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Spritzgußmaschine zur Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe Die
Erfindung bezieht sich auf eine Spritzgußmaschine zur Verarbeitung thermoplastischer
Kunststoffe mit einem beheizbaren Zylinder und einer in diesem angeordneten Plastifizierungs-
und Förderschnecke.
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Es ist ein Ziel der Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung für Spritzguß
zu schaffen mit verhältnismäßig einfacher Konstruktion, die für schnelles Arbeiten,
wie etwa bei der Serienherstellung von Formteilen, besonders geeignet ist. Es ist
ein weiteres Ziel, eine Vorrichtung obiger Art zu schaffen, die besondere Gleichförmigkeit
oder Homogenität der Erzeugnisse gewährleistet.
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Es sind bereits Spritzgußmaschinen zur Verarbeitung thermoplastischer
Kunststoffe mit einem beheizbaren Zylinder und einer in diesem angeordneten Plastifizierungs-
und Förderschnecke bekanntgeworden, bei denen eine relative axiale Bewegung zwischen
diesen beiden Teilen möglich ist, so daß das freie Ende der Förderschnecke als Förderkolben
für den durch die Spritzdüse im vorderen Zylinderende aus zu spritzenden Kunststoff
dient. Allerdings fehlt dem Schneckenkopf bei diesen bekannten Maschinen eine Rückschlagsicherung.
Eine derartige Rückschlagsicherung erweist sich für Spritzgußmaschinen jedoch als
vorteilhaft, da mittels eines solchen Absperrorgans der Rückfluß des plastifizierten
Kunststoffes in die Schneckengänge während des Einspritzvorganges verhindert wird.
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Gegenüber den bekannten Spritzgußmaschinen zeichnet sich die erfindungsgemäße
Spritzgußmaschine durch die Kombination folgender drei Merkmale aus: a) Die Förderschnecke
und bzw. oder der Zylinder sind derart gelagert, daß eine axiale Relativbewegung
beider Teile gegeneinander möglich ist. b) Das frei tragende Ende der Förderschnecke,
d. h. der Schneckenkopf, ist an seiner der Einspritzdüse zugekehrten Seite kolbenartig
ausgebildet, und c) im Schneckenkopf sind Durchtrittskanäle für den plastifizierten
Kunststoff angeordnet, die mittels solcher Rückschlagabsperrorgane verschließbar
sind, die den Durchfluß nur in Einspritzrichtung gestatten.
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Es wird ausdrücklich zu den einzelnen Merkmalen a), b), c) bemerkt,
daß dieselben einzeln keinen selbständigen Patentschutz genießen, sondern lediglich
die Gesamtkombination aller drei Merkmale unter Schutz gestellt ist.
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Durch die obige Merkmalskombination läßt sich eine Spritzgußmaschine
schaffen, die gegenüber den bisher bekannten Maschinen ein schnelleres Arbeiten
gestattet, da die Spritzgeschwindigkeit proportional der Kolbengeschwindigkeit ist.
Die Kolbengeschwindigkeit kann je nach den Erfordernissen in beliebigen Grenzen
variiert werden, um die optimale Spritzgeschwindigkeit zu erhalten. Der vom Kolben
ausgeübte Druck läßt sich auf jede beliebige Größe einstellen. Das Rückschlagabsperrorgan
arbeitet selbsttätig und zwangläufig. Alle Metallteile befinden sich in einer intermittierenden
Bewegung gegenüber dem Kunststoff, mit dem sie in Kontakt stehen. Dadurch werden
Zerstörung, Verfärbung und andere beeinträchtigende Wirkungen weitgehend vermieden,
die im allgemeinen bisher als zwangläufige unerwünschte Folgeerscheinungen bei kolbenbetriebenen
Spritzgußmaschinen zu befürchten waren.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Förderschnecke
gegenüber dem feststehenden Zylinder axial beweglich gelagert. Dadurch ist es in
vorteilhafter Weise möglich, die vom Zylinder beaufschlagte Spritzgußform zu entfernen.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann aber auch wahlweise
der Zylinder gegenüber der in axialer Richtung feststehenden Schnecke axial beweglich
gelagert sein. Diese Anordnung ist dann von Vorteil, wenn man mit Spritzgußformen
arbeitet,
bei denen ein Formteil unter Schließen der Form gegen
ein zweites Formteil bewegt wird. Anschließend daran werden beide Formteile zusammen
unter Anlage an den Spritzzylinder bewegt, da in diesem Fall das Einspritzen der
Spritzmasse durch Bewegung sowohl der geschlossenen Form als auch des Zylinders
gegenüber der axial feststehenden Förderschnecke erfolgt.
