DE102006033507A1 - Plasticizer for use in diverse plastic injection molding and extrusion processes, has multi-zone screw made from alloyed tool steel with ion-nitrided, highly-polished surface - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Kunststoff-Plastifiziereinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrzonenschnecke einer solchen Kunststoff-Plastifiziereinrichtung sowie Verwendungen einer derartigen Plastifiziereinrichtung.The The invention relates to a plastic plasticizer according to the preamble of claim 1, a method for producing a Multi-zone screw of such a plastic plasticizer and uses of such a plasticizer.
Kunststoff-Plastifiziereinrichtungen der gattungsgemäßen Art sind seit vielen Jahren als wesentliche Komponenten von Kunststoff-Spritzgießmaschinen bekannt und im praktischen Einsatz. In den letzten Jahren haben sie auch immer breiteren Einsatz bei Extrudern, etwa zur hochproduktiven Herstellung von Kunststoffrohren, Kabelmänteln oder dergleichen, in Kunststoff-Blasmaschinen vom kontinuierlich arbeitenden Typ sowie auch in Kunststoff-Regranuliermaschinen zur Gewinnung von gereinigtem Kunststoffgranulat aus verunreinigten Kunststoffabfällen gefunden.Plastic plasticizing of the generic type have been for many years as essential components of plastic injection molding machines known and in practical use. Have in recent years they are also becoming more widely used in extruders, for example for highly productive ones Production of plastic pipes, cable sheaths or the like, in Plastic blow molding machines of the continuous type as well also in plastic reclaiming machines for the production of purified Plastic granules found from contaminated plastic waste.
Plastifiziereinrichtungen
der hier in Rede stehenden Art sind etwa aus der
Zur
Charakterisierung der Schnecke kann man beispielsweise deren Schneckensteghöhe verwenden.
Die Schneckensteghöhe
T ergibt sich aus der Differenz von Durchmesser D1 der
Schnecke und des Schneckenkerns:
Eine
weitere häufig
verwendete Kerngröße zur Unterscheidung
verschiedener Schnecken oder auch verschiedener Zonen ist die Steigung
S der Schnecke. Hierunter versteht man das Produkt von Faktor H
und Schneckendurchmesser D1. Im Rahmen der
Erfindung wird hierbei unter Steigung S der Abstand vom Anfang eines
Schneckenstegs bis zum Anfang eines benachbarten Schneckenstegs
verstanden.
Darüber hinaus ist eine weitere häufig benutzte Größe zur Beschreibung der Schneckeneigenschaften die sogenannte Profilbereichslänge L. Hierunter versteht man die Länge des profiltragenden Anteils der Schnecke. Die Schneckenlängen L werden häufig im Verhältnis zu D1 angegeben und betragen bei den heutigen Schnecken im allgemeinen 15-20 D1, wobei die Durchmesser D1 in aller Regel zwischen 45 und 200 mm liegen. Weiterhin wichtig ist das Gangtiefenverhältnis G bei der Beurteilung der Schneckenqualität. Standardmäßig hat sich heutzutage ein Gangtiefenverhältnis G von etwa zwischen 2:1 und 3:1 bewährt.In addition, another frequently used variable for describing the screw characteristics is the so-called profile length length L. This is understood to be the length of the profile-carrying portion of the screw. The screw lengths L are often given in relation to D 1 and are in today's screws generally 15-20 D 1 , wherein the diameter D 1 are usually between 45 and 200 mm. Also important is the flight depth ratio G in the assessment of the screw quality. By default, today a flight depth ratio G of approximately between 2: 1 and 3: 1 has been proven.
Bei vielen Schnecken hat nun der Schneckenkern keinen einheitlichen Durchmesser.at many snails now the Schneckenkern has no uniform Diameter.
Vielmehr haben sich in der Praxis des Spritzgießens thermoplastischer Formmassen sogenannte Dreizonenschnecken bewährt. Bei diesen kann man aufgrund der Ausgestaltung und Funktion über die gesamte Schneckenlänge im wesentlichen drei Abschnitte oder Zonen unterscheiden, nämlich Einzug, Kompression und Metering.Much more have in practice the injection molding of thermoplastic molding materials proven so-called three-zone screws. These can be due to the design and function over the entire length of the snail essentially distinguish three sections or zones, namely intake, compression and metering.
Die in Förderrichtung der Schnecke erste Zone ist die Einzugs- oder auch Feedzone. Sie weist die relativ größte Schneckensteghöhe T aller Abschnitte der Schnecke auf und dient zum "Einziehen" der Formmasse, wozu sie beispielsweise mit einem Trichter verbunden ist. In der Feedzone steht zwischen Plastifizierzylinder und Schneckenkern üblicherweise das größte Volumen zur Verfügung, und der Durchmesser des Schneckenkerns D2 ist in dieser Zone im wesentlichen konstant. Da der Schneckenkern in der Einzugszone den geringsten Durchmesser D2 aller Zonen aufweist, ist die Schneckenarbeit in der Einzugszone bei bekannten Schnecken besonders groß, da viel Material in einem relativ großen Volumen bewegt werden muss.The first zone in the conveying direction of the screw is the feed zone or feed zone. It has the relatively largest screw land height T of all sections of the screw and serves to "pull in" the molding compound, for which purpose it is connected, for example, with a funnel. In the feed zone is between plasticizing and screw core usually the largest volume available, and the diameter of the screw core D 2 is substantially constant in this zone. Since the screw core in the feed zone has the smallest diameter D 2 of all zones, the screw work in the feed zone is particularly large in known screws, since much material has to be moved in a relatively large volume.
Auf die Feedzone folgt die Kompressionszone, in der sich der Durchmesser D2 des Schneckenkerns kegelig erweitert. Die Verringerung des zwischen Plastifizierzylinder und Schneckenkern zur Verfügung stehenden Volumens in der Kompressionszone hat im Betrieb der Schnecke eine Verdichtung, also eine Kompression des Materials, zur Folge, die möglichst ohne Lufteinschlüsse vonstatten gehen soll und die zur Erzeugung einer Schmelze von hoher Homogenität dient.The feed zone is followed by the compression zone, in which the diameter D 2 of the screw core widens conically. The reduction of the volume available in the compression zone between the plasticizing cylinder and the screw core results in a compression, ie compression of the material, during operation of the screw, which should occur without air inclusions and which serves to produce a melt of high homogeneity.
Als dritte Zone schließt sich an die Kompressionszone die sogenannte Metering- oder Austrittszone an. Der Schneckenkern hat in der Meteringzone einen konstanten Durchmesser D2, so dass im Verhältnis zu Einzug und Kompression die Meteringzone die geringste Schneckensteghöhe T aufweist. Der Meteringzone kommen die Funktionen Materialtransport und -entspannung zu, d. h. Abbau der Kompression des Materials.The third zone is followed by the so-called metering or exit zone at the compression zone. The screw core has a constant diameter D 2 in the metering zone, so that in relation to intake and compression the metering zone has the lowest screw web height T. The metering zone has the functions of material transport and relaxation, ie reduction of the compression of the material.
Gemäß dem Stand der Technik liegen die drei Zonen üblicherweise in einem ganz bestimmten Verhältnis relativ zueinander vor. Der Anteil des Einzugs beträgt etwa 50%, derjenige der Kompression etwa 35% und der Anteil der Meteringzone etwa 15% der profilierten Schneckengesamtlänge. Die Längenverhältnisse der Zonen können je nach Anwendung auch variieren. So ist es für die Verarbeitung bestimmter Polyblends bekannt, den Längenanteil des Einzugs auf 40% zu verkürzen und dafür bei unverändertem Anteil der Meteringzone die Kompression mit einem Längenanteil von ca. 45% auszuführen. Diese Verlängerung der Kompression hat u. a. eine starke Beeinflussung des sich beim Spritzgießen einstellenden Drucks zur Folge.According to the prior art, the three zones are usually in a very specific ratio relative to each other. The proportion of the intake is about 50%, that of compression about 35% and the proportion of Meteringzone about 15% of the profiled screw total length. The aspect ratios of the zones may vary depending on the application. So it is known for the processing of certain Polyblends to shorten the length portion of the collection to 40% and for it at changed proportion of the metering zone to carry out the compression with a length of about 45%. This prolongation of the compression has, inter alia, a strong influence on the pressure resulting from injection molding.
