DE10060049A1 - Spritzeinheit - Google Patents

Abstract

Offenbart ist eine Spritzeinheit für eine vorzugsweise elektromechanisch betätigte Spritzgießmaschine, bei der eine Schnecke in einem Plastifizierzylinder geführt ist. Die Schnecke ist als Hohlschnecke ausgeführt und nimmt einen Einspritzkolben auf, über den die über die Schnecke plastifizierte Formmasse in ein Werkzeug einspritzbar ist. Der Einspritzkolben und die Schnecke können getrennten Antriebsmotoren oder einem gemeinsamen Antriebsmotor zugeordnet sein.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spritzeinheit für eine Spritzgießmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei herkömmlichen Spritzgießmaschinen hat eine Spritzeinheit einen Plastifizierzylinder, in dem eine axial verschiebbare Schnecke geführt ist. Über die Schnecke wird der Rohstoff aus einem Reservoir, beispielsweise einem Trichter eingezogen, aufgeschmolzen und homogenisiert. Diese plastifizierte Kunststoffmasse kann dann durch eine Hubbewegung der Schnecke (Schneckenkolbenmaschine) oder mittels eines zusätzlichen Einspritzkolbens über die in Anlage an das Spritzgießwerkzeug gebrachte Düse in die Werkzeugkavität eingespritzt werden.

In der US 5,863,567 ist eine Spritzgießmaschine mit elektromechanischem Antrieb gezeigt, bei der die von der Schnecke plastifizierte Kunststoffmasse über ein Rückschlagventil in einen Sammelraum gefördert und von dort über einen der Schnecke nachgeschalteten Einspritzkolben in das Werkzeug eingespritzt wird.

Nachteilig bei dieser Lösung ist, daß ein Zylinder für den Einspritzkolben und ein weiterer, parallel geschalter Zylinder für die Schnecke vorgesehen werden muß, so daß diese Spritzeinheit einen erheblichen Bauraum erfordert. Der Vorteil einer derartigen zweistufigen Spritzeinheit besteht darin, daß der Zylinder zur Aufnahme des Einspritzkolbens mit einem geringeren Durchmesser als bei herkömmlichen Schneckenkolben-Spritzeinheiten ausgeführt werden kann. Desweiteren ist es bei einer herkömmlichen Schneckenkolben- Spritzeinheit erforderlich, den Hub der Schnecke zu begrenzen, um die variable Länge für den eigentlichen Plastifizier- und Homogenisiervorgang gering zu halten.

Bei großen Schußgewichten ist es bei elektromechanisch betätigten Spritzgießmaschinen mit Schneckenkolben-Spritzeinheit häufig erforderlich, zwei Schneckenkolbenspindeln parallel zu schalten, so daß ein ähnlich hoher Aufwand wie bei der Zweistufeneinheit gemäß der US 5,863,576 erforderlich ist.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine auch für elektromechanische Anwendungen geeignete Spritzgießmaschine zu schaffen, bei der mit minimalem vorrichtungstechnischen Aufwand eine Herstellung von Kunststoffbauteilen mit hohem Schußgewicht möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Spritzeinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß hat die Spritzeinheit eine in einem Plastifizierzylinder geführte, als Hohlschnecke ausgeführte Schnecke in der ein Einspritzkolben axial verschiebbar geführt ist.

Diese erfindungsgemäße Konstruktion hat gegenüber den herkömmlichen Konstruktionen den wesentlichen Vorteil, daß die Schließeinheit äußerst kompakt mit minimalem vorrichtungstechnischen Aufwand ausgeführt werden kann. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß der Einspritzkolben mit einem vergleichsweise geringen Durchmesser ausgebildet werden kann, da die für das Schußgewicht erforderliche Menge an Kunststoff über den Hub des Einspritzkolbens zur Verfügung gestellt wird. Bei der erfindungsgemäßen Lösung kann aufgrund der kleineren Wirkfläche des Kolbens auch ein Antrieb mit geringerer Leistung verwendet werden. Diese Lösung ist besonders vorteilhaft bei Spritzgießmaschinen mit elektrischen Antrieben einsetzbar. Bei elektrisch betätigten Maschinen, wobei unter "elektrisch betätigt" auch Hybridlösungen mit einer Kombination von elektrischen und mechanischen oder hydraulischen Elementen verstanden wird, stehen zum Antrieb der Schnecke und des Einspritzkolbens zwei Alternativkonzepte zur Verfügung:
Gemäß einer Alternative wird beiden Aggregaten eine gemeinsamer Antrieb zugeordnet, wobei über zwischengeschaltete Kupplungselemente/Bremsen die Wirkverbindung zwischen Antrieb und. Schnecke bzw. Einspritzkolben steuerbar ist.

