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Schnecken-Spritzgießmaschine zur Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe
Die Erfindung bezieht sich auf eine einstufig arbeitende Schnecken-Spritzgießmaschine
zur Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe.
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Einstufige Spritzgießmaschinen enthalten in der Regel eine Vorplastifizierungseinheit,
die aus einer Kammer besteht, in welcher das thermoplastische Material, bevor es
in die Form gelangt, plastifiziert wird. In der Kammer befindet sich eine Förderschnecke,
die sowohl drehbar als auch axial verschiebbar gelagert ist. Vermittels der rotierenden
Schnecke wird das thermoplastische Material zur Einspritzdüse oder an das Ende der
Plastifizierungskammer gefördert, und wenn hier die erforderliche Materialmenge
vorhanden ist, wird die Schnecke axial verschoben und wirkt als Kolben oder Stempel
zum Einspritzen des Kunststoffmaterials in den Formhohlraum.
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Am Ende des Einspritzhubes muß die Schnecke in ihrer vorderen Stellung
verharren, um das in den Formhohlraum eingespritzte Material unter einem genügenden
Druck zu halten, und zwar über eine bestimmte Zeitspanne, in welcher das im Formhohlraum
befindliche Material sich abkühlt und verfestigt.
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Diese Zeitspanne ist als Nachdruckphase bekannt, während welcher die
Plastifizierungseinheit nicht arbeitet.
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Um diesen Nachteil zu vermeiden und dadurch den Arbeitsablauf der
Maschine schneller zu gestalten, hat man zweistufig arbeitende Spritzgießmaschinen
verwendet. Bei diesen Maschinen ist die Plastifizierungseinheit ähnlich der der
einstufigen Maschine, mit der Ausnahme, daß das von der Plastifizierungseinheit
in den Formhohlraum einzuspritzende Material zuerst in eine Einspritzkammer gelangt
und dann von hier aus durch einen in dieser Kammer arbeitenden Stempel in die Form
eingespritzt wird.
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Der Stempel dieser Kammer bewirkt einen Stau des in die Form eingespritzten
Materials und hält es über eine genügende Zeitspanne, nämlich innerhalb der sogenannten
Nachdruckzeit, unter dem erforderlichen Druck, innerhalb welcher sich das Material
in der Form verfestigen kann. Demnach übernimmt hierbei der Stempel in der Einspritzkammer
die Nachdruckfunktion, die bisher von den Kolben der Plastifizierungseinheit ausgeübt
wurde, so daß nunmehr die Plastifizierungseinheit während der gesamten Nachdruckphase
weiterarbeiten kann und die vorgesehene einzuspritzende Materialmenge bereits zur
Verfügung hat, wenn die vorhergehende Arbeitsphase abgeschlossen ist.
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Es ist zwar eine Schnecken-Spritzgießmaschine zur Verarbeitung thermoplastischer
Kunststoffe bekannt-
geworden, bei der die Förderung und Plastifizierung des Kunststoffes
durch die Drehbewegung und das Einspritzen des zwischen Schneckenkopf und Spritzdüse
im Spritzzylinder angesammelten, plastifizierten Kunststoffe durch die Axialverschiebung
der Schnecke erfolgt; die dreh- und axial verschiebbare Schnecke dient aber nicht
als Einspritzkolben, sondern die von dieser geförderten Menge wird in einem besonderen
Heizzylinder gespeichert und dann erst von dem eigentlichen Spritzkolben in den
Formhohlraum gedrückt. Damit ergibt sich eine zweistufige Arbeitsweise, und die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann durch diese Konstruktion nicht gelöst werden.
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Durch die Erfindung wird eine einstufig arbeitende Spritzgießmaschine
mit einfachen und verhältnismäßig billigen Mitteln geschaffen, um die axial verschiebliche
Förderschnecke der Plastifizierungseinheit von der Nachdruckfunktion zu befreien,
ohne den komplizierten und kostspieligen Aufwand der Anordnung einer besonderen
Einspritzkammer, wie sie bei den zweistufigen Maschinen benötigt wird, in Kauf nehmen
zu müssen.
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Erfindungsgemäß ist ein im Spritzkanal des Spritzkopfes oder der
Spritzgießform oder in einem Abzweigkanal zu diesem Spritzkanal geführter, erst
in der Nachdruckphase zur Wirkung kommender Hilfskolben vorgesehen, und außerdem
eine den Spritzkanal zwischen dem Austrittsende des Spritzzylinders und dem Hilfskolben
in der Nachdruckphase verschließende Absperrvorrichtung.
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In besonderer Ausbildung der Erfindung kann der Hilfskolben auch
zugleich die Absperrvorrichtung für den Spritzkanal bilden.
