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Verfahren zum Betrieb einer Düsenschließeinrichtung für Spritzgießmaschinen
zur Verarbeitung thermoplastischer Massen und Düsenschließeinrichtung zur Durchführung
des Verfahrens Es- sind bereits Spritzgießmaschinen für thermoplastische Massen
mit einem Spritzkopf bekannt, dessen Düsenkanal sich durch einen quer zu seiner
Achsrichtung beweglichen Schieber im Takt des Spritzgießvorganges öffnen und schließen
läßt. Die Offnungs- und Schließbewegung des Schiebers wird über ein Gestänge von
einem an anderer Stelle angeordneten Kolben gesteuert, dessen Druckfläche von einem
Druckmittel periodisch beaufschlagt wird.
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Diese Vorrichtung erfordert zur Anordnung des Schiebers einen verhältnismäßig
langen Düsenkanal.
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Beim Schließen der Düsenaustrittsöffnung durch den Absperrschieber
wird in seinem in Sperrstellung seitlich verschobenen Durchflußkanal eine gewisse
Menge plastischer Masse eingeschlossen. Diese Masse nimmt bis zum nächsten Spritzgießvorgang
eine andere Temperatur an als der im abgeschlossenen Spritzzylinder befindliche,
auf optimale Temperaturbedingungen eingestellte plastifizierte Stoff. Die Öffnungsbewegung
des Schiebers folgt ferner bei dieser Schließvorrichtung nicht dem günstigsten Einspritzdruck,
sondern ist davon unabhängig.
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An Spritzgießmaschinen verwendet man ferner sogenannte Schiebedüsen,
die vom Druck der Spritzgießmasse geschlossen gehalten, unmittelbar vor Beginn des
Spritzgießvorganges an das Spritzgießwerkzeug herangefahren und dadurch mechanisch
in die Öffnungsstellung gebracht werden. Nachteilig an diesen Schiebedüsen ist,
daß nach Beendigung des Spritzgießvorganges und nach dem Verschließen der Düsenaustrittsöffnung
in den Kanälen des Düsenschließmechanismus wiederum eine gewisse Menge nachfolgend
in einenFormhohlraum einzuspritzender Masse von der Hauptmenge des im Massezylinder
befindlichen plastifizierten Kunststoffs abgetrennt ist und daher eine andere Temperatur
annehmen kann.
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Auch bei Schiebedüsen erfolgt das Öffnen des Düsenverschlusses unabhängig
vom Druck der plastischen Masse im Massezylinder.
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Bekannt sind ferner schon Spritzköpfe für Spritzgießmaschinen, deren
kurze Düsenbohrung durch eine koaxial angeordnete, meist konische Düsenschließnadel
zeitweise schließbar ist. Diese Düsenschließnadel ist in Schließrichtung entweder
unmittelbar mit einer Feder belastet oder über ein dazwischengeschaltetes, auf das
rückwärtige Ende der Düsenschließnadel wirkendes Hebelgetriebe. Zur Öffnung der
Düsenbohrung hebt sich die Düsenschließnadel unter dem auf ihre Projektionsfläche
einwirkenden Druck der Formmasse beim Spritzgießvorgang entgegen der Wirkung der
Schließfeder vom Schließsitz ab und gibt die Düsenöffnung frei. Bei
dieser Vorrichtung
sind die Schließkraft und der Hubweg der Schließnadel beim Öffnen durch die größten
noch möglichen Federabmessungen in gewissem Umfange beschränkt. Ein weiterer Nachteil
besteht darin, daß der durch den Druck der Formmasse bestimmte Öffnungsdruck und
Schließdruck der Düsenschließnadel ausschließlich durch die Kraft der Feder bestimmt
ist, daß also beide Drücke wertmäßig miteinander gekoppelt sind. Öffnungs- und Schließdruck
der Düsenschließnadel können also nicht unabhängig voneinander eingestellt werden.
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Nach dem gleichen Prinzip arbeitet eine Düsenschließvorrichtung, bei
der die federbelastete Düsenschließnadel nicht axial zur Düsenbohrung angeordnet,
sondern von außen schräg durch die Wandung des Düsenkopfs hindurchgeführt ist.
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Es ist schließlich auch bereits eine Spritzgießvorrichtung bekannt,
die eine in Schließrichtung von einer Feder belastete Düsenschließnadel besitzt,
die sich nicht unter dem Einfluß des aus dem Massezylinder ausgeübten Drucks der
Spritzgießmasse öffnet, sondern unabhängig davon durch eine der Schließrichtung
der Feder entgegenwirkende hydraulische Belastung durch ein anderes Druckmittel.
Mit dieser Vorrichtung kann zwar die plastifizierte Masse unter hohem Druck nach
dem Öffnen der Nadel zu
irgendeinem beliebigen Zeitpunkt in die
Formhöhlung gespritzt werden. Es ist mit einer solcherart belasteten Düsenschließnadel
jedoch nicht möglich, einen einstellbar verringerten Nachdruck während des Ablaufs
des Spritzgießvorganges auszuüben.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Spritzgießmaschine
zur Verarbeitung thermoplastischer Massen, bei der die Schließnadel ebenfalls axial
zur Düsenbohrung gelagert ist, bei der aber die auf die Schließnadel wirkenden Kräfte
beim Öffnen und Schließen der Düsenbohrung nach Höhe und Wirkungsdauer beliebig
eingestellt werden können.
