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Die Erfindung betrifft eine Rückstromsperre für eine Plastifizierschnecke einer Spritzgießmaschine, mit einer Spitze, einem Druckring und einem relativ zur Spitze und zum Druckring verschiebbar angeordneten Sperrring, wobei in der Spitze oder am Sperrring wenigstens eine Führungsbahn für wenigstens einen am Sperrring bzw. an der Spitze angeordneten Mitnehmer angeordnet ist, wobei die wenigstens eine Führungsbahn eine parallel zur Verschieberichtung des Sperrrings angeordnete Wandung und eine schräg zur Verschieberichtung des Sperrrings angeordnete Wandung aufweist und der wenigstens eine Mitnehmer entsprechende parallel verlaufende Abschnitte aufweist und wobei die Spitze zusätzlich zu allen vorhandenen Führungsbahnen wenigstens eine Strömungspassage für Kunststoffschmelze aufweist. Weiters soll eine Verwendung der erfindungsgemäßen Rückstromsperre in einem Verfahren zum Einspritzen von Kunststoffschmelze in eine Kavität einer Spritzgießmaschine, sowie ein Verfahren zum Einspritzen von Kunststoffschmelze in eine Kavität einer Spritzgießmaschine angegeben werden.
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Rückstromsperren haben einen entscheidenden Einfluss auf die Qualität eines Spritzgussteils. Je genauer beispielsweise das Schließen der Rückstromsperre nach Erreichen des Endes des Dosiervorgangs kontrolliert werden kann, um so höher ist die Schussgewichts-Konstanz.
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Vorab sei noch darauf hingewiesen, dass es sich bei der Rückstromsperre der eingangs erwähnten Art um eine Rückstromsperre mit einem sich mitdrehenden Sperrring handelt. Technisch wird das Mitdrehen des Sperrrings dadurch realisiert, dass in der Spitze oder am Sperrring wenigstens eine Führungsbahn für wenigstens einen am Sperrring bzw. an der Spitze angeordneten Mitnehmer angeordnet ist. Die Tatsache, dass die wenigstens eine Führungsbahn darüber hinaus eine parallel zur Verschieberichtung des Sperrrings angeordnete Wandung und eine schräg zur Verschieberichtung des Sperrrings angeordnete Wandung aufweist und der wenigstens eine Mitnehmer entsprechende parallel verlaufende Abschnitte aufweist, hat den folgenden Zusatzeffekt: Sie ermöglicht es, ein Zwangsschließen der Rückstromsperre nach Erreichen des Endes des Dosiervorgangs durch eine kurz andauernde Drehbewegung der Plastifizierschnecke in die der Drehrichtung während des Dosiervorgangs entgegen gesetzte Drehrichtung herbeizuführen. Wie dieses Zwangsschließen im Einzelnen abläuft, wird weiter unten anhand der Zeichnungen beschrieben.
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Rückstromsperren der eingangs erwähnten Art sind bereits bekannt und werden beispielsweise in der
DE 10 2004 059 610 A1 und
US 2008/0 110 507 A1 beschrieben. Nachteilig an ihrer Bauweise ist allerdings, dass die Kunststoffschmelze während des Dosiervorgangs durch Öffnungen und Lücken zwischen Sperrring und Spitze der Plastifizierschnecke gequetscht wird, die sehr kleine Querschnitte aufweisen. Dadurch entstehen hohe Drücke und eine sehr große Scherwärme, welche die Qualität der Kunststoffschmelze und damit des späteren Spritzgussteils negativ beeinflusst.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Rückstromsperre, eine Verwendung einer solchen verbesserten Rückstromsperre in einem Verfahren zum Einspritzen von Kunststoffschmelze in eine Kavität einer Spritzgießmaschine, sowie ein solches Verfahren anzugeben.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Rückstromsperre gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, dass die wenigstens eine Strömungspassage derart ausgebildet ist, dass die Kunststoffschmelze parallel zur Verschieberichtung aus der Spitze austreten kann. Hierdurch kann die Kunststoffschmelze ungehinderter von dem Bereich, in dem sich die Plastifizierschnecke befindet, in den Schneckenvorraum fließen. Weitere Vorteile sind eine verbesserte Selbstreinigung und ein verbesserter Druckabbau beim Schließvorgang.
