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Spritzgußmaschine für thermoplastische Kunststoffe.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Spritzgußmaschine für thermoplastische
Kunststoffe mit mehreren von einander unabhängig an die Spritzgußform ansetzbaren
Einspritzeinheiten.
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Bei diesen bekannten Spritzgußmaschinen ist jede Einspritzeinheit
als Kolbeneinspritzeinheit ausgebildet. Jede Kolbeneinspritzeinheit besteht im wesentlichen
aus einem zylindrischen beheizbaren Massezylinder, in dem ein Kolben mittels eines
pneumatisch oder hydraulisch beaufschlagten Arbeitszylinders hin und herbewegbar
ist. Der Massezylinder ist an einer Stirnfläche mit einer Ausspritzdüse und am anderen
Ende mit einem Einfülltrichter für den zu verarbeitenden thermoplastischen Kunststoff
wie Polystyrol, Polyäthylen od. dgl. versehen. Der Kunststoff wird beim Spritzen
in den Massezylinder gebracht, in diesem auf Schmelztemperatur erwärmt und nach
Erreichen der zum Spritzen notwendigen Viskosität mittels dem mit dem Arbeitszylinder
verbundenen Kolben durch die Ausspritzdüse
| in die Spritzgußform gedrückt. In der Spritzgußform er- |
| -- |
kaltet der Kunststoff und kann nach deren Öffnen als fertiges Werkstück entnommen
werden. Das Volumen eines Massezylinders ist durch zwei Eigenschaften der Kunststoffe,
| - nämlich-der-en-Temperaturempfindlichkeit und deren schlechte. |
| Wärmeleiteigenschaften sowie durch die Forderung nach |
möglichst rascher Arbeitsfolge bestimmt. Das Aufheizen des Kunststoffes
muß daher möglichst rasch erfolgen. Die Einleitung der Wärme geht jedoch nur relativ
langsam vor sich, zumal die Temperatur der beheizten Wände nicht über der Zersetzungstemperatur
des Kunststoffes liegen darf.
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Damit ist das Volumen eines Massezylinders eng begrenzt.
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Es ergibt sich deshalb bei den bekannten Spritzgußmaschinen mit mehreren
Eolbeneinspritzeinheiten, daß für große Werkstücke verhältnismäßig viele Einspritzeinheiten
vorgesehen werden müssen. Dies bedeutet einen ganz erheblichen technischen und wirtschaftlichen
Aufwand. Zudem nimmt die Schwierigkeit der Handhabung solcher Maschinen mit zunehmende
Zahl von Einspritzeinheiten zu. Es ist'daher der Größe der in einer Spritzgußform
herzustellenden Werkstücke eine verhältnismäßig enge Grenze gesetzt.
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Demgegenüber ist die Aufgabe der Erfindung darin zu sehen, die bekannten.
Spritzgußmaschinen gemäß der eingangs genannten Gattung so zu verbessern, daß mit
geringem technischen und wirtschaftlichen Aufwand praktisch beliebig große Werkstücke
hergestellt werden können.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß mindestens eine
Einspritzeinheit, vorzugsweise jedoch jede Einspritzeinheit eine Schneckeneinspritzeinheit
ist, die in bekannter Weise-von einem Antriebsmotor, von mindestens einer absein
Getriebe angeschlossenen und durch einen
Servomotor axial verschiebbaren
Plastifizierschnecke mit. einem am Ausspritzende eine Ausspritzdüse aufweisenden
und mit einer Heiz-und/oder Kühleinrichtung versehenen'Schnekkengehäuse gebildet
ist.
