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Spritzgießmaschine zum Verarbeiten thermoplastischer Kunststoffe Die
Erfindung betrifft eine Spritzgießmaschine zum Verarbeiten thermoplastischer Kunststoffe
mit einem Plastifizierzylinder und einer darin drehbaren und längsverschiebbaren
Förderschnecke, die an ihrem der Einspritzdüse zugelegenen Ende mit einem Kolben
ausgerüstet ist, der einen oder mehrere Kanäle und ein Rückschlagventil für diese
Kanäle aufweist, das den Durchlaß von plastifiziertem Kunststoff nur in einer Richtung
gestattet, und bei der der Kolben sich gegen die Einspritzdüse hin in einer verjüngt
zulaufenden Nase fortsetzt.
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Derartige Spritzgießmaschinen haben den Zweck, das Gut zu plastifizieren
und in den zwischen Kolben und Einspritzdüse gelegenen Raum zu befördern und von
dort durch Längsverschieben der Förderschnecke mit dem Kolben gegen die Einspritzdüse
hin auszustoßen. In dieser Phase tritt in dem Raum zwischen Kolben und Einspritzdüse
ein plötzlicher hoher Druck auf, der sich bei Fehlen eines Rückschlagventils in
die Plastifizierkammer fortpflanzen würde.
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Bei einer bekannten Ausbildung besteht das Rückschlagventil aus einem
Sitz am vorderen Ende der Schnecke und einer hohlzylindrischen Hülse, die zwischen
dem Sitz und dem Kolben zwischen der geschlossenen und der geöffneten Stellung axial
bewegbar ist und axiale, zu Kanälen im Kolben fluchtende Kanäle aufweist. Bei der
Schließstellung des Ventils tritt zwischen den einander zugewendeten Flächen des
Kolbens und der Hülse ein Spalt auf, in den Spritzgut eintritt. Es besteht die Gefahr,
daß dieses beim nächsten Arbeitshub nicht zur Gänze ausgestoßen wird. Da die Kanäle
im Kolben in den Raum zwischen Kolben und Einspritzdüse in einem Abstand von der
Zylinderwand münden, besteht auch dort die Gefahr, daß Reste des Gutes sich auch
an dieser Stelle ablagern, die nicht restlos beseitigt werden können, da das aus
den Kanälen austretende Gut an diesen Resten vorbeiströmt. Da Spritzgießmaschinen
häufig mit Temperaturen betrieben werden, die nahe der Zersetzungstemperatur des
zu verarbeitenden Gutes liegen, weil dieses sonst nicht ausreichend verflüssigt
werden könnte, besteht natürlich die Gefahr, daß die abgelagerten Reste in den toten
Räumen sich zersetzen und früher oder später den Betrieb der Spritzgießmaschine
beeinträchtigen.
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Bei einer anderen bekannten Spritzgießmaschine sind die Kanäle in
dem Kolben als Axialnuten an der Mantelfläche desselben gebildet. Auch hier besteht
die Gefahr, daß sich in den Räumen zwischen den achsparallelen Nuten und insbesondere
innerhalb des Kranzes von Rückschlagventilen Teile des zu verarbeitenden Gutes ablagern,
zumal der von dem Kranz von Rückschlagventilen umgebene Flächenteil, der den für
Ablagerungen des Gutes anfälligsten Bereich bildet, keine verjüngt zulaufende Nase
aufweist, die eine Verdrängung etwa abgelagerten Gutes fördern könnte. Bei einer
weiteren Ausbildung einer Spritzgießmaschine, übrigens ebenfalls ohne eine verjüngt
zulaufende Nase am Kolben, sind mehrere Kanäle konvergierend angeordnet und vereinigen
sich in einer mittigen Kammer im Kolben, in der das Rückschlagventil, das als Kugelventil
ausgebildet ist, vorgesehen ist. Zwar spielt in dieser Kammer die Kugel des Rückschlagventils,
das in diesem Raum befindliche Gut wird jedoch beim Arbeitshub nicht ausgestoßen,
sondern verbleibt in der Kammer, und die konvergierenden Kanäle vermögen keine Strömung
zu erzeugen, die mit Sicherheit in den Ecken abgelagertes Gut beim folgenden Arbeitshub
beseitigt. Vor allem aber besteht wegen der Vereinigung mehrerer Kanäle in einer
Kammer die Gefahr, daß bei ungleichem Druck in verschiedenen Kanälen, der unvermeidlich
ist, ein Stagnieren des Gutes in dem einen oder dem anderen Kanal auftritt. Die
Ursachen eines solchen Stagnierens lie gen aber weniger in einer ungleichförmigen
Viskosität des Gutes als etwa darin, daß die Querschnitte der Kanäle nicht übereinstimmen
oder die Reibung zwi-
schen dem Gut und der Kanalwandung in verschiedenen
Kanälen unterschiedlich ist. Dies sind Beispiele von Faktoren, die sich nicht von
einem Hub zum anderen ändern, so daß eine etwa auftretende verminderte Strömungsgeschwindigkeit
bei aufeinanderfolgenden Arbeitshüben immer in dem gleichen Kanal oder den gleichen
Kanälen auftritt.