Die Steigung S der Schnecke kann über den Verlauf ihrer Länge unterschiedlich ausgebildet sein, liegt jedoch in der Regel bei bekannten Schnecken zwischen 0,7 und 1,2 D. Durch eine geeignete Wahl der Steigung kann man Einfluss auf das gesamte Förderergebnis der Schnecke nehmen, da eine größere Schneckensteigung die Plastifizierleistung einer Schnecke deutlich verbessert.The Slope S of the snail can over the course of their length be formed differently, but is usually included known snails between 0.7 and 1.2 D. By a suitable Choosing the slope can influence the overall production result take the snail, as a larger snail slope significantly improves the plasticizing performance of a screw.
Obwohl nun mit bekannten Schnecken schon recht gute Ergebnisse beim Spritzgießen erzielt werden können, so treten jedoch bei vorbeschriebenem Schneckendesign immer wieder Schwierigkeiten auf, wenn kompliziertere Formen, beispielsweise unter Verwendung eines umfangreichen Anguss- und Heißkanalsystems im Formwerkzeug spritzgegossen werden sollen, wenn besonders empfindliche Thermoplaste plastifiziert und verarbeitet werden sollen oder wenn empfindliche Dekormaterialien, Textilien, Stoffe, Folien, etc. hinterspritzt werden sollen.Even though now achieved with known snails quite good results in injection molding can be However, difficulties occur in the above-described screw design again and again on, if more complicated forms, for example, using an extensive sprue and hot runner system in the mold should be injection-molded, if particularly sensitive thermoplastics plasticized and processed or if sensitive Decorative materials, textiles, fabrics, films, etc. are back-injected should.
Bei der Verarbeitung relativ niedrigviskoser Produkte und beim Vorliegen besonders langer Fließwege im Formwerkzeug kann es bei den Standarddreizonenschnecken beim Einspritzvorgang leicht zum Rückströmen der Schmelze in die Schneckengänge kommen, was zu einer Minderung der Qualität oder zum Unbrauchbarwerden des Formteils und zu einer negativen Beeinträchtigung der Spritzgießmaschine beispielsweise durch Verstopfen des Angusskanals führen kann. Insbesondere wenn das plastische Material einer starken Kompression unterworfen wird und gleichzeitig eine zu geringe Materialabnahme am Werkzeug erfolgte, entsteht an der Austrittsstelle des Materials aus der Schnecke ein Rückstau.at the processing of relatively low-viscosity products and in the presence particularly long flow paths in the mold, it can in the standard three-zone worm Injection process easy to return the Melt in the screw flights come, what to a reduction of the quality or becoming unusable of the molding and to a negative impact of the injection molding machine for example, can lead by clogging the sprue. Especially if the plastic material of a strong compression is subjected and at the same time too low a material decrease took place at the tool, arises at the exit point of the material from the snail a backwater.
Es ist nun zwar gelungen, dieses Problem durch den Einbau einer Rückstromsperre am vorderen Ende der Schnecke mehr oder weniger gut in den Griff zu bekommen, wobei die Rückstromsperre sich beim Plastifizieren nach vorne schiebt und die Schmelze durchlässt, während sie beim Einspritzen nach hinten gedrückt wird und so den Schneckenvorraum absperrt, aber die üblichen Rückstromsperren sind aufwendige Bauteile, welche die Plastifiziereinheit verkomplizieren, reparaturanfälliger machen und nicht unbedeutend verteuern.It Although now succeeded, this problem by the installation of a backflow valve at the front end of the snail more or less well in the grip to get, with the backflow stop slides forward during plastification and lets the melt through as it passes pressed backward during injection and so the antechamber shut off, but the usual Backflow locks are complex components which complicate the plasticizing unit, repair prone make and not unreasonably expensive.
Des Weiteren mangelt es den bekannten Dreizonenschnecken an einer für die Verarbeitung bezüglich der Verarbeitungstemperatur heikler Substanzen hinreichenden Thermostatisierbarkeit entlang der Schnecke. Schnecken sind mittels üblicherweise am Plastifizierzylinder angebrachter Heizelemente thermostatisierbar. Zu Beginn eines Gusses oder Schusses wird die gesamte Schnecke in der Regel einmal auf die erwünschte Schmelztemperatur des zu verarbeitenden Kunststoffmaterials gebracht, aber dann ist im wesentlichen keine Zusatzheizung mehr erforderlich, weil die Temperatur durch die sogenannte "Schneckenarbeit" aufrechterhalten wird. Die Eigenarbeit der Schnecke (Reibung, Scherrotation, Eigenrotation) liefert ca. 70% der benötigten Wärme.Of Furthermore, there is a lack of the known three-zone screw at a for the processing of the Processing temperature of delicate substances sufficient Thermostatisierbarkeit along the snail. Screws are usually on the plasticizing cylinder mounted heating elements thermostatable. At the beginning of a casting or The entire screw is usually hit once to the desired melting temperature of the shot brought to processing plastic material, but then it is in essentially no additional heating more necessary because the temperature maintained by the so-called "snail work" becomes. The self-work of the screw (friction, shear rotation, self-rotation) delivers about 70% of the needed Warmth.
Ein Nachteil dieser entstehenden Wärme ist allerdings, dass es sich um unkontrollierbare Wärme handelt. Liegt die erreichbare Temperaturkonstanz des thermoplastischen Kunststoffmaterials bei der Verarbeitung empfindlicher Materialien, also sowohl empfindlicher Dekormaterialien als auch empfindlicher Formmassen, außerhalb eines relativ engen Toleranzintervalls von ca. ± 1°C Abweichung von einem vorbestimmten Sollwert, so hat dies zur Folge, dass bei zu hohen Temperaturen die Fasern des im Spritzwerkzeug zu hinterspritzenden Stoffes angeschmolzen oder aufgeschmolzen werden oder dass bei zu niedrigen Temperaturen eine unzureichend fließfähige, also zu hochviskose, Masse eingespritzt wird. In beiden Fällen ist das hergestellte hinterspritzte Formteil Ausschuss. Sind bei zu hoher Einspritztemperatur die Fasern erst einmal angeliert, kann das gesamte Material bei Beanspruchung brechen oder reißen. Ist die Temperatur der Formmasse zu niedrig gewesen, werden die Kavitäten im Werkzeug nicht genügend aufgefüllt und nur niedrig belastbare Schwachstellen im Formteil sind vorprogrammiert.One Disadvantage of this heat is, however, that it is uncontrollable heat. Is the achievable temperature constancy of the thermoplastic material when processing sensitive materials, so both more sensitive Decoration materials as well as sensitive molding compounds, outside a relatively narrow tolerance interval of about ± 1 ° C deviation from a predetermined Setpoint, this has the consequence that at too high temperatures the fibers of the substance to be injected in the injection mold are melted or melted or at too low temperatures an insufficiently fluid, so too high viscosity, mass is injected. In both cases the manufactured back-injected molding scrap. Are at too high injection temperature, the fibers only once geled break or tear the entire material under stress. is the temperature of the molding compound has been too low, the cavities in the tool not enough filled and only weak vulnerabilities in the molding are preprogrammed.
Die
weiter oben bereits erwähnte
Gegenüber dem in dieser Druckschrift beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine insbesondere hinsichtlich ih rer Standfestigkeit und damit der mittleren Kosten, bezogen auf die praktische Nutzungsdauer, weiter verbesserte Kunststoff-Plastifiziereinrichtung anzugeben. Weiter soll ein Verfahren zur Herstellung des entscheidenden Bauteils einer solchen Kunststoff-Plastifiziereinrichtung, nämlich der Mehrzonenschnecke, angegeben werden.Compared to the in this document described prior art is the present invention, the object of a particular in particular ih rer stability and thus the average cost, based on the practical life, further improved plastic plasticizer specify. Next is a process of making the crucial Component of such a plastic plasticizer, namely the multi-zone screw, be specified.