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Die neue Spritzgießmaschine enthält einen als Vorplastifizierungseinheit
dienenden Spritzzylinder, in welchem eine drehbar und axial verschiebbare Förderschnecke
zum Transportieren und Einspritzen des plastifizierten Materials gelagert ist. Das
einzuspritzende Material gelangt über einen sich an den Spritzzylinder anschließenden
Spritzkanal in den Formhohlraum. In diesen Spritzkanal mündet außerdem noch entweder
ein hin- und hergehender Stempel oder ein unter der Wirkung eines solchen Stempels
stehender Kanal, der als Hilfskolben in Funktion tritt, wenn das Material durch
die Förderschnecke in die Form eingespritzt ist, indem nämlich nunmehr der erforderliche
Schließdruck innerhalb der Nachdruckphase von dem Hilfskolben bewirkt wird, währenddessen
die Schnecke weiterarbeiten kann.
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Wie schon angedeutet, kann der Spritzzylinder während der durch den
Hilfskolben aufrechterhaltenen Nachdruckphase derart weiterarbeiten, daß bereits
unmittelbar nach dem Abschluß der Nachdruckphase eine fertige Charge plastifizierten
Materials für den nächsten Einspritzvorgang am vorderen Ende des Spritzzylinders
bereitsteht.
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Es hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen, dem Verlauf des Spritzkanals
und der in diesen einmündenden, den hin- und hergehenden Stempel führenden Bohrung
eine besondere Richtung zu geben, wodurch nicht nur der Einspritzvorgang einwandfrei
durchführbar ist, sondern sich auch eine praktische und einwandfreie Konstruktion
der Maschine ergibt.
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In den Zeichnungen sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt, und zwar zeigt F i g. 1 einen Teilschnitt durch eine einstufig arbeitende
Spritzgießmaschine gemäß Erfindung, Fig. 2 bis 5 Teilschnitte von weiteren Ausführungsformen,
F i g. 6 ein elektrohydraulisches Schaltschema zur Steuerung einer Maschine gemäß
F i g. 1.
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Die Spritzgießmaschine der F i g. 1 enthält den als Vorplastifizierungseinheit
dienenden Zylinder 6, in welchem die Förderschnecke 7 drehbar und axial verschieblich
gelagert ist. Die Schnecke wird durch einen Motor 8 im Drehsinn angetrieben, um
das plastifizierte Material an das Austrittsende 6 a des Zylindes 6 zu transportieren.
Der Antrieb zur Durchführung der Hin- und Herbewegung der Schnecke 7 erfolgt durch
einen hydraulischen Kolben 9, wodurch das plastifizierte Material vom Austrittsende
6a des Zylinders 6 durch den Spritzkanal 10 in die in der Zeichnung nicht dargestellte
Form eingespritzt wird.
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Zwischen dem Austrittsende des Zylinders und der Form befindet sich
ein hydraulischer Zylinder 11, in welchem ein hin- und hergehender Kolben 12 gelagert
ist, der mit dem Stempel oder Hilfskolben 13 zum Öffnen und Schließen des Spritzkanals
10 zwischen dem Zylinder und dem Formhohlraum verbunden ist.
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Wie aus Fig. 1 hervorgeht, wird der Spritzkanal 10 in einem Ansatz
des Spritzkopfes 6b des Spritzzylinders 6 gebildet und besitzt einen ersten sich
an den Spritzzylinder anschließenden Abschnitt 10 a, der geneigt zur Spritzzylinderachse
liegt und in einen zweiten entgegengesetzten Abschnitt 10 b mündet, der seinerseits
in einem spitzen Winkel in einem drit-
ten AbschnittlOc mündet, der seinerseits konzentrisch
zum Spritzzylinder 6 liegt und direkf in den Eingang des Formhohlraums mündet. Der
Hilfskolben 13 gleitet in einer Bohrung im Ansatz des Spritzkopfes 6 b, die in einem
spitzen Winkel zur Achse des Spritzzylinders 6 verläuft und in den Spritzkanal 10
am Schnittpunkt des ersten und zweiten Abschnittes 10 a und 10 b einmündet. Dabei
liegt diese Bohrung konzentrisch zu dem geneigten zweiten AbschnittlOb des Spritzkanals.
Hierdurch kann der Hilfskolben 13 in den zweiten geneigten Abschnitt 10b des Spritzkanals
10 eingefahren werden, um dadurch den Kanal am Schnittpunkt des ersten und zweiten
Abschnittes zu schließen.