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Durch diese Maßnahmen wird jedoch nicht nur eine vorteilhafte Lösung
der Erfindungsaufgabe gewährleistete Darüber hinaus ergibt sich noch der wesentliche
Vorteil, daß der verwendete Kunststoff außerordentlich gut homogenisiert wird, so
daß auch die Qualität der Werkstücke verbessert wird. Die Verweilzeit des Kunststoffes
in den Schneckeneinspritzeinheiten ist verhältnismäßig kurz, wobei der Kunststoff
laufend vermengt wird, so daß auch sehr temperaturempfindliche Kunststoffe, die
leicht zum Zersetzen neigen, noch ohne Schwierigkeiten verspritzt werden. Ein gegenseitiges
Abstimmen der einzelnen auf eine Spritzgußform arbeitenden Schneckeneinspritzeinheiten
ist leicht zu erzielen. Die Schneckeneinspritzeinheiten können in beliebiger Größe
hergestellt werden, da in ihnen infolge der ständigen Durchmischung des Kunststoffes
weder die schlechten Wärmeleiteigenschaften noch die Temperaturempfindlichkeit in
dem Maße wie bei den Kolbeneinspritz-
| einheiten in Erscheinung treten. |
| Schneckeneinspritzeinheiten sind an sich bekannt, die sind |
| 'jedoch stetsnur als Einz'elaggregate d. h., nicht im Zu- |
| sammenhang mit weiteren Einsprit.zeinhitenverwendet |
| wort |
Auf der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
schematisch dargestellt. Es zeigen : Abb. 1 einen Längsmittelschnitt durch eine
Schneckeneinspritzeinheit, Abb. 2 eine Seitenansicht einer Spritzgußmaschine mit
liegender Formschließeinrichtung und drei Schneckeneinspritzeinheiten, Abb. 3 die
Draufsicht auf die Spritzgußmaschine nach Abb. 2, Abb. 4 eine Seitenansicht einer
Spritzgußmaschine mit stehender Formschließeinrichtung und vier Schneckeneinspritzeinheiten
und Abb. 5 die teilweise geschnittene Draufsicht auf die. Spritz-
| gußmaschine nach Abb. 4. |
| ) C |
| Bei den Spritzgußmaschinen nach den Ausführungsbeispielen |
| gemäß den Abb. 2 und 3 sowie 4 und 5 sind als Einspritz- |
einheiten. Schneckeneinspritzeinheiten A (Abb. 1) vorgesehen.
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- ! Jede Schneckeneinspritzeinheit A besteht im wesentlichen aus einem
Antriebsmotor 1 mit Getriebe 2 zum Antrieb der Plastifizierschnecke 3, einem Sevomotor
4 zum Verschieben der Plastifizierschnecke 3 in Richtung ihrer Längsachse, einem
Schneckengehäuse 5 mit vorzugsweise verschließbarer Ausspritzdüse 6 und Einfülltrichter
7 sowie je einer Heizvorrichtung 8 und/oder Kühlvorrichtung 9. für das Schneckengehäuse
5.
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Der Antriebsmotor 1 ist als Gleich-oder Wechselstrommotor ausgebildet
und im Beispielsfalle unmittelbar am Gehäuse 10 des nachgeschalteten Getriebes 2
angeflanscht.
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Vorteilhaft ist der Antriebsmotor 1 in seiner Drehzahl stufenweise
oder stufenlos regelbar ausgebildet. Das Ges triebe 2,-'-das ebenfalls, vorzugsweise
bei nicht regelbarem Antriebsmotor 1 stufenweise oder stetig regelbar ausgeführt
sein kann, ist mit einem Abtriebszahnrad 11 versehen, das auf'einer im Gehäuse 10
des Getriebes 2 gelagerten Büchse 12 fest angeordnet ist. Die Büchse 12 umgibt koaxial
die Welle 13 der Plastifizierschnecke 3, die in der Büchse 12 axial verschiebbar
angeordnet ist. Zum Übertragen der Antriebsleistung auf die Plastifizierschnecke
3 ist die Innenbohrung der Büchse 12 mit einem Keilwellenprofil versehen, dem auf
dem Außenmantel der Welle 13 der Plastifizierschnecke 3 ein entsprechendes Keilwellenprofil
14 zugeordnet ist. Die Plastifizierschnecke 3 ist zylindrisch ausgebildet und mit
einem kegelförmigen Ende 15 versehen.