Die erstgenannte Aufgabe wird durch eine Kuststoff-Plastifiziereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und die als zweites genannte Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 29 gelöst. Weiterhin werden praktisch bedeutsame Verwendungen der hier vorgeschlagenen Kunststoff-Plastifiziereinrichtung angegeben. Zweckmäßige Fortbildungen der verschiedenen Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.The former object is achieved by a Kuststoff plasticizing with the features of claim 1 and the second object by a method having the features of claim 29. Furthermore, practically significant uses of the here proposed Plastic plasticizer specified. Advantageous developments of the various aspects of the invention are the subject of the respective dependent claims.
In ihrem Vorrichtungsaspekt schließt die Erfindung den wesentlichen Gedanken ein, die den funktional und von der Lebensdauer her entscheidenden Teil der Kunststoff-Plastifiziereinrichtung bildende Mehrzonenschnecke konsequent ausschließlich aus qualitativ hochwertigem Werkzeugstahl, ohne jegliche Hartmetall-Einfügungen, auszuführen. Hierdurch werden die bei einem Hartmetalleinsatz unvermeidlichen Störungen der geschlossenen Werkzeugoberfläche vermieden, die nach Untersuchungen der Erfinder eine häufige Ursache von Beschädigungen im Harten praktischen Einsatz, insbesondere bei der Plastifizierung von mit aggressiven Additiven und Verunreinigungen vermengten Kunststoffen, darstellen.In their device aspect closes the invention the essential thoughts that the functional and lifetime crucial part of the plasticizer forming multi-zone screw consistently made exclusively of high quality Tool steel, without any carbide insertions, perform. hereby are the inevitable in a carbide insert disturbances of closed tool surface avoided, according to investigations of the inventors a common cause of damage in hard practical use, especially in plasticizing of plastics blended with aggressive additives and impurities, represent.
Weiter schließt die Erfindung den wesentlichen Gedanken ein, die Oberfläche des eingesetzten, erfindungsgemäß mit Chrom und/oder Nickel und/oder Kobalt legierten Werkzeugstahls in möglichst perfekter Qualität auszubilden, um jegliches Ankleben, Anbacken o.ä. von Kunststoff weitestgehend zu vermeiden und zugleich Angriffspunkte für die erwähnten Bestandteile der zu plastifizierenden Masse an der Schneckenoberfläche weitestgehend auszuschließen. Speziell ist die Oberfläche aus diesem Grunde hochglanzpoliert.Further includes the invention the essential thoughts, the surface of the used, according to the invention with chromium and / or nickel and / or cobalt alloyed tool steel as possible perfect quality to train to any sticking, baking or the like. of plastic as far as possible to avoid and at the same time points of attack for the mentioned components of the mass to be plasticized on the screw surface largely excluded. Special is the surface for this reason highly polished.
Schließlich umfasst die Erfindung den Gedanken, einer hinreichend tiefen Nitrier-Härtung der Stahloberfläche, mit der eine hartmetall-vergleichbare Oberflächen härte, jedoch bei verbesserter Zähigkeit und unter Ausschluss der oben erwähnten Nachteile von Hartmetalleinsätzen, erzielt wird. Die Nitrierhärtungs-Tiefe sollte hierbei mindestens 5 μm betragen und wird typischerweise im Gereicht zwischen 10 und gegebenenfalls über 100 μm, je nach Einsatzanforderungen und Kostengrenzen, liegen.Finally includes the invention with the idea of a sufficiently deep nitridation of the steel surface, with the hard metal comparable surface hardness, but with improved toughness and excluding the above-mentioned disadvantages of cemented carbide inserts becomes. The nitriding depth should be at least 5 μm and is typically in the range between 10 and optionally over 100 microns, depending on Application requirements and cost limits lie.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Härte um 40 HRC liegt. Weiter bevorzugt ist vorgesehen, die Schnecke aus einem Werkzeugstahl der Qualität 1.2083 – gegebenenfalls auch der Qualität 4122 – zu fertigen.Prefers is provided that the hardness is around 40 HRC. Further preferred is provided, the worm a tool steel of quality 1.2083 - if necessary also the quality 4122 - to manufacture.
Besonders bei Kunststoffen mit verarbeitungstechnisch höherem Schwierigkeitsgrad, wie etwa bei Polycarbonaten, Polyethylen, Polyvinylchlorid, diversen Polybiends sowie mineral- und fasergefüllten Thermoplasten gelingt es, schädliche Temperaturschwankungen zu vermeiden. Insbesondere gelingt dies dadurch, dass sich an die von den Dreizonenschnecken bekannten Zonen, also direkt an die Metering-Zone, eine vierte Zone mit sich kegelig verjüngendem Schneckenkern und daraus sich ergebend zunehmender Schneckensteghöhe als Metering-Mix-Zone anschließt Dadurch wird zwischen Metering-Zone und der gemäß dem Stand der Technik sich an die Metering-Zone unmittelbar anschließenden Schneckenspitze ein relativ großes zusätzliches Volumen als Homogenisierungsraum zur Verfügung gestellt, so dass es einerseits zu einer besseren Entspannung der Schmelze kommt und andererseits bei unzureichender Materialabnahme an der Spitze der Schnecke ein Reservoir vorhanden ist, das die Reaktion der gesamten Schnecke auf einen Staudruck wesentlich verbessert. Hinzu kommt, dass – wie umfangreiche Versuche ergeben haben – bei einer Mehrzonenschnecke entsprechend der Erfindung eine gute Kommunikation zwischen Schnecke und Formwerkzeug stattfindet, so dass besonders bei Mehrfachwerkzeugen mit zum Teil sehr kompliziertem Heißkanalsystem ein Rückströmen der Schmelze aus dem Formhohlraum in den Schnecken-Vorraum ohne Rückstromsperre vermieden werden kann.Especially in plastics with processing technology higher degree of difficulty, such as in polycarbonates, polyethylene, polyvinyl chloride, various Polybiends as well as mineral and fiber filled Thermoplastics manages to be harmful To avoid temperature fluctuations. In particular, this succeeds by that to the known from the three-zone screw zones, ie directly to the metering zone, a fourth zone with conically tapering Helical core resulting in increasing auger height as metering mix zone followed This will be between metering zone and the according to the prior art itself at the metering zone immediately adjacent screw tip relatively large additional volume provided as Homogenisierungsraum, so it on the one hand to a better relaxation of the melt comes and on the other hand if there is insufficient material removal at the tip of the screw Reservoir is present, which is the reaction of the entire snail significantly improved on a dynamic pressure. On top of that - how extensive Experiments have revealed - at a multi-zone screw according to the invention, a good communication between snail and mold takes place, so that special in multiple tools with sometimes very complicated hot runner system a backflow of the Melt can be avoided from the mold cavity in the screw antechamber without backflow preventer.
In einer äußerst zweckmäßigen Gestaltung der erfindungsgemäßen Mehrzonenschnecke schließt sich in Förderrichtung an die vierte oder Metering-Mix-Zone eine fünfte Zone mit im wesentlichen konstanter Schneckensteghöhe als Metering-H- Zone an. Wie der gewählte Name schon andeutet, hat die fünfte Zone im wesentlichen dieselbe Aufgabe wie die bekannte Metering-Zone, nämlich die Homogenisierung der entspannten Schmelze, dabei besonders die innige Durchmischung der Schmelzbestandteile und in gewissem Maße auch die erneute Kompression des geschmolzenen Materials zur Vorbereitung auf den eigentlichen Einspritz-Vorgang. Um diesem Aufgabenprofil gerecht zu werden, ist es bevorzugt, dass die Metering-II-Zone eine Schneckensteghöhe aufweist, die der Schneckensteghöhe der Metering-Zone entspricht.In a very convenient design of according to the invention closes in the conveying direction to the fourth or metering mix zone a fifth zone of substantially constant Screw flight height as a metering H zone. As the chosen one Name suggests, has the fifth Zone essentially the same task as the well-known metering zone, namely Homogenization of the relaxed melt, especially the intimate mixing of the melt components and to some extent also the re-compression of the molten material in preparation for the actual injection process. To meet this task profile it is preferred that the Metering II zone has a screw land height, that of the Schneckensteghöhe corresponds to the metering zone.
