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Spritzgießmaschine zur Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe
Die Erfindung bezieht sich auf eine Spritzgießmaschine zur Verarbeitung thermoplastischer
Kunststoffe mit einer der Plastifizierung und Förderung des Kunststoffes dienenden
Hohlschnecke und mit einem von außen axial verschiebbar in der Hohlschnecke gelagerten,
an seinem vorderen Ende im Schneckenzylinder dicht geführten und mit einem den Massefluß
nur in Einspritzrichtung gestattenden Rückschlagventil versehenen Spritzkolben.
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Die Erfindung hat die Aufgabe, den optimalen auf die Schnecke wirkenden
Axialgegendruck (»Plastifizierungsdruck«) bei gleichbleibender Schneckendrehzahl
über den ganzen Spritzzyklus hinweg einstellen zu können.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß auch die Hohlschnecke unabhängig
vom Spritzkolben axial verschiebbar gelagert ist. Der Spritzkolben ist an einer
vom Antriebs- bis zum Austragsende durch eine Bohrung in der Schneckenachse hindurchragende
Stoßstange angeordnet, so daß Spritzkolben und Stoßstange ein Ventil bilden, welches
von außen unabhängig von der Bewegung der Schnecke betätigt wird. Der Spritzkolben
und die Stoßstange sind nicht starr miteinander verbunden, sondern axial gegeneinander
verschiebbar. Das Ende der Stoßstange ist beispielsweise als Vierkant ausgebildet,
so daß der Spritzkolben sich nicht gegenüber der Stoßstange verdehen kann. Dadurch
ist die Kolbendichtung nur axialen Beanspruchungen unterworfen.
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Die Vorrichtung ist so ausgebildet, daß die hohle Förderschnecke
während des Ausspritzens und Nachdrückens der Masse in die Form mittels des Spritzkolbens
weiter rotiert und dabei bei konstantem Druck neuen Kunststoff plastifiziert, wobei
der Vorratsraum zwischen der hohlen Förderschnecke und der Rückseite des Spritzkolbens
gefüllt wird, indem sich die Förderschnecke beim Plastifizieren vom Spritzkolben
entfernt.
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Bekannt ist eine Schnecken-Spritzgießmaschine mit in der Schnecke
axial verschiebbarem Spritzkolben.
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Am vorderen Ende des Spritzkolbens ist ein Rückschlagventil angeordnet,
das durch die von der Schnecke plastifizierte Masse geöffnet wird. Die Masse gelangt
in eine Vorkammer, aus der sie von dem axial verschiebbaren Spritzkolben - dessen
Rückschlagventil sich bei der Vorwärtsbewegung schließt - in die Form gedrückt wird.
Bei dieser Vorwärtsbewegung des Spritzkolbens im Zylinder werden die im Spritzkolben
radial angebrachten Zuführungskanäle für die Masse verschlossen. Bei beendetem Nachdrücken
wird der Spritzkolben zurückgezogen, wobei in der Vorkammer ein Vakuum entsteht,
so daß mit Einsaugen unerwünschter, schädlicher Luft zu rechnen ist. Erst wenn der
Spritzkolben in seine hinterste Stellung gelangt ist, sind die Zuführungskanäle
des Spritzkolbens frei, und die Schnecke kann neuerdings in Drehung versetzt werden
und die Vorkammer füllen.
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Außer der Gefahr des Einsaugens schädlicher Luft in den Spritzzylinder
während des Rückzuges des Spritzkolbens und des Nachteiles der stillstehenden Schnecke
während des Einspritzens, Nachdrückens und Rückziehens des Spritzkolbens bestehen
als weitere große Nachteile, daß der während der Plastifizierung in die leere Vorkammer
entstehende Druck viel niedriger ist als bei voller Kammer, daß beim Spritzen kleiner
Teile nur ein Bruchteil des Inhaltes der Vorkammer in die Form gespritzt wird und
der größere Teil der längeren Einwirkung der hohen Temperatur ausgesetzt ist und
es mehrfachen Einspritzens bedarf, ehe der gesamte Inhalt der Vorkammer in die Form
eingespritzt werden kann.
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Alle diese Nachteile hat die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht.
