-
Die Erfindung betrifft eine Plastifiziereinheit für eine Spritzgießmaschine, mit einem Plastifizierzylinder, in welchem eine Plastifizierschnecke in einem Plastifizierraum anordenbar ist, einer Temperiervorrichtung zum Heizen bzw. Kühlen des Plastifizierzylinders und einer am Plastifizierzylinder angeordneten, den Plastifizierzylinder haltenden Klemmplatte, wobei durch eine darin ausgebildete Einfüllöffnung Plastikrohstoff in die Plastifiziereinheit einfüllbar ist, wobei zwischen Plastifizierzylinder und Klemmplatte ein nicht-metallisches, die Einfüllöffnung freilassendes, thermisches Isolierelement angeordnet ist.
-
Bei den derzeit bekannten Ausführungen von Plastifizieraggregaten wird zur Förderung, zur Plastifizierung und zum Einspritzen von Granulat bzw. Schmelze ein meist beheizter Plastifizierzylinder (Massezylinder) verwendet, in welchem bevorzugt eine kombinierte Plastifizier- und Förderschnecke inklusive Absperreinrichtung (Rückstromsperre) aufgenommen ist. Durch die Drehung (und je nach Ausführung auch translatorische Bewegung) der Schnecke im Plastifizierzylinder wird Kraft auf das eingebrachte Granulat bzw. auf die Schmelze aufgebracht. Im Einfüllbereich der Plastifiziereinheit ist dabei eine Baugruppe (hierin Einfüllelement oder Traverse, Klemmplatte, Aufnahme) vorgesehen, die beispielsweise über weitere Verbindungsmittel (Rahmenelemente) die Plastifizierschnecke mit dem Plastifizierzylinder verbindet und insbesondere die Einfüllöffnung für das Granulat aufweist. Zum Zwecke der leichteren Montierbarkeit kann bspw. die Aufnahme des Massezylinders vollständig oder auch nur in Teilbereichen den Plastifizierzylinder umgeben, wobei durch einen geeigneten Mechanismus der Massezylinder lage- bzw. positionsrichtig an der Aufnahme eingebaut ist. Der Einfüllbereich ist generell jener Bereich der Plastifiziereinheit, an welchem die Klemmplatte angeordnet ist.
-
Während der Plastifizierzylinder auf entsprechender Verarbeitungstemperatur – über die Länge konstant bzw. variabel entsprechend Rohmaterialherstellerempfehlungen bzw. Erfahrung des Anwenders – gehalten werden muss, muss vor allem zur Verbesserung des Zuführverhaltens des Granulats die Baugruppe (Aufnahme bzw. Einfüllelement bzw. Klemmplatte) auf deutlich niedrigerer Temperatur gefahren werden.
-
Nachteilig dabei ist, dass durch die offensichtliche Temperaturdifferenz der angrenzenden Baugruppen (Plastifizierzylinder/Einfüllelement) ein entsprechender Wärmestrom vom meist heißen Plastifzierzylinder zum gekühlten oder kühleren Einfüllelement hin resultiert. Diese Verlustleistung manifestiert sich u. a. durch höhere Aufschmelzleistung als theoretisch notwendig ist sowie durch Wärmeverluste am Umfang der aufnahmeseitigen Heizzone.
-
Neben der Verlustleistung durch die Wärmeabgabe am Umfang des Zylinders erfolgt der Wärmeverlust vor allem durch die Wärmeleitung vom gewollt beheizten Zylinder zur gekühlten Aufnahme. Das bedeutet, dass durch die Übertragung von Wärme in die Aufnahme/Einfüllelement dort noch eine stärkere Kühlung durchgeführt werden muss, um die gewünschte Granulat- bzw. Schmelzetemperatur im Einfüllbereich zu erreichen und ein frühzeitiges Verkleben des Granulats bereits im Einfüllelement zu verhindern.
-
Derartige Plastifiziereinheiten, die zwar bereichsweise Isolierungen aufweisen aber dennoch ein nachteiliger, direkter Wärmeübergang zwischen einem Plastifizierzylinder und einer diesen Plastifizierzylinder haltenden Klemmplatte gegeben ist, sind beispielsweise aus den Schriften
JP H03-007317 A ,
JP H09-070864 A ,
KR 10 2009 0 021 665 A und
DE 20 41 653 A bekannt.