Wie bereits ausgeführt, schließt sich an die Metering-Zone bei den Schnecken gemäß dem Stand der Technik die Schneckenspitze an. In bevorzugter Ausführungsform folgt bei einer Mehrzonenschnecke gemäß der Erfindung nun nicht auf die Metering-Zone, sondern auf die Metering-Mix-Zone oder, sofern vorhanden, auf die Metering-II-Zone eine Schneckenspitze, die in Förderrichtung zunächst einen im wesentlichen zylindrischen Teil und sich daran anschließend einen konisch zulaufenden Teil aufweist der die Spitze formt. Durch diese Konstruktion wird im wesentlichen eine Anpassung des Fließquerschnitts an das Spritzvolumen und den Angussquerschnitt erreicht, da im allgemeinen das Werkzeug über einen Angusskanal mit der Schneckenspitze oder Düse verbunden ist.As already executed, includes to the metering zone in the snails according to the prior art the On the tip of the screw. In a preferred embodiment follows at a Multi-zone screw according to the invention not on the metering zone, but on the metering mix zone or, if available, a screw tip on the Metering II zone, in the conveying direction first a substantially cylindrical part and then a has tapered part which forms the tip. Through this Construction will essentially be an adaptation of the flow cross section reached on the injection volume and the sprue cross section, as in general the tool over a runner is connected to the screw tip or nozzle.
Erfindungsgemäß kann es nun besonders vorteilhaft sein, wenn zumindest der im wesentlichen zylindrische Teil der Schneckenspitze mit Wendeln oder Schnecken-Stegen versehen ist Dies bedeutet, dass die fünfte bzw. Metering-II-Zone sozusagen auf die Schneckenspitze verlegt wird. Auch diese Einbeziehung der Schneckenspitze als sogenannte Wendelspitze ermöglicht unter anderem bei ansonsten gleicher Länge der Schnecke wie beim Stand der Technik die Schaffung einer Fünfzonenschnecke.According to the invention, it may now be particularly advantageous if at least the substantially cylindrical part of the screw tip with helices This means that the fifth or metering II zone is laid on the screw tip, so to speak. Also, this inclusion of the screw tip as a so-called helical tip allows, among other things with otherwise the same length of the screw as in the prior art, the creation of a five-zone screw.
Für den Fall der Fünfzonenschnecke mit integrierter Wendelspitze ist es dann wiederum von Vorteil, dass der zylindrische Teil der Schneckenspitze im wesentlichen dieselbe Schneckensteghöhe aufweist wie die Metering-Mix-Zone, so dass der erste zylindrische Abschnitt der Wendelspitze genau dieselben Funktionen wahrnehmen kann, wie oben bei der MeteringrII-Zone beschrieben. Insbesondere wird bei glei cher Schneckensteghöhe der Metering-II-Zone wie bei der Metering-Zone zusätzlich durch die Verdichtung bzw. Kompression im Vergleich zur vorhergehenden Metering-Mix-Zone eingeschlossene Luft zurückbewegt und dabei eine von Lufteinschlüssen äußerst freie Schmelze zur Verfügung gestellt.In the case the five-zone screw with integrated spiral tip, it is then again advantageous that the cylindrical part of the screw tip is substantially the same Has Schneckensteghöhe like the metering mix zone, leaving the first cylindrical section the helical point can perform exactly the same functions as described above at the MeteringrII zone. In particular, at same slug gap height the Metering II zone as in the metering zone additionally through the compression or compression compared to the previous one Metering mix zone trapped trapped air, leaving one of air inclusions extremely free Melting available posed.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist nicht nur der zylindrische Teil der Schneckenspitze mit Wendeln versehen, vielmehr trägt auch der konisch zu- laufende Teil der Schneckenspitze Wendel. Bei den Wendeln der Schneckenspitze, insbesondere des kegelig spitz zulaufenden Teils, handelt es sich um ein Spezialprofil, dessen Beschaffenheit im Folgenden beschrieben wird. Das Spezialprofil ist über den kompletten Bereich mit sogenannten Wendeln versehen. Dieser Bereich ist vom größten Durchmesser bis in die Spitze konisch. Die Steigung ist bei Beginn des konischen Bereichs 0,7 D2 und verjüngt sich bis in den Spitzenbereich auf 0,1 D2.In a further preferred embodiment, not only the cylindrical part of the screw tip is provided with helices, but also carries the tapered part of the screw tip helix. The spiral of the screw tip, in particular of the tapered tapered part, is a special profile, the nature of which is described below. The special profile is provided with so-called helices over the entire area. This area is tapered from the largest diameter to the top. The slope is at the beginning of the conical region 0.7 D 2 and tapers to 0.1 D 2 in the tip region.
In bevorzugten Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass die Schneckenspitze im wesentlichen über ihre gesamte Länge einen Schneckensteg mit einer Stegbreite zwischen 0,1 D2 und 0,15 D2, bevorzugt von 0,12 D2, aufweist, wobei d der mittlere Kerndurchmesser der Mehrzonenschnecke ist und/oder dass sie eine Steigung im Bereich zwischen 0,85 D2 und 1,0 D2 und/oder eine Steghöhe im Bereich zwischen 0,9 D2 und 1,1 D2 hat.In preferred embodiments of the inventive concept, it is provided that the screw tip has a screw land substantially over its entire length with a land width between 0.1 D 2 and 0.15 D 2 , preferably of 0.12 D 2 , where d is the mean core diameter is the multi-zone screw and / or that it has a slope in the range between 0.85 D 2 and 1.0 D 2 and / or a web height in the range between 0.9 D 2 and 1.1 D 2 .
Auf der aktiven Seite (in Förderrichtung) wird die Wendel bevorzugt mit einem Radius R von ca. 10 mm versehen. Der zylindrische Teil der Spezial-Schneckenspitze ist in günstigster Ausgestaltung mit ca. 3 Stegen ausgerüstet Diese Stege haben im allgemeinen eine kleinere Steigung als die der Standardzonen. Die Steigung soll bevorzugt bei 80%, also 0,8 D2, liegen.On the active side (in the conveying direction), the helix is preferably provided with a radius R of about 10 mm. The cylindrical part of the special screw tip is equipped in the most favorable embodiment with about 3 webs These webs generally have a smaller pitch than the standard zones. The slope should preferably be 80%, ie 0.8 D 2 .
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass ein erster Radius an der dem freien Ende der Schneckenspitze zugewandten aktiven Flanke des Schneckensteges mindestens um einen Faktor 2, bevorzugt um einen Faktor 3 bis 4, größer ist als ein zweiter Radius an der dem Schneckenende zugewandten passiven Flanke des Schneckensteges. Eine für typische Schneckenabmessungen zweckmäßige Ausführung sieht vor, dass der erste Radius zwischen 8 und 12 mm, bevorzugt 10 mm, und der zweite Radius zwischen 2, 5 und 5 mm, bevorzugt 3 mm, beträgt.In A further preferred embodiment provides that a first radius at the free end of the screw tip facing active flank of the screw flight at least by a factor of 2, preferably by a factor of 3 to 4, is greater than a second radius at the end of the screw facing passive edge of the screw land. One for typical screw dimensions appropriate execution provides that the first Radius between 8 and 12 mm, preferably 10 mm, and the second radius between 2, 5 and 5 mm, preferably 3 mm.