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Schutz wird auch begehrt für eine Spritzgießmaschine, die eine erfindungsgemäße Rückstromsperre umfasst, sowie für die Verwendung der erfindungsgemäßen Rückstromsperre in einem Verfahren zum Einspritzen von Kunststoffschmelze in eine Kavität einer Spritzgießmaschine, wobei die Rückstromsperre an der Spitze einer drehbar und verschiebbar in einem Plastifizierzylinder gelagerten Plastifizierschnecke der Spritzgießmaschine angeordnet ist, und für ein Verfahren zum Einspritzen von Kunststoffschmelze in eine Kavität einer Spritzgießmaschine.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert und werden im Einzelnen im Rahmen der folgenden Figurenbeschreibung anhand der Figuren näher erläutert. Dabei zeigt:
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1 ein erstes vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Rückstromsperre während des Dosiervorgangs zusammen mit einem Ausschnitt des Plastifizierzylinders und des Flansches in einer schematischen Querschnittsdarstellung,
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2 die Rückstromsperre gemäß dem ersten vorteilhaften Ausführungsbeispiel nach Erreichen des Endes des Dosiervorgangs zusammen mit einem Ausschnitt des Plastifizierzylinders und des Flansches in einer schematischen Querschnittsdarstellung,
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3 die Rückstromsperre gemäß dem ersten vorteilhaften Ausführungsbeispiel in einer schematisch dargestellten perspektivischen Ansicht,
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4 den Sperrring der Rückstromsperre in einer schematisch dargestellten Seitenansicht,
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5a den vorderen Bereich der Plastifizierschnecke ohne Sperrring in einer schematisch dargestellten Frontalansicht, d. h. von der Kavität aus entlang der Verschieberichtung des Sperrrings betrachtet,
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5b den vorderen Bereich der Plastifizierschnecke mit Sperrring in einer schematisch dargestellten Frontalansicht, d. h. von der Kavität aus entlang der Verschieberichtung des Sperrrings betrachtet,
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5c den vorderen Bereich der Plastifizierschnecke ohne Sperrring in einer schematisch dargestellten Rückansicht, d. h. in Richtung der Kavität und entlang der Verschieberichtung des Sperrrings betrachtet,
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6a ein zweites vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Rückstromsperre während des Dosiervorgangs zusammen mit einem Ausschnitt des Plastifizierzylinders und des Flansches in einer schematischen Querschnittsdarstellung,
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6b ein drittes vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Rückstromsperre während des Dosiervorgangs zusammen mit einem Ausschnitt des Plastifizierzylinders und des Flansches in einer schematischen Querschnittsdarstellung, und
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7 ein Flussdiagramm zur Illustration der Verwendung der erfindungsgemäßen Rückstromsperre in einem Verfahren zum Einspritzen von Kunststoffschmelze in eine Kavität einer Spitzgießmaschine.
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In der 1 ist schematisch ein zur Veranschaulichung eines ersten vorteilhaften Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Rückstromsperre 1 relevanter Ausschnitt einer Spritzgießmaschine dargestellt. Zu sehen ist ein Teil einer Plastifizierschnecke 2, die drehbar und verschiebbar in einem Plastifizierzylinder 13 angeordnet ist. An der Spitze 3 dieser Plastifizierschnecke 2 ist die Rückstromsperre 1 angeordnet, die einen Druckring 4 und einen relativ zur Spitze 3 und zum Druckring 4 verschiebbar angeordneten Sperrring 5 umfasst. Die Verschieberichtung des Sperrrings 5 bzw. der Plastifizierschnecke 2 ist mit dem Bezugszeichen V versehen. Die Spitze 3 weist zwei Führungsbahnen 6 für zwei am Sperrring 5 angeordnete Mitnehmer 7 sowie zusätzlich zu den beiden Führungsbahnen 6 vier Strömungspassagen 12 und 12' für die Kunststoffschmelze auf, wobei in dieser Darstellung nur eine der beiden Führungsbahnen 6 und zwei der vier Strömungspassagen 12 und 12' zu sehen sind. Eine der sichtbaren Strömungspassagen, die mit dem Bezugszeichen 12 versehen ist, ist in einem Winkelbereich abgeordnet, in dem keine der Führungsbahnen 6 für die Mitnehmer 7 angeordnet ist. Die andere sichtbare Strömungspassage, versehen mit dem Bezugszeichen 12', ist in dem Winkelbereich der sichtbaren Führungsbahn 6, genauer gesagt unterhalb derselben, angeordnet. Der Begriff „Winkelbereich” bezieht sich dabei auf eine Blickrichtung aus der Verschieberichtung V (s. 5a bis 5c).
