DE102006044913B4

DE102006044913B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Spritzgießen

Info

Publication number: DE102006044913B4
Application number: DE200610044913
Authority: DE
Inventors: Christian Gornik
Original assignee: Adcuram Maschinenbau Holding GmbH
Current assignee: Adcuram Maschinenbau Holding GmbH
Priority date: 2006-09-22
Filing date: 2006-09-22
Publication date: 2010-05-27
Anticipated expiration: 2026-09-23
Also published as: AT504415A2; AT504415A3; DE102006044913A1

Abstract

Einspritzvorrichtung zum Spritzgießen plastischer Massen, die
– mindestens einen Zylinder (2),
– eine darin axial bewegliche Schnecke (1) und
– einen an der Schneckenspitze (5) angeordneten Sperrring (3) umfasst,
wobei das vordere Ende der Schneckenspitze (5) als Kolben (6) ausgeführt ist und
wobei am Zylinder (2) eine Düse (11) mit einer Bohrung (8) angeordnet ist, in die der Kolben (6) eintauchen kann,
dadurch gekennzeichnet, dass
im Zylinder (2) Nuten (7) eingebracht sind, wobei die axiale Länge der Nuten (7) so auf die Schneckenspitze (5) abgestimmt ist, dass beim axialen Verschieben der Schnecke (1) eine Verbindung zwischen dem Schneckenvorraum (13) und den Schneckengängen (14) über die Nuten (7) gebildet wird, und wobei die Verbindung zwi schen dem Schneckenvorraum (13) und den Schneckengängen (14) erst dann entsteht, wenn die Schnecke (1) sich in einer Position befindet, in der der Kolben (6) in die Bohrung (8) der...

