12之间没有发生轴向运动。

在图5中示出按本发明的塑化装置在挤出领域内的使用。通过旋转的塑化缸2输送、熔化和充分混合塑料颗粒。通过连续跟进的材料产生一熔化压力，它导致熔体在喷嘴15上排出并且流过这里未示出的一挤出模具。如果希望更高的熔化压力，那么可以在旋转的塑化缸2之前加建一熔体泵，例如一齿轮泵。

图6.1和6.2示出按本发明的塑化装置在注塑成型时的使用，其中为了通过喷嘴15封闭和释放熔体流设置一能够主动开关的封闭喷嘴28。在按图6.1的塑化阶段中，塑料颗粒通过旋转的塑化缸2输送、熔化和混合，其中通过跟进的材料形成一熔化压力。因为在该阶段中封闭喷嘴28位于“关闭”位置上，所有芯棒7通过由于熔化压力(也称为滞止压力)向后移动。该运动借助图6.1中向右指向的箭头表示。通过借助于直线驱动装置作用到芯棒7上的适当的反作用力，能够调节所要的滞止压力。在塑化阶段终止时，芯棒7位于一后部的位置上。在封闭喷嘴28切换到“开启”位置之后，芯棒7能够借助直线驱动装置向前移动，其中熔体通过现在打开的喷嘴15注入到注塑模具中(图6.2)。该运动在图6.2中借助向左指向的箭头表示。在此，熔体能够通过缸通道11向后回移。这在一定程度以下可以通过同时的塑化通过塑化缸的旋转来补偿。在这种情况下，建立回流和输送压力的压力平衡。

按本发明的塑化装置的另一变型方案以下借助于图7.1至7.4说明。与上述实施方式不同，在当前的情况下芯棒7构成为空心圆柱形构件，并在其内部具有一注射活塞19。空心圆柱形芯棒7以及注射活塞19能够借助合适的直线驱动装置互相独立地在轴向上前后移动。在塑化阶段(图7.1)中，芯棒7位于一后退的位置上，在该位置上它与塑化缸2的内壁具有一可预定的距离，使得熔体进入芯棒7中并能够使注射活塞19向后移动。由此阻止熔体从喷嘴15中排出，使得在注塑模具12中的浇注通道由于此前的喷射过程还被硬化的塑料熔体(浇注口23)填充，喷嘴15由此被密封。塑化在冷却时间的期间进行，使得喷嘴15足够长时间地保持封闭。但是，替代浇注件23，也能够设置一个如在按图6.1和图6.2的构造中的封闭喷嘴；由此，塑化过程与冷却时间脱开。如果塑化结束，塑化缸2静止，芯棒7首先在必要时和注射活塞19一起向前移动，并且相对于缸通道11封闭注射活塞腔20(图7.2)，即使在高的喷射压力时。芯棒7在该情况下作为一种封闭喷嘴在注射活塞腔20和缸通道11之间发挥作用。然后，喷射过程能够通过注射活塞19向前移动实施(图7.3)。后压力同样能够由注射活塞19施加。在喷射和后压力阶段结束后，芯棒7在必要时与注射活塞19一起回移到其后退的位置(图7.4)，以便再次与塑化缸2的内壁形成一缝隙，并且使熔体能够进入芯棒7内和能够开始一个新的注塑循环。

为了抑止在塑化缸2旋转时芯棒的扭转，而不使直线驱动装置负载，芯棒能够在固定的外壳的区域内和沿轴向行程的长度具有抗扭转装置，例如纵向槽，它们与在固定外壳中的相应齿轮啮合。在使用一注射活塞时，同样能够设置这样的抗扭转装置。