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In der 1 ist eine Position der Rückstromsperre 1 während eines Dosiervorgangs dargstellt. In dieser Position liegt die in der Figur linke Seitenfläche des Sperrrings 5 an einer Anlagefläche 17 der Spitze 3 an, und es kann die plastifizierte Kunststoffschmelze – ausgehend von den Kanälen 15 im Bereich der Plastifizierschnecke 2 – nach links über den Druckring 4 und durch den Sperrring 5 und die zusätzlichen Strömungspassagen 12 und 12' hindurch in den Schneckenvorraum 14 fließen. Dabei fließt ein größerer Teil der Kunststoffschmelze durch die in der Figur untere Strömungspassage 12 und ein kleinerer Teil der Kunststoffschmelze durch die Strömungspassage 12', die unterhalb der Führungsbahn 6 angeordnet ist. Dieser Sachverhalt soll mit Hilfe der beiden unterschiedlich starken Pfeile angedeutet sein. Im Schneckenvorraum 14 sammelt sich die Kunststoffschmelze während des Dosiervorgangs an und schiebt dabei die Plastifizierschnecke 2 nach rechts. Häufig ist der Kanal der sich von dem Schneckenvorraum 14 zu einer Kavität der Spritzgießmaschine durch den Flansch 18 hindurch erstreckt während dieses Dosiervorgangs durch eine Verschlussdüse verschlossen.
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Wenn sich genügend Kunststoffschmelze im Schneckenvorraum 14 angesammelt hat, d. h. das Ende des Dosiervorgangs erreicht ist, wird der Sperrring 5 relativ zur Plastifizierschnecke 2 nach rechts verschoben, so dass er an dem Druckring 4 anliegt und keine Kunststoffschmelze mehr in den Schneckenvorraum 14 fließen kann (s. 2). Dies wurde in früheren – hier nicht gezeigten – Ausführungsformen der Rückstromsperre dadurch erreicht, dass die Außenwand 16 des Sperrrings 5 an der Innenwand des Plastifizierzylinders 13 (durch Reibungskräfte) haftete und der Schaft der Plastifizierschnecke 2 ein Stück nach links geschoben wurde, bis die rechte Seitenfläche des Sperrrings 5 an dem Druckring 4 anschlug. Allerdings war diese Verschlussmethode Schwankungen unterworfen, die sich in einer vergleichsweise schlechten Schussgewichts-Konstanz äußerten. Dieser Nachteil wird bei der erfindungsgemäßen Rückstromsperre 1 dadurch vermieden, dass die beiden Führungsbahnen 6 für die beiden am Sperrring 5 angeordneten Mitnehmer 7 jeweils eine parallel zur Verschieberichtung V angeordnete Wandung 8 und eine schräg zur Verschieberichtung V angeordnete Wandung 9 aufweisen und die beiden Mitnehmer 7 jeweils entsprechende parallel verlaufende Abschnitte 10 und 11 aufweisen (s. 3, 4 und 5a bis 5c). Diese Tatsache ermöglicht nämlich eine Zwangsschließung des Sperrrings 5 durch eine kurz andauernde Drehbewegung der Plastifizierschnecke 2 in die der Dosierdrehrichtung D während des Dosiervorgangs entgegen gesetzte Sperrdrehrichtung S. Dabei kommt die schräg zur Verschieberichtung V angeordnete Wandung 9 in Kontakt mit dem parallel dazu verlaufenden Abschnitt 11 am Mitnehmer 7, übt in weiterer Folge über diese Kontaktfläche eine Kraft auf den Mitnehmer 7 bzw. den gesamten Sperrring 5 aus, der dadurch – z. B. in der 3 betrachtet – nach rechts hinten verschoben wird. Der Terminus „schräg zur Verschieberichtung V” entspricht in dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Rückstromsperre 1 ungefähr einem Winkel von 45°. Dies kann man sehr gut in der 4 sehen, in welcher der Sperrring 5 von der Seite dargestellt ist. In dieser Ansicht sieht man auch, dass der Sperrring 5 zwei Mitnehmer 7 aufweist.
