DE2312957B2 - SpritzgieBmaschine zum Spritzgießen von Elastomeren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Spritzgießmaschine zum Spritzgießen von Elastomeren, mit einer Schnecke zum Vorplastifizieren des Elastomers, die durch die Ansammlung des an ihr Ausstoßende geförderten Elasto- «ners entgegen einem einstellbaren Gegendruck lurückdrückbar ist, wobei nach einem bestimmten Rückwärtshub der Schnecke die Plastifizierungseinwirkung zur Erhöhung der Temperatur des Elastomers während des restlichen Rückwärtshubes der Schnecke verstärkbar ist.

Eine Spritzgießmaschine der eingangs genannten Art kt aus der FR-PS 14 04 380 bekannt.

Beim Spritzgießen mit Schncckcnvorplastifizierung wurde festgestellt, daß bei der Herstellung großer Schwerer elastomerer Gegenstände von verhältnismäßig dicken Querschnitten, wie Kraftwagenstoßstangen, bekannte Temperaturregelverfahren häufig wegen der kurzen Spritzdauer, die zur Großserienfertigung von Formteilen von hoher gleichmäßiger Qualität erforderlich sind, nicht zufriedenstellend sind.

Bei der vorausgehend genannten Spritzgießmaschine erfolgt eine Temperaturerhöhung des Elastomeren kurz vor dem Einspritzvorgang dadurch, daß der an der Schnecke wirksame Rückdruck durch Schließen eines Ventils erhöht wird, welches in einer Abflußleitung liegt, die mit einer Kolbenkammer in Verbindung steht, in der sich ein mit der Schnecke verbundener Kolben nach rückwärts bewegt. Diese Temperaturerhöhung durch Erhöhung des an der Schnecke wirksamen Rückdruckes hat den Nachteil, die Zykluszeit für die Herstellung eines spritzgegossenen Gegenstandes zu erhöhen, weil der erhöhte Rückdruck zu einer längeren Berührung zwischen der Schnecke und dem gekneteten Elastomeren führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spritzgießmaschine zu schaffen, mit welcher zur Erzielung einer hohen gleichmäßigen Qualität — auch bei der Herstellung von Gegenstanden mit verhältnismäßig dicken Querschnitten — nur kurze Spritzzeiten erforderlich sind, ohne daß als Folge einer Temperaturregelung eine Erhöhung der Zykluszeit in Kauf genommen werden muß.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Verstärkung der Plastifizierungseinwirkung die Drehzahl der Schnecke selbsttätig erhöhbar ist.

Als Folge der Drehzahlerhöhung wird bei der erfindungsgemäßen Spritzgießmaschine die Sprit/.gießzykluszeit verkürzt und eine sehr genaue Temperaturregelung bei sehr kurzen Zykluszeiten erzielt, was auch die Gefahr eines vorzeitigen Vulkanisieren verringert. In den Zeichnungen zeigt

Fig.l eine Seitenansicht im Aufriß, teilweise im Schnitt, einer Spritzgießmaschine,

F i g. 2 eine graphische Darstellung der Wirkung der Schneckendrehzahl auf die Temperatur des zum

ίο Spritzen in eine Form angesammelten Elastomers in Abhängigkeit vom Rückwärtshub der Schnecke,

F i g - 3 eine graphische Darstellung der Wirkung des Rückdrucks auf die Temperatur des zum Spritzen in eine Form angesammelten Elastomers in Abhängigkeit vom Rückwärtshub der Schnecke.

Die in der Zeichnung dargestellte Spritzgießmaschine besitzt ein Gehäuse 1. in welchem ein Zylinder 2 gelagert ist. Eine zweigängige, nicht verdichtende Schnecke 3 ist in der Bohrung des Zylinders 2 sowohl

μ zur axialen Hin- und Herbewegung als auch zur Drehung gelagert. Der innere Teil des Zylinders 2 begrenzt eine Knet- und Hciz/one für das Elastomer IS. welches der Knet- und Hciz/one übei einen Zufuhrka nal 6 durch eine Walze 40 zugeführt w ird. die von einem

