-
Spritzgießmaschine zur Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe
Bei Kunststoff-Spritzgießmaschinen besteht seit langem die Aufgabe, abgemessene
Mengen von Kunststoff aus einem Zylinder in einen Hohlraum zu fördern. Die einfachste
Methode zur Lösung dieser Aufgabe besteht bei Einkammermaschinen darin, mit einem
Kolben, der unter hohem Druck eines Druckmediums verschoben wird den Hohlraum in
einem Einspritzvorgang zu füllen und nach erfolgter Füllung den Druck auf den Kolben
wieder wegzunehmen. Bei dieser Methode ist es der Hohlraum, der die Menge des einzuspritzenden
plastifizierten Materials vorbestimmt. Es ist auch bekannt, einen solchen Kolben
über eine vorbestimmte Strecke zu verschieben, um dadurch die Menge des zu transportierenden
Materials zu bestimmen. Bei niedrigem Druck arbeitet diese Methode jedoch nicht
zuverlässig, weil ein Nachfließen des flüssigen Materials nur schwer zu verhindern
ist. Dadurch wird aber die Menge des einzuspritzenden Materials ungenau.
-
Es sind auch bereits Kunststoff-Spritzgießmaschinen bekannt, bei
denen mehrere Kammern, z. B. drei Zylinderräume, hintereinandergeschaltet sind,
die von verschiedenen Kolben beaufschlagt werden, so daß nur eine bestimmte Menge
unter den hohen Einspritzdruck gesetzt wird.
-
Die Erfindung betrifft nun eine Spritzgießmaschine zur Verarbeitung
thermoplastischer Kunststoffe mit mehreren axial hintereinandergeschalteten zylindrischen
und jede für sich mittels eines Druckkolbens beaufschlagbaren Plastifizierkammern,
von denen die erste, mit der Einfüllöffnung für den zu verarbeitenden Kunststoff
versehene Kammer den größeren Durchmesser und einen ringförmigen Druckkolben aufweist,
in dem der Kolben oder die Kolbenstange dieses Kolbens fär die andere Kammer, nämlich
der den Einspritzdruck aufbringenden Kammer, gleitend gelagert ist. Die Erfindung
besteht nun darin, daß der der größeren Plastifizierkammer zugeordnete Ringkolben
zugleich als Druckzylinder für den Antriebskolben des eigentlichen Spritzkolbens
der anderen Kammer ausgebildet und fest mit dem Maschinengestell verbunden ist.
-
Weitere Merkmale bestehen darin, daß ein koaxial mit dem Spritzkolben
in unveränderbarem Abstand verbundener Tauchkolben in eine koaxial zwischen der
Spritzdüse und der den Einspritzdruck aufbringenden Kammer angeordnete Düsenkammer
einführbar ist und daß dessen Durchmesser dem äußeren Durchmesser eines Ringspaltes
zwischen diesen beiden Kammern entspricht. Dabei ist zweckmäßigerweise die Kolbenstange
des Spritzkolbens auf der Rückseite mit einem Querhaupt verbunden, in dem zwei mit
dem Zylinder der größeren Plastifizierkammer verbundene Führungsstangen gleitend
gelagert sind. Auch kann zur Begrenzung des Vorschubweges der Kolbenstange auf derselben
ein einstellbarer Anschlag zwischen dem Querhaupt und der Rückwand des Druckzylinders
angeordnet sein, während die Führungsstangen einstellbare Endanschläge aufweisen,
durch die der Vorlaufweg des Zylinders der größeren Plastifizierkammern gegenüber
dem in ihm befindlichen feststehenden Ringkolben einstellbar ist.
-
Gegenüber dem Stand der Technik besteht die Erfindung in der besonderen
Ausbildung des Kolbens für den ersten, mit der Beschickungsöffnung versehnen Plastifizierungszylinder,
indem er zugleich als Druckzylinder für den Antriebskolben des eigentlichen Spritzkolbens
dient. Dies ist insofern ein wesentlicher Vorteil, als dadurch eine bedeutende Vereinfachung
der Bauweise und vor alIem eine erhebliche Verkürzung der Baulänge der Spritzgießmaschine
möglich wird.
