DE10306476B3

DE10306476B3 - Spritzaggregat einer Spritzgießmaschine

Info

Publication number: DE10306476B3
Application number: DE10306476A
Authority: DE
Inventors: Erich Schuermann
Original assignee: Individual
Current assignee: MICROCELL POLYMER TECHNOLOGY GMBH, 82166 GR?FELFIN
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2023-02-15
Also published as: WO2004072480A2; WO2004072480A3

Abstract

Dargestellt und beschrieben ist ein Spritzaggregat einer Spritzgießmaschine für flüssige und pastöse Medien, insbesondere Kunststoffschmelzen, im Wesentlichen bestehend aus einem Zylinderrohr und einem wenigstens axial darin bewegbaren Kolben, wobei der Kolben mindestens einen Strömungskanal aufweist, der mit einem Rückschlagventil versehen ist. DOLLAR A Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Spritzaggregat einer Spritzgießmaschine zu schaffen, das auf möglichst einfache Weise in eine Mischvorrichtung integriert ist. DOLLAR A Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1, wonach der Kolben in Strömungsrichtung vorne einen Kolbendichtbereich aufweist, der mit dem wenigstens einen Strömungskanal einschließlich Rückschlagventil in Strömungsrichtung überbrückt ist, sowie in Strömungsrichtung hinten zwischen Kolben und Zylinderrohr mit einem Zwangsmischbereich versehen ist, der durch mindestens im axialen Bewegungsbereich des Kolbens einerseits im Zylinderrohr nach außen weisende, voneinander beabstandete Hohlräume und andererseits im Kolben nach innen weisende, ebenfalls beabstandete Hohlräume gebildet wird.

Description

Die Erfindung betrifft zunächst ein Spritzaggregat einer Spritzgießmaschine mit einer axial wie auch rotierend in einem Gehäuse angetriebenen, als Kolben/Schnecke ausgebildeten Spritzvorrichtung, wobei der Kolben mindestens einen Strömungskanal aufweist, der mit einem Rückschlagventil versehen ist und die Spritzvorrichtung während des Transports des Kunststoffgranulats der Plastifizierung dient und während des Einpressens der Kunststoffschmelze durch eine Düse in eine Spritzgießform als Kolben fungiert, wobei das Spritzaggregat eine Vorrichtung zum Mischen der Kunststoffschmelze sowie von Zusatzmitteln aufweist.

Ein derartiges Spritzaggregat ist in der US-Patentschrift 5,013,233 beschrieben. Es weist einen Mischbereich auf, der durch im Kolben angeordnete Hohlräume gebildet wird, welche mit einem mit Sacklöchern versehenen Mischring zusammenwirken. Der Mischring ist dabei im Spritzaggregat axial- und rotationsbeweglich gelagert. Die in vorgenannter Patentschrift beschriebene Mischeinrichtung weist jedoch den Nachteil auf, dass die Mischwirkung auf Grund der Beweglichkeit des Mischringes nicht definierbar, sondern von der Viskosität der Kunststoffschmelze sowie der durch die Rotationsbewegung des Kolbens hervorgerufenen und auf den Mischring wirkenden Schleppwirkung abhängig ist. Darüber hinaus verbleiben in den Sacklöchern des Mischringes regelmäßig Schmelzreste, welche nur durch eine äußerst aufwendige Reinigung zu entfernen sind. Auch entsteht durch den zwischen Mischbereich und Schnecke liegende Dichtbereich ein vergleichsweise großes, kompressibles Volumen, welches den gesamten Zwangsmischbereich umfasst und sich ungünstig auf den Ausstoßvorgang auswirkt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, ein Spritzaggregat einer Spritzgießmaschine zu schaffen, mit dessen Mischeinrichtung eine definierte Mischwirkung erzielbar und dessen Wartung möglichst einfach ist.

Die Lösung der Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Patentanspruches 1, insbesondere den kennzeichnenden Merkmalen, wonach der Kolben in Strömungsrichtung vorne einen Kolbendichtbereich aufweist, der mit wenigstens einem Strömungskanal einschließlich Rückschlagventil in Strömungsrichtung überbrückt ist, dass der Kolben im Bereich zwischen Kolbendichtbereich und Förderschnecke mit einem Zwangsmischbereich versehen ist und dass der Zwangsmischbereich in jeder Axialstellung des Kolbens durch einerseits im Zylinderrohr nach außen weisende, voneinander beabstandete Hohlräume und andererseits im Kolben nach innen weisende, ebenfalls beabstandete Hohlräume gebildet wird.