Um die Parameter der fünften Zone schnell und einfach an bestimmte Spritzgießprobleme anpassen zu können, ist es zweckmäßig, wenn die Schnecken- oder Wendelspitze am vorderen Ende der Schnecke auswechselbar, beispielsweise abschraubbar, ausgeführt ist.Around the parameters of the fifth Zone quickly and easily to be able to adapt to certain injection molding problems, is it is useful if the worm or helical tip at the front end of the worm interchangeable, for example unscrewable, is executed.
In einer nach aktuellem Kenntnisstand der Erfinder bevorzugten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kegelwinkel eines kegelförmigen Hauptteils der Schneckenspitze mehr als 20°, insbesondere bei einem Durchmesser der Mehrzonenschnecke von mehr als 100 mm zwischen 21° und 23°, beträgt.In a current state of knowledge of the inventors preferred embodiment of Invention is provided that the cone angle of a conical main part the screw tip more than 20 °, in particular with a diameter of the multi-zone screw of more than 100 mm between 21 ° and 23 °, is.
Unter bestimmten Einsatzbedingungen kann aber auch ein Spitzenwinkel im Bereich zwischen 16° und 20° vorteilhaft sein, insbesondere bei kleineren Mehrzonenschnecken mit einem mittleren Durchmesser von deutlich unter 100 mm.Under However, certain operating conditions can also be a point angle in the Range between 16 ° and 20 ° advantageous be, especially for smaller multi-zone screws with a medium Diameter of well below 100 mm.
Des weiteren ist es bevorzugt, wenn der zwischen Schneckenspitze und Zylinderkopf vorgesehene axiale Spalt auf die Art des zu verarbeitenden Thermoplasten abgestimmt ist. Hierunter ist zu verstehen, dass bei sehr leicht fließenden Kunststoffen, zum Beispiel Polyethylen, der axiale Spalt bevorzugt auf ca. 1,2 bis 1,5 mm eingestellt wird, während bei Thermoplasten mit mittlerem Fließverhalten ein Spaltmaß von 1,5 bis ca. 2 mm vorteilhaft ist. Hingegen ist bei Thermoplasten mit schwierigen bzw. schlechten Fließeigenschaften ein Spaltmaß von ca. 2 bis 3 mm günstig. Vorteilhaft ist, wie bereits angedeutet, das Spaltmaß veränderbar, beispielsweise mittels am Schneckenschaft entsprechend einstellbarer Scheiben. Der radiale Spalt besonders im Schneckenspitzenbereich ist in bevorzugter Ausführungsform von konstanter Breite.Of Further, it is preferred if the between snail tip and Cylinder head provided axial gap on the type of thermoplastic to be processed is tuned. By this is meant that at very light flowing Plastics, for example polyethylene, the axial gap preferably on 1.2 to 1.5 mm, while with thermoplastics mean flow behavior a gap of 1.5 to about 2 mm is advantageous. On the other hand, with thermoplastics with difficult or poor flow properties a gap of approx. 2 up to 3 mm. It is advantageous, as already indicated, that the gap dimension can be changed, for example by means of the worm shaft accordingly adjustable Slices. The radial gap especially in the worm tip area is in a preferred embodiment of constant width.
Darüber hinaus ist es des Weiteren vorteilhaft, den Zylinderkopf mit einer speziellen Panzerung zu versehen. Hierfür erscheinen aufgrund langwieriger Grundlagenversuche insbesondere Stellite geeignet.Furthermore It is also advantageous, the cylinder head with a special To provide armor. Therefor appear due to lengthy basic experiments in particular Stellite suitable.
Die großen Vorteile des erfindungsgemäßen Schneckenkonzepts ergeben sich nicht nur aus der prinzipiellen Zoneneinteilung, sondern auch aus der sorgfältigen Abstimmung der Zonenparameter aufeinander und der Zoneneigenschaften relativ zueinander.The great advantages of the inventive screw concept arise not only from the basic zoning, but also from the careful matching of the zone parameters to one another and the zone properties relative to one another at the.
So ist die Kompressionszone zweckmäßig kürzer als bei Standardschnecken. Ihr relativer Längenanteil beträgt zwischen 22,5 und 35%, bevorzugt zwischen 25 und 30% und ganz besonders bevorzugt 27,5% der Gesamtlänge der vier Zonen Einzug, Kompression, Metering und Metering-Mix. Ist die Kompression länger, dann ist die Plastifizierleistung der Schnecke zu stark eingeengt.So the compression zone is expediently shorter than with standard screws. Their relative length fraction is between 22.5 and 35%, preferably between 25 and 30% and most preferably 27.5% the total length the four zones indentation, compression, metering and metering mix. is the compression longer, then the plasticizing performance of the screw is too narrow.
Unterschreitet die Kompressionszone einen Anteil von weniger als 22,5%, dann ist die Verdichtung der Schmelze zu hoch. Besonders bei hochempfindlichen und sensiblen Thermoplasten können Verfärbungen und Verbrennungen auftreten.falls below the compression zone is less than 22.5%, then the compression of the melt too high. Especially with highly sensitive and sensitive thermoplastics can discoloration and burns occur.
Weiterhin von Vorteil ist es, wenn der relative Längenanteil der dritten oder Metering-Zone zwischen 10% und kleiner als 15%, bevorzugt zwischen 13,5% und 14,5% und besonders bevorzugt 13,75%, der Gesamtlänge der vier Zonen Einzug, Kompression, Metering und Metering-Mix ist. Darauf folgt, dass erfindungsgemäß auch die Metering-Zone kürzer ausgebildet ist als beim Stand der Technik. Insbesondere ergibt sich daraus der Vorteil, dass der kürzere Kanal die Plastifizierleistung der Schnecke verbessert. Ist der Anteil der Metering-Zone geringer als 10%, dann nimmt die Schnecke aus dem hinteren Bereich Luft auf. Die Schmelze ist mit Gasblasen angereichert. Besonders bei empfindlichen Thermoplasten wird dadurch die Schmelzqualität negativ beeinflusst. So kann es beispielsweise zur Schlierenbildung auf den Formteilen kommen. Werden andererseits 15% überschritten, dann kann eine unerwünschte Friktion auftreten, die Scherwirkung kann zu hoch sein, und die Schmelztemperatur ist nicht mehr exakt zu steuern.Farther It is advantageous if the relative length of the third or third Metering zone between 10% and less than 15%, preferably between 13.5% and 14.5%, and more preferably 13.75%, of the total length of the four zones feeder, compression, metering and metering mix is. Thereon follows that according to the invention also the Metering zone formed shorter is as in the prior art. In particular, it results the advantage that the shorter channel improves the plasticizing performance of the screw. Is the proportion the metering zone is less than 10%, then the auger stops the rear area air on. The melt is enriched with gas bubbles. Especially in the case of sensitive thermoplastics, the melt quality will be negative affected. For example, it can cause streaking come the moldings. On the other hand, if 15% is exceeded, then one can undesirable Friction occur, the shear effect can be too high, and the Melting temperature can no longer be precisely controlled.
Zweckmäßig ist bei der vorgeschlagenen Mehrzonenschnecke der relative Längenanteil der beim Stand der Technik überhaupt nicht anzutreffenden vierten oder Metering-Mix-Zone zwischen 10 und 20%, bevorzugt zwischen 14,5 und 18% und be sonders bevorzugt 16,25% der Gesamtlänge der vier Zonen Einzug, Kompression, Metering und Metering-Mix. Diese vierte Zone, nämlich die Metering-Mix-Zone, ist bei der erfindungsgemäßen Schneckenkonzeption auch als Negativ-Kompression zu bezeichnen. Die vierte Zone kann in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform exakt auf die fünfte zylindrische Zone der Wendelspitze abgestimmt sein.Is appropriate in the proposed multi-zone screw, the relative length fraction in the prior art at all not found fourth or metering mix zone between 10 and 20%, preferably between 14.5 and 18% and be particularly preferred 16.25% of the total length the four zones indentation, compression, metering and metering mix. These fourth zone, namely the metering mix zone, is also useful in the inventive screw design to be called negative compression. The fourth zone can be in one particularly advantageous embodiment exactly to the fifth be matched cylindrical zone of the helical tip.