Description

Die Erfindung betrifft eine Einspritzvorrichtung zum Spritzgießen plastischer Massen, die mindestens einen Zylinder, eine darin axial bewegliche Schnecke, einen an der Schneckenspitze angeordneten Sperrring umfasst, wobei das vordere Ende der Schneckenspitze als Kolben ausgeführt ist und wobei am Zylinder eine Düse mit einer Bohrung angeordnet ist, in die der Kolben eintauchen kann.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein diesbezügliches Verfahren.
Beim Spritzgießen mit so genannten Schubschnecken fördert die Schnecke beim Dosieren Schmelze in den Schneckenvorraum und bewegt sich zurück, bis das für das nächste Einspritzen notwendige Volumen erreicht ist. Im nachfolgenden Einspritzprozess wirkt die Schnecke als Kolben und schiebt das zuvor aufdosierte Schmelzevolumen in das Spritzgießwerkzeug. Zur Verhinderung des Zurückströmens von Schmelze während des Einspritzens befindet sich an der Schneckenspitze ein Ventil, die so genannte Rückstromsperre. Nähert sich die Schnecke jener Position, bei der die Werkzeugkavität volumetrisch gefüllt ist, wird die Schnecke abgebremst, d. h. die Geschwindigkeit der Schnecke wird reduziert. Aufgrund der Trägheit der in Bewegung befindlichen Massen passiert dieses Abbremsen mit Verzögerungen (negative Beschleunigung) von etwa 1000 mm/s² bis etwa 10000 mm/s². Jenes Volumen, welches nach Einleitung des Abbremsens der Schnecke noch durch die Düse des Zylinders geschoben wird, wird im Folgenden als Bremsvolumen bezeichnet. Je kleiner das Bremsvolumen, desto genauer und reproduzierbarer ist der Spritzgießprozess.
Über ein Wegmesssystem wird die Position der Schnecke zu jedem Zeitpunkt bestimmt. Das Wegmesssystem hat nur eine begrenzte Auflösung a (Auflösungsgrenze des Systems aufgrund einer A/D-Wandlung o. ä.). Das bedeutet, dass das Volumen im Schneckenvorraum nur mit einer Unsicherheit von
bestimmbar ist, wobei d der Schneckendurchmesser ist. Die Unsicherheit steigt also mit dem Quadrat des Schneckendurchmessers. Oder umgekehrt: je kleiner der Schneckendurchmesser, desto präziser kann der Prozess geführt werden.
Aus dieser Sicht wäre es wünschenswert, den Schneckendurchmesser möglichst klein zu halten. Jedoch sind dem Schneckendurchmesser gewisse untere Grenzen gesetzt. Unter einem Schneckendurchmesser von etwa 14 mm können keine Standardgranulatgrößen mehr eingezogen werden, da die Kanalhöhe kleiner als die Granulatgröße ist. Des Weiteren reduziert sich bei gegebenem Dosierweg der Spritzeinheit mit kleiner werdendem Schneckendurchmesser auch das nutzbare Spritzvolumen.
Die DE 24 26 703 A1 offenbart eine Plastifizierschnecke, die in ihrem vorderen Endbereich einen Kolben aufweist, der in einen entsprechenden zylinderförmigen Bereich im Schneckenzylinder eintauchen kann, wodurch der Einspritzdruck erhöht werden kann. Spezifisch ausgebildete Plastifizierzylinder sind aus der DE 25 14 307 A1 und aus der DE 102 06 169 B4 bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, das Bremsvolumen zu reduzieren sowie die Genauigkeit im Spritzgießprozess, insbesondere unmittelbar vor der volumetrischen Füllung der Werkzeugkavität zu erhöhen.
Die Lösung der Aufgabe bezüglich der Vorrichtung ist in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gekennzeichnet, dass im Zylinder Nuten eingebracht sind, wobei die axiale Länge der Nuten so auf die Schneckenspitze abgestimmt ist, dass beim axialen Verschieben der Schnecke eine Verbindung zwischen dem Schneckenvorraum und den Schneckengängen über die Nuten gebildet wird, und wobei die Verbindung zwischen dem Schneckenvorraum und den Schneckengängen erst dann entsteht, wenn die Schnecke sich in einer Position befindet, in der der Kolben in die Bohrung der Düse eingetaucht ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
Die verfahrenstechnische Lösung ist in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerung der Schnecke zum Umschalten auf Nachdruck unmittelbar vor dem Eindringen des Kolbens in die Bohrung der Düse erfolgt.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Spritzgießen auf Schubschneckenplastifiziereinheiten, bei dem das Schmelzevolumen, welches nach Einleitung des Abbremsvorganges der Schnecke noch in das Werkzeug geschoben wird, durch Verwendung einer Schneckenspitze, an deren Ende sich ein Kolben kleineren Durchmessers als der Schneckendurchmesser befindet, deutlich verringert wird.
Die Vorteile der Vorrichtung und des damit praktizierten Verfahrens werden anhand der nachfolgen Beschreibung des Ausführungsbeispieles verdeutlicht. Es zeigt
1 die erfindungsgemäße Vorrichtung,
2 die Vorrichtung nach 1 mit vorgeschobener Schnecke,
3 die Vorrichtung nach 1 in einer Stellung, in der der Kolben in die Bohrung eingedrungen ist, und
4 den Verlauf des Volumenstromes.
In 1 ist die Vorrichtung zur Reduzierung des Bremsvolumens dargestellt. An der Schneckenspitze (5) wird ein Kolben (6) angebracht, welcher einen geringeren Durchmesser als der Schneckendurchmesser hat. In der Düse (11) des Spritzzylinders (2) ist im vorderen Bereich eine Bohrung (8), deren Durchmesser geringfügig größer als der Kolben (6) ist, so dass beim Eindringen des Kolbens (6) in diese Bohrung (8) kein nennenswertes Schmelzevolumen über das Spiel zwischen Kolben durchmesser und Bohrungsdurchmesser strömen kann. Am Zylinderumfang sind im vorderen Bereich Nuten (7) in axialer Richtung oder in einer Schraublinie angebracht.
Die Schnecke (1) bewegt sich zu Beginn des Einspritzens von ihrer Ausgangsposition, welche so gewählt ist, dass der Kolben (6) nicht in die Bohrung (8) eintaucht und das Volumen im Schneckenvorraum (13) ausreicht, um die Werkzeugkavität (10) zu füllen, weg. Nach einer Beschleunigungsphase stellt sich der gewünschte Volumenstrom in die Werkzeugkavität ein.
Der Volumenstrom ergibt sich aus der Schneckengeschwindigkeit (4) v_Schnecke und dem Schneckendurchmesser d nach folgender Formel:
In 2 ist die Schnecke in einer Stellung unmittelbar bevor der Kolben (6) in die Bohrung (8) eindringt dargestellt.
Unmittelbar vor Erreichung der volumetrischen Werkzeugfüllung taucht der Kolben (6) in die Bohrung (8) ein, so dass sich der Volumenstrom bei gleich bleibender Schneckengeschwindigkeit auf den Wert
reduziert. Darin ist d_Kolben der Durchmesser des Kolbens (6), welcher deutlich kleiner ist als der Durchmesser der Schnecke (1). Die Nuten (7) über den Umfang des Zylinders (2) sind so angeordnet, dass über die Nuten Schmelze in die Schneckengänge zurückströmen kann, sobald der Kolben (6) in die Bohrung (8) eindringt, um zu verhindern, dass das Schmelzevolumen zwischen dem Sperrring (3) und der Düsenbohrung (8) komprimiert wird, wie in 3 dargestellt. Der Sperrring (3) wird weiterhin durch den Innendurchmesser des Zylinders geführt. Unmittelbar nachdem der Kolben (6) in die Bohrung (8) eingedrungen ist, beginnt das Abbremsen der Schnecke (1). Das Bremsvolumen wird dadurch im Vergleich zu üblichen Schubschneckeneinheiten deutlich reduziert.
Die Fläche unter der Volumenstromkurve (∫v .(t)dt) ab Beginn der Verzögerung entspricht dem Bremsvolumen.
4 zeigt den Verlauf des Volumenstromes für eine Standard-Schubschneckeneinheit und eine Einheit gemäß obiger Beschreibung. Der Darstellung liegen folgende Randbedingungen zu Grunde:

