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Maschine zum Erzeugen einer Kunststoffschmelze Die Erfindung betrifft
eine Maschine zum zErscu£en einer Kunststoffschmelze, mit einen von einer Plastifizerschnecke
und deren Schneckenhohlzylinder gebildeten Schmelzespalt und einer spaltwärts wirkenden
Zugabevorrichtung zum Einspritzen eines Troib- oder sonstigen Zusatzmittels in die
Kunststoffschmelze.
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Bei bekannten l chinea dieser Art wird das gesförmige Treibmittel
od.dgl. in eine Kunststoffschmelze durch eine hohle Schnecke. hindurch dort eingefuhrt,
wo diese Schnecke einen kleinen Kerndurchmesser und damit einen tiefen Schneckengangraum
aufweist. Dabei soll der Kunststoff in einem Schneokengangraum einerseits an der
nachdrängenden Schneckenzahnwindung bis zum Schneckenhohlzylinder hin auflaufen
und so ein Einströmen des Treibmittels in hintere Gangräume der Schnecke und des
Gehäuses verhindern, andererseits aber soll die vorlaufende Schneokenzahnwindung
und der Raum unmittelbar vor dieser von Kunststoff frei bleiben. In diesen freien
Raum
wird das Treibmittel eingebracht. Eine außerordontlicb schwierige
und ungleichmäßige Einbringung und Einmischung des Treibmitteln in den Kunststoff
ist die Folge, Mängel, die entweder gar nicht ausgeglichen oder nur durch einen
besonderen Aufwand von mechanischer Nisoharbeit unter besti=nten einzuhaltenden
DrUclcen und Temperaturen sowie unter Gefährdung der Kunststoffschmelze nachfolgend
ausgeglichen werden können.
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Damit ist die bekannte Maschine teuer in der Herstellung oder sie
führt zu unzu/lässigen Arbeitsergebnissen, die bei dem fertigen Kunstschaumstoffartikel
Ausschuß erzeugen können. Bei anderen bekannten Maschinen wird das Treibmittel auch
durch den Schneckenhohlzylinder hindurch in die von einer Sohneoke gebildeten Gangräume
hinein gebracht. Diese Einbringweise hat sich ebenfalls als unbefriedigend erwiesen,
weil sich unzuverlässige Arbeitsergebnisse ergeben oder ein besonderer Aufwand mechanischer
Mischarbeit erforderlich wird. Bei Maschinen dieser Art kann des Treibmittel einerseits
im wesentlichen nur absatzweise und ungleichförmig verteilt sowie nachfolgend schlecht
vermischt werden, weil daß Treibmittel an der Einspritzetelle bei dem Vorbeigang
des Schneckenvollganges praktisch keine Iöglichkeit zum Erreichen einer wesentlichen
Eindringtiefe und damit zu einer ausreichenden Einmischung in die Kunststoffschmelze
hat,
während dagegen die Durchdringung der in dem Schneckengangraum verhältnismäßig mächtig
anstehenden Kunststoffschmele nicht ausreichend ist. Dies gilt auch fttr solche
Maschinen, in deren Sohneckenhohlzylinder in Umfangsrichtung verteilt und radial
wirksam angeordnet mehr als ein Einspritzkanel von außen her kommend münden, wobei
die Schnecke auf einer längeren Strecke vor der Querschnittsebene der Einspritzstellen
keinen Sohneckengang besitzt, daflfr aber in Umfangs-und Axialrichtung gegeneinander
versetzt Schabzähne auf dem Schneckenkern trägt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu vermeiden
und insbesondere ein möglichst gleichmäßiges flinspritzen und Verteilen eines Treib-
oder sonstigen Zusatzmittels in die verschiedenen Schichten der im Schneckenkanal
sich befindenden Kunststoffschmelze zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst dadurch, daß die Zugabevorrichtung
so ausgebildet ist, daß sie in unterschiedliche Schichten des Schmelzespaltes mündet.