Beträgt der Längenanteil der vierten Zone mehr als 20% der Gesamtlänge der vier Zonen Einzug, Kompression, Metering und Metering-Mix, dann kann es vorkommen, dass die vierte Zone im Betrieb nicht vollständig mit Schmelze gefüllt ist. Es können sich dann Ablagerungen von Pigmenten oder Additiven in diesem Bereich ausbilden. Darüber hinaus kann auch die Mischwirkung, besonders bei Farbzusätzen, verschlechtert werden. Beträgt der Längenanteil andererseits weniger als 10% der Gesamtlänge, dann ist in der Regel eine deutliche Verschlechterung der Schmelzequalität zu verzeichnen. Durch die Verkleinerung des für die Schmelze zur Verfügung stehenden Raumes können die Schmelztemperaturen bei Standardthermoplasten um 4 bis 8°C ansteigen. Auch fällt in diesen Fällen im allgemeinen die Schmelzehomogenität, besonders bei Zusatz von Farbstoffen, deutlich schlechter aus.Is the length fraction the fourth zone more than 20% of the total length of the four zones indentation, Compression, metering and metering mix, then it can happen that the fourth zone is not completely filled with melt during operation. It can be then deposits of pigments or additives in this area form. About that In addition, the mixing effect, especially in color additives, deteriorated become. is the length proportion On the other hand, less than 10% of the total length, then is usually a significant deterioration of the melt quality recorded. By the reduction of for the melt available Room can the melting temperatures of standard thermoplastics increase by 4 to 8 ° C. Also falls in these cases in general the melt homogeneity, especially with the addition of dyes, significantly worse.
Die Gesamtlänge der ersten vier Zonen kann, wie aus dem Stand der Technik bekannt, etwa 15 bis 20 D1 betragen, wobei allerdings auch längere Ausführungen möglich sind. Es ist vorteilhaft, Schnecken mit einer Gesamtlänge von 20 bis 25 D1 zu wählen.The total length of the first four zones can, as known from the prior art, be about 15 to 20 D 1 , although longer versions are possible. It is advantageous to choose screws with a total length of 20 to 25 D 1 .
Auch für die Länge der zusätzlichen Metering-II-Zone gibt es bevorzugte Richtwerte. Die Metering-II-Zone soll einen zusätzlichen Längenanteil von zwischen 5 und 15%, bevorzugt 10%, bezogen auf die Summe der Längen von Einzug, Kompression, Metering und Metering-Mix ausmachen. Hierbei ist ausdrücklich zu beachten, dass die Angabe der relativen Länge der Metering-II-Zone ebenfalls auf die Gesamtlänge der ersten vier Zonen bezogen wird, so dass beispielsweise bei Vorhandensein einer Metering-II-Zone eine Gesamtlänge der fünf Zonen von zwischen 105 und 115% resultiert.Also for the Length of additional Metering II zone, there are preferred benchmarks. The Metering II Zone should have an extra length rate between 5 and 15%, preferably 10%, based on the sum of lengths of indentation, compression, metering and metering mix. in this connection is explicit to note that specifying the relative length of the Metering II zone as well on the total length is related to the first four zones, so that, for example, in the presence a metering II zone, a total length of the five zones of between 105 and 115% results.
Die Metering-II-Zone entfaltet also insbesondere im angegebenen Längenbereich ihre vorteilhaften Wirkungen, weil dann eine schonende Schmelzeaufbereitung mit genauesten, für den Bearbeitungsprozeß erforderlichen Temperaturen möglich ist. Zusätzlich hervorzuheben ist, dass gegenüber Standardschnecken bei Einsatz einer erfindungsgemäßen Metering-II-Zone bei Farbzusätzen zur Schmelze eine Pigmenteinsparung von ca. 50% bei gleicher Pigmentausbeute erreicht werden kann.The Metering II zone thus unfolds especially in the specified length range their beneficial effects, because then a gentle melt processing with the most accurate, for the machining process required Temperatures possible is. additionally it should be emphasized that opposite Standard screws when using a Metering II zone according to the invention with color additives to melt a pigment savings of about 50% for the same pigment yield can be achieved.
Auch Steigung und Schneckensteghöhe der jeweiligen Zone der erfindungsgemäßen Mehrzonenschnecke tragen wesentlich zu dem vorteilhaften Schmelzaufbereitungsverhalten bei. Im Folgenden sind die Angaben über Steigung und Schneckensteghöhe jeweils auf eine Schnecke mit D1 von 80 mm bezogen. Sobald sich der D1-Wert der Schnecke ändert, so können auch von den angegebenen Steigungen und Schneckensteghöhen abweichende Werte bevorzugt sein. Dies ist jedoch dem Fachmann geläufig und wird von ihm beim Schneckendesign berücksichtigt werden.The slope and screw land height of the respective zone of the multi-zone screw according to the invention also contribute significantly to the advantageous melt processing behavior. In the following, the information about the pitch and the flight path height are each related to a screw with D 1 of 80 mm. As soon as the D 1 value of the screw changes, values deviating from the stated grades and screw pitches may also be preferred. However, this is familiar to the person skilled in the art and will be considered by him in the screw design.
Ein bevorzugtes Charakteristikum der erfindungsgemäßen Mehrzonenschnecken besteht beispielsweise darin, dass die Einzugszone weniger tief als bei Schnecken gemäß dem Stand der Technik sein kann. In vorteilhaften Ausführungsformen weist die Einzugs-Zone eine Steigung von 0,7 D2 bis 1,1 D2, bevorzugt zwischen 0,8 D2 und 1,0 D2, besonders bevorzugt eine Steigung von 1,0 D sowie eine im wesentlichen konstante Schneckensteghöhe im Bereich von 7,0 mm bis 20,0 mm, bevorzugt zwischen 7,5 mm und 15,0 mm und besonders bevorzugt von 8,2 mm auf. Liegen die Schneckensteghöhe und/oder die Steigung der Einzugszone oberhalb oder unterhalb der jeweils maximal zugelassenen Grenzwerte der größten Bereiche, so resultiert daraus, dass eine hochwertige Schmelze nicht mehr aufbereitet werden kann.A preferred characteristic of the multisectional screws according to the invention is, for example, that the feed zone is less deep may be in worms according to the prior art. In advantageous embodiments, the draw-in zone has a pitch of 0.7 D 2 to 1.1 D 2 , preferably between 0.8 D 2 and 1.0 D 2 , particularly preferably a pitch of 1.0 D, and a substantially constant screw land height in the range of 7.0 mm to 20.0 mm, preferably between 7.5 mm and 15.0 mm and particularly preferably of 8.2 mm. If the screw land height and / or the slope of the feed zone are above or below the respective maximum permitted limit values of the largest areas, the result is that a high-quality melt can no longer be processed.
In weiterhin vorteilhafter Ausführungsform weist die Kompressions-Zone eine Steigung im Bereich von 0,7 D2 bis 1,1 D2, bevorzugt zwischen 0,8 D2 und 1,1 D2, besonders bevorzugt eine Steigung von 1,0 D2 sowie eine sich in Förderrichtung verringernde Schneckensteghöhe auf, die sich zwischen 9,1 mm und 5,9 mm, bevorzugt zwischen 9,1 mm und 6,9 mm und besonders bevorzugt von 8,2 mm am Anfang der Kompression auf zwischen 8,5 mm und 5,0 mm, bevorzugt auf zwischen 6,5 mm und 4,2 mm und besonders bevorzugt auf 4,2 mm am Ende der Kompression verringert.In a further advantageous embodiment, the compression zone has a pitch in the range from 0.7 D 2 to 1.1 D 2 , preferably between 0.8 D 2 and 1.1 D 2 , particularly preferably a pitch of 1.0 D 2 and a screw land height decreasing in the conveying direction, which is between 9.1 mm and 5.9 mm, preferably between 9.1 mm and 6.9 mm and more preferably of 8.2 mm at the beginning of the compression to between 8.5 mm and 5.0 mm, preferably reduced to between 6.5 mm and 4.2 mm and more preferably 4.2 mm at the end of the compression.