Gemäß der zweiten Alternative ist dem Einspritzkolben und der Schnecke jeweils ein eigener Antrieb zugeordnet.

Zur Betätigung des Einspritzkolbens wird vorzugsweise ein Spindelantrieb verwendet, wobei über den Antriebsmotor und ein ggf. zwischengeschaltetes Getriebe eine mit einer Kugelrollspindel kämmende Kugelumlaufmutter angetrieben wird, so daß die Drehbewegung der Kugelumlaufmutter in eine Axialverschiebung der an den Einspritzkolben angekoppelten Spindel umgesetzt wird.

Die Spritzeinheit kann besonders kompakt aufgebaut werden, indem die beiden Antriebe für die Schnecke und den Einspritzkolben in einem gemeinsamen Gehäuse aufgenommen sind.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird die über die Schnecke aufgeschmolzene Masse in einen Sammelraum gefördert und tritt von dort in die Innenbohrung der Hohlschnecke ein. Im Übergangsbereich zwischen dem die Schnecke umgebenden Schneckenkanal und dem Sammelraum ist erfindungsgemäß eine Schneckendüse ausgebildet, die über eine Ventilanordnung verschließbar ist, um beim Einspritzen eine Rückströmung des über den Einspritzkolben mit. Druck beaufschlagten Materials in den Schneckenkanal verhindern.

Der konkrete Aufbau dieser Ventilanordnung ist Gegenstand einer Patentanmeldung der Anmelderin mit dem gleichen Anmeldetag wie die vorliegende Anmeldung. Hinsichtlich weiterer Einzelheiten dieser Konstruktion sei daher auf diese Parallelanmeldung Bezug genommen.

Gemäß einer vorteilhaften Variante wird die Schnecke mit einer Heizung ausgeführt, so daß das sich innerhalb der Schnecke befindliche Kunststoffmaterial auch bei einer Maschinenstörung im Schmelzzustand gehalten wird.

Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.

Im folgenden werden zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Spritzeinheit mit zwei Antriebsmotoren und

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer Spritzeinheit mit einem gemeinsamen Antriebsmotor.

Fig. 1 zeigt in stark vereinfachter Form eine Spritzeinheit 1 einer Spritzgießmaschine mit elektromechanischem Antrieb, wobei über die Spritzeinheit 1 eine plastifizierte Formmasse in die Kavität eines in Fig. 1 angedeuteten Werkzeugs 2 einspritzbar ist. In Fig. 1 ist lediglich die düsenseitige Hälfte des Werkzeugs 2 dargestellt, die auf einer düsenseitigen Werkzeugspannplatte gespannt ist. Das Werkzeug wird über die nicht dargestellte Schließeinheit geöffnet oder in seiner Schließstellung gehalten.

Die in Fig. 1 dargestellte Einspritzeinheit 1 hat einen beheizten Plastifizierzylinder 4, an dem stirnseitig eine Düse 6 befestigt ist, die in Anlage an eine Angußbuchse 8 bringbar ist. Der Plastifizierzylinder 4 hat desweiteren eine Zuführöffnung 10, auf die ein Trichter 12 zum Zuführen von Granulat aufgesetzt ist.

In einem düsenseitig von der Düse 6 verschlossenen Zylinderraum 14 des Plastifizierzylinders 4 ist eine Schnecke 16 drehbar gelagert, deren von der Düse 6 entfernter Endabschnitt dichtend an der Innenumfangswandung des Plastifizierzylinders 4 geführt ist. Durch diese einerseits und die Schnecke 16 andererseits wird ein spiralförmiger Schneckenraum 18 begrenzt, entlang dem sich die Formmasse von der Zuführöffnung 10 hin zur Düse 6 bewegt.