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Das in dem Spritzzylinder 6 plastifizierte Material wird durch eine
axiale Vorschubbewegung der Schnecke 7 in den Formhohlraum eingespritzt. Sobald
die Form mit diesem Material gefüllt ist, wird der Kolben 12 betätigt, um den Hilfskolben
13 vorzuschieben und den Spritzkanal 10 zu schließen, wodurch das in die Form eingespritzte
Material gestaut wird. Der Hilfskolben 13 bleibt in seiner vorgeschobenen Stellung
während der gesamten Nachdruckphase, so daß der Spritzzylinder ungehindert weiterarbeiten
kann, d. h. eine weitere Materialeharge an das Austrittsende 6 a des Zylinders 6
für den nächsten Arbeitszyklus zu transportieren.
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An Stelle daß der Hilfskolben 13 in einem spitzen Winkel zum Spritzzylinder
angeordnet ist, kann er auch gemäß Fig. 2 senkrecht hierzu liegen, in welchem Fall
ein Abschlußschieber 14 zwischen dem Austrittsende des Zylinders und der Einmündung
der den Hilfskolben 13 führenden Bohrung in den Spritzkanal vorgesehen ist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der F i g. 3 befindet sich der Hilfskolben
13 in einer Bohrung 15 innerhalb eines Formteils 16 einer teilbaren Spritzgießform
16, 16 a. Durch den Hilfskolben kann hierbei der Spritzkanal 10, der in den Formhohlraum
17 führt, unterbrochen bzw. geschlossen werden, wodurch das in der Form befindliche
Material nach dem Schließen des Schiebers 14 in der Düse oder der Austrittsöffnung
des Spritzzylinders 6 unterbrochen bzw. geschlossen werden kann. Diese Ausführungsform
hat den Vorteil, daß eine entsprechende Einrichtung jederzeit auf einfache Weise
an bereits vorhandenen Spritzgießmaschinen ohne Konstruktionsänderung des Spritzzylinders
angebracht werden kann.
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Bei einer anderen in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ist der
Hilfskolben 13 verschiebbar in einer Axialbohrung der Förderschnecke 7 gelagert,
während der durch einen Zeitschalter gesteuerte Kolbein 12 mit dem Hilfskolbeni3
verbunden ist, um den Spritzkanal zu schließen. Der letztere sitzt zum Spritzzylinder
konzentrisch im Spritzkopf 6 b und steht mit der Förderschnecke 7, die vermittels
des Kolbens 9 zum Einspritzen des Materials axial verschoben wird, in Verbindung.
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Eine weitere Ausführungsform ist noch in F i g. 5 dargestellt, bei
welcher der Spritzkanal ebenfalls im Spritzkopf 6 b des Spritzzylinders 6 gebildet
wird, der aber in diesem Fall in einem rechten Winkel zur Achse des Spritzzylinders
verläuft, während der Hilfskolben 13 bzw. die diesen aufnehmende Bohrung parallel
zum Spritzzylinder liegt.
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Es wird hier darauf hingewiesen, daß die bei den Ausführungsbeispielen
verwendeten Förderschnecken in bekannter Weise ausgebildet sind und arbeiten
und
je auch durch zwei ineinanderkämmende Schnecken ersetzt werden können.
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Der Antrieb und die Steuerung der Dreh- und Axialbewegung der Förderschnecke
7 erfolgt hydraulisch und kann in bekannter Weise durchgeführt werden. Die Betätigung
und Steuerung des Hilfskolbens 13 in Zusammenwirkung mit der Förderschnecke wird
an Hand des SchaItbildes der Fig. 6 erläutert.
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Wenn die Form geschlossen ist, wird der Endschalter LS1 geschlossen
und die Magnetspule Sl durch die normalerweise geschlossenen Kontakte des Zeitschalters
T1 gespeist sowie die Magnetspule S2 durch die Kontakte des Schalters T 1 und den
Endschalter LS2, der in Zusammenwirkung mit der Stellung des Stempels 13 und der
Kontakte CA betätigt wird. Das Speisen der MagnetspuleS1 bewirkt das Schließen des
Pumpenlüftungsventils V4, wodurch Druckflüssigkeit von der Pumpe P1 nach den Kanälen
P der Ventile Vl und V2 gelangt. Die Magnetspule S2 öffnet den Kanal des Ventils
V1, wobei Druckflüssigkeit auf die Unterseite des Kolbens 12 zum Zurückziehen des
Stempels 13 gelangt, welcher seinerseits den Schalter LS2 betätigt, um die Relaisspulen
Cl zu speisen und dadurch den Kontakt CA zu öffnen und die KontakteCB, CC und CD
zu schließen. Die Öffnung des Kontaktes CA bewirkt, daß die Magnetspule S2 aus dem
Stromkreis genommeri wird, während das Schließen der Kontakte CB, CC und CD die
Relaispule C1 unter Strom hält, die Spule S3 über den Schalter LS3 speist und die
Zeitschalter T1 und T2 in Bewegung setzt.