图8.1至图8.4示出上述实施方式的扩展构造，以便能够实现先入先出的原则。芯棒7从其前端部间隔距离地具有分部在圆周上的多个熔体孔21。以同样的方式，注射活塞具有长度L的分布在圆周上的槽通道22。在按图8.1和8.2的视图中，注射活塞相对于芯棒7位于“开启”位置上，在该位置上熔体孔21与槽通道22相通。熔体孔21的布置和走向设计成，使在塑化过程的开始，当注射活塞19位于其前端部时，熔体孔在后部上与槽通道22相通。除了一最小的缝隙，芯棒7紧密地紧贴在塑化缸的内壁上，使得一方面避免磨损，另一方面没有粘稠的熔体能够穿过缝隙。通过塑化缸的旋转产生的熔体通过熔体孔21首先进入槽通道22中。从那里熔体流到注射活塞19之前，将注射活塞向后移动，其中首先到达的熔体在芯棒7的前端部上聚集，并且注射活塞腔20连续被后续熔体填充。其中，最后到达的熔体总是直接位于注射活塞19之前，使得在后续喷射过程中首先产生的熔体也首先离开注射活塞腔20(先入先出)。当塑化结束时，注射活塞19到达其后端的位置时(图8.3)，熔体孔21通过注射活塞19的旋转封闭(图8.4)，注射活塞19能够向前移动，以便将熔体注射到模具中。可能的“塑化行程”由槽通道22的长度L确定或着由在注射活塞19的前端部和熔体孔21与槽通道22相通的部位之间的距离确定。

在按图9以及9.1和9.2的按本发明的塑化装置的另一实施方式中，在旋转驱动的塑化缸2中，芯棒7设计为轴向可移动的空心圆柱形构件，并在其内部替代注射活塞具有一可旋转或者直线驱动的螺杆31。芯棒7在某种程度上与一整套的标准挤出设备或一整套的标准塑化装置相应，它在旋转的塑化缸中能够轴向移动。这种塑化装置适于在夹层方法中制造多组分塑料模制件(可参看图9.1和9.2)。在此，由外部塑化缸产生一位于前端的第一熔体块32，而标准塑化装置7产生一位于后端的第二熔体块33。图9.2示出在塑化阶段结束时的情况。例如，以这种方式能够在由后端熔体块组成的发泡的芯上形成一具有由前端熔体块组成的致密的表层的塑料模制件。但是，构成芯的后端熔体块33却也能够简单地由一更廉价的不发泡的塑料制成。由结构决定，这样塑化装置更适于较大的注射重量。

在图10中示出一按本发明的塑化装置，其中为了驱动塑化缸2，设置一具有定子24.1和转子24.2的第一空心轴马达24，其中塑化缸装入到空心轴马达的转子24.2中。但是，转子24.2也能够由塑化缸2构成，例如，当在塑化缸的外侧上安装合适的磁铁时，它们在与由定子产生的磁场的相互作用中使塑化缸旋转。为了芯棒7的直线驱动，设置一具有后接的螺杆驱动装置的一第二空心轴马达25，以便将转子25.2的旋转运动转换为芯棒7的直线运动。为此，在转子25.2中固定一丝杠螺母26，并且芯棒7具有一与丝杠螺母26啮合的螺纹段27。此外，设置一合适的抗扭转装置34，以便阻止芯棒7被带动转动。在塑化时，第二空心轴马达25的转速能够如此与第一空心轴马达24的转速相协调，使得由于转速差能够调节所需的滞止压力。在喷射时，第一空心轴马达24停止，只有第二空心轴马达25驱动。该构造非常适于微量注塑成型，当驱动装置同时是塑化装置，人们只需将驱动装置对接到封闭单元上时。此外，在第一空心轴马达24运行时能够利用本来出现的用于加热塑化缸2的热量；有时能够省弃塑化缸2的额外加热。必要时，在芯棒7内部能够设置用于加热流体或者一电的电阻加热的通道，以便能够将额外的热量输送到塑化缸内部。