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Die Schnecke kann aber auch innerhalb eines Zwischenzylinders angeordnet
sein, auf dem ein die Einspritzdüse enthaltender Außenzylinder axial verschiebbar
gelagert ist. Diese Ausführungsform ist besonders dann vorteilhaft, wenn man den
Zwischenzylinder aus hartem widerstandsfähigem Werkstoff für den Eingriff der Förderschnecke
fertigen will, während der innere, im Kunststoff erzeugte Druck von dem äußeren
Zylinder aufgenommen wird.
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Weitere Kennzeichen einer nach der Erfindung ausgebildeten Spritzgußmaschine
können aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels entnommen werden.
In den Zeichnungen ist Fig. 1 eine mehr oder weniger schematische Seitenansicht
einer erfindungsgemäßen Spritzgußmaschine; Fig. 2 ist eine Seitenansicht im Schnitt
eines Teils des Spritzaggregates nach Fig. 1 in vergrößertem Maßstab; Fig. 3 ist
eine Seitenansicht, zum Teil im Schnitt, einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform
der Spritzgußmaschine; Fig. 4 ist eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines
Diffusorkopfes; Fig. 5 ist eine Vorderansicht des Diffusorkopfes; Fig. 6 ist ein
Längsschnitt einer abgeänderten Ausführungsform des Spritzzylinders; Fig. 7 ist
ein Längsschnitt des Kopfteils des Spritzzylinders und zeigt eine abgeänderte Form
eines Rückschlagventils am Diffusorkopf; Fig. 8 ist eine Stirnansicht des Ventilkörpers
aus Fig. 7; Fig. 9 ist eine Stirnansicht der Ventilscheibe aus Fig. 7.
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Die nach der Erfindung ausgebildete Spritzgußmaschine weist einen
Rahmen 10 auf, auf dem ein Tisch 11 angeordnet ist, der seinerseits eine Reihe Spritzgußformen
12 trägt. Der Tisch ist um eine Welle 14 drehbar und wird von einem Wagen 15 getragen,
der auf Rollen 15 a auf dem Rahmen 10 gleitbar und darauf mittels eines nicht dargestellten
geeigneten Mechanismus verschiebbar gelagert sein kann. Ein Spritzaggregat 13 ist
gleichfalls verschiebbar auf dem Rahmen 10 angeordnet und kann durch eine hydraulisch
oder mechanisch betriebene Kolben-oder Schiebevorrichtung 16 betätigt werden.
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Um den Spritzguß durchführen zu können, wird der Wagen 15 so verschoben,
daß eine der Formen 12 mit dem Spritzaggregat 13 in Berührung gebracht wird, worauf
das plastifizierte Material mittels der Kolben- oder Schiebervorrichtung 16 in einer
später beschriebenen Weise in die Form eingespritzt wird.
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Wenn der Spritzvorgang beendet ist, wird das Spritzaggregat 13 zurückgezogen,
und der Wagen 15 wird in seine ursprüngliche Stellung zurückgebracht, so daß eine
neue Form 12 vor das Spritzaggregat 13 durch Drehen des Tisches 11 gefahren werden
kann, worauf die vorgenannten Arbeitsvorgänge wiederholt werden.
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Nach Fig. 2 umfaßt das Spritzaggregat 13 einen Träger 17, der auf
dem Rahmen 10 verschiebbar gelagert ist und der der Einwirkung der Kolben- oder
Schiebervorrichtung
16 unterliegt. Der Träger 17 umfaßt auch ein Gehäuse 18, innerhalb dessen das mit
einem Flansch versehene Ende 19 des Plastifizierungs-und Spritzzylinders 20 angeordnet
ist, das innerhalb des Gehäuses 18 gleiten kann. Eine Plastifizier- und Förderschnecke
21 ist drehbar innerhalb des Zylinders angeordnet, ist aber gegen Längsbewegung
in bezug auf den Träger 17 festgelegt. Ein mit einer Reihe enger Kanäle oder Durchlässe
versehener D;ffusorkopf 26 ist am äußeren Ende der Schnecke 21 befestigt und paßt
eng in den Zylinder 20 hinein. Zwischen dem Diffusorkopf 26 und dem äußeren Ende
des Zylinders 20 ist eine Kammer 27 vorgesehen.