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Sie kann ein-oder mehrgängig ausgeführt sein. Das die Plastifizierschnecke
3 umgebende Schneckengehäuse 5 weist seine mit dem Einfülltrichter 7 verbundene
Einfüllöffnung in dem der Welle 13 zuliegenden Bereich der Plastifizierschnecke
3 auf, während seine freie im Bereich des kegeligen Endes 15 der Plastifizierschnecke
3 liegende Stirnwand mit der vorzugsweise in beliebiger, bekannter Weise verschließbaren
und zum Anschluß an die Spritzgußform 16 dienenden
| -s'e-he'n-ist |
| - Ausspritzdüse6versehen-ist. Däs. Sohheckengehäuse 5 ist |
mit einer Heizvorrichtung 8 versehen, die im Beispielsfalle von
mehreren ringförmigen elektrischen Heizkörpern gebildet wird. Selbstverständlich
können auch andere bekannte Heizmittel, wie induktive Heizung mittels hochfrequenten
Wechselstroms, Dampf od. dgl. vorgesehen werden. Die Heizvorrichtung 8 ist regelbar
ausgeführt und wird mittels im Schneckengehäuse 5 angeordneter Temperaturfühleinrichtungen,
wie Thermoelementen, Kontaktthermomentern od.dgl. über eine Regeleinrichtung auf
einer vorbestimmten von der Art des Kunststoffes abhängigen Temperatur gehalten.
Zusätzlich zur Heizvorrichtung 8 oder bei adiabatisch arbeitender Plastifizierschnecke
3 kann eine bekannte Kühleinrichtung 9 am oder im Schneckengehäuse 5 vorgesehen
werden, wobei als Kühlmittel Wasser, Luft oder ein anderes Kühlmedium angewandt
werden kann.
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Das zweite. Ende der Welle 13 der Plastifizierschnecke 3 ist fest
mit einem Teil eines Axialdrucklagers 17 verbunden, dessen anderer Teil an der Kolbenstange
18 eines als Servomotor 4 vorgesehenen hydraulisch oder pneumatisch beaufschlagten
Arbeitszylinders 19 mit Arbeitskolben 20 verbunden ist, der zum axialen Bewegen
der PlastifizBrschnecke 3 dient. Zum Begrenzen des Hubes der Plastifizierschnecke
3 und gleichzeitig zum Beeinflussen des die Füllung bewirkenden Antriebsmotors 1
sind mindestens zwei verstellbare Endschalter 21 vorgesehen. Die Füllung entsteht
hierbei. in, dem''vor dem kegeligen Ende 15 der
| -. |
| Plastifizierschnecke 3 sich bildenden Massenraum 22. |
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Gemäß der Erfindung ist nun mindestens eine Einspritzeinheit von mehreren
an einer Spritzgußform 16 ansetzbaren Einspritzeinheiten, vorzugsweise jedoch jede
Einspritzeinheit beim Spritzen großer, Werkstücke aus thermoplastischem Kunststoff,
wie Polystyrol, Polyäthylen, Polyvinyl-
| .-.. |
| chlorid, Polyakrylat, Polyamid od. dgl. als Sàhneckenein- |
spritzeinheit ausgebildet. An Stelle der-Schneckeneinspritzeinheiten A mit einer
Plastifizierschnecke 3 gemäß Abb. 1 können selbstverständlich auch Schneckeneinspritzeinheiten
A mit mehreren gleich oder entgegengesetzt umlaufenden Plastifizierschnecken vorgesehen
werden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Abb. 2 und 3 ist die beispielsweise
zweiteilig oder auch mehrteilig ausgeführte Spritzgußform, 16 in einer waagrecht
angeordneten, d. h., liegenden Formschließeinrichtung B vorgesehen. Die Formsohließeinrichtung
B besteht im wesentlichen aus einer festen Formspannplatte 23, einer beweglichen
Formspannplatte 24 und einer festen, einen Teil der eigentlichen Schließvorrichtung
aufnehmenden Gestellplatte 25. Die Gestellplatte 25 ist mit der festen Formspannplatte
23 über vier Holme 26 verbunden, auf denen die bewegliche Formspannplatte 24 gleitbar
vorgesehen ist. Ein Teil der
| Spritzgußform 16 ist auf der festen Formspannplatte 23 |
| undder andere Teil der Spritzgußform 16 ist auf der be- |
| weglichen Formspannplatte aufgespannt.-Die bewegliche Form- |
| spannplatte 24 ist-in üblicher Weise mit einem koaxial |
angeordneten, zur eigentlichen Schließvorrichtung gehörenden Kolben
27 versehen, der in dem an der Gestellplatte 25 gelagerten, den zweiten Teil der
Schließvorrichtung bildenden, vorzugsweise hydraulischen Zylinder 28 gleitbar vorgesehen
ist. Die hydraulische Schließvorrichtung kann auch aus mehreren Arbeitszylindern
und Kolben bestehen, von denen die einen zum Bewegen der beweglichen Formspannplatte
24 und die anderen zum Erzeugen des Schließdruckes vorgesehen sind. Auch können
mechanische, z. B.