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Wenn die Magnetspule S3 Strom erhält, wird das Ventil V2 betätigt,
um die Pumpe P mit dem Raum H zu verbinden, wodurch die Förderschnecke 7 einen Einspritzhub
durchführt; in dieser Zeit beendet der Zeitschalter T 2 seine Laufzeit, so daß sich
seine Kontakte schließen und die MagnetspuleS4 Strom erhält, worauf die Pumpe P1
durch den Kanal B des Ventils val mit dem Raum J zum Vorschub des Stempels 13 verbunden
wird. Am Ende des Stempelhubes wird der Schalter LS 3 betätigt und dadurch die MagnetspuleS3
stromlos gemacht und der Einspritzhub der Schnecke 7 beendet, während der Raum H
mit dem Rückfluß durch das Ventil V2 verbunden wird.
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Zu gleicher Zeit erhält die Magnetspule S5 Strom, um das Ventil V3
zu betätigen, so daß Druckflüssigkeit von der Pumpe zu dem Motor 8 gelangt, welcher
die Drehbewegung der Schnecke 7 einleitet, um den Spritzzylinder mit einer weiteren
Materialcharge zu versorgen. Wenn der Zylinder gefüllt ist, wird der Schalter LS4
betätigt, wodurch die Magnetspule S5 stromlos wird, so daß der Kanal B des Ventils
V3 von der Pumpe2 getrennt wird, die ihrerseits durch den Kanal 8 mit dem Rückfluß
verbunden wird.
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Der Zeitschalter T1 beendet nunmehr seinen Ablauf, wobei sich seine
Kontakte öffnen und die Magnetspule S 1 und die Relaisspule C stromlos werden und
damit beide Zeitschalter und die Magnetspule S4 aus dem Stromkreis genommen sind.
Wenn die Magnetspule S1 stromlos wird, wird die Pumpe P1 durch die Ventile RV1 und
V4 mit dem Rückfluß verbunden und da, wie schon erwähnt, auch die Magnetspule S4
stromlos ist, wird auch das Ventil V1 betätigt, um den Raum J des Zylinders 11 mit
dem Rückfluß zu verbinden. Hierauf wird der
Schalter LOS 1 geöffnet und der nächste
Arbeitszyklus eingeleitet, wenn nämlich der Schalter LS 1 als Reaktion auf das Schließen
der Form wieder geschlossen wird.
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Die beschriebene einstufig arbeitende neuartige Spritzgießmaschine
hat außer dem obengenannten noch den Vorteil vor einer zweistufigen Konstruktion,
bei welcher die zusätzliche Einspritzkammer den gleichen Rauminhalt wie der Spritzzylinder
zur Aufnahme des gesamten einzuspritzenden Materials haben muß, daß der Rauminhalt
des gesamten Spritzkanals 10 zwischen dem Spritzzylinder 6 und der Form nur sehr
klein zu sein braucht im Vergleich zu dem Raum am Austrittsende 6 a des Spritzzylinders
6. Der Querschnitt des Hilfskolbens 13 kann dadurch im Vergleich zu dem Kolben des
zusätzlichen Spritzzylinders einer zweistufigen Maschine verhältnismäßig klein gehalten
werden. Hierdurch wird nicht nur der Bedarf an Material zur Herstellung der Maschine,
sondern auch in ganz beträchtlicher Weise die erforderliche Antriebskraft vermindert,
wodurch die Herstellungs- und Betriebskosten verhältnismäßig klein gehalten werden
können.
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Ein weiterer Vorteil der neuartigen Maschine wird darin gesehen,
daß der erforderliche Druck während des Einspritzvorganges und der Nachdruckphase
auf einfache Weise erhöht oder vermindert werden kann. Bei den vorhandenen Maschinen
ist der Druck, der auf dem eingespritzten Material während der Nachdruckphase aufgebracht
wird, niedriger als der Einspritzdruck, es ist jedoch schwierig, das Verhältnis
umzukehren, d. h. den Druck während der Nachdruckphase zu erhöhen. In einigen Fällen,
beispielsweise bei der Herstellung von Formteilen großen Querschnitts, ist es wünschenswert,
den Schließdruck innerhalb der Nachdruckphase zu erhöhen und dadurch die Nachdruckzeit
zu verkürzen.
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Eine solche Druckerhöhung kann sehr einfach mittels des Stempels bei
der neuartigen Maschine bewirkt werden.