Die Schnecke 16 ist als Hohlschnecke ausgeführt und hat einen Innenraum 20, in dem ein Einspritzkolben 22 gleitend geführt ist. Im Bereich zwischen dem in Fig. 1 linken Endabschnitt der Schnecke 16 und der Düse 6 ist ein Sammelraum 24 für die Formmasse ausgebildet, in dem diese vom Schneckenraum 18 hin zum Innenraum 20 der Schnecke 16 umgelenkt wird. Im Bereich dieses Innenraums 20 ist eine als Rückschlagventil wirkende Ventilanordnung 26 ausgebildet, die eine Rückströmung der Kolbenmasse vom Sammelraum 24 in den Schneckenraum 18 verhindert.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Düse 6 axial verschiebbar in der Stirnseite des Plastifizierzylinders 4 gelagert und hat ein Ventil 28, das beim Auflaufen der Düse 6 auf die Angußbuchse 8 geöffnet wird, so daß die Formmasse durch die Düse 6 hindurch durchtreten kann. Das Ventil 28 und die Ventileinrichtung 26 sind in der eingangs genannten Parallelanmeldung näher erläutert.

Der Plastifizierzylinder 4 ist an ein Gehäuse 30 der Spritzgießmaschine angesetzt, wobei der in Fig. 1 rechte Endabschnitt der Schnecke 16 in den Innenraum des Gehäuses 30 eintaucht. Der Einspritzkolben 22 hat einen in Radialrichtung zurückgesetzten Stempel 32, der aus der Schnecke 16 hervorsteht. Dieser ist mit einer gegen Verdrehung blockierbaren Kugelrollspindel 34 verbunden, deren Mutter drehbar im Gehäuse 30 gelagert ist, so daß eine Drehung der Mutter 36 in eine Axialverschiebung der Kugelrollspindel 34 umgesetzt wird. Der Antrieb der Mutter 36 erfolgt über einen Spindelmotor 38 und ein zwischengeschaltetes Getriebe 40.

An dem in das Gehäuse 30 vorstehenden Endabschnitt der Schnecke 16 ist eine Außenverzahnung ausgebildet, die mit einem Ausgangsrad eines Getriebes 42 eines Schneckenmotors 44 kämmt.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind der Schneckenmotor 44 und der Spindelmotor 38 axial versetzt hintereinander liegend im Gehäuse 30 aufgenommen.

Die gesamte Spritzeinheit 1 läßt sich über einen weiteren, nicht dargestellten hydraulischen oder elektrischen Antrieb entlang dem Maschinenbett 46 verfahren, um die Düse 6 in Anlage an die Angußbuchse 8 oder weg von dieser zu fahren.

Die Schnecke 16 kann ebenfalls wie der Plastifizierzylinder 4 mit einer Heizung versehen sein, um die Formmasse aufzuschmelzen.

Zum Einspritzen von Formmasse in die Kavität des Werkzeuges 2 wird zunächst die Spritzgießmaschine auf ihre Betriebstemperatur gebracht und anschließend der Schneckenmotor 44 angesteuert, so daß die Schnecke 16 innerhalb des aufgeheizten Plastifizierzylinders 4 gedreht wird. Ähnlich wie bei einem Extruder wird dann durch die Schneckenwendel Kunststoffgranulat aus dem Trichter 12 in den Schneckenraum 18 eingezogen und während der weiteren Förderung zur Düse 6 hin aufgeschmolzen und homogenisiert (Plastifiziervorgang). Die plastifizierte Formmasse tritt dann durch einen Spalt oder eine Düse am Endbereich der Schnecke 16 in den Sammelraum 24 ein, wobei durch den Formmassendruck die Ventileinrichtung 26 in die Öffnungsstellung gebracht ist, während das Ventil 28 in Schließstellung gehalten wird. Die Formmasse tritt dann in den Innenraum 20 der Schnecke 16 ein, wobei in Abhängigkeit von der Geometrie der Schnecke 16 und der Drehzahl des Schneckenmotors 44 sowie der auf den Einspritzkolben 22 wirkenden Axialkraft ein Staudruck im Innenraum 20 aufgebaut wird. Dieser Staudruck kann dazu verwendet werden, um den Einspritzkolben 22 in seine hintere Ausgangsposition (rechts in Fig. 1) zurückzubewegen. Diese Rückbewegung kann selbstverständlich auch durch Ansteuerung des Schneckenmotors 38 durchgeführt werden. Prinzipiell kann durch Ansteuerung des Schneckenmotors 38 auch der Staudruck im Innenraum 20 beeinflußt werden, indem die Rückbewegung des Einspritzkolbens 22 gebremst wird.

