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Spritzgießmaschine für thermoplastische Kunststoffe Die Erfindung
betrifft eine Spritzgießmaschine für thermoplastische Kunststoffe mit einem Spritzzylinder
und einem durch Strömungsmitteldruck betätigten Druckkolbensystem, bestehend aus
einem Tauchkolben im Druckzylinder und einem Einspritzkolben im Spritzzylinder,
dem der Kunststoff in bereits plastifiziertem Zustand zugeführt wird und der zwischen
sich und der Spritzzylinderwand einen Spalt für rückfließenden Kunststoff frei läßt.
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Beim Spritzgießen vorplastifizierter Kunststoffe besteht die Gefahr,
daß der zwischen dem Einspritzzylinder und der Wand des Spritzzylinders als Schmiermittel
dienende Kunststoff durch eine zu lange dauernde Erwärmung oder durch zusätzliche
Reibungswärme, die bei der Bewegung des Einspritzkolbens entsteht, teilweise zersetzt
wird. Bei der Hin-und Herbewegung des Einspritzkolbens im Spritzzylinder kann zersetztes
Kunststoffmaterial mit ausgespritzt werden und dem fertigen Gegenstand eine dunkle
Verfärbung oder sonst unerwünschte Eigenschaften geben.
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Es sind Spritzgießmaschinen bekanntgeworden, bei denen zwischen dem
Einspritzkolben und der Wand des Spritzzylinders ein Spalt frei gehalten ist und
das vorplastifizierte Material an dem von der Spritzdüse entfemten Ende des Spritzzylinders
eingeführt wird, so daß es nach einem Spritzvorgang, wenn der Einspritzkolben die
ganze Länge des Spritzzylinders erfüllt, durch den Spalt zwischen Kolben und Zylinder
zum düsenseitigen Ende des Zylinders fließt und dabei das im Spalt verbliebene restliche
Material zur Düse hin ausspült. Gleichzeitig wird dabei der Einspritzkolben durch
das neu zugeführte plastifizierte Material aus dem Spritzzylinder verdrängt und
in seine Ausgangsposition für den nächsten Spritzvorgang zurückgeführt. Bei dieser
bekannten Spritzgießmaschine ist jedoch keine Gewähr dafür gegeben, daß das bei
einem Spritzvorgang in dem Spalt zwischen Einspritzkolben und Spritzzylinder verbliebene
Material auch wirklich schon beim nächsten Spritzvorgang vollständig mit ausgestoßen
wird. Außerdem ist eine einwandfreie Schmierung des Kolbens durch das plastifizierte
Material dabei nur schwer erreichbar, weil die zur Führung des Kolbens dienenden
Abschnitte des Zylinders, die nicht als Arbeitsraum benutzt werden, nur ein sehr
geringes Spiel gegenüber dem Kolben aufweisen dürfen, da Kunststoffmaterial, dasl
in diesen Bereich des Zylinders gelangt, nicht das in diesen Bereich des Zylinders
gelangt, nicht Bei einer anderen bekannten Spritzgießmaschine wird ebenfalls zwischen
dem Einspritzkolben und der Innenwand des Spritzzylinders ein Ringspalt gebildet,
durch den beim Vortreiben des Einspritzkolbens das restliche Material nach hinten
in eine besondere Auffangkammer abfliel3en kann. Bei dieser Konstruktion ist es
ebenfalls nicht völlig ausgeschlossen, daß trotzdem noch Reste des Kunststoffmaterials
für eine längere Zeit im Arbeitsraum verbleiben, sich zersetzen und in das ausgespritzte
Kunststoffmaterial gelangen. Außerdem hat diese Konstruktion den Nachteil, daß die
im Spalt zwischen Kolben und Zylinder verbleibenden Materialmengen verlorengehen.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Spritzgießmaschine
der eingangs genannten Art zu schaffen, die die Nachteile der bekannten Maschine
nicht aufweist und bei der sichergestellt ist, daß die zwischen Einspritzkolben
und Spritzzylinder abfließende Materialmenge nicht wesentlich größer ist als zur
Schmierung des Kolbens erforderlich ist und mit Sicherheit kontinuierlich weggeführt
wird.
