DE1185366B

DE1185366B - Plastifizier- und Foerdervorrichtung zum Spritzgiessen thermoplastischer Massen

Info

Publication number: DE1185366B
Application number: DEB64645A
Authority: DE
Inventors: Dr Franz Foerster; Dr Joachim Meissner
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1961-11-03
Filing date: 1961-11-03
Publication date: 1965-01-14
Also published as: BE624335A

Description

Plastifizier- und Fördervorrichtung zum Spritzgießen thermoplastischer Massen Es ist bekannt, den sogenannten Normalspannungseffekt oder Weißenberg-Effekt zum Strangpressen thermoplastischer Massen zu benutzen. Dieser Effekt tritt in einem Spalt zwischen zwei etwa parallel einander gegenüberliegenden Flächen auf, die zueinander eine rotierende Relativbewegung ausführen.
Bei Vorrichtungen, die diesen Effekt ausnutzen, wird der pulverförmige oder granulierte thermoplastische Werkstoff in einen Spalt eingeführt, der zwischen der Stirnfläche einer rotierenden Scheibe und einer dazu parallel angeordneten feststehenden Fläche gebildet ist. In diesem Spalt wird der Werkstoff überwiegend durch Reibungswärme sowohl verflüssigt als auch auf Grund der Zentripedalwirkung des Normalspannungseffektes fortlaufend in das Zentrum der Drehbewegung gefördert, d. h. vor die Mitte der rotierenden Scheibe. Im Spalt einer solchen Vorrichtung ist vom Rand der rotierenden Scheibe ausgehend zur Mitte hin ein zunehmender Druckanstieg nachweisbar. Im Zentrum der feststehenden Fläche befindet sich eine öffnung, aus der verflüssigter Werkstoff bei fortlaufender Rotation der Scheibe austritt, ohne daß im Einzugsbereich am Rand der Scheibe ein Vordruck wirksam ist.
Ferner ist es zum Spritzgießen von thermoplastischen Massen bereits vorgeschlagen worden, den rotierenden scheibenförmigen Körper, der das Normalspannungsfeld auf der einen Seite begrenzt, in axialer Richtung, also etwa senkrecht zur Ebene des Scherfeldes, kolbenartig gegen die Öffnung in der Fläche auf der anderen Seite des Normalspannungsfeldes zu bewegen. Bei dieser Versehiebung des rotierenden Körpers tritt die angesammelte verflüssigte Masse schlagartig aus der Öffnung aus und füllt einen außen angeschlossenen Formhohlraum, sofern es gelingt, das Ausweichen der thermoplastischen Masse in die Randzone des Normalspannungsfeldes zu verhindern. Um dies zu erreichen, wird bei der Anordnung des älteren Vorschlages der zentrale Massefüllraum von dem außenliegenden Einzugsraum des Normalspannungsfeldes vorübergehend durch eine körperliche Sperre getrennt. Die angesammelte Masse wird dann nahezu vollständig durch die mit der Rotationsachse koaxial verlaufende Öffnung des Massefüllraumes ausgestoßen. Die mit einer solchen Spritzgußvorrichtung erzielbaren Schußvolumen sind aber verhältnismäßig klein, weil der Spalt zwischen der Stirnfläche des rotierenden scheibenförmigen Körpers und der gegenüberliegenden festen Platte des Gehäuses, in dem das Normalspannungsfeld aufrechterhalten wird, nicht beliebig vergrößert werden kann.
Es wurde nun gefunden, daß sich das Schuß- volumen einer den Normalspannungseffekt ausnutzenden Spritzgußvorrichtung wesentlich steigern läßt, wenn sie folgende bauliche Merkmale vereinigt: a) einen in dem scheibenförmigen Körper angeordneten zylindrischen Hohlraum, dessen axiale Ausdehnung ein Mehrfaches der Weite des das Normalspannungsfeld begrenzenden Spaltes beträgt, b) einen im zylindrischen Hohlraum axial verschiebbaren Kolben, dessen der Düse im Gehäuse gegenüberliegende Stirnfläche in der Ausgangslage den zentralen Bereich des Normalspannungsfeldes im Spalt begrenzt.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, deren Figuren Ausführungsformen der Spritzgußvorrichtung schematisch wiedergeben.
In Fi g. 1 ist der in einem GehäuseS rotierende Körper eine Scheibe S, deren Stirufläche der vorderen Platte P des Gehäuses so gegenüberliegt, daß dazwischen der Spalt Sp entsteht. In einem in diesen Spalt eingetragenen thermoplastischen Werkstoff baut sich bei fortgesetzter Drehbewegung der Scheibe S und entsprechenden Scherspannungen senkrecht dazu das Normalspannungsfeld auf. Im Normalspannungsfeld wird der von außen über die Zuführöffnung 0 eingezogene Werkstoff unter gleichzeitiger Verflüssigung fortlaufend zum Rotationszentrum, also vor die Düse D gefördert. Die Düse D ist durch eine Schließvorrichtung V, beispielsweise durch einen nicht näher dargestellten Schieber verschließbar.