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sinne besonders vorteilhafte Ausführung ist dabei nach einem weiteren
Erfindungsmerkmal gegeben durch unterschiedliche Abstände eines oder mehrerer Zugabeorgane
der Zugabevorrichtung von einer der beiden Begrenzungsflächen
des
Schmelzespaltes in unterschiedlichen Dreh-bzw. Winkelbereichen dieser 3egrenzungsflächen,
von denen die innere durch einen rundherum schneckengangfreien Kernteil der Plastifizierschnecke
gegeben ist.
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Erfindungsgemäß sind dabei ein bzw. mehrere Zugabeorgane in einen
Schmelzespalt durchgehend gleichbleibender Dicke beweglich und unterschiedlich tief
eintauchbar vorgesehen. Der Erfindung folgend können außerdem die Austrittskanäle
des in der Nichteintauchlage mit der Begrenzungsfläche (Schneckenhohlzylinder) des
Schmelzospaltes bündigen Zugabeorgans spaltwärts verschlossen sein. Nach einem weiteren
Merial der Erfindung münden diese Austrittskanäle schräg zum Schmelzespalt hin geneigt
oder senkrecht auf der Mantelflache des Zugabeorgans. Erfindungsgemäß können aber
auch zwei oder mehr Zugabeorgane in einen Schmelzespalt durchgehend gleichbleibender
Dicke unterschiedlich tief eintauchend ortsfest vorgesehen sein. Bin zusätzliches
Merkmal der Erfindung ist dadurch gegeben, daß ein auf seinem Umfang ungleich dicker
Schmelzespalt vorgesehen ist. Ferner besteht ein Erfindungsmerkmal noch darin, daß
die radialen Abstande von etwa in Umfangsrichtung aufeinander folgender Stellen
der Mantelfläche des schneckenfreien I;ernteils der Plastifizierschnecke von der
Plastifizierschneckenachse unterschiedlich groß sind und diese Stellen
vorzugsweise
einen Exzenter bilden. In Verbindung damit verläuft schließlich der Erfindung folgend
das Zugabeorgan mit der zugehörigen Begrenzungsfläche (Schneckenhohlzylinder, schneckengangfreier
Kernteil der Plastifizierschnecke) bündig. Die durch die erfindungsgemäße Vorrichtung
erreichten Vorteile entsprechen den der gestellten ufg.be entehmbaren Forderungen.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung im
Grundzuge dargestellt und zwar zeigen ig. 1 einen Längsmittelschnitt durch ein Stück
eines Schneckenhohlzylinders mit einer Plastifizierzchnecke, deren Kern im Einspritzbereich
eines Treib- oder sonstigen Zusatzmitels exzentrisch und schneckengangfrei ausgebildet
ist, Fig. 2 einen nach der Linie 1-1 der Fig. t durch die Plastifiziervorrichtung
gelsgten Querschnitt, wobei drei in der Querschnittsebene im Abstand voneinander
angeordnete Einspritzdüsen mit ihren schmelzespaltseitigen Stirnflächen bündig mit
dem Schneckenhohlzylinder liegen, Fig. 3 einen neoh der Linie I-I der Fig. 1 durch
die Plastifiziervorrichtung gelegten Querschnitt, wobei drei in der Querschnittsebene
im Abstand voneinander angeordnete Einspritzdüsen mit ihren schmelzespaltseitigen
Stirnflächen bündig mit der Mantelfläche des ali Exzenter ausgebildeten
Kerne
der Plastifizierschnecke liegen, Fig. 4 einen nach der Linie II-II der Fig. 6 durch
etwa in Umfangsrichtung des Schneckenhohlzylinders nebeneinanderliegende Einspritzdüsen
gelegten Längemittelschnitt des Schneckenhohlzylinders mit einer Plastifizierschnecke,
deren zentrischer Kern im Einapritzboreich eines Treib- oder sonstigen Zusatzmittols
sohnockengangfrei ausgebildet ist, Fig. 5 einen nach der Linie II-lI der Fig. 4
durch die Plastifiziervorrichtung gelegten Querschnitt, in dessen Eheng i Abstand
voneinander angeordnete Einspritzdüsen in unterschiedlichen, aber ortsfesten Wirklagen
zum Schmelzespalt liegen, Pig. 6 einen nach der Linie II-II der Fig. 4 durch die
Plastifiziervorrichtung gelegten Querschnitt in dessen Ebene im Abatund voneinander
angeordnete Einspritzdüsen in unterschiedlichen, aber ständig von Einspritzdüse
zu Einspritzdüse wechselnden Wirklagen zum Schmalzeapalt liegen, Fig. 7 eine in
der Wandung eines Achneckenhohlzylinders längsbeweglich geführte Einspritgdüse,
die in der llichteinsritzlaGe gegenüber den Schne1zespalt verschlossen ist, im Längsmittelschnitt,
Fig..