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Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch die Schaffung einer
Spritzgießmaschine der beschriebenen Art, bei der der Einspritzkolben als Langkolben
drehbar im Spritzzylinder gelagert, über eine Kupplung mit dem Tauchkolben verbunden
und mit einer wendelförmigen Nut versehen ist, die von einem Ende seiner Außenfläche
zum anderen Ende verläuft und so einen Weg für das plastifizierte Material von der
Kolbenstirnfläche bis zum gegenüberliegenden Ende des Kolbens darstellt.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die Kupplung zwischen
Spritzkolben und Tauchkolben so ausgeführt sein, daß sie eine gegenseitige Drehung
dieser Teile gestattet.
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Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen hervor, die in der Zeichnung dargestellt
sind.
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F i g. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Spritzgießmaschine
; F i g. 2 zeigt eine ähnliche Teildarstellung einer abgewandelten Ausführungsform.
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Die Erfindung besteht allgemein in der Ausstattung des Einspritzkolbens
mit einem wendelförmigen Schraubengewinde und in der Anordnung dieses Kolbens auf
Teilen,-die mit ihm verbunden sind, derart, daß der Einspritzkolben sich bei einer
Vorwärtsbewegung in dem Spritzzylinder drehen kann, und zwar insbesondere infolge
des Gegendruckes, der durch das in die Form eingespritzte Material auf ihn ausgeübt
wird. Eine solche Drehung kann entweder dadurch bewirkt werden, daß die gesamte
Vorrichtung, die mit einem solchen Einspritzkolben verbunden ist, einschließlich
des Kolbens, innerhalb des Spritzzylinders in Drehung versetzt wird oder daß eine
die Drehbewegung ermöglichende Kupplung zwischen dem Kolben'des Spritzzylinders
und dem Einspritzkolben vorgesehen wird. Der Gegendruck des einzuspritzenden plastischen
Materials wirkt gegen das wendelförrnige Gewinde auf den Einspritzkolben und verursacht
bei jedem Einspritzhub eine Drehung des Kolbens um wenigstens einige Winkelgrade.
Diese Drehung hat zur Folge, dal3 das plastische Material, welches zwischen dem
Einspritzkolben und den ihn umgebenden Zylinderwänden vorhanden war, rückwärts bis
zu einer Abgabestelle nießt.
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In der folgenden Beschreibung einer typischen Ausführungsform der
Erfindung, werden zur Erleichterung des Verständnisses bestimmte Ausdrücke benutzt,
die nur beschreibend und nicht begrenzend aufzufassen sind.
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Die Bezeichnungen Rechts « und » Linksa beziehen sich auf rechts
und links in der Zeichnung.
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Die Ausdrücke » Vorwärtsa und » Rückwärts « beziehen sich auf das
Abgabeende bzw. das antriebsseitige Ende des Spritzzylinders. Diese Ausdrücke schließen
auch Abwandlungen dieser Wörter, insbesondere Wörter ähnlicher Bedeutung ein.
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Ein für die Erfindng typischer Spritzzylinder 1 (vgl. F i g. 1) ist
auf einer Grundplatte 2 angeordnet und im Betrieb mit einer schematisch dargestellten
Form 3 verbunden. Zur Einführung des plastischen Materials in das Innere des Zylinders
1 sind zweckentsprechende Mittel vorgesehen, wie beispielsweise eine Plastifizierungsschnecke
4 oder andere Einrichtungen, durch die das vorplastifizierte Material in die Eingangsöffnung5
eingeführt wird. An dem Zylinder 1 ist ein Druckzylinder 6 in einer beliebigen Art
befestigt, beispielsweise durch ein Verbindungsstück 7. Dieser Zylinder 6 kann an
beiden Enden durch die Leitungen 8 und 9 mit unter-Druck stehendem Strömungsmittel
beschickt werden. Dieser Druckzylinder. 6 enthält einen Tauchkolben 11, der eine
Hin-und Herbewegung ausführen kann und an einer Kolbenstange 12 starr befestigt.
ist.
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Alle diese Dinge sind bekannt und nur zur Erläuterung der Erfindung
erwähnt. Demgemäß ist zu
beachten, daß der Schutzbereich der Erfindung nicht durch
die hier nur zum Zwecke der Erläuterung beschriebenen Vorrichtungen begrenzt ist.