Eine derartiges erfindungsgemäßes Spritzaggregat hat zunächst einmal den wesentlichen Vorteil, dass ohne eine Vergrößerung der Bauform der Zwangsmischbereich eine definierte Mischfunktion übernimmt, so dass separate Mischeinrichtungen überflüssig werden. Da auf den im Stand der Technik vorhandenen Mischring verzichtet werden kann, ist gegenüber dem Stand der Technik sogar eine Verringerung der Baugröße möglich.

Darüber hinaus ist ein derartiges Spritzaggregat vorteilhaft für Spritzgießverfahren einsetzbar, bei denen gasförmige, flüssige oder feste Zusatzstoffe eingemischt werden müssen. Insbesondere bei den mit gasförmigen Schäummitteln versehenen pastösen und flüssigen Medien ist es dabei besonders vorteilhaft, den Mischvorgang in die Spritzgießmaschine zu verlegen, um einen besonders fein verteilten Schaum zu erhalten. Verantwortlich für eine verbesserte Schaumqualität sind dabei Lösungs- und Nukleierungsvorgänge, die bei dem erfindungsgemäßen Spritzgießaggregat über den Druck der Kunststoffschmelze gesteuert werden können.

Da der Kolben in Strömungsrichtung vorne einen Kolbendichtbereich aufweist, existiert bei dem erfindungsgemäßen Spritzaggregat im Bereich des Zwangsmischbereiches des Weiteren kein den Ausstoßvorgang der Kunststoffschmelze nachteilig beeinflussendes, kompressibles Volumen.

Letztlich ist der Zwangsmischbereich im Gegensatz zum Stand der Technik wesentlich leichter durch einfaches Spülen zu reinigen.

Aus der EP 0 048 590 A1 der US 4,419,014 ist zwar ein Extrudermischer bekannt, der einen hohlzylindrischen Stator und einen innerhalb des Stators zu seiner Drehung gelagerten zylindrischen Rotor aufweist, wobei die aufeinander zugerichteten zylindrischen Oberflächen, des Rotors und des Stators jeweils eine Vielzahl von parallelen, sich über einen Umfang erstreckender Reihen von Höhlungen aufweisen. Hierbei handelt es sich jedoch um einen nicht gattungsgemäßen Stand der Technik.

Bei einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Spritzaggregats sind die Hohlräume im Zylinderrohr und an dem Kolben konkav ausgebildet.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Kolbendichtbereich als ein sich axial und umlaufend erstreckender Bereich mit verringertem Durchmesser ausgebildet, in dem ein axialbeweglicher Kolbendichtring angeordnet ist, der in seiner in Strömungsrichtung vorderen Position mindestens einen zwischen Kolbenmantelfläche und Kolbendichtring-Innenfläche liegenden Strömungskanal freigibt, während er in seiner in Strömungsrichtung hinteren Position den Strömungsweg versperrt.

Bei dieser Ausführungsform ist es auf vorteilhafte Weise nicht notwendig, den Dichtbereich mit innenliegenden Strömungskanälen und einem Rückschlagventil zu versehen, da der Kolben einen Bereich mit verringertem Durchmesser aufweist, in dem am Außenumfang Strömungskanäle und Dichtflächen angeordnet sind, die mit dem beweglichen Kolbendichtring zusammenwirken können.

Grundsätzlich können bei allen vorgenannten Ausführungsformen die gegenüberliegenden Hohlräume im Zylinder und im Kolben unterschiedlich dimensioniert sein. Auch ist es denkbar, dass die Hohlräume im Zylinder und/oder die Hohlräume im Kolben unterschiedlich dimensioniert sind.

In Ergänzung zu den vorgenannten Ausführungsformen kann im Zwangsmischbereich des erfindungsgemäßen Spritzaggregates eine Einrichtung zur Einspeisung eines Zusatzstoffes angeordnet sein, wodurch sich auf vorteilhafte Weise dann eine feine Verteilung des Zusatzstoffes im zu pumpenden Medium ergibt.