»5 Motor M-2 angetrieben wird, welcher mit einer Regeleinrichtung 23 verbunden ist. Ein Zylinderkopfteil 4 ist an dem einen Ende des Gehäuses 1 und am Zylinder 2 durch Maschinenschrauben (nicht gezeigt) befestigt, um das eine Ende der Knet- und Heizzone /u

jo begrenzen. Der Zylinderkopfteil 4 ist mit einem Auslaß versehen, Jer, wie gezeigt, mit einem Kanal NR in einer Spritzdüse 5 in Verbindung steht, welche im Gewindeeingriff mit einer Bohrung 38 im Zylinderkopfteil 4 gehalten wird. Das Gehäuse 1 ist an seinem anderen Ende mit einem erweiterten Teil 7 versehen, in den sich der eine Endteil 12 der Schnecke 3 erstrecki. Ein Zahnrad 8 ist starr an dem Endteil 12 der Schnecke 3 befestigt. Das Zahnrad 8 steht mit einem axial länglichen frei drehbaren Zahnrad 9 im Eingriff, das in dem erweiterten Teil 7 drehbar gelagert ist. Das Zahnrad 9 steht mit einem Antriebszahnrad 10 auf einer Antriebswelle 11 im Eingriff, die ebenfalls in dem erweiterten Teil 7 des Gehäuses 1 gelagert ist Die Antriebswelle 11 wird durch einen Motor M-I angetrieben, der. wie gezeigt, mit der Regeleinrichtung 23 verbunden ist.

Der Endteil 12 der Schnecke 3 ist mit einem Kolben

13 versehen, der in einer zylindrischen Kammer 14 im Teil 15 des erweiterten Teils 7 gleitbar ist. Die Kammer

14 ist mit einer Druckflüssigkeit gefüllt und durch eine Leitung 16 und ein Regelventil 17, das durch die Regeleinrichtung 23 über eine Leitung 24 betätigt wird, mit einer Pumpe 18 verbunden. Durch die Zufuhr von Druckflüssigkeit zur Kammer 14 wird die Schnecke 3 nach links in die in Fig.l gezeigte Stellung bewegt.

Das andere Ende der Schnecke 3 ist mit einem sich verjüngenden Endteil versehen, auf dem ein Schnecken gewindegang 32 ausgebildet ist. Benachbart dem sich verjüngenden Endteil befindet sich ein erster erweiterter, sich in der Umfangsrichtung erstreckender Teil 33 und ein zweiter erweiterter, sich in der Umfangsrichtung erstreckender Teil 33 und ein /weiter erweiterter, sich in der Umfangsrichtung erstreckender Teil 37, zwischen welchen Teiien sich ein Teil 35 von verringertem Durchmesser befindet. Zwischen der Außenseite des erweiterten Teils 37 und der Innenseite des Zylinders 2 besteht ein bestimmtes Spiel. Der erweiterte Teil 33 ist mit in der Umfangsrichtung voneinander in Abstand befindlichen, sich in der

Längsrichtung erstreckenden Kanälen 34 versehen, wie in F i g. 1 gezeigt. Im Teil 35 von verringertem Durchmesser ist ein hülsenförmiges Ventil 36 angeordnet, dessen Außendurchmesser enge Passung innerhalb des Zylinders 2 hat. welches Ventil 36 sich infolge seiner kurzen Länge in der Längsrichtung zwischen der einen Stellung in Anlage an dem erweiterten Teil 33 und einer weiteren Stellung in Anlage an dem erweiterten Teil 37 bewegen kann.

Der Zylinder 2 und das Gehäuse 1 sind mit einer so Einrichtung zur Regelung der Temperatur der Knet- und Heizzone versehen. Diese Einrichtung weist eine Anzahl Heizmäntel //auf. die in Längsabständen in vier Zonen längs des Zylinders 2 vom Zufuhrkanal 6 zum Zylinderkopfteil 4 angeordnet sind, um die gewünschte Temperaturbedingung aufrechtzuerhalten. Ein Heizmedium wird durch die Heizmäntel H unter der Regelung einer Heizregeleinrichtung HCM in Umlauf gesetzt. Eine zusätzliche Wärmcregelleitung 30 ist am Zylinderkopfteil 4 zur Beheizung oder Kühlung desselben vorgesehen.

Kin Formhohlraum 56 wird durch einen festen Formteil 53 und einen beweglichen Formteil 54 begrenzt. Der Formteil 53 ist starr an einer festen Formplatte 61 befestigt und mit Kanälen 57 versehen. welche den Formhohlraum 56 mit einem Kanal in einer Angußbuchse 52 verbinden, die herausnehmbar in einer Ausnehmung in diesem Formteil 53 angeordnet ist. wie gezeigt. Die Kanäle 57 werden durch erste Abschnitte 58 und zweite Abschnitte 59 gebildet. Diese Abschnitte jo 58.59 sind weich konturiert. und der zweite Abschnitt 59 ist auf eine größere Querschnittsfläche als der erste Abschnitt 58 erweitert, um der Wärmedehnung des sich zum Formhohlraum 56 bewegenden Elastomers Rechnung zu tragen, welche Wärmedehnung durch die Reibungswärme und die exotherme Vulkanisationswärnie verursacht wird. Die Größe des Abschnitts 59 ist ferner so gewählt, daß eine bestimmte Menge zusätzlicher Reibungswärme erzeugt wird.