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Im Spritzzylinder 1 ist ein Einspritzkolben 13 vorgesehen, der bei
14 starr an der Kolbenstange 12 befestigt ist, beispielsweise durch einen Bolzen
16.
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In dieser Ausführungsform besitzt der Kolben 13 eine abgeschrägte
Kolbenstirnfläche 17, die zu dem entsprechend innen abgeschrägten Ende 18 des Spritzgußzylinders
paßt. Auf dem Einspritzkolben 13 sind wendelförmige Nuten 19 vorgesehen, die sich
vorzugsweise über die ganze Länge des Kolbens erstrecken. Diese Nuten weisen nur
eine sehr kleine radiale Ausdehnung auf, z. B. einen Wert von etwa 0, 13mm, der
in der Zeichnung der Abmessung A entspricht und sich bei einem Kolben von etwa 117
cm Länge und etwa 7, 6 cm Durchmesser als zweckmäßig erwiesen hat. Der Durchmesser
des Einspritzkolbens einschließlich der Nuten bildet einen dichten Gleitsitz mit
der Wand 21, die die Einspritzkammer begrenzt. In der besonderen dargestellten Ausführungsfonm
beträgt der Durchmesser B etwa 77, 77 mm und der Durchmesser C etwa 77, 93 mm.
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Die Steigung der Nut kann sehr verschieden sein.
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Die dargestellte Ausführungsform besitzt einen Doppelgang mit einer
Steigung von etwa 50 mm. Das abfließende Material kann dann in einem beliebig geformten
Behälter aufgefangen werden.
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Man kann die dargestellte Konstruktion auch als Einspritzkolben mit
einem Durchmesser gemäß der Angabe » B « auffassen, der eine flache wendelförmige
Nut mit einer Tiefe von » A « aufweist, die sich von dem einen Ende zum anderen
erstreckt. Zum besseren Verständnis wird der Eingang der Nut, der an der Spitze
17 angeordnet ist, als » Eingangz schlechthin bezeichnet, und der Abschnitt der
Nut, der am linken Ende des Kolbens liegt, schlechthin als » Ausgang «. Die Länge
des mit Nuten versehenen Abschnittes des Kolbens 13 ist vorzugsweise größer als
der Abstand zwischen der Abgabeöffnung des Spritzzylinders und der Stelle, an der
ihm das plastifizierte Material zugeführt wird. Somit wird, wenn sich der Einspritzkolben
in der vollkommen ausgefahrenen Stellung befindet, der gesamte Abstand zwischen
einer solchen Einführungsstelle bis zur Abgabestelle von der mit Gewinde versehenen
Zone des Einspritzkolbens überdeckt.
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Die Kolbenstange 12 hat vorzugsweise einen geringeren Durchmesser
als der Einspritzkolben, um ein leichtes Abfließen des plastischen Materials zu
ermöglichen, das aus dem linken Ende des mit Nuten versehenen Einspritzkolbens abgegeben
werden kann, wenn der Kolben sich in seiner ausgefahrenen (rechten) oder teilweise
ausgefahrenen Stellung befindet.
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Daher wird irgendwelches Material, das das linke Ende des mit Nuten
versehenen Abschnittes des Einspritzkolbens erreicht, beim Zurückziehen des Kolbens
zwangläufig aus dem Spritzzylinder entfernt. Tiefe und Steigung dieser Nuten sind
so gewählt, daß der Einspritzkolben, wenn er mit dem erforderlichen Spritzdruck
auf das plastische Material auftrifft, durch den von diesem plastischen Material
auf die Stege zwischen den Nuten ausgeübten Gegendruck in. eine leichte Drehung
versetzt wird, wobei natürlich die Viskosität des plastischen Materials und der
Reibungswiderstand in der Vorrichtung von Bedeutung sind.
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Es ist offensichtlich, daß der Einspritzkolben sich überhaupt nicht
dreht, wenn die Steigung dieser Nuten zu gering ist, und es ist ebenfalls ersichtlich,
daß bei einer zu großen Steigung oder Höhe der Nuten der Einspritzkolben sich übermäßig
dreht, wenn er gegen das plastische Material gedrückt wird.