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An sich wäre diese Erscheinung unbeachtlich, wenn die Möglichkeit
bestünde, das Gut durch sämtliche Kanäle gegen einen mittleren Druck zu fördern,
der im wesentlichen konstant ist. Da die Kanäle der bekannten Vorrichtung jedoch
alle in eine verhältnismäßig kleine Kammer münden, wird das Stagnieren in einem
oder dem anderen Kanal dadurch begünstigt, daß sich zur Mündung dieses Kanals ohne
weiteres der an der Mündung eines anderen Kanals herrschende höhere Druck fortpflanzt
und das Stagnieren des Gutes in dem einen Kanal in noch erhöhtem Maß begünstigt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spritzgießmaschine
der eingangs genannten Gattung derart zu verbessern, daß bei einer möglichst gleichmäßigen
Strömung in den einzelnen Kanälen tote Räume und Taschen, in denen sich zu verarbeitendes
Gut ansammeln könnte, vermieden werden. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erzielt,
daß sich die Kanäle schräg von ihrer Einlaßöffnung auf der einen Seite des Kolbens
in der Nähe der Schneckengänge nach vorn bis zu ihrer Ausgangsöffnung auf der entgegengesetzten
Seite des Kolbens erstrecken und dort je ein Kugelventil enthalten, dessen Kugel
die benachbarte Begrenzungswand des Plastifizierzylinders und den sich erweiternden
Bereich des Kugelventils als vorderen Anschlag benutzt. Durch diese Maßnahme wird
mit Sicherheit vermieden, daß tote Räume oder Taschen gebildet werden, in denen
sich in nennenswertem Maß Teile des zu verarbeitenden Gutes absetzen.
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Vorteilhafterweise können die den Kolben geradlinig und versetzt
zur Drehachse der Förderschnecke durchsetzenden Kanäle in einer am Übergang der
Nase in den Kolben vorgesehenen, flach auslaufenden Ringnut münden, in der die erweiterten
Bereiche der Kugelventile liegen.
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In der Zeichnung ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
beispielsweise dargestellt.
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F i g. 1 ist ein Längsschnitt durch das Ende eines Plastifizierzylinders
mit Förderschnecke und Kolben, Fig.2 ist eine teilweise geschnittene Ansicht des
Kolbens in größerem Maßstab; F i g. 3 ist ein Längsschnitt durch den Kolben entlang
der Linie 3-3 in F i g. 4; F i g. 4 ist ein Schnitt entlang der Linie44 in Fig.2;
F i g. 5 ist ein Schnitt entlang der Linie 5-5 in Fig. 2.
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F i g. 1 zeigt ausschnittsweise einen Plastifizierzylinder 11, in
dem die Plastifizierkammer 12 als horizontale Zylinderbohrung gebildet ist, an die
sich vorn eine kegelig verjüngte Bohrungl3 anschließt.