Auch ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung möglich, dass der Kolben zusätzlich zu seiner Axialbewegung rotierend angetrieben ist. Hierdurch ergibt sich unabhängig vom Spritzvorgang eine zusätzliche Verbesserung des Mischvorganges.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele. Es zeigen:
1 eine perspektivische Teildarstellung eines Spritzaggregats in Ansicht,
2 eine Teildarstellung gemäß 1 in einer teilgeschnittenen Ansicht,
3 einen Längsschnitt durch das Spritzaggregat einer Spritzgießmaschine nach dem Ausstoß der Schmelze,
4 einen Längsschnitt durch das Spritzaggregat gemäß 3 während der Auffüllung des Sammelraums für die Schmelze und
5 einen Längsschnitt durch den Kolben einer Spritzgießmaschine.
In den Zeichnungen ist eine Pump-/Mischeinrichtung insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.
In den 1 und 2 ist die Pump-/Mischeinrichtung 10 einer Spritzgießmaschine perspektivisch und in Teilschnittdarstellung zu erkennen. Die Pump-/Mischeinrichtung 10 weist ein Zylinderrohr 11 auf, in dem axial- und drehbeweglich ein Kolben 12 angeordnet ist. Der Kolben 12 ist mit einem Dichtbereich 13 und einem Zwangsmischbereich 14 versehen. Der Zwangsmischbereich 14 des Kolbens 12 ist mit nach innen weisenden, beabstandeten konkaven Hohlräumen 15 versehen. Darüber hinaus weist eine Innenumfangsfläche 17 des Zylinders 11 ebenfalls derartige Hohlräume 16 auf.
In der skizzenhaften Teildarstellung gemäß 2 erkennt man, dass der Dichtbereich 13 des Kolbens 12 innenliegende Strömungskanäle 18 aufweist, die in einem zentralen Strömungsbereich 19 zusammengeführt werden, in dem ein Rückschlagventil 20 angeordnet ist.
Bei einer Pump-/Mischeinrichtung 10 gemäß der 1 und 2 bewegt sich der Kolben 12 in Axialrichtung in dem Zylinderrohr 11. Dabei lässt das Rückschlagventil 20 das zu pumpende Medium bei der Bewegung des Kolbens 12 in y-Richtung auf die Vorderseite des Dichtbereiches 13 in x-Richtung strömen. Bei einer Bewegung des Kolbens 12 in x-Richtung verhindert das Rückschlagventil 20 den Rückfluss des Mediums. Sofern auf nicht dargestellte Weise ein gasförmiger, flüssiger oder fester Zusatzstoff dem zu pumpenden Medium im Zwangsmischbereich 14 zugeführt wird, ergibt sich dort eine gleichmäßige Verteilung des Zusatzstoffes im zu pumpenden Medium. Dies geschieht durch die axiale Relativbewegung von Kolben 12 und Zylinderrohr 1.1. Hierbei wird das zu mischende Medium, welches sich in den gegenüberliegenden Hohlräumen (Kalotten) 15, 16 befindet, immer wieder geteilt und mit anderen geteilten Volumina zusammengeführt und somit zwangsgemischt.
Die Hohlräume 15, 16 sind so angeordnet, dass die verbleibende Innenumfangsfläche 17 des Zylinderrohres 11 sich als eine zusammenhängende Fläche darstellt, die zusammen mit einer ebenfalls zusammenhängenden Außenumfangsfläche 21 des Kolbens 12 im Zwangsmischbereich 14 eine Dichtung zwischen den beiden Flächen 17 und 21 ermöglicht. Unabhängig davon ergibt sich durch sich gegenseitig überlappende Hohlräume 15, 16 in jeder Stellung des Zylinderrohres 11 zum Kolben 20 irgendwo ein durchgehender Strömungsweg. Während also im Zwangsmischbereich 14 zwischen der Innenumfangsfläche 17 des Zylinderrohres 11 und der Außenumfangsfläche 21 des Kolbens 12 bei Axialbewegung des Kolbens 12 das Medium in Strömungsrichtung S transportiert und dabei gemischt wird, bildet eine Außenumfangsfläche 22 des Dichtbereiches 13, welche keine Hohlräume 15 aufweist, im Zusammenwirken mit der Innenumfangsfläche 17 eine strömungstechnische Barriere. Durch die vorbeschriebenen Strömungskanäle 18 sowie das Rückschlagventil 20 kann jedoch bei Bewegung des Kolbens 12 in y-Richtung das Medium vor den Dichtbereich 13 strömen. Bei Bewegung des Kolbens in x-Richtung versperrt jedoch das Rückschlagventil 20 die Strömungskanäle 18.