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Die genannten Abmessungen entsprechen einer befriedigend arbeitenden
Ausführungsform für die Verarbeitung von Materialien mit verhältnismäßig großer
Viskosität, etwa wie bei Polyvinylchlorid.
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Derartige Stoffe sind beispielsweise nichtplastifiziertes Polyvinylchlorid,
Polyoxymethylen-und Acrylnitril-, Butadien-und Styrolmischpolymerisate.
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Es wird besonders darauf hingewiesen, daß in der bevorzugten Ausführungsfonm
der Erfindung nach F i g. 1 keinerlei besondere Antriebsvorrichtungen für die Drehung
des Einspritzkolbens vorgesehen sind, sondern daß diese Drehung allein durch die
Rückwirkung des plastischen Materials auf den Kolben zustande kommt, wenn der Kolben
gegen dieses Material unter Druck vorgetrieben wird. Ferner ist auch in der Ausführungsform
der Erfindung nach Fig. 2, bei der die durch den Reaktionsdruck des plastischen
Materials erzeugte Drehung durch mechanische Mittel unterstützt wird, dennoch keine
zwangläufige Drehung des Kolbens vorgesehen, sondern die Drehung ist allein das
Ergebnis und die Folge der Vorwärtsbewegung des Kolbens beim Spritzgußvorgang.
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Die Arbeitsweise der Vorrichtung im ganzen ist bekannt. Mit Hilfe
des Druckzylinders 6 wird der Einspritzkolben 13 in die in der Zeichnung gezeigte
Stellung zurückgezogen und aus der Plastifizierungseinrichtung 4 eine abgemessene
Menge des spritzfertigen Plastikmaterials in das rechte Ende 22 des Spritzzylinders
1 gefördert. Sobald diese Kammer gefüllt ist, unterbricht die Plastifizierungseinrichtung4
ihren Betrieb, und der Druckzylinder 6 wird derart betätigt, daß er den Einspritzkolben
13 nach rechts bewegt, so daß plastisches Material in der üblichen Weise in die
Form 3 eingespritzt wird.
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Wenn jedoch der Einspritzkolben nach rechts bewegt wird und einen
Druck innerhalb der Masse des in der Zone 22 des Spritzzylinders befindlichen plastischen
Materials aufbaut, schiebt dieser Druck das plastische Material auch in den Raum
23 zwischen dem Hauptteil des Einspritzkolbens und der ihn umgebenden Wand 21 hinein.
Sobald plastisches Material in den Raum 23 hineingedrückt wird, wirkt es auf die
wendelförmigen Stege zwischen den Nuten 19 und dreht den Einspritzkolben. Da die
Querschnitte des Einspritzkolbens 13 und des Tauchkolbens 11 innerhalb des Druckzylinders
6 kreisförmig sind, kann der Einspritzkolben 13 sich infolge des Drukkes, der auf
die Stege ausgeübt wird, bei jedem Einspritzhub ein Stück weiterdrehen. Dabei wird
das plastische Material, das vor jedem Hub in den Raum 23 hineingedrückt wurde,
durch diesen Hub nach links bewegt. Somit sind die Stege zwischen den Nuten 19 sowohl
angetriebene als auch treibende Stege in dem Sinne, daß die zwei oder drei am weitesten
nach rechts gelegenen Stege einen Druck von dem plastischen Material innerhalb der
Einspritzzone empfangen und darauf reagieren, um ein Drehen des Einspritzkolbens
zu bewirken, während die übrigen Stege auf das zwischen ihnen angeordnete plastische
Material einwirken und dieses plastische Material nach rückwärts treiben.
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Bei jedem Hub des Einspritzkolbens wird also eine geringe Menge des
plastischen Materials in den Raum 23 zwischen dem Hauptteil des Einspritzkolbens
und der ihn umgebenden Wand 21 hineintransportiert, und das bereits in diesem Raum
befindliche plastische Material wird um eine kleine Entfemung rückwärts bewegt.