-
Die Zeichnungen zeigen ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
in verschiedenen Arbeitsstellungen und mit verschiedenen durch die Spritzgießvorrichtung
gelegten Teilschnitten. Es zeigt F i g. 1 die Grundstellung der Vorrichtung, teilweise
im Schnitt, teilweise in Ansicht, F i g. 2 die Vorrichtung in der äußersten Förderstellung,
teilweise im Schnitt, teilweise in Ansicht, F i g. 3 die Vorrichtung bei Beginn
der Rückkehr in die Grundstellung, teilweise im Schnitt, teilweise in Ansicht,
F
i g. 4 ein Ausschnitt der Vorrichtung zur Erläuterung des Einfüllvorganges in der
Einfüllstellung, Fig. 5 denselben Ausschnitt wie Fig. 4 in der Nachfüllstellung.
-
Nach F i g. 1 bis 3 ist ein Druckzylinder 1 mit dem Gestell einer
Kunststoff-Spritzgießmaschine fest verbunden. Der vordere Teil des Druckzylinders
1 ist als Ringkolben 2 ausgebildet, der in der Plastifizierkammer 3 des Füllzylinders
4 einschiebbar ist. Ein Antriebskolben 5 ist im Innern des Druckzylinders 1 verschiebbar
angeordnet und dient als Antriebselemeint für die Kolbenstange 6, an deren vorderem
Ende der Spritzkolben 7 und der Tauchkolben 8 in unveränderlichem Abstand voneinander
angeordnet sind. Der Spritzkolben 7 ist so bemessen, daß er in die mittlere Kammer
9 einschiebbar ist. Der Tauchkolben 8 stimmt in seinem Durchmesser überein mit dem
Durchmesser der Durchgangsöffnung 10 zwischen der mittleren Kammer 9 und dem der
Spritzdüse 12 näher gelegenen kleinen Düsenkammer 11.
-
Mit 13 ist Kunststoffmasse in granulierter oder flüssiger bzw. plastifizierter
Form bezeichnet. Im Füllzylinder 4 ist im rückwärtigen Teil eine Einfüllöffnung
14 angebracht, durch die in bekannter Weise Kunststoff nachgefüllt werden kann.
Ein Mantel 15 ist am Füllzylinder 4 befestigt, der elektrische oder ähnlich wirkende
Heizelemente umschließt. Am rückwärtigen Ende des Füllzylinders 4 sind zwei Führungsstangen
16 eingesetzt, deren Enden im Querhaupt 17 gleitend gelagert sind. Zwischen dem
Querhaupt 17 und einem Bund 24 an den Führungsstangen 16 sind Druckfedern 18 eingesetzt,
die das Querhaupt 17 gegen die auf die Führungsstangen 16 aufgesetzten Schraubenmuttern
23 pressen. In der Mitte ist das Querhaupt 17 mit der Kolbenstange 6 fest verbunden.
An dieser Stelle trägt die Kolbenstange 6 auf dem Gewinde 25 einen einstellbaren
Anschlagring 19.
-
In den Hohlraum 21 einer Spritz- oder Preßform 22 bekannter Bauart
wird die Kunststoffmasse 13 in plastifiziertem Zustand eingespritzt. Zuleitungen
20 und 29 führen Druckmittel in das Innere des Druckzylinders 1.
-
In den F i g. 4 und 5 ist in senkrechten Teilschnitten der Einfülltrichter
26 gezeigt, der auf einer mit dem Maschinengestell festverbundenen Traverse 27 angeordnet
ist. Der Fülltrichter 4 ist mit einer Abdeckplatte 28 verbunden, die eine mit der
Einfüllöffnung 14 übereinstimmende Aussparung besitzt.
-
Die im Einfülltrichter 26 befindliche Kunststoffmasse 13 ist in der
in F i g. 4 dargestellten Stellung der Maschine durch die Abdeckplatte 28 am Ausfließen
verhindert. In den F i g. 4 und 5 sind weiter der Druckzylinder 1 und die durch
denselben hindurchtretende Kolbenstange 6 ersichtlich.
-
Die Wirkungsweise der Vorrichtung gemäß F i g. 1 bis 5 ist folgende:
Die erste Füllung einer leeren Maschine erfolgt durch wechselweise Druckmittelzufuhr
durch die Leitungen 20 und 29. Mit zunehmender Füllung der größeren Plastifizierkammer
3 wird der Rückweg des Füllzylinders 4 etwas kleiner, weil das eingefüllte Materiall3
den Kolben 2 am weiteren Eindringen verhindert.