Die Angußbuchse 52 ist mil einem durchgehenden Kanal versehen, der mit der Spritzdüse 5 und mit dem verengten Kanal NR zusammenwirkt, um eine freie Verbindung durch die Angußbu- hse 52 und die Spritzdüse 5 zum Inneren des Zylinders 2 aufrechtzuerhalten.

Die starre Formplatte 61 ist starr mit einem stationären Bauelement 62 durch mehrere Stangen 63 verbunden. Der bewegliche Formteil 54 ist an einer beweglichen Formplatte 68 starr verbunden, die an ihrem anderen Ende mit einem Kolben 66 versehen ist, der zur Hin- und Herbewegung in einer Kammer 65 angeordnet ist, welche mit einer Druckflüssigkeit gefüllt ist. Die Kammer 65 ist durch Leitungen 69 und 71 mit einer Druckflüssigkeitsquellc MAM, beispielsweise mit einer Pumpe, verbunden, die durch eine Steuereinrichtung CM und einen Zeitschalter Z gesteuert wird. Die bewegliche Formplatte 68 ist mit Lagerteilen versehen, durch welche sich die Stangen 63 erstrecken, so daß die letzteren als Führungen für die Bewegung des beweglichen Formteils 54 und deren Formplatte 68 wirken.

Sowohl in dem feststehenden als auch in dem beweglichen Formteil 53 bzw. 54 sind Kanäle 55 vorgesehen, durch welche ein Wärmeübertragungsmedium zur Regelung der Temperatur des Formhohlraums 56 und der Formteile 53,54 geleitet werden kann.

Eine Vorrichtung 26 zur Messung der Bewegung der Schnecke 1 ist zwischen dem Zahnrad 8 und dem erweiterten Teil 7 des Gehäuses 1 angeordnei und erzeugt ein Signal, das zur Rückwärtsbewegung des Zahnrades 8 proportional ist. Das Signal wird der Regeleinrichtung 23 über eine Leitung 25 zugeführt. Die Regeleinrichtung 23 ist ihrerseits mit dem Regelventil 17 und den Motoren M-I, M-2 zu deren Regelung gekoppelt.

Im Betrieb wird die Schnecke 3 in der durch den Pfeil in F i g. 1 gezeigten Richtung durch den Betrieb des Motors M-I mit einer bestimmten Drehzahl gedreht, um das dem Zufuhrkanal 6 zugeführte Elastomer FS zu kneten und zu erwärmen. Das geknetete und erwärmte Elastomer wird durch die Schneckengänge der Schnekke 3 zum linken Ende des Zylinders, gesehen in F i g. 1, gefördert, wobei es zwischen dem Außenumfang des erweiterten Teils 37 in der Schnecke 3 und der Innenfläche des Zylinders 2 durch den radial verengten Teil 35 der Schnecke 3 gefördert wird, wodurch das Ventil 36 in seine linke Endstellung gegen den erweiterten Teil 33 der Schnecke 3 gedrückt wird, worauf sich das Elastomer FS durch die Kanäle 34 in den Raum zwischen dem sich verjüngenden Schneckengewindegang 32 der Schnecke 3 und dem Zylinderkopftei! 4 bewegt. Beim Eintritt des Elastomers FS in den erwähnten Raum wird die Schnecke 3 allmählich nach rechts bewegt, wobei das Zahnrad 8 axial entlang des länglichen frei drehbaren Zahnrades 9 gleitet, bis sich die gewünschte Menge Elastomer FS angesammelt hat. Der im Elastomer FS durch die Schneckendrehung entstehende Druck ist ausreichend hoch, um die Schnecke 3 gleitend nach rechts zu bewegen und Flüssigkeit aus der Kammer 14 durch die Wirkung des Regelvcntils 17 und infolge des Umstandes zu verdrängen, daß die Pumpe 18 zu diesem Zeitpunkt nicht in Betrieb ist. Dieser Druck und die Viskosität des gekneteten und erwärmten Elastomers reicht jedoch nicht aus. dieses durch den verengten Kanal NR in der Spritzdüse 5 zu bewegen. Durch die Bewegung der Schnecke 3 nach rechts, d. h. über einen Teil ihres gesamten Rückwärtshubes, wird die Vorrichtung 26 betätigt. Diese gibt ihrerseits ein Signal an die Regeleinrichtung 23, die dann die Drehzahl des Motors M-1 auf einen festen Wert für den restlichen Betrag des Rückwärtshubes der Schnecke 3 erhöht. Die Drehung der Schnecke 3 und der Betrieb der Heizregeleinrichtung HCM für den Zylinder 2 mit den Heizmänteln H soll dazu dienen, innerhalb einer bestimmten ersten zeitlichen Phase die Temperatur des sich ansammelnden Elastomers auf ein erhöhtes Niveau zu bringen und zu halten, um dessen Viskosität auf im wesentlichen den niedrigsten möglichen Wert herabzusetzen, ohne das Elastomer in dieser Heiz- und Knetzone zu versengen oder vorzeitig zu vulkanisieren. Bei mehreren Versuchsreihen wurde festgestellt, daß eine Erhöhung der Schneckendrehzahl von einem Betriebsniveau von 40 auf 55 U/Min, auf der Hälfte des Weges des Rückwärtshubes der Schnecke 3 und durch die Aufrechterhaltung der Drehzahl von 55 U/Min, bei einem konstanten Rückdruck der Schnecke 3 von etwa 3,5 atü die Temperaturveränderung vom vorderen zum hinteren Ende der angesammelten Füllung im Zylinder 2 von der Größenordnung von 16 auf etwa I°C verringerte (Fig. 2). Andererseits wurde während ähnlicher Versuchsreihen festgestellt, daß durch eine Erhöhung des Rückdruckes von 3,5 auf 35 atü über die Hälfte des Rückwärtshubes der Schnecke 3 und durch die Aufrechterhaltung des Druckes auf 35 atü bei konstanter Schneckendrehzahl von etwa 40 U/Min, die