-
Die genannte
KR 10 2009 0 021 665 A zeigt dabei einen der eigentlichen Einfüllöffnung in den Plastifizierzylinder vorgeschalteten Einfüllzylinder, der zum Vorheizen des zuzuführenden Materials beheizbar und durch eine Isolierplatte von der den Plastifizierzylinder haltenden Klemmplatte thermisch isoliert ist. Weitere Plastifizierschnecken mit Isolierelementen zeigen die Schriften
DE 40 24 070 A1 und
DE 10 2006 029 358 A1 .
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Plastifiziereinheit anzugeben, bei welcher die oben genannten Nachteile vermieden werden. Insbesondere sollen die Verlustleistungen möglichst gering gehalten werden und eine Reduktion der aufzunehmenden Energie über den Spritzzyklus erreicht werden.
-
Dies wird für eine Plastifiziereinheit mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch erreicht, dass das Isolierelement am Plastifizierzylinder anliegt und es durch das Isolierelement zu keiner Metall-Metall-Berührung zwischen Plastifizierzylinder und Klemmplatte kommt, sodass das Isolierelement die Klemmplatte vom Plastifizierzylinder thermisch trennt. Durch dieses als schlecht wärmeleitende Schicht bzw. Formelement ausgebildete Isolierelement zwischen Plastifizierelement und Klemmplatte/Aufnahme wird der Wärmefluss zwischen diesen Teilen verringert bzw. fast vollständig unterbunden, wodurch die Leistungsaufnahme der gesamten Plastifziereinheit bzw. der gesamten Spritzgießmaschine während eines Spritzzyklus messbar reduziert wird und weniger Wärmeverlust stattfindet. Mit anderen Worten ist die Klemmplatte vom Zylinder durch das Isolierelement gänzlich getrennt bzw. es gibt keine direkten Kontaktpunkte zwischen den beiden Teilen.
-
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass das Isolierelement die Klemmplatte und den Plastifizierzylinder verbindet. Besonders bevorzugt kann dazu vorgesehen sein, dass nur das Isolierelement die Klemmplatte mit dem Plastifizierzylinder verbindet.
-
Dadurch, dass nur das Isolierelement die Klemmplatte mit dem Zylinder verbindet, muss besonders darauf bedacht genommen werden, dass eine sehr gut haltende und passgenaue Verbindung zwischen diesen drei Teilen gegeben ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist deshalb dafür vorgesehen, dass der Plastifizierzylinder und das Isolierelement jeweils einen aufeinander abgestimmten Teil einer Zentrierpassung (Passmaß beispielsweise H7/f7) aufweisen, über die das Isolierelement und der Plastifizierzylinder verbunden sind. Somit ist durch die formbeständigen Isolierelemente auch eine passende Lagefixierung des Plastifizierzylinders in der Klemmplatte gegeben. Das Isolierelement ist somit nicht nur thermisch trennend sondern auch tragend ausgebildet.
-
Bevorzugt kann dazu weiteres vorgesehen sein, dass das Isolierelement und der Plastifizierzylinder über die Zentrierpassung koaxial zur Schneckenachse miteinander verbunden sind.
-
Alternativ oder zusätzlich kann aber auch vorgesehen sein, dass über ein Befestigungsmittel bzw. über Verklemmelemente das bzw. die Isolierelemente zwischen dem Einführelement und dem Plastifizierzylinder eingeklemmt werden. Bevorzugt ist allerdings vorgesehen, dass das Isolierelement über, vorzugsweise einschraubbare und vorzugsweise keramische, Befestigungsmittel zwischen einem Fixierelement und dem Plastifizierzylinder montiert ist.
-
Bevorzugt kann weiters vorgesehen sein, dass das Isolierelement ringförmig die Einfüllöffnung umschließt und an diese angrenzt. Mit anderen Worten ist dadurch die Einfüllöffnung auch im Isolierelement selbst ausgeführt bzw. in diesem fortgeführt.
-
Generell kann aber dieses Isolierelement in jedem Bereich (nicht nur im Einfüllbereich) des Plastifizierzylinders angebracht werden, an dem eine zu isolierende bzw. thermisch zu trennende Verbindung von einem beheizten Teil zu einem nicht beheizten Teil vorliegt.