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Dies ist von besonderem Vorteil, wenn z. B. mit der Spritzgießmaschine
eine Formmasse mit Treibmittelzusatz zum anschließenden Aufschäumen verspritzt werden
soll. Der im Spritzzylinder herrschende Druck kann dann so eingestellt werden, daß
das Treibmittel während der Verweilzeit der Formmasse im Zylinder am Aufschäumen
gehindert wird. Ist eine Spritzgießmaschine mit einer solchen Düse ausgerüstet,
so kann man ferner einerseits die thermoplastische Spritzgußmasse unter hohem Druck
plastifizieren und mit hohem Anfangsdruck ausspritzen, andererseits aber die Spritzgießform
mit beliebig niedrigem Nachdruck aufladen.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe ist darin zu sehen, daß die Düsenschließnadel
in Abhängigkeit vom Takt des Spritzvorganges der Maschine während eines Taktspiels
in der Schließrichtung mit unterschiedlichen Drücken hydraulisch oder pneumatisch
belastet wird.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung einer Düsenschließeinrichtung zur Ausführung des Verfahrens in Verbindung
mit den Zeichnungen.
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Die F i g. 1 zeigt einen axialen Schnitt durch einen Spritzkopf nach
der Erfindung. In dem Düsenkörper 1 befindet sich eine zylindrische Bohrung 2, in
der die Düsenschließnadel 3 axial verschieblich gelagert ist. Diese Düsenschließnadel
3 verschließt mit ihrer Spitze die Öffnung 4 a der Düsenspitze 4, die in den Düsenkörper
1 eingeschraubt ist. Am rückwärtigen Ende ihres zylindrischen Schafts trägt die
Düsenschließnadel 3 ein Dichtelement 5, das den vorderen vorzugsweise mit Labyrinthnuten
versehenen Nadelschaft gegenüber der an das rückwärtige Ende der Düsenschließnadel
3 sich anschließenden Kammer 6 abdichtet. In die Kammer 6 mündet eine von außen
her durch die Wand des Düsenkörpers 1 geführte Bohrung 7. Im Düsenkörper 1 sind
ferner, wie bisher üblich, z. B. zwei sich in der Längsrichtung des Düsenkörpers
erstreckende Kanäle 8 angeordnet, durch die die plastifizierte Formmasse vom Zylinder
der Spritzgießmaschine zur Düsenöffnung 4 a gelangt (s. Fig. 3). Der Düsenkörper
1 besitzt außerdem noch zwei von der axialen Bohrung 2 nach außen führende Kanäle
9, die den Schaft der Düsenschließnadel 3 mit der Atmosphäre verbinden.
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Aus dem in der Fig. 1 aufgestellten Aufbau der Düsenschließeinrichtung
ergibt sich folgende Wirkungsweise: Über die Bohrung 7 wird ein Druckmittel, beispielsweise
temperaturbeständiges Ö1, in die Kammer 6 geführt. Unter dem Einfluß des sich in
der Kammer 6 aufbauenden Druckes bewegt sich die Düsenschließnadel 3 gegen ihren
Schließsitz in der Düsenspitze 4 und verschließt die Düsenöffnung 4a für die plastifizierte
Formmasse. Die Düsenäffnung 4 a bleibt verschlossen, wenn der auf das ko
nische vordere
Ende der Düsenschließnadel 3 einwirkende Druck der plastifizierten Masse, multipliziert
mit der vom Druck beaufschlagten Projektion der Stirnfläche der Schließnadel 3 wirkt.
Die Düsenschließnadel 3 öffnet sich, sobald die auf ihr vorderes Ende wirkende Kraft
der Formmasse die durch das Druckmittel in der Kammer 6 aufgebaute Zuhaltekraft
überwindet. Sofern infolge einer Undichtigkeit zwischen der Düsenschließnadel 3
und der Bohrung 2 entweder plastische Formmasse oder eine kleine Menge des Druckmittels
an der Lagerfläche der Düsenschließnadel 3 entlangwandern sollten, führen die Kanäle
9 solche Leckmengen nach außen ab.
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Beim oben beschriebenen Aufbau einer Düsenschließeinrichtung mit
einem unmittelbar vom Druckmittel beaufschlagten rückwärtigen Ende der Düsenschließnadel
3 ist die gesamte erzielbare Schließkraft sowohl durch die kolbenähnliche Fläche
des Schließnadelendes als auch durch den in der Kammer 6 aufbaubaren höchst zulässigen
Druck begrenzt. Wegen der verhältnismäßig kleinen beaufschlagbaren Querschnittsfläche
der Düsenschließnadel 3 muß die Kammer 6 hohe Drücke aufnehmen können.