Die Metering-Zone hat in vorteilhafter Ausführungsform eine Steigung von 0,7 D2 bis 1,1 D2, bevorzugt zwischen 0,8 D2 und 1,1D2, besonders bevorzugt eine Steigung von 1,0 D2 sowie eine im wesentlichen konstante Schneckensteghöhe im Bereich von 4,0 mm bis 6,5 mm, bevorzugt zwischen 4,0 mm und 5,5 mm und besonders bevorzugt von 4,2 mm. Die Einhaltung der angegebenen bevorzugten Bereiche trägt ganz besonders schon dazu bei, dass das Material entspannt, also dessen Kompression abgebaut wird.The metering zone has in an advantageous embodiment, a slope of 0.7 D 2 to 1.1 D 2 , preferably between 0.8 D 2 and 1.1D 2 , more preferably a slope of 1.0 D 2 and a substantially constant screw land height in the range of 4.0 mm to 6.5 mm, preferably between 4.0 mm and 5.5 mm, and particularly preferably 4.2 mm. The compliance with the specified preferred ranges contributes especially to the fact that the material relaxes, so its compression is reduced.
In weiter bevorzugter Ausführungsform weist die Metering-Mix-Zone eine Steigung von 0,7 D2 bis 1,1 D2, bevorzugt zwischen 0,8 D2 und 1,0 D2, besonders bevorzugt eine Steigung von 1,0 D2 sowie eine in Förderrichtung zunehmende Schneckensteghöhe auf, die zwischen 3,5 mm und 6,5 mm, bevorzugt zwischen 4,0 mm und 5,5 mm und besonders bevorzugt von 4,2 mm am Anfang der Metering-Mix-Zone auf zwischen 5,2 mm und 10,1 mm, bevorzugt auf zwischen 6,2 mm und 9,8 mm und besonders bevorzugt auf 9,7 mm, am Ende der Metering-Mix-Zone zunimmt.In a further preferred embodiment, the metering mix zone has a slope of 0.7 D 2 to 1.1 D 2 , preferably between 0.8 D 2 and 1.0 D 2 , particularly preferably a slope of 1.0 D 2 and an increasing in the conveying direction screw land height, the between 3.5 mm and 6.5 mm, preferably between 4.0 mm and 5.5 mm, and particularly preferably from 4.2 mm at the beginning of the metering mix zone to between 5 , 2 mm and 10.1 mm, preferably between 6.2 mm and 9.8 mm and more preferably 9.7 mm, increases at the end of the metering mix zone.
Durch die spezielle Ausgestaltung der Steigung und Schneckensteghöhe der Metering-Mix-Zone entsprechend den angegebenen Bereichen gelingt es, die Schmelze sehr schonend zu entspannen und zusätzlich behutsam zu homogenisieren Des weiteren ist ein hervorragender Mischeffekt besonders bei empfindlichen Farbzusätzen zu erreichen. Werden die Grenzwerte der Bereiche bezüglich der Steigung über- oder unterschritten, kann es zum Auftreten von Verfärbungen der Schmelze kommen. Die Leistungsdaten, zum Beispiel die Plastifizierleistung (in Gramm pro Sekunde), wird verfälscht und der gute Mischeffekt bei Farbzusätzen verschlechtert sich.By the special design of the pitch and the auger height of the metering mix zone according to the specified ranges, it is possible to melt very gentle to relax and additionally gently homogenize Furthermore, an excellent mixing effect is especially sensitive color additives to reach. If the limits of the ranges are over or under slope below this level, discoloration of the melt may occur. The performance data, for example the plasticizing performance (in grams per second), is corrupted and the good mixing effect of color additives deteriorates.
Wird der angegebene Schneckensteghöhenbereich verlassen, dann kann sich bei Abweichung nach oben eine zu große thermische Belastung der Schmelze ergeben, und bei Abweichung nach unten vom erfindungsgemäßen Bereich kann sich die Schmelzequalität verschlechtern. Dies kann sich beispielsweise dadurch äußern, dass Inhomogenitäten auftreten, Farbzusätze sich entmischen, Verpackungen oder Verfärbungen der Schmelze oder Schlierenbildungen auftreten.Becomes the specified auger height range leave, then can deviate too high a thermal Load of the melt, and in case of deviation down from inventive area can the melt quality deteriorate. This can be expressed, for example, in that Inhomogeneities occur color additives segregate, packaging or discoloration of the melt or streaks occur.
Analog gibt es auch für die Metering-II-Zone Designrichtwerte, die nicht verlassen werden sollten, um den bevorzugt erwünschten Effekt der Erfindung nicht in Frage zu stellen. So ist es bevorzugt, dass die Metering-II-Zone eine Steigung von 0,5 D2 bis 1,0 D2, bevorzugt zwischen 0,6 D2 und 0,9 D2, besonders bevorzugt eine Steigung von 0,8 D2 sowie eine im wesentlichen konstante Schneckensteghöhe im Bereich von 5,0 mm bis 7,5 mm, bevorzugt zwischen 5,0 mm und 6,5 mm und besonders bevorzugt von 5,2 mm aufweist.Similarly, there are design guidelines for the Metering II zone as well which should not be relinquished in order to avoid undermining the preferred desired effect of the invention. Thus, it is preferred that the Metering II zone has a pitch of 0.5 D 2 to 1.0 D 2 , preferably between 0.6 D 2 and 0.9 D 2 , more preferably a pitch of 0.8 D 2 and a substantially constant screw land height in the range of 5.0 mm to 7.5 mm, preferably between 5.0 mm and 6.5 mm and particularly preferably of 5.2 mm.
Als Materialien für die Fertigung der erfindungsgemäßen Mehrzonenschnecke kommen alle Stoffe in Frage, die dem Fachmann aus der Herstellung von Schnecken für die Verarbeitung thermoplastischer Formmassen bekannt sind. Bevorzugt sind unter anderem Edelstähle, zum Beispiel 4122.When Materials for the production of the multi-zone screw according to the invention are all substances in question, the expert from the production of snails for the processing of thermoplastic molding compositions are known. Prefers include stainless steels, for example 4122.
Das erfindungsgemäße Schneckendesign findet äußerst vorteilhaft Anwendung bei der Herstellung von Schnecken, die zum Plastifizieren von thermoplastischen Formmassen in einer Spritzgießanlage zum Hinterspritzen von Dekormaterialien, Textilien oder Stoffen dienen.The Screw design according to the invention finds extremely advantageous Application in the production of screws used for plasticizing of thermoplastic molding compositions in an injection molding plant for injection molding of decorative materials, textiles or fabrics serve.
Immer deutlicher werden darüber hinaus die Förderungen des Marktes nach einem Recycling-Konzept für Granulate, die aus der Hinterspritztechnik oder ähnlichen Anwendungen stammen und deswegen teilweise sehr hohe Anteile von Fremdmaterialien enthalten. Solcherlei Granulate sind auf Spritzgießmaschinen mit Standardschnecken bislang nicht ohne weiteres zu verarbeiten, da es zwangsläufig bei unzureichender Temperaturkonstanz je nach Aufbau und Herkunft der Dekormaterialien schon nach kurzer Zeit zum Verbrennen der Dekoranteile im Schnecken-Zylinderbereich kommt.always become clearer about it beyond the promotions of the market for a recycling concept for granules, from the Hinterspritztechnik or similar Applications come and therefore partly very high shares of Foreign materials included. Such kinds of granules are on injection molding machines with standard screws so far not readily process, as it is inevitable with insufficient temperature stability depending on structure and origin the decorative materials after a short time to burn the decorative parts in the screw cylinder area comes.