-
Ausgangslage für die Förderung von Kunststoff gemäß der vorliegenden
Erfindung ist die in Fig. 1 gezeichnete Stellung der Einzelteile. Die Vorrichtung
ist in der Ausgangslage getrennt von der Spritzgießform 22. Der Antriebskolben 5
befindet sich in
der hintersten Stellung im Innern des Druckzylinders 1. Der Ringkolben
2 ist in der Plastifizierkammer 3 eingetaucht und schiebt die Kunststoffmasse 13
in Richtung gegen die mittlere Kammer 9. Der Spritzkolben 7 ist durch die Kolbenstange
6 so weit zurückgezogen, daß sich die Kunststoffmasse 13 in der mittleren Kammer
9 bewegen kann. Der Tauchkolben 8 schließt die Durchgangsöffnung 10 ab und verhindert
ein weiteres Vordringen von Kunststoffmasse in die Düsenkammer 11 und damit in die
Spritzdüse 12.
-
In Fig. 5 ist gezeigt daß der Einfülltrichter 26 in der Ausgangslage
gemäß F i g. 1 über der Einfüllöffnung 14 steht. In dieser Stellung kann Kunststoffmasse
13 in die Einfüllöffnung 14 gelangen. Die Federn 18 sind entspannt, so daß das Querhaupt
17 an die Anschlagmuttcr 23 gepreßt ist und in der hintersten möglichen Stellung
aller Arbeitsphasen der Vorrichtung steht. Die unter dem Mantel 15 befindlichen
Heizelemente sind eingeschaltet. damit die Kunststoffmasse flüssig wird.
-
Durch Einleitung von Druckflüssigkeit oder Druckluft durch die Zuleitung
29 verschieben sich der Kolben 5 und die Kolbenstange 6 und die mit der Kolbenstange
6 verbundenen Kolben 7 und 8 in der Richtung gegen die Spritzdüse 12. Das hintere
Ende der Kolbenstange 6 hat über das Querhaupt 17 und die Federn 18 gleichzeitig
auch die Führungsstangen 16 mit dem Füllzylinder 4 in der Richtung gegenüber der
Spritzgießform 22 zu bewegt. Diese Bewegung kommt durch Anliegen der Spritzdüse
12 an der Spritzgießform 22 zum Stillstand. Die gegenseitige Lage der Zylinderräume.
Kolben, Kolbenstangen und Führungsstangen im Moment der Berührung der Spritzdüse
12 mit der Spritzgießform 22 entspricht ungefähr der F i g. 3 der Zeichnungen.
-
Durch weiteres Einleiten von Druckmittel durch die Zuleitung 29 verschiebt
sich der Antriebskolben 5 mit der Kolbenstange und den beiden Kolben 7 und 8 um
den Betrag nach vorn, der zwischen dem verstellbaren Anschlagring 19 und der Rückseite
des Druckzylinders 1 als Zwischenraum in F i g. 3 mit 30 bezeichnet ist. Der Anschlagring
19 kann auf dem Gewinde 25 verstellt werden, so daß der Hub der beiden Kolben 7
und 8 auf ein genaues Maß vorbestimmt, d. h. eingestellt werden kann. Diesem Hub
entsprechend wird eine kleinere oder größere Menge von Kunststoffmasse in die Spritzgießform
22 eingespritzt. Der Spritzkolben 7 dichtet gegenüber der Wand der mittleren Kammer
9 genau ab und läßt keine Kunststoffmasse während des Einspritzvorganges zurück
in die Plastifizierkammer 3 gelangen. Die vom Spritzkolben 7 durch die Durchgangsöffnung
10 in die kleine Düsenkammer 11 gepreßte Kunststoffmasse bewegt sich am Tauchkolben
8 vorbei zur Spritzdüse 12, weil der Tauchkolben 8 gegenüber den Wandungen der kleinen
Düsenkammer 11 Spiel aufweist.
-
Mit dem Aufschlagen des Anschlagringes 19 auf die Rückseite des Druckzylinders
1 ist der Einspritz-bzw. Einfüllvorgang der Vorrichtung beendet. Diese Stellung
ist in F i g. 2 gezeichnet. Es ist hierbei ersichtlich, daß die Federn 18 gegen
den Bund 24 der Führungsstangen 16 zusammengepreßt wurden und einen zusätzlichen
Anpreßdruck der Vorrichtung an die Spritzgießform erzeugen. Der Einfülltrichter
26 nimmt im Moment, da die Vorrichtung sich in der Arbeitsphase gemäß F i g. 2 befindet,
die Stellung gemäß
F i g. 4 ein. Der Füllzylinder 4 hat sich mit
der Abdeckplatte 28 so weit nach vorn verschoben, daß der Druckzylinder 1 einen
Durchgang aus der Einfüllöffnung 14 in die Plastifizierkammer 3 freigegeben hat.