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Eine Ausführungsform der Düsenschließeinrichtung, bei der mit niedrigeren
Drücken des Druckmittels gearbeitet werden kann, ist in Fig. 2 dargestellt. Das
Charakteristische dieser Bauart ist, daß die vom Druckmittel beaufschlagbaren Druckzylinder
außerhalb des Düsenkörpers 1 angeordnet sind. Die in der Bohrung 2 des Düsenkörpers
1 axial verschiebliche Düsenschließnadel 3, die die Düsenbohrung 4 a verschließt,
ist an ihrem rückwärtigen Ende gegen einen Querbalken 10 abgestützt. Dieser Querbalken
10 erhält seine Führung durch Aussparungen 11 im Düsenkörper 1. Zwei oder mehrere
vorzugsweise symmetrisch angeordnete und mit Kolben ausgerüstete Druckzylinder 12
nehmen das Druckmittel auf und erzeugen die erforderliche Schließkraft für die Düsenschließnadel
3. Die Abstützung der Druckzylinder 12 erfolgt über zwei Teller 13 und 14, die außen
auf den Düsenkörper 1 aufgeschraubt sind und nach dem Justieren der Druckzylinder
gegeneinander verspannt werden können. Die Druckzylinder 12 selbst werden über einen
lose auf dem Teller 13 aS gestützten Ring 15 gehalten, der mit Bohrungen 16 versehen
ist, wobei die Druckzylinder mit Zapfen 17 in die Bohrungen 16 eingreifen. Die plastifizierte
Formmasse gelangt vom Plastifizier- bzw. Spritzzylinder der Maschine wiederum über
zwei in Fig. 2 nicht näher dargestellte Kanäle 8, die in den Düsenkörper 1 eingebracht
sind, zur Düsenbohrung 4 a. Die Arbeitsweise der in F i g. 2 dargestellten Düsenschließeinrichtung
entspricht vollkommen derjenigen einer Ausführungsform nach F i g. 1.
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In der Fig. 4 ist schematisch eine hydraulische Steuerung wiedergegeben,
mit der die Öffnungs- und Schließdrücke der von einem Druckmittel belasteten Düsenschließnadel
3 nicht nur auf unterschiedliche Werte voreingestellt, sondern während eines Arbeitstaktes
der Spritzgießmaschine auch verändert werden können.
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Eine Pumpe 20 bringt das Druckmittel auf den für die Düsenschließeinrichtung
und gegebenenfalls weitere Steuerungen der Spritzgießmaschine erforderlichen Druck.
Über ein den maximalen Druck begrenzendes Ventil 21 ist der Druckmittelkreislauf
gegen Überlastung gesichert. Aus dem Kreislauf des Druckmittels wird ein Druckmittelspeicher
22 gefüllt.
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Von diesem Speicher 22 führt eine Druckleitung zu einem Ventil 23,
das im wesentlichen aus einem Kolbenschieber 24 und einem Stößel 25 besteht, der
über die Feder 26 den Kolbenschieber 24 belastet. An das Ventil 23 ist ferner eine
einstellbare Drossel 27 angeschlossen. Entsprechend der Belastung des Kolbenschiebers
24 durch die Feder 26 stellt sich in der vom Ventil 23 abgehenden Leitung 28 ein
Druck ein, der kleiner oder höchstens gleich dem am Ventil 21 eingestellten maximalen
Druck des Systems ist. In der Leitung 28 ist gegebenenfalls ein Druckübersetzer
29 angeordnet, mit dem durch einen Stufenkolben 30 der im System herrschende Druck
in einem Umfange gesteigert wird, daß er zur Beaufschlagung der Düsenschließnadel
3 in Schließrichtung auch bei den höchsten vorkommenden Drücken der Formmasse ausreicht.
Der Druckübersetzer 29 wird vor allem für Ausführungsformen der Düsenschließeinrichtung
nach F i g. 1 in Betracht kommen. Bei der in F i g. 2 dargestellten Düsenschließeinrichtung
ist indes dieser Druckübersetzer nicht unbedingt erforderlich, da im allgemeinen
die außerhalb des Düsenkörpers 1 angeordneten Druckzylinder 12 so groß gewählt werden
können, daß auch bei ihrer Beaufschlagung durch den in der Leitung 28 herrschenden
Druck eine sichere Betätigung der Düsenschließnadel 3 gewährleistet ist.
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Zur Steuerung der Schließ- und Öffnungskraft der Düsenschließnadel
3 durch veränderbare Drücke im System dient beispielsweise eine Kurvenscheibe 31.
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Diese Kurvenscheibe 31 bewegt sich im Takt der Spritzgießmaschine
derart, daß jeder Phase des Spritzgußvorganges eine bestimmte Stellung der Kurvenscheibe
31 zugeordnet ist. In Abhängigkeit von der Kontur und dem jeweiligen Drehwinkel
der Kurvenscheibe wird die Feder 26 vorgespannt, wobei sich in der Druckmittelleitung
28 der entsprechende Belastungsdruck für die Düsenschließnadel 3 einstellt.
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An Stelle der Kurvenscheibe kann auch jede andere Betätigung der Stößelbewegung
treten. An der einstellbaren Drossel 27 läßt sich die Trägheit der Öffnungs- und
Schließbewegungen der Düsenschließnadel 3 einstellen.