Bei Verwendung der vorgeschlagenen Mehrzonenschnecke zum Plastifizieren thermoplastischer Formmassen, denen aus dem Hinterspritzen von Dekormaterialien stammende Dekormaterialien oder Rückstände daraus enthaltende recyclierte Gra nulate in einem Anteil von zwischen 5 und 50 Gew.-%, bevorzugt 10 bis 25 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der zu verarbeitenden Formmasse zugesetzt sind, hat sich nun herausgestellt, dass ein Verbrennen der Fremdmaterialien vermieden werden kann. Insbesondere können bei Verwendung der erfindungsgemäßen Schnecke die bekannten negativen Verarbeitungsmerkmale, wie z. B. schlechtes Einzugsverhalten, Unmöglichkeit der kontinuierlichen Produktfertigung sowie Verkleben oder Festbacken von Sperr- und Druckring der Rückstromsperre durch verbrannte oder angelierte Dekormaterialien vollständig eliminiert werden.When using the proposed multi-zone screw for plasticizing thermoplastic Molding compounds to which are added from the back molding of decorative materials derived decorative materials or residues thereof containing recycled Gra nulate in a proportion of between 5 and 50 wt .-%, preferably 10 to 25 wt .-%, based on the total amount of the molding composition to be processed has now been found that burning of foreign materials can be avoided. In particular, when using the screw according to the invention, the known negative processing characteristics such. B. poor intake behavior, impossibility of continuous product production and bonding or caking of locking and pressure ring of the return flow blockage by burned or gelled decorative materials are completely eliminated.
Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Mehrzonenschnecke unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand einer Ausführungsform detailliert erläutert.following becomes the multi-zone screw according to the invention with reference to the attached Drawings based on an embodiment explained in detail.
In den Figuren zeigen:In show the figures:
Bei
der in
Der
Schneckenkern
An
das vordere Ende dem Plastifizierzylinders
Zwischen
Plastifizierzylinder
Die
Profilbereichslänge
L der dargestellten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Schnecke
beträgt
beispielsweise 20 D1. In Förderrichtung erkennt
man nun folgende nacheinander angeordnete Zonen mit unterschiedlicher
Schneckensteghöhe T:
Zunächst
sieht man eine erste Zone
An
die Einzugszone
Im
Anschluss an die Kompression
Als
vierte Zone folgt auf die Metering-Zone
An
die Metering-Mix-Zone
Der
zylindrische Teil
Der
spitz zulaufende Teil
Wie
am besten der
Die
in
Im
vorliegenden Beispiel entspricht der von der Innenwand des Zylinderkopfes
ausgebildete Winkel von 22° exakt
dem Winkel, der vom Teil
Des
weiteren ist am Zylinderkopf
Die Fünfzonenschnecke mit integrierter Wendelspitze gestattet besonders vorteilhaft ein Arbeiten mit im Vergleich zum Stand der Technik sehr geringer Umfangsgeschwindigkeit bei gleichzeitig sehr hoher Schmelzeausbringung. Das bedeutet, dass die Schnecke relativ langsam gedreht werden kann, z.B. nur mit 5 m/min und trotzdem Schmelzequalität, Leistung und Homogenität der Schmelze besser als bei bekannten Dreizonenschnecken sind. Insbesondere kann durch die niedrige Umfangsgeschwindigkeit die Eigenarbeit der Schnecke verhältnismäßig gering gehalten werden, was wiederum zu einer besonders exakten Temperaturkonstanz der Schmelze von ± 1°C entlang der gesamten Schneckenlänge mit all den daraus resultierenden Vorteilen für die Verarbeitung empfindlicher Materialien führt Ins gesamt wird also die Entstehung unkontrollierbarer Wärme gemäß dem erfindungsgemäßen Schneckenkonzept deutlich reduziert.The Five-zone screw with integrated spiral tip allows a particularly advantageous Working with very low peripheral speed compared to the prior art at the same time very high melt output. It means that the worm can be rotated relatively slowly, e.g. only with 5 m / min and still melt quality, performance and homogeneity of the melt better than in known three-zone screws. In particular, by the low peripheral speed the self-work of the screw relatively low held, which in turn leads to a particularly accurate temperature stability the melt along ± 1 ° C the entire length of the snail with all the resulting benefits for processing more sensitive Materials leads to total Thus, the formation of uncontrollable heat according to the inventive screw concept significantly reduced.
Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Mehrzonenschnecke bestehen darin, dass neben der gesteigerten Leistung ein besonders guter Mischeffekt bei Färbzusätzen auftritt. Die sogenannte Pigmentausbeute wird durch die Metering-Mix-Zone im Anschluss an die Metering-Zone ebenso wie die Homogenitätsausbeute im Vergleich zu Standardschnecken deutlich verbessert Dies hat zur Folge, dass ein und demselben thermoplastischen Material zur Erzielung eines vergleichbaren Färbeeffektes in einer erfindungsgemäßen Schnecke sehr viel weniger Farbzusätze beigemischt werden müssen als bei Standardschnecken.Further Advantages of the multi-zone screw according to the invention consist in the fact that in addition to the increased performance a special Good mixing effect occurs with color additives. The so-called pigment yield is due to the metering mix zone following the metering zone as well as the homogeneity yield significantly improved compared to standard screws Result that one and the same thermoplastic material to achieve a comparable dyeing effect in a screw according to the invention much less color additives must be added as with standard snails.
Eine weitere besonders vorteilhafte Wirkung der exakten Thermostatisierbarkeit der Schnecke zeigt sich in einer besonders geringen Wandhaftung der Materialien.A Another particularly advantageous effect of the exact Thermostatisierbarkeit the snail shows itself in a particularly low wall adhesion of the Materials.
Ein Festkleben der Schmelze kann weitgehend vermieden werden, genauso wie die gesamte Schnecke einen insgesamt viel geringeren Verschleiß aufweist als herkömmliche Spritzgießaggregate.One Sticking the melt can be largely avoided, as well as the entire screw has a much lower overall wear as conventional Spritzgießaggregate.
Nicht zu vergessen ist auch die hervorragende Eignung des neuen und erfinderischen Schneckenkonzepts für die Verarbeitung von recyclierten Granulaten aus der Hinterspritztechnik und die äußerst gute Eignung der erfindungsgemäßen Schnecken für die Verarbeitung von PVC. Darüber hinaus ist die Eignung für den Einsatz in Großmaschinen allerbestens.Not To forget is also the outstanding suitability of the new and inventive Slug concept for the processing of recycled granules from the back injection technique and the extremely good Suitability of the screws according to the invention for the Processing of PVC. About that In addition, the suitability for the use in large machines allerbestens.
- 1010
- Mehrzonenschnecke Multi-zone screw
- 2020
- Plastifizierzylinder plasticizing
- 3030
- Kerndurchmesser core diameter
- 4040
- Schneckenkern screw core
- 5050
- Wendel oder Schneckenstege spiral or snail bars
- 6060
- Wellenzapfen für Kupplung shaft journal for coupling
- 7070
- Schneckenspitze screw tip
- 7171
- zylindrischer Teil der Wendelspitze cylindrical Part of the spiral tip
- 7272
- spitz zulaufender Teil der Wendelspitze pointed tapered part of the spiral tip
- 8080
- Einzug oder Feedzone entry or feed zone
- 9090
- Kompressionszone compression zone
- 100100
- Metering- oder Homogenisierungszone metering or homogenization zone
- 110110
- Metering-Mix-Zone Metering mix zone
- 120120
- Metering-II-Zone Metering II Zone
- 130130
- Zylinderkopf cylinder head
- 140140
- axialer Spalt axial gap
- 150150
- radialer Spalt radial gap
- FF
- Förderrichtung conveying direction
- DD
- Innendurchmesser des Plastifizierzylinders Inner diameter of the plasticizing cylinder
Claims (38)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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---|---|---|---|---|
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-
2006
- 2006-07-19 DE DE102006033507A patent/DE102006033507A1/en not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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