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In den 5a bis 5c ist der vorderen Bereich der Plastifizierschnecke 2 dargestellt, und zwar in der 5a ohne Sperrring 5 in einer Frontalansicht, d. h. von der Kavität aus entlang der Verschieberichtung des Sperrrings 5 betrachtet, in der 5b in derselben Ansicht mit Sperrring 5 und in der 5c ohne Sperrring in einer Rückansicht, d. h. in Richtung der Kavität und entlang der Verschieberichtung des Sperrrings betrachtet. In diesen Ansichten kann man gut sehen, dass bei diesem Ausführungsbeispiel der Rückstromsperre
- – in der Spitze 3 zwei Führungsbahnen 6 für zwei am Sperrring 5 angeordnete Mitnehmer 7 angeordnet sind,
- – die beiden Führungsbahnen 6 jeweils eine parallel zur Verschieberichtung des Sperrrings 5 angeordnete Wandung 8 und eine schräg zur Verschieberichtung des Sperrrings 5 angeordnete Wandung 9 aufweisen,
- – die beiden Mitnehmer 7 entsprechende parallel verlaufende Abschnitte 10 und 11 aufweisen,
- – die Spitze 3 zusätzlich zu den beiden vorhandenen Führungsbahnen 6 vier Strömungspassagen 12 und 12' aufweisen,
- – zwei der vier Strömungspassagen 12 in Winkelbereichen α angeordnet sind, in denen keine der beiden vorhandenen Führungsbahnen 6 angeordnet sind,
- – zwei der vier Strömungspassagen 12' in Winkelbereichen β angeordnet sind, in denen jeweils eine der vorhandenen Führungsbahnen 6 angeordnet ist,
- – dass die beiden letzteren Strömungspassagen 12' jeweils unterhalb der beiden vorhandenen Führungsbahnen 6 angeordnet sind und
- – die beiden Strömungspassagen 12 einen deutlich höheren Durchfluss an Kunststoffschmelze ermöglichen, als die Strömungspassagen 12'.
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In den 6a und 6b sind zwei weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Rückstromsperre 1 dargestellt. Sie unterscheiden sich im Vergleich zu dem in den vorangehenden Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel in der Form der beiden zusätzlichen Strömungspassagen 12. Im Falle der 6a ist die Strömungspassage 12 unterschiedlich geneigt, im Falle der 6b tiefer eingeschnitten.
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7 ist ein Flussdiagramm dargestellt, das die Verwendung der erfindungsgemäßen Rückstromsperre in einem Verfahren zum Einspritzen von Kunststoffschmelze in eine Kavität einer Spitzgießmaschine veranschaulichen soll. Ausgangspunkt ist der Dosiervorgang, der dazu dient, das Kunststoffgranulat zu plastifizieren und in die so entstehende Kunststoffschmelze in den Schneckenvorraum zu befördern. Während dieses Dosiervorgangs wird die Plastifizierschnecke in eine Dosierdrehrichtung gedreht. Nach Erreichen des Endes des Dosiervorgangs hat man die Möglichkeiten, die Plastifizierschnecke (ein kleines Stück) in Verschieberichtung des Sperrrings von der Kavität weg oder auf die Kavität zu verschieben oder keine der beiden Verschiebebewegungen durchzuführen und die Plastifizierschnecke an der Position zu belassen, an der sie sich am Ende des Dosiervorgangs befindet.