8 die Einspritzdüse nach Fig. 7 in einer zum Schmelzespalt hin offenen Einspritzlage,
Fig. 9 eine in der Wandung eines Schneckenhohlzylinders längsbeweglich geführte,
gegenüber der Fig. 7 abweichend gestaltete Einspritzdüse, die in der Nichteinspritzlage
zu dem Schmelzospalt hin ebenfalls verschlossen ist, im Längsmittelschnitt und Fig.10
die Einspritzdüse nach Fig. 9 in einer zum Schmelzespalt hin offenen Einsritzstellung.
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In dem Schneckenhohlzylinder 1 der Plastifiziervorrichtung nach Fig.
1 ist eine Plastifizierschnecke 2 in an sich bekannter und deshalb hier nicht weiter
dargestellt er Weise gelagert. Im Bereich der Einspritzung für Treib- oder sonstige
Zusatzmittel zur Kunststoff schmelze ist der Kern 3 der Plastifizierschnecke schnekkenganglos
und als Exzentor ausgebildet. Dadurch ergibt sich zwischen dem Schneckenhohlzylinder
1 und dem Kern 3 in den unterschiedlichen Drehlagen der Plastifizierschnecke bei
einem Umlauf derselben ein Schmelze-Spalt 4 ungleicher bzw. wechselnder Höhe. Derartige
Schmelzespalte sind aus den Fig. 2 und 3/ersichtlich.
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Die nachfolgend für die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 1 bis 3
gegebenen Erläuterungen gelten, diese Ausführungsbeispiele abändernd auch für eine
Gestaltungs-*durchlaufend
weise, ti . der der Sohneckenhohlzylinder
1 als Hohlexzenter und der schneckenganglese Kern der Plaatifizierschneoke als Zylinder
ausgebildet ist.
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Bsi der Plastifiziervorrichtung nach Fig. 1 und 2 sitzen die an sich
bekannten und deshalb nicht weiter gezeigten Einspritzdüsen 5a bis 5c, um 1200 zueinander
versetzt in der Querschnittsebene I-I, bündig mit dem Schneckenhohlzylinder 1 fest
in dessen Wandung.
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Die Einspritzdüsenkanäls 6a bis 6c der Fig. 3 und 1 gehen hingegen,
in der Querschnitteebene I-I und ebenfalls gegenseitig um 1200 versetzt, von einem
zentralen Längskanal 7 der Plastifizierschnecke 2 aus und münden im wesentlichen
radial in den Schmelzespalt 4.
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In Fig. 1 sind übereinstimmend mit den Ausführungen nach Fig. 2 und
5 sowohl Einspritzdüsen 5a bis 5c als auch, strichpunktiert, Eindspritzdüsenkanäle
6a bis 6c dargestellt. Es kennen also wahlweise einzeln oder gleichzeitig von dem
Schneckenhohlzylinder und von der Plastifiziersohnecke her in der in den Fig. 2
und 3 gezeigten Weise Treib- und/oder sonstige Zusatzmittel in den Schmelzespalt
4 eingespritzt werden. Dabei können durch Einspritzdüsen 5a bis 5c und Einspritzdüsenkanäle
6a bis 6c Treibmittel allein eingespritzt werden
oder voneinander
getrennt Treibmittel und Plastifikatoren, Porenbildner, Stabilisatoren, Verhärter,
Versteifer usf. Es kennen natürlich auch, ohne Treibmittel, aus diesen Zusatzstoffen
ausgewählte Stoffe allein in der vorer wähnten Weise gleichzeitig eingespritzt werden.
Alle einspritzfähigen Stoffe können sich in festem, z.S orphpulverigem, flüssigem
und gasförmigem Zustande befinden.