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Eine Stirnplatte 20a des Zylinders weist eine mittlere Öffnung auf,
die durch ein einen Ventilkörper 29 tragendes Ventilgehäuse 28 geschlossen wird.
Der Ventilkörper 29 umfaßt eine mit seitlichen Öffnungen 31 versehene Hülse 30,
an deren vorderem Ende die Einspritzdüse 32 mit einer mittleren Bohrung angeordnet
ist. Das hintere Ende der Hülse 30 trägt eine Verschlußscheibe 33. Die Länge des
durch die Hülse 30 gebildeten Ventils übertrifft etwas die Dicke des Ventilgehäuses
28, so daß der Ventilkörper im Ventilgehäuse derart gleiten kann, daß der Auslaß
aus der Kammer 27 in der äußeren Stellung des Ventilkörpers geschlossen ist, in
seiner inneren Stellung das plastifizierte Material aber durch die Öffnungen 31
und die Bohrung der Hülse fließen kann, wenn der Ventilkörper 29 durch Anlegen der
Spritzgußform an die Düse 32 entgegen der Einspritzrichtung verschoben wird.
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Eine Öffnung 34 im Zylinder 20 ermöglicht das Zuführen von Rohmaterial
aus einem Vorratsbehälter 35. Der Zylinder ist mit Heizvorrichtungen 36, 37 38 und
39, vorzugsweise des elektrischen Widerstandstyps, versehen.
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Das Rohmaterial, das in pulverförmiger, körniger oder sonst geeigneter
Form in den Vorratsbehälter 35 eingebracht ist, tritt in den zwischen dem Zylinder
20 und der Schnecke 21 befindlichen Raum ein. Das Material wird von der Schnecke
mitgenommen, gemischt und zwischen der Schnecke und der Zylinderwand auf seinem
Weg zum Diffusorkopf 26 plastifiziert. Auf dem letzten Teil seines Weges wird das
Material durch die Wirkung der Heizvorrichtungen zusätzlich erwärmt. Das Material
wird durch die engen Kanäle des Diffusorkopfes 26 gepreßt und tritt in die Kammer
27 ein. Der Diffusorkopf vergrößert die Gleichförmigkeit und Homogenität des plastifizierten
Materials.
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Während sich die Kammer füllt, verschiebt der Druck des sich darin
ansammelnden Materials den Zylinder 20 in seine äußerste Linksstellung, wie in Fig.
2 dargestellt, wobei der Flansch 19 sich dann gegen die linke Wand des Gehäuses
18 legt. In dieser Lage wird die Ventildüse 32 von der Mündung der Form 12 berührt
und nach rechts verschoben, so daß der Ventilkörper am Spritzzylinder verschoben
und die Düsenöffnung über die Öffnungen 31 mit der Kammer 27 in Verbindung gebracht
wird. Der Zylinder 20 bleibt nach seiner Berührung mit der Form stehen, und die
Schnecke 21 und das Gehäuse 18 werden anschließend nach links verschoben, wodurch
bewirkt wird, daß das plastifizierte Material in der Kammer 27 verdichtet und in
die Form gepreßt wird. Der Diffusorkopf wirkt dabei als Kolben zum Einspritzen des
plastifizierten Materials in der Form.
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Wenn die erforderliche Materialmenge in die Form gespritzt worden
ist, wird eine umgekehrte Bewegung
durch einen geeigneten selbsttätigen
Mechanismus eingeleitet, wodurch mit Hilfe der Kolben- oder Schiebervorrichtung
16 das Gehäuse 18 und die Schnecke 21 nach rechts zurückgezogen werden. Alsdann
wird das Arbeitsspiel für einen weiteren Spritzguß wieder begonnen.
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Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung, wie sie in Fig.
4, 5 und 6 dargestellt ist, ist ein Spritzaggregat 13 vorgesehen, das dem vorher
beschriebenen ähnlich sein kann, das jedoch in bezug auf den Rahmen 10 feststehend
ist. Eine bei 12, 12a dargestellte Form ist auf dem Rahmen 10 verschiebbar angeordnet.