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Kniehebelschließeinriohtungen vorgesehen sein, die ihrerseits wieder
elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch bewegt werden können. Notwendig ist lediglich,
daß der erforderliche Schließdruck für die Spritzgußform 16 mit Sicherheit erreicht
wird.
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Zum Einspritzen des thermoplastischen Kunststoffes in die Spritzgußform
sind im Beispielsfalle drei Schneckeneinspritzeinheiten A gemäß Abb. 1 angeordnet,
von denen jede über einen eigenen Kanal in die Spritzgußform 16 einspritzen kann.
Eine Schneckeneinspritzeinheit A ist mit der Längsachse ihrer Plastifizierschnecke
3 koaxial zur Längs-
| achse der Formschließeinrichtung B gelagert, während die |
| beiden anderen senkrecht zur Längsachse der Formschließ- |
einrichtung B, vorteilhaft in gleicher Höhe zu beiden Längsseiten gelagert sind
und in die gleiche Hälfte der Spritzgußform 16 einspritzen. Jede Schneckeneinspritzein--/heit
A ist in Richtungder Längsachse der Blastifizierschnekke 3 verschiebbar, z. B «
mittels eines hydraulischen Arbeitszylinders,
auf einer fest mit
der Formschließeinrichtung B bzw. deren Fundament 29 verbundenen Gleitführung 30
vorgesehen, die vorteilhaft in der Höhe und quer zur Längsachse der Plastifizierschnecke
3 einstellbar ist.
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Es ist nun nicht. erforderlich, daß sämtliche Schneckeneinspritzeinheiten
A in gleicher Höhe an der Spritzgußform 16 angreifen. Sie können je nach den Bedürfnissen
auch in verschiedenen Höhen einspritzen. Auch können auf jeder Längsseite und durch
die feste Formspannplatte 23 hindurch
| mehrere Schneckeneinspritzeinheiten A angesetzt werden. |
| -x |
| Es ist auch nicht erforderlich, daß sämtliche Spritzen- |
| heiten als Schneckeneinspritzeinheiten A ausgebildet sind. |
| Für kleinere Bereiche der Spritzgußform 16 können auch |
| noch Kolbeneinspritzeinheiten, die z. B. schon vorhanden |
| sind, zusätzlich angeschlossen werden. |
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Sollen mehr Schneckeneinspritzeinheiten A als im vorhergehenden Ausführungsbeispiel
auf eine Spritzgußform 16 arbeiten, so ist es gemäß dem Ausführungsbeispiel nach
den Abb. 4 und 5 vorteilhaft, die Formschließeinrichtung B stehend anzuordnen. Die
Formschließeinrichtung B entspricht im grundsätzlichen Aufbau der nach dem vorhergehenden
Beispiel, wobei die feste Formspannplatte 23 mit ihrer der Spritzgußform 16 abgewandten
Stirnfläche auf dem Maschinenfundament-29 befestigt ist. Auch bekannte hydraulische
| n |
| oder andere Pressen können, als. FormschließeinrichtungB . |
| verwendetwerden. |
| Je) an einer Spritzgußform 16 angreifenden Ein.. |
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Die Spritzgußform 16 ist wiederum mit einer Hälfte auf der beweglichen
Formspannplatte 24 und mit der anderen Hälfte auf der festen Formspannplatte 23
aufgespannt. Senkrecht zu jeder Längsseite der Formschließeinrichtung B ist wie
beim vorhergehenden Ausführungsbeispiel auf einer höhen-und seitenverstellbaren
Gleitführung 30 eine Schneckeneinspritzeinrichtung A mit waagrechter Plastifizierschnekke
3 angeordnet, die über jeweils einen in der Spritzgußform 16 vorgesehenen Kanal
in den Formraum der Spritzgußform 16 einspritzt. Auch können selbstverständlich
wieder mehrere Schneckeneinspritzeinheiten A auf jeder Längsseite*der Formschließeinrichtung
B verwendet werden.