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Bekannt ist ferner eine Spritzgießmaschine mit Zwischenbehälter,
in dessen Zylinderraum ein Differentialkolben mit einseitiger nach außen führender
Kolbenstange angeordnet ist, dessen Kolbenkopf eine Rückschlagklappe oder ein Rückschlagventil
besitzt, die einen Rückstrom der plastifizierten Masse verhindern. Diesem Zwischenbehälter
wird von außen von einer Vorrichtung mittels eines Kanals kontinuierlich plastifizierte
Masse zugeführt. Auch hier muß im Augenblick des Einspritzens durch Schließen der
Klappe
im Kolbenkopf während des Vorschubes die Masse in die Form »gesagt« werden. Das
heißt, daß die in die Form zu spritzende Masse eine vielfach höhere Geschwindigkeit
haben muß als die durch den Kanal in den hinteren Raum des Zwischenbehälters kontinuierlich
nachströmende Masse. Auch hier kann durch das gebildete Vakuum schädliche Luft nachströmen.
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Bekannt ist ferner, in der Hohlschnecke innere Gewindegänge anzuordnen,
die im Aufgabebereich des Fülltrichters beginnen, so daß sowohl die äußeren als
auch die inneren Schneckengänge die Masse von dem Aufgabebereich nach dem Preßmundstück
befördern. Demgegenüber sollen die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehenen
inneren Schnekkengänge gegenüber der Rückbewegung der Masse entlang der Stoßstange
bremsend wirken und, da dies nicht vollkommen möglich ist, einen kleinen Rückstrom
in die äußeren Gewindegänge, wo sich noch Granulat befindet, leiten.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind sowohl der Spritzkolben
als auch die Hohlschnecke axial verschiebbar. Beim Ausspritzen der Masse mittels
des Spritzkolbens in die Form bewegt sich die dauernd unter dem Plastifizierungsdruck
stehende Hohlschnecke ebenso schnell vorwärts wie der Spritzkolben, so daß auch
hierbei keine schädliche Luft angesaugt wird. Da Spritzzylinder und Plastifizierungsraum
gleichen Durchmesser haben, kann der Durchmesser der Schnecke größer gewählt werden
als bisher. Bei gleich großer Drehzahl und Plastifizierungsleistung kann die Schnecke
wesentlich verkürzt werden. Die Stirnflächen und die Enden der Laufflächen des Spritzkolbens
können mit einem elastischen, nicht haftenden Kunststoffbelag oder Überzug versehen
werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich besonders für eine vertikale
Anordnung. was bei den meisten üblichen Plastifizierungsvorrichtungen nicht möglich
ist. Das Bauen in die Höhe beansprucht bei gleichem Volumen die kleinste Grundfläche.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann aber außerdem horizontal oder in jeder
Zwischenlage verwendet werden.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
Spritzgießmaschine schematisch dargestellt. Es zeigt A b b. 1 den Querschnitt einer
Spritzgießmaschine mit zwei veränderlichen Räumen und zentralem axialem Antrieb
der Stoßstange und der Förderschnecke, A b b. 2 den Querschnitt einer Spritzgießmaschine
mit zwei veränderlichen Räumen, getrenntem axialem Antrieb der Stoßstange und der
Förderschnecke, mit Einstellmöglichkeit des Rückflusses, Abt. 3 den zu obigen Abbildungen
gehörigen Querschnitt der Absperrung zwischen der Stoßstange und dem Spritzkolben
in vergrößertem Maßstab, Ab b. 4 den zu Abb. 3 gehörigen Grundriß der Spritzkolbenführung
und der Dichtfläche (SchnittX-X inAbb. 3) und A b b. 5 den zu Abb. 1 und 2 gehörigen
Querschnitt der Verbindung der rotierenden Förderschnecke mit ihrem axialen Antrieb
in vergrößertem Maßstab.
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Bei den verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung sind gleichartige
Teile in der nachstehenden Beschreibung mit Buchstaben bezeichnet. Der Spritzzylinder
A erhält neuen Kunststoff aus dem
Massetrichter B. Die Förderschnecke C plastifiziert
bei ihrer Rotation den neuen Kunststoff im Plastifizierungsraum D und schiebt die
plastifizierte Masse durch den Spritzkolben E hindurch in den Spritzraum F. Bei
dem axialen Vorschub des Spritzkolbens E, der von dem hydraulischen Kolben G im
Zylinders erfolgt, wird die Masse aus dem Spritzraum F durch die Spritzdüse J hindurch
in die nicht dargestellte Form gespritzt. Spritzdüse J ist im Mundstück K angeordnet,
das mittels der Mutter L lösbar mit dem SpritzzylinderA verbunden ist. Am Spritzzylinder
A sind in bekannter Weise Heizelemente M angebracht. Auf der Förderschnecke C befindet
sich Zahnrad N, das vom Zahnrad 0 angetrieben wird.