In den 3 und 4 ist im Längsschnitt jeweils ein Spritzaggregat 23 einer Spritzgießmaschine dargestellt. Das Spritzaggregat 23 weist eine drehbar und axial verschiebbar in einem Gehäuse 24 angeordnete Förderschnecke 25 auf, welche in Strömungsrichtung S vorne mit einer Rückstromsperre 26 versehen ist. Am Gehäuse 24 ist ein weiteres Gehäuse 27 befestigt, in dem ein Kolben 28 einer Pump-/ und Mischeinrichtung 10 angeordnet ist. Dieser ist über ein Bauteil 29 mit der Förderschnecke 25 bewegungsverbunden. Letztlich ist am Gehäuse 27 noch ein Bauteil 30 befestigt, welches eine Düsenbohrung 31 aufweist, durch die die in einem Sammelraum 32 befindliche Schmelze in eine nicht dargestellte, dem Bauteil 30 vorgeordnete Spritzgießform eingebracht werden kann.
Im Gehäuse 27 ist darüber hinaus noch eine Einrichtung 33 zur Zusatzstoffeinspeisung angeordnet, mit der die Zusatzstoffe der Schmelze zugesetzt werden können. Das Gehäuse 27 weist in seiner Innenumfangsfläche 34 angeordnete, nach außen weisende, voneinander beabstandete konkave Hohlräume 35 auf. Auch der im Gehäuse 27 angeordnete Kolben 28 ist zum einen in einen Zwangsmischbereich 36 und einen Dichtbereich 37 aufgeteilt. Der Dichtbereich 37 weist, wie beispielsweise in 2 dargestellt, Strömungskanäle 18 sowie ein Rückschlagventil 20 auf. Der Zwangsmischbereich 36 ist darüber hinaus in seiner Außenumfangsfläche 38 mit mit nach innen weisenden, beabstandeten konkaven Hohlräumen 39 versehen.
Beim Plastifiziervorgang des Spritzaggregats 23 fördert die Schnecke 25 die Schmelze in Strömungsrichtung S nach vorn und bewegt sich dabei drehend in y-Richtung. Die Zusatzstoffeinspeisung, also insbesondere das Hinzufügen eines physikalischen Schäummittels, wird vorzugsweise in Strömungsrichtung S vor dem Zwangsmischbereich 36 erfolgen. Das Gemisch aus Schmelze und Schäummittel strömt dabei durch den Zwangsmischbereich 36 und wird dabei – wie oben beschrieben – während der überlagerten Axial-und Rotationsbewegung gemischt. Danach strömt es über die im Dichtbereich 37 angeordneten Strömungskanäle 18 vor den Kolben 28 in die Schmelzekammer 32. Letztlich presst der Kolben 28 beim Einspritzvorgang (Bewegung in x-Richtung) die Schmelze in das nicht dargestellte Spritzgießwerkzeug, wobei erst dort durch die Verringerung des Drucks die Schaumbildung einsetzt.
In 3 erkennt man die vordere Position der Pump-/ und Mischeinrichtung 10 des Spritzaggregats 23 nach dem Einspritzvorgang, während sich in 4 die Pump-/ und Mischeinrichtung 10 einschließlich der Schnecke 25 in der rückwärtigen Position befindet, in der die Schmelzekammer 32 gefüllt ist. Der Einspritzvorgang erfolgt im nächsten Arbeitsschritt.
Letztlich zeigt 5 einen Teillängsschnitt eines Spritzaggregats 23 mit einer speziellen Ausbildung eines Dichtbereichs 40. Hierbei weist der Kolben 28 im Dichtbereich 40 einen verringerten Querschnitt auf, wobei dort ein axial beweglicher Kolbendichtring 41 angeordnet ist, der in seiner in Strömungsrichtung S vorderen Position mindestens einen zwischen einer Kolbenmantelfläche 42 und einer Kolbendichtring-Innenfläche 43 liegenden Strömungskanal 44 freigibt. Der Kolbendichtring 41, der die Funktion eines Rückschlagventils aufweist, ist in seiner offenen Stellung im Bereich 1 unterhalb der Längsmittellinie M der 5 dargestellt. Man erkennt an dieser Stellung, dass der Kolbendichtring 41 eine Dichtfläche 45 aufweist, die einer Dichtfläche 46 des Kolbens 28 gegenüber liegt. Bei Axial- und Rotationsbewegung des Kolbens 28 in y-Richtung kann nun die Schmelze, die im Zwangsmischbereich 36 gemischt wurde, über den Strömungskanal 44 vor den Kolben 28 in die Schmelzekammer 32 fließen.
Dagegen bewegt sich der Kolbendichtring 41 beim Einspritzvorgang (Bewegung in x-Richtung) entgegen der Strömungsrichtung S so weit, bis dass die Dichtfläche 45 an der Dichtfläche 46 des Kolbens 28 anliegt. Dies ist im Bereich 1 der 5 dargestellt. Nun hat der Dichtbereich 39 des Kolbens 28 eine vollständig abdichtende Funktion.