Die aus zwei Teilen 12 und 12 a bestehende Form ist an zwei Platten oder Trägern
40 und 41 befestigt. Eine Platte 42 trägt einen Bock oder Stempel 43 zum Schließen
der Form. Der Plattenaufbau ist auf Holmen 44 und 45 angeordnet und auf dem Rahmen
10 verschiebbar. Eine Platte 46 ist an dem Rahmen 10 befestigt und trägt einen Einspritzbock
oder -stempel 47. Die Formteile 12 und 12 a können durch Betätigung des Bocks oder
Stempels 43 zusammengeschlossen werden, wodurch die Platten oder Träger 40, 41 in
ihrer Wirkung eine Einheit werden. Diese Einheit wird dann auf dem Rahmen 10 durch
Betätigung des Bocks oder Stempels 47 verschoben, wodurch die Formen zur Anlage
an das Spritzaggregat 13 gebracht werden.
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Das Spritzaggregat 13 weist im allgemeinen die gleiche Konstruktion
wie das vorher beschriebene Spritzaggregat auf. Es ist ebenfalls mit einer Schnecke
21, deren Bewegung in Längsrichtung festgelegt ist, und mit einem Zylinder 20, der
in bezug auf die Schnecke in Längsrichtung verschoben werden kann, versehen. Die
Anordnung kann aber im Bedarfsfall auch so abgeändert werden, daß der Zylinder festgelegt
wird und die Schnecke gleichzeitig mit ihrer Drehung eine Längsverschiebung erfährt.
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Ein Diffusorkopf 26 ist auf dem vorderen Ende der Schnecke 21 angeordnet
und kann dem in dem vorigen Beispiel beschriebenen ähneln. Der Diffusorkopf kann
aber auch mit Rückschlagabsperrorganen versehen sein, wie dies in Fig. 4 und 5 dargestellt
ist. Der Diffusorkopf umfaßt einen zylindrischen Block 26, der eng in den Zylinder
20 paßt und mit engen Kanälen oder Durchlässen 48 in seinem Umfang versehen ist.
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Eine Klappe 49 ist vor jedem Kanal angeordnet und bei 50 drehbar gelagert,
so daß die Wirkung eines Klappenventils erzielt wird. Wenn das plastifizierte Material
von der Schnecke in die Verdidungskammer 27 gefördert wird, öffnen sich die Ventilklappen
um ihre Drehpunkte und ermöglichen es, daß das Material durch die Kanäle 48 gepreßt
wird. Falls in der Verdichtungskammer 27 ein übermäßiger Druck entsteht, legen sich
die Ventilklappen über die Kanäle oder Durchlässe und verhindern den Rückfluß des
Materials. Es können aber auch andere Formen von Rückschlagabsperrorganen vorgesehen
werden, wie später noch beschrieben werden wird.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der nach der Erfindung ausgebildeten
Spritzgußmaschine ist der in den vorhergehenden Beispielen beschriebene Zylinder
des Spritzkopfes gemäß Fig. 6 abgewandelt. Eine Förder- und Plastifizierschnecke
51 ist innerhalb eines Zwischenladezylinders 53 drehbar angeordnet. Ein äußerer
Zylinder oder Mantel 52, der mit Heizvorrichtungen 54 versehen ist, ist in Längsrichtung
auf dem Zwischenzylinder 53 gleitbar. Das vordere Ende des Zylinders 52 ist durch
ein Ventilgehäuse 55 ver-
schlossen, in dem ein die Einspritzdüse enthaltender Ventilkörper
56 gleitbar gelagert ist, der mit der Mündung einer Form, wie vorher beschrieben,
in Verbindung gebracht werden kann. Das Ventil ist mit einer Verschlußscheibe 57
versehen.
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Das vordere Ende der Förderschnecke 51 weist einen Diffusorkopf 58
auf und umfaßt ein Rückschlagabsperrorgan. Dieses abgewandelte Spritzaggregat kann
bei der Anordnung nach Fig. 1 oder 2 oder bei derjenigen nach Fig. 3 verwendet werden.