-
Um einen möglichst großen Abstand der beheizten Bereiche zu nicht beheizten Bereichen zu erreichen, kann bevorzugt vorgesehen sein, dass das Isolierelement im Einfüllbereich die im Plastifizierzylinder anordenbare Plastifizierschnecke im Wesentlichen vollständig umgibt. Dabei kann das Isoliermittel als vorzugsweise keramische Hülse ausgebildet sein, die im Einfüllbereich den eigentlichen Plastifizierzylinder nahezu vollständig ersetzt. Der Plastifizierraum im Zylinder wird somit im Einfüllbereich im Wesentlichen nur durch das Isolierelement begrenzt bzw. umschlossen.
-
Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Plastifizierzylinder im Einfüllbereich die im Plastifizierzylinder anordenbare Plastifizierschnecke zumindest bereichsweise umschließt, wobei der Plastifizierzylinder die Einfüllöffnung freilässt. Somit muss das Isolierelement bei dieser Ausführung nicht direkt an den Plastifizierraum angrenzen, sondern wird durch den Plastifizierzylinder von der Schnecke getrennt. Dabei kann vorgesehen sein, dass zumindest zwei, vorzugsweise ringförmige, Isolierelemente im Einfüllbereich die im Plastifizierzylinder anordenbare Plastifizierschnecke umschließen.
-
Da nicht der gesamte Bereich zwischen der Klemmplatte und dem Plastifizierzylinder mit dem eigentlichen Isolierelement ausgefüllt sein muss, kann bevorzugt vorgesehen sein, dass im Einfüllbereich zusätzlich zwischen Klemmplatte und Plastifizierzylinder zumindest ein isolierender Hohlbereich ausgebildet ist. Auch bei dieser Ausführung gibt es keine Metall-Metall-Berührung zwischen Klemmplatte und Plastifizierzylinder.
-
Grundsätzlich ist gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugt vorgesehen, dass die Klemmplatte den Plastifizierzylinder quer zur Schneckenachse gänzlich umschließt. Natürlich können aber zumindest bereichsweise gewichtsreduzierende Ausnehmungen vorgesehen sein.
-
Generell müssen nur in diesen Bereichen zwischen Klemmplatte und Plastifizierzylinder Isolierelemente angeordnet sein, die für die Stabilität und Befestigung der gesamten Plastifiziereinheit und für die ausreichende Kraftübertragung notwendig sind. Sämtliche wenig oder nicht belasteten Bereiche können zwischen Klemmplatte und Plastifizierzylinder freigelassen werden, was zum einen Material- und Gewichtsersparnis bringt und zum anderen durch die dazwischen befindliche Luft auch eine gute thermische Isolierung ermöglicht.
-
Um eine Kühlung bzw. Temperierung an der Klemmplatte zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass die Klemmplatte durch eine Temperiervorrichtung temperierbar ist.
-
Als geeignete Schichten bzw. Elemente für die Ausführung der Isolierelemente eignen sich, bedingt durch ihre hohe Druckfestigkeit, thermische Stabilität und ihre Isolierfähigkeit (Wärmeleitkoeffizient ca. 1/10 von Stahl), bei nahezu gleicher thermischer Ausdehnung wie der Stahlgrundwerkstoff sowie die Möglichkeit, entsprechende Schichtdicken zu erzielen, nahezu jegliche Art von keramischen Werkstoffen, keramischen Faserverbundwerkstoffen und/oder Silikaten. Die keramischen Rohstoffe kommen dabei bevorzugt aus der Gruppe Zirkoniumoxid (ZrO2), Aluminiumoxid (Al2O3) und/oder Siliziumkarbid (SiC). Als Silikate kommen bevorzugt Wollastonit (Calciumsilikat), Glimmer und/oder Steatit in Frage. Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass das Isolierelement ein silikonharzimprägniertes Glimmerpapier, ein Polyesterharz, Feuerfestbeton und/oder metallisiertes Glasgewebe aufweist.
-
Schutz wird auch begehrt für eine Spritzgießmaschine mit einem Rahmen und einer Plastifiziereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Plastifiziereinheit über deren Klemmplatte am Rahmen (Verbindungsteil) der Spritzgießmaschine befestigt ist.
-
Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der Figurenbeschreibung unter Bezugnahme auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele im Folgenden näher erläutert. Darin zeigen
-
1 einen Schnitt durch einen Teil der Plastifiziereinheit mit einstückigem Isolierelement,
-
2 einen Schnitt durch die Plastifiziereinheit mit mehrstückigem Isolierelement,
-
3 einen Schnitt B-B durch die 2,
-
4 einen Schnitt durch einen Teil der Plastifiziereinheit mit dreistückigem Isolierelement und
-
5 einen Schnitt durch einen Teil der Plastifiziereinheit mit einem ringförmigen und einem hülsenförmigen Isolierelement.