DiedasNormalspannungsfeld begrenzendeScheibeS ist erfindungsgemäß in axialer Richtung durchbohrt, so daß im Zentrum des Normaispannungsfeldes ein zylindrischer Hohlraum H entsteht, dessen axiale Ausdehnung ein Mehrfaches der Weite des Spaltes Sp während der Aufbereitung des von außen eingezogenen Werkstoffes beträgt. Der Hohlraum H ist nach der Antriebsseite der Scheibe S hin durch einen Kolben K verschlossen. Dieser Kolben ist in dem zylindrischen Hohlraum H in axialer Richtung verschiebbar. Bei der Inbetriebnahme der Vorrichtung zum Spritzgießen liegt die Stirnfläche K' des Kolbens K etwa bündig mit der den Spalt Sp begrenzenden Stirufläche der Scheibe S. Bei fortgesetzter Füllung des zentralen Spaltraums vor der Düse D weicht der Kolben K unter dem Einfluß des Drucks der verflüssigten thermoplastischen Masse zurück. Zum Füllen eines an die Düse D angeschlossenen Formhohlraumes wird zunächst die Schließvorrichtung V der Düse geöffnet und dann mittels des als Spritzkolben wirkenden Kolbens in an sich bekannter Weise die im Raum H angesammelte Masse ausgeschoben. Das Ausweichen der Masse nach außen wird durch die fortgesetzte und gegebenenfalls in der Drehzahl gesteigerte Rotation der Scheibe S unterbunden, die im Spalt die zentripedale Förderwirkung ergibt.
Der Kolben K kann entweder zeitweise oder ständig an der Rotation der Scheibe S teilnehmen. Es ist insbesondere zweckmäßig, den Kolben K während der im Spalt Sp ablaufenden Aufbereitung der thermoplastischen Masse mitrotieren zu lassen, um das Normalspannungsfeld im zentralen Bereich nicht zu unterbrechen oder zu stören. Während des Spritzgießvorganges kann diese Drehbewegung unter Umständen vorübergehend unterbrochen werden, wenn bei fortgesetzter Drehung ein nachteiliger oder aus anderen Gründen unerwünschter Einfluß auf die Struktur bzw. die Orientierung der ausgespritzten Masse im Formhohlraum eintreten würde. Die Vorrichtung kann auch so gestaltet werden, daß der Kolben K gegenüber der Scheibe S zeitweise oder ständig mit unterschiedlicher Winkelgeschwindigkeit rotiert. Darüber hinaus sind noch besondere Fälle denkbar, bei denen es zweckmäßig ist, den Kolben K gegenüber der Scheibe S zeitweise oder ständig statt mit gleichläufiger mit gegenläufiger Bewegung sich drehen zu lassen.
In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform der Vorrichtung mit den erfindungsgemäßen Merkmalen schematisch dargestellt. Dem zylindrischen HohlraumH in der Achse der Scheibe S, der den Kolben K aufnimmt, liegt gleichachsig ein entsprechender Hohlraum H' in der beheizten Platte P des Gehäuses gegenüber. Der im Spalt Sp fortlaufend auf Grund des Normalspannungseffektes zum Zentrum der Drehbewegung geförderte verflüssigte Werkstoff wird dann zum überwiegenden Teil in dem Hohlraum H' gesammelt und aus diesem Raum durch den Kolben K in den an die Düse D angeschlossenen Formhohlraum gedrückt. Eine das Schußvolumen in störendem Umfang beeinträchtigende Rückstrombewegung des Werkstoffs nach außen in den Spalt Sp hängt in diesem Fall praktisch nur von der Passung des Kolbens K im zylindrischen Hohlraum K' ab.
Die Wirkungsweise der oben beschriebenen Vorrichtung kann hinsichtlich der notwendigen Absperrung zwischen dem Massefüllraum H bzw. H' und dem peripheren Einzugsbereich des Spaltes Sp noch durch einen auf der Stirnfläche der Scheibe S angeordneten erhabenen spiralförmigen Steg verbessert werden, dessen Schubfeld dem Normal- spannungsfeld überlagert ist. Der spiralförmige Steg kann die Stirnfläche der Scheibe S entweder vollständig oder nur teilweise bedecken, und er kann sich auch über die Fläche der Scheibe S hinaus bis auf die Stirnfläche K' des mitrotierenden Kolbens K erstrecken. Das Schubfeld eines solchen Steges wirkt gegenüber einer mechanischen, periodisch bewegten Sperre wie eine hydrodynamische Dichtung zwischen dem Einzugsraum und dem Massefüllraum H bzw. H' der Vorrichtung.