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Bei einem jeden Einspritzvorgange trifft das PreiS und/oder sonstige
Zusstzmittel aus jeder Einspritzdüse und/oder Jedem Einspritzdüsenkanal bei umlaufender
Plastifiziersohnecke 2 auf einen Schmelzespalt 4 ständig wechselnder und an Jeder
Einspritzstelle außerdem ungleicher Höhe. Damit wird bereits mit dem Einspritzvorgang
eine wesentliche Durohmiechung von Kunststoffschmelze und Zusetzstoff bzw. Zusatzstoffen
erreicht, so daß - wenn überhaupt - ein wesentlicher iiaohmischvorgang nicht mehr
erforderlich ist.
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Die Einspritzdüsen 5a bis So und/oder die Einspritzdüsenkanäle 6a
bis 60 können von den Darstellungen der Fig. 1 bis 3 abweichend z.B. auch Schraubenlinien
folgend angeordnet sein, d.h., nicht nur in Umfangsrichtung, sondern auch in axialer
Richtung gegeneinander versetzt liegen.
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Ist der schneckenganglose dem 8 (Fig. 4 bis 6) der Plastifi:iarschnecke
20 zylindrisch gestaltet, dann müssen die Einspritzdüsen 12a bis 12c und 13a bis
13c (Pig. 5,6,4) bei nun in Jeder Drehlage gleichhohem Sobmelzespalt 40 zum Erreichen
eines der Vorrichtungen nach den Fig. 1 bis 3 gleich- oder nahekommenden Mischungs-
bzw. Verteilungsgrades von Kunststoffschmelze und irgendeinem oder irgendewelchen
Zusatzmitteln, z.B.
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einem Treibmittel, in unterschiedlichem Abstand zur Mantelfläche des
Kerns angeordnet sein. Am einfachsten und preiswertesten ist dabei eine ortsunveränderliche
Befestigung der Einspritzdüsen in der Wandung des Schneckenhohlzylinders t. Sind
nach Fig. 5 über dar fang od.dgl. dea schneckengangfreien Kerns 8 der Plastifizierschnecke
20 drei Einspritzdüsen 12a bis 12c verteilt vorgesehen, dana kann die eine Einspritzdüse
12a bündig mit dem Schneckenhohlcyli er 1 in den Schmelzespalt münden, während die
zweite Einspritzdüse 12b um ein Drittel und die dritte Einspritzdüse 120 um zwei
Drittel der Höhe des Schmelzespaltes 40 in den Schmelzespalt gleichbleibend eintaucht.
Gegenüber dieser Anordnungsweise der Fig. 5 können alle drei Einspritzdüsen t2a
bis 120 abändernd sämtlich um ein gewisses unter schiedliches Maß in den Schmelzespalt
40 hineinragen und der Reihe nach z.3. um ein Viertel, zwei Viertel und drei Viertel
der Höhe des Schmelzespaltes eintauchen.
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Die Eintauchtiefen der Einspritzdtisen 12a bis 12c können weiterhin
abänderndaber auch nacheinander z.B. ein Viertel, drei Viertel und zwei Vierte1
der Höhe des Schmelzespaltes 40 betragen.
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Wird - gegenüber der Ausführung nach Pig. 3 abändernd -eine Plastifizierschnecke
20 mit zylindrischem, schnekkengangfreiem Kern 8 im Bereich der Einsp,ritzdilsenkanäle
6 mit über die zylindrische Nantelfläche des Kerns 8 hinausragenden, diese Kanäle
verlängernden fest angeordnoten und nicht weiter gezeigten Büchsen, die in den Schmelzespalt
unterschiedlich tief eintauchen, versehen, dann kann ein Jedes Zusatzmittel auch
von der Plastifizierschnecke her der Vorrichtung nach Fig. 5 entsprechend in die
Kunststoffschmelze eingespritzt werden.