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An dem Ende des Plastifizierzylinders 11 ist die Einspritzdüse 14
eingeschraubt, die nur weggebrochen dargestellt ist. Eine in der Plastifizierkammer
12 angeordnete Förderschnecke 15 ist umlaufend und hin-und hergehend antreibbar.
An das vordere Ende der Förderschnecke 15 schließt sich ein Kolben 16 an, der mit
Gleitsitz in der Plastifizierkammer 12 eingepaßt ist. An den Kolben 16 schließt
sich eine
verjüngt zulaufende Nase 17 an, die annähernd die gleiche Verjüngung aufweist
wie die konische Bohrung 13.
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Die dargestellte Vorrichtung arbeitet im wesentlichen in folgender
Weise: Nach Beendigung eines Einspritzvorganges befindet sich die Förderschnecke
15 mit dem Kolben 16 in ihrer vordersten Stellung, d. h. links in Fig. 1. Die Schnecke
wird umlaufend angetrieben, und die Einspritzdüse ist noch durch die im vorangegangenen
Arbeitsgang gefüllte Form verschlossen. Durch die im folgenden noch zu besprechenden
Kanäle27, die den Kolben 16 durchsetzen, tritt das geförderte Gut in den Raum vor
dem Kolben, so daß die Förderschnecke und der Kolben nach links gedrängt werden.
Wenn in dem Raum zwischen dem Kolben 16 und dem Ende der Einspritzdüse 14 genügend
Material angesammelt ist, wird die nächste Form herangeführt, und die Förderschnecke
15 und der Kolben 16 vollführen einen Arbeitshub nach links, bei dem eine bereitgestellte
neue Form mit plastifiziertem Gut gefüllt wird. Am Ende der Kanäle 27 vorgesehene
Kugelventile 29, 32 sind dabei geschlossen. Diese Durchtrittskanäle 27 erstrecken
sich schräg von ihrer Einlaßöffnung 28 an der Hinterseite des Kolbens 16 in der
Nähe der Schneckengänge nach vorn bis zu ihrer Austrittsöffnung auf der anderen
Seite des Kolbens. An der Austrittsseite ist jeder Kanal in einem Abschnitt29 erweitert,
und in diesem erweiterten Teil ist die Kugel 32 eines Rückschlagventils aufgenommen,
das mit einem Ventilsitz 31 zusammenwirkt. Als vorderer Anschlag für die Kugeln
32 dienen die benachbarte Begrenzungswand des Plastifizierzylindersll sowie der
erweiterte Bereich 29 des Kugelventils.
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Die schräg verlaufenden Kanäle 27 erstrecken sich zwischen ihren
Eintritts- und Austrittsöffnungen geradlinig und sind zur Drehachse der Förderschnecke
15 versetzt. Sie münden in eine Ringnut, die am Übergang zwischen der Nase 17 und
dem Kolben 16 flach auslaufend gebildet ist. Die Mündungen der erweiterten Bereiche
29 liegen in dieser Ringnut.
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Gegenüber den bekannten Ausbildungen ergibt sich eine Konstruktion,
bei der jegliche Taschen oder Hohlräume, in denen sich Gut absetzen könnte, ohne
an der Strömung des Gutes teilzunehmen, vermieden sind. Der Bereich, den die Kugelventile
kranzförmig umgeben, wird durch die verjüngte Nase 17 eingenommen, so daß sich dort
keine Ansammlungen des Gutes bilden können. Der einzige verbleibende Bereich, der
noch gefährdet sein könnte, ist die flach zulaufende Ringnut zwischen dem Kolben
16 und der Nasel7. Diese ist nur verhältnismäßig seicht, und das Gut, das sich in
einem Arbeitshub noch in diesem Bereich zwischen je zwei benachbarten Kugelventilen
absetzt, wird durch nachströmendes Gut verdrängt, das bei jedem Fördertakt in diese
Ringnut eintritt. Da die Kanäle 27, durch die das Gut durchtritt, schräg durch den
Kolben verlaufen, bildet sich außerdem eine tangentiale Strömungskomponente aus,
die die Verdrängung des im Bereich zwischen je zwei Kugelventilen in der Ringnut
vorhandenen Gutes unterstützt.