Anschließend wird die Düse 6 in ihre Anlageposition an der Angußbuchse 8 gebracht und nach Aufbau des vorbestimmten Staudrucks im Sammelraum 24 und im Innenraum 20 der Schneckenmotor 44 abgeschaltet oder zumindest dessen Drehzahl verringert und der Spindelmotor 38 angesteuert, so daß der Einspritzkolben 22 einen Einspritzhub durchführt. Durch den entstehenden Druck im Innenraum 20 und im Sammelraum 24 oder durch Wirkverbindung mit dem Ventil 28 wird die Ventileinrichtung 26 geschlossen, so daß der Schneckenraum 18 gegenüber dem Sammelraum 24 abgesperrt ist. Durch das Auflaufen der Düse 6 auf die Angußbuchse ist das Ventil 28 geöffnet, so daß die aufgeschmolzene Formmasse durch die Düse 6 hindurch in die Angußbuchse 8 und damit in die Kavität des Werkzeugs eintreten kann. Die Ansteuerung des Spindelmotors 38 erfolgt in Abhängigkeit vom vorbestimmten Schußgewicht, so daß das maximale Schußgewicht vom möglichen Hub der Kugelrollspindel 34, vom Innendurchmesser der Schnecke 16 und - in gewissem Umfang - auch von der Antriebsleistung des Schneckenmotors 38, sowie selbstverständlich von der Geometrie des Angußkanals und der Kavität abhängt.

Nach der Einspritz- und Nachdruckphase wird die Düse 6 von der Angußbuchse 8 abgehoben und der Schneckenmotor 44 zum Plastifizieren der Formmasse angesteuert - der Zyklus beginnt von Neuem.

Den beiden Antriebsmotoren 44, 38 können Kupplungs- und Bremseinrichtungen zugeordnet sein, um die zugeordneten Aggregate (Kugelrollspindel 34, Schnecke 16) in bestimmten Phasen des Einspritzvorganges abzubremsen oder in einer vorbestimmten Relativposition zu halten.

In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schließeinheit 1 gezeigt, bei dem anstelle zweier Motoren 38, 44 ein einziger, gemeinsamer Motor 38 verwendet wird, um die Kugelrollspindel 34 und die Schnecke 16 anzutreiben.

Der Motor 38 hat zwei Antriebswellen 46, 48, die über jeweils eine Kupplungs-/Bremseinrichtung 50, 52 mit der Eingangswelle 54, 56 des zugeordneten Getriebes 42 bzw. 40 verbunden ist.

Über die jeweilige Kupplungs-/Bremseinrichtung 50, 52 kann das zugeordnete Aggregat, das heißt, die Schnecke 16 bzw. die Kugelrollspindel 34 vom Antriebsmotor 38 abgekoppelt und in einer vorbestimmten Drehposition fixiert werden, während das andere Aggregat über den Antriebsmotor 38 angetrieben wird. Das heißt, während der Drehung der Schnecke 16 zum Einziehen und Plastifizieren der Formmasse wird die Kupplung 52 geöffnet und die Bremse fällt ein, um die Kugelrollspindel 34 in ihrer vorbestimmten Bezugsposition zu halten. Über die Bremse kann auch zur Einstellung des Staudrucks im Innenraum 20 ein der Rückzugbewegung des Einspritzkolbens 22 entgegenwirkender Widerstand eingestellt werden. Nach Aufbau des Staudrucks und Füllen des Sammelraums 20 wird die Rückverbindung zu dem Antriebsmotor 38 und dem Getriebe 42 der Schnecke 16 unterbrochen und diese ggf. über die Bremse festgelegt. Gleichzeitig greift die Kupplung 52 und der Bremseingriff wird gelöst, so daß die Drehbewegung des Motors 38 über das Getriebe 40 auf die Mutter 36 übertragen und in eine Axialverschiebung der Kugelumlaufspindel 34 umgesetzt wird.

Diese Variante hat den Vorteil, daß der Bauraum gegenüber der vorbekannten Lösung noch weiter verkleinert werden kann, wobei die Investitionskosten bei einem einzigen, etwas größer auszulegenden Antriebsmotor erheblich geringer als bei der Verwendung von zwei etwas kleineren, unabhängig voneinander angesteuerten Motoren sein dürften.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Variante könnte der Antriebsmotor 28 auch als Antrieb für die Verfahrbewegung der Spritzeinheit 1 entlang des Maschinenbetts 46 verwendet werden.