• Schneckendurchmesser d = 22 mm
• Kolbendurchmesser d_Kolben = 5 mm
• Beschleunigung 5000 mm/s²
• Verzögerung 5000 mm/s²
• Sollgeschwindigkeit 100 mm/s
• Dosierweg 25 mm
• Einleitung der Verzögerung nach 0,2 s
• Ab einer Schneckenstellung von 7 mm taucht der Kolben in die Bohrung ein

In 4 ist V ._Standard (15) der Volumenstrom einer Standard-Schubschneckeneinheit, s ist die Schneckenposition und V ._{mit Kolben} (16) der Volumenstrom der beschriebenen Einheit. Es sind die Schneckenstellung (18) in mm und der Volumenstrom (18) in cm³/s über der Zeit (19) in Sekunden aufgetragen.
Das Volumen, welches von der Einleitung der Verzögerung – Beginn des Abbremsens (17) – bis zum Stillstand durchfahren wird (Bremsvolumen), kann mit der in der Erfindung beschriebenen Vorrichtung auf 0,017 cm³ verringert werden. Bei der Standard-Schubschneckeneinheit beträgt das Bremsvolumen unter den obigen Randbedingungen 0,325 cm³, also rund das zwanzigfache. Des weiteren verbessert sich die Genauigkeit bei Verwendung der in der Erfindung beschriebenen. Einheit, da nun eine Unsicherheit bei der Wegauflösung von beispielsweise 0,1 mm nur mehr einer Unsicherheit im Volumen von 0,002 cm³ entspricht, während bei einer Standard-Schubschneckeneinheit die Unsicherheit im Volumen 0,038 cm³ beträgt.
Vor Beginn des Dosiervorganges wird die Schnecke soweit zurückgezogen, dass sich der Kolben nicht mehr in der Bohrung (8) und die Hinterkante des Sperrrings (3a) sich hinter dem Beginn der Nuten (7a) befinden, damit der sich im Schneckenvorraum (13) aufbauende Staudruck voll auf die Querschnittsfläche der Schnecke (1) wirksam wird und diese nach hinten drückt.
Der Düsenbereich (11) und die Länge des Kolbens (6) kann so gestaltet werden, dass der Kolben bis direkt in die Trennebene (12) des Werkzeugs (9) bewegt werden kann.

1: Schnecke
2: Zylinder
3: Sperrring
4: Schneckengeschwindigkeit
5: Schneckenspitze
6: Kolben
7: Nut
8: Bohrung
9: Werkzeug
10: Kavität
11: Düse
12: Trennebene von 9
13: Schneckenvorraum
14: Schneckengänge
15: V ._Standard
16: V ._{mit Kolben}
17: Beginn des Abbremsens
18: Schneckenstellung/Volumenstrom
19: Zeit
s: Schneckenposition

Claims

Einspritzvorrichtung zum Spritzgießen plastischer Massen, die – mindestens einen Zylinder (2), – eine darin axial bewegliche Schnecke (1) und – einen an der Schneckenspitze (5) angeordneten Sperrring (3) umfasst, wobei das vordere Ende der Schneckenspitze (5) als Kolben (6) ausgeführt ist und wobei am Zylinder (2) eine Düse (11) mit einer Bohrung (8) angeordnet ist, in die der Kolben (6) eintauchen kann, dadurch gekennzeichnet, dass im Zylinder (2) Nuten (7) eingebracht sind, wobei die axiale Länge der Nuten (7) so auf die Schneckenspitze (5) abgestimmt ist, dass beim axialen Verschieben der Schnecke (1) eine Verbindung zwischen dem Schneckenvorraum (13) und den Schneckengängen (14) über die Nuten (7) gebildet wird, und wobei die Verbindung zwi schen dem Schneckenvorraum (13) und den Schneckengängen (14) erst dann entsteht, wenn die Schnecke (1) sich in einer Position befindet, in der der Kolben (6) in die Bohrung (8) der Düse (11) eingetaucht ist.
Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Kolbens (6) kleiner als der Durchmesser der Schnecke (1) ist.
Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (7) gleichmäßig über den Umfang des Zylinders (2) verteilt sind.
Einspritzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (7) im Zylinder (2) wendelförmig angeordnet sind.
Einspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Kolbens (6) so gewählt ist, dass die Kolbenspitze in der vordersten Position der Schnecke im Bereich der Trennebene (12) des Werkzeugs liegt.
Verfahren zum Spritzgießen plastischer Massen mit einer Einspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerung der Schnecke (1) zum Umschalten auf Nachdruck unmittelbar vor dem Eindringen des Kolbens (6) in die Bohrung (8) der Düse (11) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach Eintauchen des Kolbens (6) in die Bohrung (8) die Schmelze über die im Zylinder (2) angeordneten Nuten (7) und über den Sperrring (3) in den Bereich der Schneckengänge zurückströmt.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erforderliche Volumenstrom, während der Nachdruckphase ausschließlich durch das vom Kolben (6) verdrängte Volumen pro Zeiteinheit aufgebracht wird.