-
In 1 ist der hintere Teil einer Plastifiziereinheit dargestellt, in welchem die Zuführung von Plastikrohstoff in den Plastifzierraum 13 des Plastifizierzylinders 1 zur Plastifizierschnecke 2 erfolgt. Der gesamte Plastifizierzylinder 1 ist üblicherweise über eine Klemmplatte 4 (Einfüllelement) an einem hier nicht dargestellten Verbindungsteil (Rahmen) einer Spritzgießmaschine gehalten. Gegenüber diesem Rahmen – und somit auch gegenüber dem Plastifizierzylinder 1 – ist die Plastifizierschnecke 2 durch einen nicht dargestellten Antrieb drehbar und bevorzugt auch translatorisch bewegbar. Bei den meisten bekannten Ausführungen von Platifiziereinheiten wird in dieser Klemmplatte 4 auch die Einfüllöffnung 5 ausgebildet, wodurch bevorzugt die Klemmplatte 4 und das Einfüllelement ein und dasselbe Bauteil sind. Um eine gute Aufschmelzung des eingebrachten Plastikrohstoffs im Plastifzierraum 13 durch die Plastifizierschnecke 2 und dessen Schneckenstegen 10 im Plastifizierzylinder 1 zu erreichen, sind – in diesem Fall – um den Plastifizierzylinder Temperiervorrichtungen 3 zum Heizen oder Kühlen des Plastifizierzylinders 1 angeordnet. Alternativ können auch Temperierkanäle im Plastifizierzylinder 1 ausgebildet sein. Um den Wärmeverlust möglichst gering zu halten und einen Einfluss auf die bevorzugt gekühlte Klemmplatte 4 zu verhindern, ist zwischen dem Plastifizierzylinder 1 und der Klemmplatte 4 ein nichtmetallisches thermisches Isolierelement 6 angeordnet. Da es dadurch zu keiner direkten Berührung (keiner Metall-Metall-Berührung) kommt, wird eine starke Wärmeübertragung zwischen Plastifizierzylinder 1 und Klemmplatte 4 unterbunden und die gesamte Plastifiziereinheit benötigt zum Erreichen der gleichen Plastifizierleistung weniger Energie.
-
In dieser 1 ist in der Klemmplatte 4 die Temperiervorrichtung 8 als Bohrung ausgeführt, durch welche beispielsweise ein Temperiermedium geführt werden kann. Im Einfüllbereich E ist das Isolierelement 6 als einstückige, vorzugsweise keramische, die Schnecke quer zur Schneckenachse A im Wesentlichen vollständig umgebende Hülse 6a ausgeführt, in welcher direkt die Einfüllöffnung 5 ausgebildet ist. Diese Hülse 6a ersetzt zum Großteil im Einfüllbereich E den Plastifizierzylinder 1 und ist über die Befestigungsmittel 9 zwischen einem Fixierelement 11, der Klemmplatte 4 und dem Plastifizierzylinder 1 befestigt (eingeklemmt). Im Bereich der Überlappung zwischen der Hülse 6a und dem Plastifizierzylinder 1 ist die Zentrierpassung 12 ausgebildet, durch die die zentrale Befestigung des Isolierelements 6 am Plastifizierzylinder 1 ermöglicht wird. Durch die Zentrierpassung 12 ist eine axiale Bewegung des Isolierelements 6 zum Plastifzierzylinder 1 zwar noch möglich, eine radiale Bewegung (quer zur Schneckenachse A) kann aber nicht mehr durchgeführt werdne. Mit den Befestigungsmitteln 9 wird dann auch die axiale Lagefixierung erreicht und es ist Formschlüssigkeit gegeben. Der Einfüllbereich E ist in dieser 1 im Wesentlichen der Bereich, in welchem die Klemmplatte 4 (quer zur Zylinderachse A) am Plastifizierzylinder 1 angeordnet ist. Anstatt bzw. zusätzlich zum als gesondertes vorgeformtes Bauteil ausgeführte Isolierelement 6, kann das Isolierelement 6 auch zumindest teilweise am Plastifizierzylinder 1 oder an der Klemmplatte 4 als relativ schmale Isolierschicht 6f an- bzw. aufgespritzt sein. Es ist grundsätzlich auch möglich, dass die Isolierelemente 6 durch Einkleben oder Aufsprayen auf den Plastifizierzylinder 1 aufgebracht werden.