Hinsichtlich der Funktion entspricht das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel, so daß auf weitere Erläuterungen verzichtet werden kann.

Selbstverständlich können auch andere Düsenkonstruktionen als die in Fig. 1 dargestellte Verschlußdüse eingesetzt werden, um den erforderlichen Staudruck aufzubauen und den Schneckenraum 18 gegenüber dem Sammelraum 24 abzusperren.

Offenbart ist eine Spritzeinheit für eine vorzugsweise elektromechanisch betätigte Spritzgießmaschine, bei der eine Schnecke in einem Plastifizierzylinder geführt ist. Die Schnecke ist als Hohlschnecke ausgeführt und nimmt einen Einspritzkolben 22 auf, über den die über die Schnecke plastifizierte Formmasse in ein Werkzeug einspritzbar ist. Der Einspritzkolben 22 und die Schnecke 16 können getrennte Antriebsmotoren oder einem gemeinsamen Antriebsmotor zugeordnet sein.

Bezugszeichenliste

1

Spritzeinheit

2

Werkzeug

4

Plastifizierzylinder

6

Düse

8

Angußbuchse

10

Zuführöffnung

12

Trichter

14

Zylinderraum

16

Schnecke

18

Schneckenraum

20

Innenraum

22

Einspritzkolben

24

Sammelraum

26

Ventileinrichtung

28

Rückschlagventil

29

Düse

30

Gehäuse

32

Stempel

34

Kugelrollspindel

36

Mutter

38

Spindelmotor

40

Getriebe

42

Getriebe

44

Schneckenmotor

46

Antriebswelle

48

Antriebswelle

50

Kupplungs-/Bremseinrichtung

52

Kupplungs-/Bremseinrichtung

54

Eingangswelle

56

Eingangswelle

Claims (9)

1. Spritzeinheit für eine Spritzgießmaschine, mit einem beheizten Plastifizierzylinder (4), in dem eine Schnecke (16) geführt ist, über die Kunststoff eingezogen, plastifiziert und in Richtung zu einer Düse (6) gefördert wird, und mit einer Einspritzvorrichtung, über die der plastifizierte Kunststoff durch die Düse (6) in ein Werkzeug (2) einspritzbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzvorrichtung ein Einspritzkolben (22) ist, der in der Schnecke (16) axial verschiebbar geführt ist.

2. Spritzeinheit nach Patentanspruch 1, wobei dem Einspritzkolben (22) und der Schnecke (16) jeweils ein eigener, elektromechanischer Antrieb (38, 44) zugeordnet ist.

3. Spritzeinheit nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei Einspritzkolben (22) und Schnecke (16) ein gemeinsamer, elekromechanischer Antriebsmotor (38, 44) zugeordnet ist, der über eine Schneckenkupplung (50) und eine Kolbenkupplung (52) mit dem Einspritzkolben (22) bzw. der Schnecke (16) in Wirkverbindung bringbar ist.

4. Spritzeinheit nach Patentanspruch 2 oder 3, wobei eine Ausgangswelle (48) des Antriebs (38) über einen Spindelantrieb (34, 36) mit dem Einspritzkolben (22) verbunden ist.

5. Spritzeinheit nach einem der Patentansprüche 2 bis 4, wobei die Antriebe (38, 40) in einem gemeinsamen Gehäuse (30) aufgenommen sind.

6. Spritzeinheit nach einem der Patentansprüche 2 bis 5, wobei jedem Antrieb (38, 40) zumindest eine Bremse zum Abbremsen des zugeordneten Aggregats zugeordnet ist.

7. Spritzeinheit nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Plastifizierzylinder (4) einspritzseitig eine Ventilanordnung (26) zum Absperren eines von der Schnecke (16) begrenzten Schneckenraums (18) gegenüber dem Innenraum (20) und einem Sammelraum (24) hat.

8. Spritzeinheit nach Patentanspruch 7, wobei im Übergangsbereich zwischen Schneckenraum (18) und Sammelraum (24) eine Düse ausgebildet ist.

9. Spritzeinheit nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Schnecke (16) beheizt ist.