在所有上述实施方式中，塑化装置都能够由一适合的安全外壳包围和容纳，以便使用人员不会受伤。

附图标记清单

1       外壳

2       塑化缸

3       轴承

4       旋转驱动装置

5       缸内壁即内侧

6       接片

7       芯棒

8       铣削部

9       漏斗

10      塑料颗粒

11      缸通道

12      模具

13    浇注套管

14    圆柱形的凹槽

15    喷嘴

16    泄漏流通道

17    轴向和/或径向轴承

18    滑动轴承套圈

19    注射活塞

20    注射活塞腔

21    熔体孔

22    槽通道

23    浇注口

24    第一空心轴马达(24.1＝定子；24.2＝转子)

25    第二空心轴马达(25.1＝定子；25.2＝转子)

26    丝杠螺母

27    螺纹段

28    封闭喷嘴

29    加热带

30    滑动触点

31    螺杆

32    前端的熔体块

33    后端的熔体块

Claims (15)

1.用于塑化颗粒、特别是塑料颗粒的装置，其特征在于，设有一可旋转驱动的塑化缸(2)和一在塑化缸(2)内部设置的且被接片(6)包围的芯棒(7)，该塑化缸具有在塑化缸(2)的内侧的至少一个基本上螺旋形的接片(6)，其中形成至少一个用于输送材料的缸通道(11)。

2.按权利要求1所述的装置，其特征在于，塑化缸(2)的后端部可旋转地支承在一固定的外壳(1)中，并且外壳(1)具有一斜槽形的铣削部(8)。

3.按权利要求1或2所述的装置，其特征在于，在芯棒(7)内部设置一轴向可移动的注射活塞(19)。

4.按权利要求3所述的装置，其特征在于，芯棒(7)和注射活塞(19)能够互相独立地轴向移动。

5.按权利要求3或4所述的装置，其特征在于，芯棒具有径向设置的熔体孔(21)，所述熔体孔可通过在芯棒(7)和注射活塞(19)之间的相对运动封闭。

6.按权利要求1或2所述的装置，其特征在于，在芯棒(7)的内部设置一可直线驱动或者可旋转驱动的螺杆(31)。

7.按权利要求6所述的装置，其特征在于，螺杆(31)和芯棒(7)能够互相独立地沿轴向移动。

8.按权利要求1至7任一项所述的装置，其特征在于，一个或多个电运行的加热带(29)设置在塑化缸(2)上，所述加热带通过滑动触点(30)与一电源相连。

9.按权利要求1至8任一项所述的装置，其特征在于，设置一第一空心轴马达(24)作为用于塑化缸(2)的旋转驱动装置，其中塑化缸(2)安装在转子(24.2)的内部或者转子(24.2)形成塑化缸(2)。

10.按权利要求1至9任一项所述的装置，其特征在于，设置一包括后接的螺杆驱动装置的第二空心轴马达(25)作为用于芯棒(7)的直线驱动装置。

11.按权利要求10所述的装置，其特征在于，在转子(25.2)中安装一丝杠螺母(26)或者转子(25.2)设计为丝杠螺母(26)，并且芯棒(7)具有一螺纹段(27)，该螺纹段与丝杠螺母(26)啮合。

12.具有上述权利要求任一项所述的塑化装置以及一模具(12)的注塑成型装置或者挤出装置，可以将熔体注入到所述模具中或者使熔体穿过模具挤出，其特征在于，塑化缸(2)的前端部设计为圆柱形的喷嘴(15)，并且模具(12)具有一个带有圆柱形的凹槽(14)的浇注套管(13)，塑化缸(2)的喷嘴(15)能够在所述凹槽中旋转。

13.按权利要求12所述的装置，其特征在于，在喷嘴(15)和浇注套管(13)之间设置一通过泄漏流、特别是通过泄漏流通道(16)产生的熔体薄膜作为静压轴承。

14.按权利要求12所述的装置，其特征在于，塑化缸(2)的前端部设计为圆柱形的喷嘴(15)，并且该喷嘴(15)通过一轴向和/或径向轴承(17)可旋转地支承在模具(12)中。

15.按权利要求14所述的装置，其特征在于，在喷嘴(15)的前端部和模具(12)之间设置一滑动轴承套圈(18)。

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