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Vorteilhaft sind sämtliche auf eine Spritzgußform 16 arbeitenden
Schneckeneinspritzeinheiten A unter sich gleich ausgebildet. Dies ist jedoch keine
unabdingbare Forderung.
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Die Antriebsmotoren 1 und/oder die an diese angeschlossenen Getriebe
2 der Spritzgußmaschine sind regelbar ausgebildet, wobei die Regelung in beiden
Füllen stufenweise oder stufenlos erfolgen kann. Um ein gemeinsames Arbeiten aller
Schnekkeneinspritzeinheiten A zu erzielen, können die Antriebsmotoren 1 von einer
gemeinsamen Steuereinrichtung beeinflußt werden ; dabei kann die-Drehzahl und/oder
die Zeitdauer des jeweiligen Laufes jedes Antriebsmotors 1 geregelt werden, wobei
es von Vorteil ist, wenn die Laufdauer und die Drehzahl'jedes Antriebsmotors 1 programmiert
und dann durch die-gemeinsame SteuereinrichtunggBsteuert wird. Falls
die
Getriebe 2 schaltbar ausgebildet sind, kann eine derartige Steuerung sinngemäß für
die Getriebe 2 vorgesehen werden.
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In gleicher Weise wie die Steuerung der Antriebsmotoren 1 und/oder
Getriebe 2 wird auch die Steuerung der Servomotoren 4 zum Verstellen der Plastifizierschnecken
3 mittels einer gemeinsamen Steuereinheit vorgenommen.
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Auch die Regelung der Heizvorrichtung 8 und/oder-Kühlvorrichtung 9
erfolgt vorteilhaft von einer gemeinsamen Regeleinrichtung aus, mittels welcher
der der Verarbeitungstemperatur des zu verarbeitenden Kunststoffes entsprechende
Sollwert vorgegeben wird. Die Feststellung des Istwertes an jeder Schneckeneinspritzeinheit
A geschieht mittels der an deren Schneckengehäuse 5 angebrachten Temperaturfühleinrichtungen,
die dann nach Vergleich mit dem Sollwert die notwendige Heizung oder Kühlung über
eine Verstärkervorrichtung hervorrufen, bis der Sollwert in jeder Schneckeneinspritzeinheit
A erreicht ist.
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Eine Vereinfachung der Steuereinrichtung kann durch gleichartige Ausbildung
der Schneckeneinspritzeinheiten A und synchronen Lauf ihrer Antriebsmotore 1 erzielt
werden.
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Denn zum Dosieren des Kunststoffes in jeder Schneckenein-
| spritzeinheit A der Spritzgußmaschine ist dann nur noch |
| eine.Zitsc'nalt-ung-d'er einzelnen Antriebsmotore1 erfor-.- |
| derlich. |
| derlich. |
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Soll keine zentrale Steuerung der Antriebsmotore 1 vorgesehen werden,
so können die Endschalter 21 zum Steuern herangezogen werden. Alle Antriebsmotoren
1 werden dann gemeinsam eingeschaltet und nach Erreichen der vorbestimmten Füllung
des Schneckengehäuses 5 durch den jeweiligen einstellbaren Endschalter 21 ausgeschaltet.
Nach Ansprechen des letzten Endschalters 21 einer Spritzgußmaschine werden die Servomotoren
4 in Gang gesetzt. und nach Öffnen der Ausspritzdüsen 6 der Kunststoff aus allen
Schnedkeneinspritzeinheiten A in die durch die Formschließeinrichtung B geschlossene
Spritzgußform 16 eingespritzt. Nach dem Entfernen des Werkstückes aus der Spritzgußform
16 werden dann wieder die Antriebsmotoren 1 gemeinsam eingeschaltet und das Arbeitsspiel
wiederholt sich.