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Durch eine Verschiebung der Plastifizierschnecke in Verschieberichtung des Sperrrings von der Kavität weg findet eine sogenannte Kompressionsentlastung statt. Führt man die Kompressionsentlastung vor einer Rückdrehung der Plastifizierschnecke in Sperrdrehrichtung S durch, so wird dadurch etwas der Druck vor dem Sperrring und gegebenenfalls im Heißkanal abgebaut. Außerdem wird dadurch die Sperrringstellung reproduzierbar auf die Position „offen” gestellt. Führt man die Kompressionsentlastung zumindest während eines Teils der Zeitspanne Δt der Rückdrehbewegung in Sperrdrehrichtung S durch, so kann das Druckniveau vor und hinter dem Sperrring schneller abgebaut werden.
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Durch eine Verschiebung der Plastifizierschnecke in Verschieberichtung des Sperrrings auf die Kavität zu kann der Sperrring bei gleichzeitig erfolgender Rückdrehung der Plastifizierschnecke in Sperrdrehrichtung S schneller geschlossen werden. Allerdings ist bei diesem Ablauf zwingend eine Verschlussdüse notwendig, um eine hohe Schussgewichts-Konstanz sicherzustellen.
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Eine Drehung der Plastifizierschnecke in die der Dosierdrehrichtung entgegen gesetzte Sperrdrehrichtung S bewirkt die oben beschriebene Zwangsschließung der Rückstromsperre. Dabei kann es in manchen Fällen vorteilhaft sein, die Plastifizierschnecke mit einer vorbestimmten oder vorbestimmbaren Umfangsdrehgeschwindigkeit in Sperrdrehrichtung S zu drehen, wobei im Fall einer vorbestimmten Umfangsdrehgeschwindigkeit ein Wert von 0,6 m/s günstig ist.
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Wie lange dauert aber nun die Rückdrehung der Plastifizierschnecke in Sperrdrehrichtung S? Hierzu eignen sich zwei „Abschaltkriterien”: Zum einen kann man den Druck der Kunststoffschmelze im Schneckenvorraum messen und die Plastifizierschnecke solange in Sperrdrehrichtung drehen, bis ein Druck gemessen wird, der kleiner oder gleich einem vorbestimmten Druck ps im Schneckenvorraum ist. Ein geeigneter Druckwert ist zum Beispiel 10 bar. Es sei darauf hingewiesen, dass der Druck aber nicht direkt, sondern auch indirekt über eine zum Druck proportionale Messgröße gemessen werden kann, wie z. B. über den Grad der Verformung eines Bauteils im Bereich des Plastifizierzylinders. Zum anderen kann man einfach die Zeitspanne Δt vorgeben, in der diese Rückdrehung stattfinden soll. Dabei sollte diese Zeitspanne aber keinesfalls einen Wert von 1 Sekunde überschreiten, da es ansonsten zu Brückenbildung im Einzug bzw. zur Materialabgabe über den Schaftbereich kommen kann. Geeignet wäre auch eine Kombination dieser beiden Abschaltkriterien, wobei in diesem Fall der Wert von 1 Sekunde zum Beispiel als zusätzliches Sicherheitskriterium verwendet werden kann.
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Abschließend erfolgt das Einspritzen der Kunststoffschmelze in eine Kavität der Spritzgießmaschine durch Verschieben des Plastifizierzylinders in Richtung der Kavität.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rückstromsperre
- 2
- Plastifizierschnecke
- 3
- Spitze
- 4
- Druckring
- 5
- Sperrring
- 6
- Führungsbahn
- 7
- Mitnehmer
- 8
- Führungsbahnwandung parallel zur Verschieberichtung
- 9
- Führungsbahnwandung schräg zur Verschieberichtung
- 10, 11
- Mitnehmerabschnitt
- 12, 12'
- Ströhmungspassage
- 13
- Plastifizierzylinder
- 14
- Schneckenvorraum
- 15
- Kanal
- 16
- Außenwand
- 17
- Anlagefläche
- 18
- Flansch
- D
- Dosierdrehrichtung
- S
- Sperrdrehrichtung
- V
- Verschieberichtung
- α, β
- Winkelbereich
- Δt
- Vorbestimmte Zeitspanne
- ps
- Vorbestimmter Druck