femperaturverändcrung vom vorderen /um hinleren Ende der angesammelten Füllung im Zylinder 2 von 16 auf etwa 1°C( Fig. 3) verringert wurde.

Wenn sich die gewünschte Menge des beheizten Elastomers in der Zylinderbuchse 2 zwischen dem sich verjüngenden Tei! 32 der Schnecke 3 und der Spritzdüse 5 angesammelt hat, wird bei geschlossener Form der Betrieb des Motors M-I und die Drehung der Schnecke 3 abgestellt, während die Pumpe 18 und das Regelventil 17 erregt werden, um Druckflüssigkeit aus einem Behälter 19 rasch zur Kammer 14 zu fördern. Durch die Druckflüssigkeit in der Kammer 14 wird der Kolben 13 nach links bewegt, wobei er die Schnecke 3 mitnimmt. Diese Bewegung der Schnecke 3 hat zur Folge, daß das Ventil 36 nach rechts in Anlage an dem erweiterten Teil 37 bewegt wird, um eine Bewegung des gekneteten Elastomers nach rechts längs der Schnecke 3 zu verhindern, und bewirkt ferner, daß im wesentlichen das ganze angesammelte beheizte Elastomer sehr rasch durch den verengten Kanal NR in der Spritzdüse 5. den Kanal in der Angußbuchse 52 und die Kanäle 57 in den Formhohlraum 56 fließt. Der Druck des der Kammer 14 zugeführten Druckmittels ist ausreichend hoch und die Schneckenbewegung ist mit Bezug auf die Länge und die Abmessungen des Kanals, der das Innere des Zylinders 2 und den Formhohlraum 56 miteinander verbindet, ausreichend rasch, so daß das durch den Kanal bewegte Elastomer innerlich durch Reibung auf eine sehr hohe Temperatur erwärmt wird, bei welcher eine sehr rasche Vulkanisation zu dem Zeitpunkt eintritt, in dem es sich in den Formhohlraum 56 bewegt. Dieser Druck und die Art des Kanals müssen ferner so zusammenwirken, daß die Füllung des Formhohlraums 56 innerhalb einer bestimmten zweiten zeitlichen Phase, bevor irgendeine wesentliche Vulkanisation stattfindet, sichergestellt ist.

Vor dem Eintritt des Elastomers in den Formhohlraum 56 wird die Formtemperatur auf einem Wert gehalten, welcher der Temperatur des eintretenden Elastomers, bei der eine sehr rasche Vulkanisation stattfindet, eng angepaßt ist. Die Form und das in diesei enthaltene Elastomer werden auf dieser erhöhten Temperatur gehalten, um eine sehr rasche gleichmäßige Vulkanisation durch das ganze Elastomer zu erzielen, die es ermöglicht, das Elastomer aus dem Formhohlraum 56 ohne wesentliche Beschädigung innerhalb einer bestimmten kurzen dritten zeitlichen Phase zu entnehmen. Das Öffnen der Form geschieht dadurch, daß Druckflüssigkeit der rechten Seite des Kolbens 66 aus der Druckflüssigkeitsquelle MAM zugeführt und der Druck auf der linken Seite des Kolbens 66 aufgehoben wird. Das geformte Elastomer wird zur weiteren Behandlung entnommen, die gewöhnlich eine zusätzliche Vulkanisationsstufe in einem beheizten Ofen bedingt, bis die endgültigen Vulkanisationsbedingungen erreicht sind. Das Schließen der Form geschieht dadurch, daß der Druck in der Leitung 71 aufgehoben und unter hohem Druck stehende Flüssigkeit durch die Leitung 69 der linken Seite des Kolbens 66 zugeführt wird.