So dreht sich beispielsweise der Einspritzkolben bei jedem Hub um etwa 5°, und das
zwischen den Gängen befindliche plastische Material bewegt sich um einen entsprechenden
Betrag nach rückwärts. Somit besteht keine Möglichkeit, daß eine nennenswerte Menge
des plastischen Materials, das einmal in den Raum 23 eingetreten ist, in die Einspritzzone
22 zurückkehren kann, und demzufolge wird das Material, das in die Form eingespritzt
wird, wirksam vor Verunreinigungen durch abgebautes Material innerhalb des Raumes
22 geschützt. Statt dessen wird dieses abgebaute Material durch die Nuten 19 zwangläufig
ruckwärts gedrückt und schließlich aus dem rückwärtigen Ende des Spritzzylinders
herausbefördert.
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Es ist zu beachten, daß nur eine geringe Menge des plastischen Materials
innerhalb des Raumes 23 benötigt wird, um den Einspritzkolben mit Bezug auf die
Wand 21 des Spritzzylinders wirksam zu schmieren, und daß daher der verhältnismäßig
enge Raum zwischen den Gängen des Kolbens und der Wand 21 für die erforderlichen
Zwecke reichlich bemessen ist.
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Dieser Raum kann tiefer oder auch flacher als die erwähnten 0, 13
mm sein, je nach der Viskosität des plastischen Materials, das an dem Druckkolben
vorbei nach rückwärts geführt werden muß, um die erwünschte Schmierung zu erhalten.
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Das Vorhandensein des plastischen Materials in Berührung mit der
Zylinderwand 21 in den Zonen zwischen den verschiedenen Nuten 19 ist ausreichend,
um eine gute Schmierung für den Einspritzkolben in seiner Gesamtheit zu erhalten.
Die Ausbreitung dieses plastischen Materials wird durch die Drehbewegung des Einspritzkolbens
bei jedem Einspritzhub unterstützt. Ferner wird die Wahrscheinlichkeit eines Verkratzens
der Zylinderwände durch den Einspritzkolben durch die Drehung des Kolbens vermindert.
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Diese Drehung trägt weiterhin dazu bei, den Kolben zentriert zu halten.
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In dem Beispiel war angenommen, daß die Stange 12 und der Tauchkolben
11 sich innerhalb der sie aufnehmenden Vorrichtung drehen können. Bei manchen Druckkolbensystemen
ist dies unter Umständen nicht zweckmäßig. In solchen Fällen kann zwischen der Kolbenstange
12 und dem Einspritzkolben 13 eine Kupplung angeordnet werden, die eine Relativdrehung
von Kolbenstange 12 und Kolben 13 gestattet.
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Eine solche Kupplung ist in F i g. 2 gezeigt. In der dargestellten
Ausführungsform enthält diese Kupplung 31 zwei Flächen 32 und 33, die durch eine
Schulter 34 auf dem Kolben 12 und einen Flansch 35 in Axialrichtung kraftschlüssig
miteinander verbunden sind, um den Einspritzkolbenl3 zurückziehen zu können. Zwischen
den Flächen 32 und 33 können auch reibungsvermindemde Mittel vorgesehen sein.
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Mit Hilfe einer solchen Kupplung wird erreicht, daß sich der Einspritzkolben
13 im Spritzzylinder 1 drehen kann, auch wenn der Tauchkolben 11 und fest mit ihm
verbundene Teile aus irgendwelchen Gründen an einer Drehung gehindert werden oder
wenn die auf diese Teile wirkende Last eine leichte
Drehung verhindert.
Es kann auch eine Vorrichtung 36 aur Unterstützung der Drehung, beispielsweise eine
Federklinke, vorgesehen werden. Diese wird, wenn der Einsmitzkolben sich nach vorn
bewegt, wirksam, indem sie mit den Nuten 19 des Einspritzkolbens zusammen wirk,
wenn sich der Kolben nach vorn bewegt, und dadurch die Drehung des Kolbens in Abhan@gigkeit
von seiner Vorwärts- und Einspritzgung unterstutzt. Dies ist beispielsweise dann
@@äßig, wenn es @@wünscht ist, das plastische @a@ durch den Ei@@@@@@@olben zurück
und an ,.''-;cilk'ii'tur(icuticlanr @@@ @@@@@ mit @@@er größeren Geschwindigkeit
zu bewegen, als es @@öglich wäre, wenn der Einspritzkolben @@@ durch die Reaktionskraft
des plastischen Ma@er@@@@ auf seine vorderen Stege gedreht würde.
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Beim Zurückziehen d@@ Ei@p@@@kolbens ist die Klinke unwirksam.