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Wenn es mit der Anordnung nach Fig. 1 und 2 verwendet wird, wird das
Material in den zwischen der Schnecke 51 und dem Zylinder 53 befindlichen Raum durch
irgendwelche nicht dargestellten Vorrichtungen eingebracht und mittels der Schnecke
in den Raum 59 eingebracht. Der dadurch in diesem Raum erzeugte Druck bewirkt, daß
der verschiebbare Zylinder 52 veranlaßt wird, sich nach links zu bewegen, bis der
Flansch 60 von dem ihn umgebenden Gehäuse 61 angehalten wird. Das Einspritzen des
Materials in die Form erfolgt durch Bewegung des Spritzaggregats gemäß Fig. 1 und
2 nach links, wie vorher beschrieben wurde. Nach dem Einspritzvorgang wird das gesamte
Spritzaggregat 13 mittels eines Antriebsmechanismus zurückgeführt.
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Bei Verwendung des Spritzaggregates in der Anordnung nach Fig. 3
bleibt der Zylinder 53 stehen, und der Heizzylinder 52 wird zunächst nach links
gemäß der Darstellung in Fig. 3 verschoben, wobei diese Bewegung durch das Vorschieben
des Materials in den Raum 59 mit veränderlichem Volumen bewirkt wird. Das Einspritzen
erfolgt dann auf Grund der Bewegung der Form auf das Spritzventil des Zylinders
53 zu, wobei das Ventil geöffnet und der Heizzylinder 52 in bezug auf den Zwischenzylinder
53 und die Schnecke 51 verschoben wird.
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Fig. 7, 8 und 9 erläutern eine abgeänderte Form des Diffusorkopfes
und des Rückschlagabsperrorgans, das auch bei einem der vorher beschriebenen Beispiele
verwendet werden kann. Die Förderschnecke 62 ist in einem Zylinder 63 drehbar, und
irgendwelche Vorrichtungen sind vorgesehen, um eine Relativbewegung zwischen der
Schraube und dem Zylinder für das Einspritzen zu bewirken. Das äußere Ende des Zylinders
weist eine Verschlußklappe 64 auf, in die ein Ventilgehäuse 65 eingeschraubt ist,
das ein gleitend angeordnetes Ventil 66 mit einer mittleren Bohrung 67 und seitlichen
Öffnungen 68 enthält. In der dargestellten Lage ist das Ventil zum Einspritzen des
Materials geöffnet. Wenn sich das Ventil aber in seiner äußersten Linksstellung
befindet, sind die Öffnungen 68 durch die Bohrung des Gehäuses 65 verdeckt, und
das Ventil ist geschlossen. Am vorderen Ende der Schnecke 62 ist ein Diffusorkopf
befestigt, der aus einer kreisrunden Scheibe 69 besteht, die genau in die Zylinderbohrung
hineinpaßt und mit engen Kanälen 70 an ihrem Umfang versehen ist. Ein an dem Diffusorkopf
befestigter Zapfen 71 trägt eine Rückschlagventilscheibe 72, die auf diesem Zapfen
in Längsrichtung gleiten kann. Die Ventilscheibe 72 ist mit so angeordneten Kanälen
versehen, daß, wenn die Scheibe an dem Diffusorkopf anliegt, wie es in Fig. 7 gezeigt
ist, die Kanäle 70 geschlossen sind. Ein auf dem Zapfen 71 befindlicher Kopf 74
begrenzt die Längsbewegung der darauf befindlichen Ventilscheibe 72, ermöglicht
es aber, daß sich die Scheibe so weit bewegt, daß die Kanäle geöffnet sind, wenn
der Materialdruck rechts von der Scheibe genügend hoch ist.
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Falls gewünscht, kann die Steigung der Schneckengänge am vorderen
Ende flacher sein und allmählich abnehmen. Hierdurch wird das Fördern und Erweichen
des Materials unterstützt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist für das Formen von für das Spritzgußverfahren
geeigneten thermoplastischen Kunststoffen, insbesondere von Polyvinylkunststoff,
wie es plastifiziertes Polyvinylchlorid od. dgl. darstellt, aber auch von Gummi,
gummiartigem oder organischem plastischem Material vorgesehen.
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Durch die Erfindung wird eine verbesserte Spritzgußvorrichtung oder
Maschine geschaffen, die besonders schnell und wirtschaftlich arbeitet. Die erfindungsgemäße
Vorrichtung ist auch für den Spritzgußbetrieb mit niedrigen Spritzdrücken, z. B.
von 105 kg/cm2, und bei Materialtemperaturen von 100 bis 3000 C in Abhängigkeit
von der Art des verwendeten Materials geeignet.