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Nach Ab b. 1 ist die Förderschnecke C auf der Stoßstange 12 axial
frei und über eine größere Länge verschiebbar. Diese große axiale Beweglichkeit
der rotierenden Förderschnecke C dient dazu, während des Ausspritzens und Nachdrückens
der Masse durch den Spritzkolben E bei mittels des Kegels 11 (s. Abb. 3) verschlossenen
Kanälen 7 von der Förderschnecke C laufend neue Masse plastifizieren zu lassen,
wobei diese den Plastifizierungsraum D zwischen der Rückseite des Spritzkolbens
E und ihrem konischen Austragsende 22 kontinuierlich je nach Schußgewicht füllt.
Dabei steht die Förderschnecke C unter dem beliebig einstellbaren, aber optimal
eingestellten Plastifizierungsdmck, der im allgemeinen niedriger ist als der Spritzdruck.
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Bei beendetem Nach drücken wird der Druck des hydraulischen Druckmittels
auf den Antriebskolben G so reduziert, daß jetzt der Plastifizierungsdruck nur ganz
wenig überwiegt, der Kegel 11 die Kanäle 7 freigibt und die rotierende Förderschnecke
C die plastifizierte Masse aus dem PlastifizierungsraumD in den Spritzraum F schiebt,
wodurch der Spritzkolben E zurückgeschoben wird. Ist der Spritzraum F mit genügend
Masse gefüllt, dann stößt die Stoßstange 1-2 an eine beliebig einstellbare Hubbegrenzung.
Auch danach kann die Förderschnecke C fortlaufend neue Masse plastifizieren und
im Plastifizierungsraum D sammeln. Beim Ausspritzen der Masse aus dem Spritzraum
F in die Form bewegt sich die dauernd unter dem Plastifizierungsdruck stehende Förderschnecke
C ebenso schnell vorwärts wie der Spritzkolben E, so daß auch hierbei keine Falschluft
eingesaugt wird. Es treten auch keine Schwankungen des optimal eingestellten Plastifizierungsdruckes
auf.
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Dadurch wird der Kunststoff dauernd und gleichmäßig unter schonendsten
Bedingungen plastifiziert.
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Der die Stoßstange 12 axial bewegende Antriebskolben G ist in einem
Antriebszylinder H angeordnet, in dem ein Begrenzungskolben 33 mit Gewinde 34 am
Ende angeordnet ist, der mittels der im Querjoch 35 angeordneten Mutter 36 nach
Bedarf verstellt werden kann. Durch Bohrung 37 wird Druckmittel zwischen die beiden
Kolben G und 33 geleitet, das den Kolben G verschiebt. Nach beendetem Ausspritzen
der Masse wird der Kolben G durch einen dem Plastifizierungsdruck nahezu entsprechenden
Rücklaufdruck so zurückbewegt, daß er dabei den Spritzkolben E nicht zurückzieht.
Der Spritzkolben E wird nur von der den Spritzraum F allmählich füllenden Masse
zurückgeschoben. Das den Antriebszylinder H verlassende hydraulische Druckmittel
fließt durch die Bohrung 37 ab. Der Plastifizierungsdruck der Förderschnecke C wird
mit Hilfe des verschiebbaren AntriebszylindersH erzeugt. Dabei wird das
aus
der Leitung 38 abfließende hydraulische Druckmittel so gedrosselt, daß im Antriebszylinder
H zwischen dem Kolben G und dem Zylinderdeckel 39 der optimale Plastifizierungsdruck
eingestellt werden kann. Letzterer ist durch ein Zwischenstück 40 mit der Förderschnecke
C derart verbunden, daß eine Schulter 41 (s. Ab b. 5) am unteren Ende des Zwischenstückes
40 zwei Axiallager 42 und 43 trägt. Das untere Axiallager 43 ist in einem Kupplungsstück
44 angeordnet, das an seinem Mantel ZähneN besitzt und an seiner Grundfläche mit
Kupplungszähnen 45, z. B. mit der bekannten Hirth-Verzahnung, versehen ist. Diese
Zähne 45 greifen in die entsprechende Gegenverzahnung auf der oberen Stirnfläche
der Förderschnecke C. Eine auf der Förderschnecke C angeordnete Spannhülse 46 gewährleistet
den dauernden Eingriff der Kupplungszähne 45. Ein Deckel 47 mit Schrauben 48 sichert
die Funktion der beiden Axiallager. Der Antrieb des als Zahnrad N ausgebildeten
Kupplungsstückes 44 erfolgt beispielsweise von einem Zahnrad 0 aus. Beim Reinigen
der Vorrichtung braucht nur die Spannhülse 46 von der Förderschnecke C abgeschraubt
und eine nicht dargestellte Paßschraube entfernt zu werden, und man kann die Stoßstange
12, Förderschnecke C und Spritzkolben E entfernen.