Die in der vorausgehenden Phase in der Einfüllöffnung 14 eingefüllte Menge strömt
durch ihr eigenes Gewicht in die Plastifizierkammer 3 ein. Auf diese Weise erfolgt
ein selbsttätiges Nachfüllen von Kunststoffmasse in diese Kammer.
-
Die Rückstellung der Vorrichtung aus der in F i g. 2 dargestellten
Einspritzstellung in die in F i g. 1 gezeigte Grundstellung wird eingeleitet durch
das Umschalten des Druckmittels von der Zuleitung 29 auf die Zuleitung 20. Die erste
Phase der Rückstellung bewirkt die Bewegung der Kolbenstange 6 mit den daran befestigten
Spritzkolben 7 und Tauchkolben 8 und dem auf der Rückseite befindlichen Querhaupt
17, bis das Querhaupt 17 an den Schraubenmuttern 23 anschlägt. Es bildet sich hierbei
in der kleinen Düsenkammer 11, in der Durchgangsöffnung 10 und in der mittleren
Kammer 9 ein Unterdruck, bis der Spritzkolben 7 aus der mittleren Kammer 9 heraustritt.
Durch diesen Unterdruck wird die Spritzdüse 12 freigesaugt von Kunststoffmasse,
die beim Einspritzen nach vorn gebracht worden ist. Das Ende der ersten Phase der
Rückstellung entspricht wiederum der in F i g. 3 gezeigten gegenseitigen Lage der
Einzelteile der Vorrichtung.
-
Die zweite Phase der Rückstellung ist gekennzeichnet durch eine gemeinsame
Rücklaufbewegung der Kolben stange 6 mit den Kolben 7 und 8, mit dem Füllzylinder
4 und den Führungsstangen 16. Die Vorrichtung trennt sich wieder von der Spritzgießform
22, während gleichzeitig der Ringkolben 2 in die Plastifizierkammer 3 wieder tiefer
eindringt und Kunststoffmasse 13 um den Spritzkolben 7 herum in die mittlere Kammer
9 vorschiebt. Am Ende der Rücklaufbewegung erreicht die Vorrichtung wieder die Grundstellung
gemäß Fig. 1 und ist bereit für einen nächsten Spritzvorgang.
-
Die Vorteile der Vorrichtung gegenüber bekannten Konstruktionen sind
folgende: Der Materialfluß und die Plastifizierung der eingefüllten Kunststoffmasse
ist günstiger als bei einfachen Spritzkolben.
-
Die Vorrichtung ist zum gleichzeitigen Dosieren und Plastifizieren
eingerichtet. Während bei früheren Ausführungen die ganze Menge des Kunststoffs
unter Einspritzdruck gesetzt und dann bewegt wird, wird bei der erfindungsgemäßen
Vorrichtung nur die vorbestimmte Menge der mittleren Kammer unter den hohen Einspritzdruck
gesetzt. Die Vorrichtung erfordert wesentlich weniger Kraft zur Einspritzung als
die bisher bekannten Apparate.
-
Ein bemerkenswerter Vorteil besteht auch darin. daß beim Einspritzvorgang
nur die vorbestimmte Menge an Kunststoff in eine Form eingespritzt wird, und zwar
auch dann, wenn diese Form nicht dicht ist. Die vorbestimmte Menge an Kunststoff,
die in die Form eingespritzt werden soll, ist in weiten Grenzen veränderlich. Es
ist konstruktiv ohne weiteres möglich, diese Menge im Verhältnis 1:100 zu verändern.
Bei den bisher gebauten Vorrichtungen zum Einspritzen wird zuerst Material gefaßt
und dann frisch eingefülltes Material komprimiert. Dieses
frische Material ist mehr
kompressibel als die bereits plastifizierte Masse und beeinflußt so den Spritzvorgang.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung verdichtet dagegen nur flüssiges, vorplastiflziertes
Material.
-
Das Nachfüllen von Kunststoffmasse erfolgt im Moment des Einspritzens.
Es entsteht kein Zeitverlust durch einen Vorbereitungsweg des Kolbens zum Nachfüllen
von Kunststoffmasse.