Claims

Spritzaggregat einer Spritzgießmaschine mit einer axial wie auch rotierend in einem Gehäuse angetriebenen, als Kolben/Schnecke ausgebildeten Spritzvorrichtung, wobei der Kolben mindestens einen Strömungskanal aufweist, der mit einem Rückschlagventil versehen ist und die Spritzvorrichtung während des Transports des Kunststoffgranulats der Plastifizierung dient und während des Einpressens der Kunststoffschmelze durch eine Düse in eine Spritzgießform als Kolben fungiert, wobei das Spritzaggregat eine Vorrichtung zum Mischen der Kunststoffschmelze sowie von Zusatzmitteln aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (12, 28) in Strömungsrichtung (S) vorne einen Kolbendichtbereich (13, 37) aufweist, der mit wenigstens einem Strömungskanal (18) einschließlich Rückschlagventil (20, 40) in Strömungsrichtung (S) überbrückt ist, dass der Kolben (12, 28) im Bereich zwischen Kolbendichtbereich (13, 37) und Förderschnecke (25) mit einem Zwangsmischbereich (14, 36) versehen ist und dass der Zwangsmischbereich (14, 36) in jeder Axialstellung des Kolbens (12, 28) durch einerseits im Zylinderrohr (11, 27) nach außen weisende, voneinander beabstandete Hohlräume (16, 35) und andererseits im Kolben (12, 28) nach innen weisende, ebenfalls beabstandete Hohlräume (15, 39) gebildet wird.
Spritzaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume (16, 15) im Zylinderrohr (11) und im Kolben (12) konkav ausgebildet sind.
Spritzaggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbendichtbereich (13) als ein sich axial und umlaufend erstreckender Bereich mit verringertem Durchmesser ausgebildet ist, in dem ein axialbeweglicher Kolbendichtring (41) angeordnet ist, der in seiner in Strömungsrichtung (S) vorderen Position mindestens einen zwischen Kolbenmantelfläche (42) und Dichtringinnenfläche (43) liegenden Strömungskanal (44) freigibt, während er in seiner in Strömungsrichtung (S) hinteren Position den Strömungsweg versperrt.
Spritzaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüberliegenden Hohlräume (16, 15) im Zylinder (11) und im Kolben (12) unterschiedlich dimensioniert sind.
Spritzaggregat nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume (16) im Zylinder (11) und/oder die Hohlräume (15) im Kolben (12) unterschiedlich dimensioniert sind.
Spritzaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dass im Zwangsmischbereich (14) eine Einrichtung zur Einspeisung eines Zusatzmittels (33) angeordnet ist.
Spritzaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (12) zusätzlich rotierend angetrieben ist.