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Die Stoßstange 12 ist durch einen an ihr befestigten Quersteg 24
gegen Verdrehen gesichert, der seitlich durch die Verbindungsanker 25 des Spritzzylinders
A und des Antriebszylinders H geführt wird.
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In A b b. 2 ist eine weitere Spritzvorrichtung dargestellt, bei der
die Förderschnecke C Masse plastifiziert, während der Spritzkolben C die Masse in
die Form spritzt und nachdrückt. Auf der Stoßstange 12 sind der Kolben G, der zum
Ausstoßen des Spritzkolbens E dient, und der Kolben 49, der zum Verschieben des
Zvlinders 50 und mittels des Zwischenstückes 40 zum Verschieben der Förderschnecke
C dient, befestigt. Da die hydraulischen Druckräume der beiden Kolben getrennt sind,
lassen sich der Spritzdruck und unabhängig davon der zur Plastifi zierung erforderliche
Druck beliebig einstellen.
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Durch die erhöhte Plastifizierungsleistung ist es möglich, daß mit
einer Spritzvorrichtung zwei Formen abwechselnd gefüllt werden können. Deshalb ist
das Mundstück K mit zwei Spritzdüsen J ausgerüstet worden. Es ist unvermeidlich,
daß zwischen der rotierenden Förderschnecke C und der nicht rotierenden Stoßstange
12 plastifizierte Masse nach dem Antriebsende der Förderschnecke C ausweichen will.
Im unteren Teil der axialen Bohrung der Förderschnecke C sind deshalb Schneckengänge
26 derart angeordnet, daß sie der Leckbewegung der ausweichenden Masse entgegenwirken.
Deshalb nimmt der Druck der Masse in den inneren Schnekkengängen 26 nach der Mitte
der Förderschnecke C zu so ab, daß dieser Druck nur noch ausreichend ist, um die
Leckmasse durch die Löcher 27 dort in die äußeren Schneckengänge 23 zu führen, wo
der Kunststoff noch Granulat und drucklos ist. Diese zurückgeführte Masse füllt
die Hohlräume des Granulats vorteilhaft teilweise, wodurch eine schnellere Plastifizierung
erreicht wird. Diese Rückflußmenge kann so erhöht werden, daß eine Verkürzung der
Förderschnecke C erfolgen kann.
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Da die Masse fast drucklos durch die Löcher 27 nach den äußeren Schneckengängen
gelangt, genügen eine Stopfbüchspackung 28 und eine Stopfbüchse 29,
um die Masse
an der Stoßstange 12 am Austritt zu verhindern. Mittels einer von außen einstellbaren
Vorrichtung läßt sich dieser Rücklauf der Masse zwischen der Förderschnecke C und
der Stoßstange 12 regulieren. Unterhalb der Grundbüchse 30 ist ein Ringraum 51 angeordnet,
in den von unten die Schneckengänge 26 enden und von dem aus seitlich mehrere in
gleicher Höhe angeordnete Löcher 27 in die äußeren Schneckengänge 23 führen. Mittels
der Kante 52 können die Löcher 27 beliebig verdeckt und damit der Rückfluß der Masse
beliebig gedrosselt werden. Die Grundbüchse 30 hat an ihrem oberen Ende Gewinde
53, das in dem Gegengewinde der Förderschnecke C verstellbar ist. Die Drehung der
Grundbüchse 30 kann in geeigneter Weise erfolgen.
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Die Gegenmutter 54 sichert die Grundbüchse 30 in der eingestellten
Lage.
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Wie aus A b b. 3 ersichtlich, ist die Stoßstange 12 in dem Spritzkolben
E axial beweglich, damit der Kegel 11 zum Verschließen der im Spritzkolben E angebrachten
Kanäle 7 dienen kann. Die Neigung und Größe der Dichtfläche 10 auf der Rückseite
des Spritzkolbens E entspricht der Neigung und Größe des Kegels 11 der Stoßstange
12. Die Bohrung des Spritzkolbens E ist als Vierkant ausgebildet, in dem das als
Vierkant 13 ausgebildete Ende der Stoßstange 12 axial verschiebbar ist. Begrenzungsscheibe
14 und Mutter 15 halten den Spritzkolben E auf der Stoßstange 12. Ein Seegerring
16 sichert die Mutter 15.
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Ab b. 4 zeigt im Grundriß die im Spritzkolben E angebrachten Kanäle
7 und das als Vierkant 13 ausgebildete Ende der Stoßstange 12.