Der Druck auf der rechten Seite des Kolbens 13 wird nach dem Spritzvorgang herabgesetzt und während eines ausreichenden Zeitintervalls aufrechterhalten, damit das gesamte gespritzte Elastomer vulkanisieren kann. F.inc bestimmte Zeit bzw. Verzögerung nach

ίο dieser Druckaufhebung beginnt die Schneckendrehiing und Ansammlung von beheiztem Elastomer für den nächsten Formfüllvorgang. Diese Verzögerung ist so gewählt, daß bis zu dem Zeilpunkt, an welchem das Elastomer seine Vulkanisation im Formhohlraum 56 beendet hat, die Form geöffnet wird, der geformte Gegenstand entfernt und die Form geschlossen wird, die Schnecke 3 die nächste Elastomermenge für den nächsten Formfüllvorgang bereits geknetet, erhitzt und angesammelt hat, so daß die Füllung des Formhohlraums 56 ohne Verzögerung beginnen kann, die eine vorzeitige Vulkanisation oder ein Versengen im Zylinder 2 zur Folge haben könnte. Die Regelung dieser zeitlichen Verzögerung geschieht mit Hilfe eines Zeitschalters, der durch einen Vorgang eingeleitet weiden kann, der das gewünschte zeitliche Verhältnis zur Aufhebung des Druckes auf das Elastomer im Formhohlraum 56 und in den mit diesem verbundenen Kanälen hat.

Durch eine sorgfältige Wahl, Ausstattung und Regelung des Elastomers FS, der Schnecken- und Zylinderabmessungen, der Schneckengänge, der Schneckendrehzahl, der Kraft der Schneckenvorplastifizierungseinrichtung, des Schneckenrückdruckes, der G röße und der Abmessungen der den Formhohlraum 56 mit dem Inneren des Zylinders 2 verbindenden Kanäle und der Menge des zur Füllung des Formhohlraums 56 erforderlichen Elastomers ist es möglich. Formteile mit Gewicht von mehr als 1,8 kg und einer Mindestquerschnittsabmessung von mehr als 1,25 cm, einer Vulkanisationszeit im Formhohlraum 56 zwischen 20 und 90 Sekunden, einer Spritz- oder Formfülldauer von weniger als 30 Sekunden, einer Knet- und Beheizungsdauer von weniger als 60 Sekunden und einer Verzögerung beim Anlaufen der Schnecke 3 nach dem Spritzvorgang von weniger als 30 Sekunden zu erzielen, so daß eine Gesamtformgebungsdauer von weniger als etwa 4 Minuten erreicht werden kann. Um diesen optimalen Formgebungszyklus zu erzielen, wurde festgestellt, daß ein Elastomer mit einer Mooney-Visko- sität MS zwischen etwa 5 und etwa 60 und vorzugsweise etwa 35 bei 121 "C verwendet werden sollte. Elastomere für diesen Zweck enthalten natürlichen und syntheti sehen Kautschuk und Kombinationen hiervon sow« zusätzlich zu dieser Kombination begrenzte Menger von thermoplastischen Stoffen wie Polyäthylen odei Polypropylen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Spritzgießmaschine zum Spritzgießen von Elastomeren, mit einer Schnecke zum Vorplastifizie- »en des Elastomers, die durch die Ansammlung des an ihr Ausstoßende geförderten Elastomers entgegen einem einstellbaren Gegendruck zurückdrückkar ist, wobei nach einem bestimmten Rückwärtshub der Schnecke die Plastifizierungseinwirkung zur Erhöhung der Temperatur des Elastomers während des restlichen Rückwärtshubes der Schnecke veritärkbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß lur Verstärkung der Plastifizierungseinwirkung die Drehzahl der Schnecke (3) selbsttätig erhöhbar ist.

2. Spritzgießmaschine nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl der Schnecke (3) für den restlichen Rückhub der Schnecke (3) um einen konstanten Betrag erhöhbar ist.