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Es können dabei gleichzeitig oder wabiweise von der Wandung des Schneckenhohlzylinders
1 w d der Plastifizierschnecke 20 her entweder ein- und dasselbe Zusatsmittel, z.B.
ein Treibmittel, oder unterschiedliche Zusatzmittel in den Schmelzespalt 40 eingespritzt
werden. Die in solcher Weise in den Schmelzespalt 40 hineinragenden Enden der festliegenden
Einspritzdüsen verursachen in einem gewissen Ausmaß Stauungen des Kunststoffschmelzeflusses
und damit eine Bewegungshemmung desselben, die das Erreichen einer maximal guten
IIischung beeinträchtigt.
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Um diese Bewegungshemmung des Kunststoffschmelzeflusses od.dgl. auf
ein MVdestmaß herabzusetzen, kennen die Einspritzdüsen 13a bis 13c (Fig. 6), die
nach dem Beispiel der Fig, 5 und deren Abänderungen in beliebiger Rethonfolge unterschiedlich
tief in den Schmelzespalt 40 hineinragen, zwischen einem Minimum und einem Maximin
der Eintauchtiefe mit an sioh bekannten, s.B. hydraulisohen Mitteln, koaxial zu
ihrer Längsachse während des Jeweiligen Einspritzvorganges hin- und herbewegt werden.
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Dabei ist zweckmäßig darauf zu achten, daß die Einspritzdüsen 13a
bis 130 in Jedem Zeitpunkte unterschielich tief, z.B. um ein Viertel, zwei Viertel
und drei Viertel oder um den Wert Null, ein Drittel und zwei Drittel, in den Schmelzespalt
40 eintauchen.
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Hat die geringste Eintauchtiefe der Einspritzdüsen Jeweile die Größe
Null, dann kann eine Jede Einspritzdüse nach den Fig. 4 mit 6 den Fig. 7 bis 10
entsprechend ausgebildet werden.
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Die Einapritzdttse 50 (Fig. 7 und 8) hat einen inneren Einspritzkanel
9, der in zwei in der Mantelfläche der Einspritzdüse mundende Querkanäle ausläuft.
Abweichend von diesem Ausführungsbeispiel kann unter Umständen auch ein einziger
dieser Querkanäle ausreichen.
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Die Einspritzdüse 500 (Pig. 9 und 10) läßt einen inneren Einspritzkenal
9 erkennen, der in zwei gegabelte, obenfalls n der Mantelfläche der Einspritzdüse
mündende Seitenkanäle 11 ausläuft. Diese Seitenkanäle liegen dabei zwookmäßig auf
der Mantelfläche eines gedachten Kegels, dessen Achse koaxial zu der der Einspritzdüse
verläuft. Befinden sich die Einspritzdüsen 50 und 500 mit ihrer spaltseitigen Stirnfläche
in einer bündigen Lage mit dem Schneckenhohlzylinder 1, dann sind die Quer- bzw.
Seitenkanäle 10,11 gegenüber dem Schmelzespalt 40 geschlossen. Nehmen die Einspritzdüsen
50,500 ihre geringste Einteuchstellung im Schmelzespalt 40 ein, dann sind die Quer-
bsw. Seitenkanäle 10,11 diesem Schmelzespalt gegenüber offen und das Treibmittel
od.dgl. kann in den Kunststoffschmelzefluß eingespritzt werden. Diese Ausbildungen
der Einspritzdüsen haben den Vorteil, daß bei dem Stillstand der Maschine alle Einspritzdüsen
geschlossen gehalten werden können, so daß Reststoffe, z.B. aus ursprünglich gasförmigem
Niederschlag, nicht in diese eintreten und diese verstopfen können. Selbstverständlich
kann auch nur eine Einspritzdüse allein in der Wandung des Schneckenhohlzylinders
beweglich geführt und nacheinander unterschiedliche Stellungen zum und im Schmelzespalt
40 (Fig. 4 bis 10) einnehmen.
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Zur exzentrischen Ausbildung des Schneckenkerns 3 oder des Schneckenhohlzylinders
1 nach @h den Pig. 1 bis 3 oder deren Abänderung wird noch bemerkt, daß der Bxsener
abändernd dem Querschnitt nach z.B. durch ein Unrund, ein Oval, eine Zontralellipse,
ein kleeblattähnliches Drei- oder Vierkant usf. ersetzt werden kann.