-
In 2 ist das Isolierelement 6 mehrstückig ausgeführt und weist die Isolierelemente 6b, 6c, 6d und 6e auf, die die Plastifizierschnecke 2 (jeweils) quer zur Schneckenachse A umschließen. Zwischen diesen einzelnen Ringen sind Hohlbereiche 7 ausgebildet, die ebenfalls eine zu starke Wärmeübertragung zwischen Plastifizierzylinder 1 und Klemmplatte 4 verhindern.
-
Wie auch im Schnitt B-B in 3 ersichtlich, umschließt das Isolierelement 6e die Einfüllöffnung 5 und grenzt durchgehend an diese an. Im Wesentlichen sind diese Isolierelemente 6 nur in den Bereichen notwendig, an denen einerseits eine Kraftübertragung zwischen Plastifzierzylinder 1 und Klemmplatte 4 und andererseits ein Austritt von Plastifikat verhindert werden muss. Demgemäß ist in 3 nur im unmittelbaren Bereich um die Einfüllöffnung 5 das ringförmige Isolierelement 6e ausgebildet, während der restliche Bereich zwischen Plastifizierzylinder 1 und Klemmplatte 4 als Hohlbereich 7 ausgebildet ist. Wäre derselbe Schnitt B-B in 2 parallel nach links zum Isolierelement 6c versetzt, würde der komplette Bereich zwischen Plastifizierzylinder 1 und Klemmplatte 4 durch das Isolierelement 6 gebildet. Gemäß der 2 sind drei Isolierelemente 6 gezeigt, wobei die Isolierelemente 6c und 6e bevorzugt miteinander verbunden sind. Alternativ können die Isolierelemente 6c im unteren Bereich unabhängig vom oben dargestellten Isolierring 6e ausgebildet sein.
-
Dasselbe gilt für die im Einfüllbereich E (kann auch als indirekter Kontaktbereich zwischen Klemmplatte 4 und Plastifizierzylinder bezeichnet werden) angeordneten Isolierelemente 6b, 6c und 6d in 4 bzw. der für die Isolierschicht 6f in 1.
-
In 5 ist eine weitere Alternative gezeigt, indem der rechte Teil des Isolierelementes 6 im Wesentlichen als einstückige Hülse 6a um den Plastifizierzylinder 1 herum ausgebildet ist und im linken Bereich ein Isolierring 6b als Anlagering für die Klemmplatte 4 bei der Verklemmung durch das Fixierelement 11 gegen den Plastifizierzylinder 1 dient.
-
Somit ist durch die hier vorliegende Erfindung eine Plastifiziereinheit gezeigt, bei der der Wärmeverlust vom temperierten (beheizten) Plastifizierzylinder 1 in mit dem Plastifizierzylinder 1 verbundenen Teilen (Klemmplatte bzw. Einfüllelement 4) durch Isolierelemente 6 wesentlich verringert bzw. komplett unterbunden wird, indem keine direkten Berührungspunkte zwischen Plastifizierzylinder 1 und Klemmplatte 4 vorliegen. Zugleich dient das Isolierelement 6 auch als, vorzugsweise einziges direktes, Verbindungselement zwischen Klemmplatte 4 und Plastifizierzylinder 1. Dazu ist es wichtig, dass bei der Montage des Isolierelements 6 am Plastifizierzylinder 1 diese beiden Teile über eine Zentrierpassung 12 exakt aneinander liegen, wonach die endgültig fixierende formschlüssige Verbindung über die Befestigungselemente 9 hergestellt wird.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Plastifizierzylinder
- 2
- Plastifizierschnecke
- 3
- Temperiervorrichtung
- 4
- Klemmplatte
- 5
- Einfüllöffnung
- 6
- Isolierelement
- 6a
- Hülse
- 6b, 6c, 6d, 6e
- Isolierelement
- 6f
- Isolierschicht
- 7
- Hohlbereich
- 8
- Temperiervorrichtung
- 9
- Befestigungsmittel
- 10
- Schneckenstege
- 11
- Fixierelement
- 12
- Zentrierpassung
- 13
- Plastifizierraum
- A
- Schneckenachse
- E
- Einfüllbereich