Claims

Patentansprüche: 1. Plastifizier- und Fördervorrichtung zum Spritzgießen thermoplastischer Massen, bestehend aus einem in einem in der Regel zylindrischen Gehäuse rotierenden scheibenförmigen Körper, dessen Stirnfläche gegenüber dem Gehäuse ein auf Grund der Rotation entstehendes Normalspannungsfeld begrenzt, das zur Rotationsachse und zu der mit dieser koaxial verlaufenden Achse der Ausstoßöffnung im wesentlichen senkrecht liegt, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale: a) einen in dem scheibenförmigen Körper (S) angeordneten zylindrischen Hohlraum (H), dessen axiale Ausdehnung ein Mehrfaches der Weite des das Normalspannungsfeld begrenzenden Spaltes (Sp) beträgt, b) einen im zylindrischen Hohlraum (H) axial verschiebbaren Kolben, dessen der Düse (D) im Gehäuse (G) gegenüberliegende Stirnfläche in der Ausgangslage den zentralen Bereich des Normalspannungsfeldes im Spalt (Sp) begrenzt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die dem Hohlraum (H) im rotierenden Scheibenkörper (S) gegenüberliegende Stirnplatte (P) des feststehenden Gehäuses (G) eine zylindrische Bohrung (H') eingearbeitet ist, in die der Kolben (K) bei seiner axialen Bewegung zur Düse (D) hin ganz oder teilweise eintreten kann.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der den zylindrischen Hohlraum (H, H') abschließende Kolben (K) zeitweise oder ständig gemeinsam mit dem umgebenden Scheibenkörper (S) rotiert.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der den zylindrischen Hohlraum (H, H') abschließende Kolben (K) zeitweise oder ständig mit gegenüber dem Scheibenkörper (S) unterschiedlicher Winkelgeschwindigkeit rotiert.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der den zylindrischen Hohlraum (H, H') abschließende Kolben (K) zeitweise oder ständig mit gegenüber dem Scheibenkörper (S) gegenläufiger Bewegung rotiert.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 043 205; französische Patentschrift Nr. 1 194 317; schweizerische Patentschrift Nr. 283 151; Fachbuch von Dr. Ing. Gerhard Schenkel, »Schneckenpressen für Kunststoffe«, München, 1959, S. 64, 65.