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Vorrichtung zur Herstellung von zusammengesetztem Plastikmaterial
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen und Schmelzen eines zusammengesetzten
Plastikmaterials mit einem Zylinder und einem Paar Schrauben, die in dem Zylinder
angeordnet sind und in entgegengesetzten Richtungen aufeinanderzu gedreht werden.
Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Vermischen und Schmelzen
eines Gemisches aus einem Plastik-Rohmaterial und einem Füllermaterial (Streckungsmittel)
zur Herstellung eines zusammengesetzten Plastikmaterials.
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Als Maßnahme zur Einsparung von Rohstoffen ist es erforderlich geworden,
Spritzgußteile ausgehend von einem zusammengesetzten Plastikmaterial herzustellen,
das Plastik-Rohmaterial und ein hinzugemischtes Füllermaterial (Streckungsmittel)
umfaßt, wie beispielsweise Kalziumkarbonat, Talkum oder dergleichen. In diesem Zusammenhang
besteht ein starkes Bedürfnis danach, daß eine Mischung aus dem Plastik-Rohmaterial
und dem Füllstoff direkt in die Misch- und Knetschraube der Spritzgußmaschine eingegeben
werden kann. Eine derartige direkte Eingabe der Mischung ergab jedoch bisher eine
schlechte Qualität der Gegenstände bezüglich ihrer physikalischen und Oberflächeneigenschaften,
aufgrund einer nicht gleichförmigen Verteilung des Füllerstoffes, der in den meisten
Fällen pulverförmig ist, eines schlechten Eindringens des Materials in die Schraube
und Unstabilitäten der Arbeitszyklen bei der herkömmlichen Einfachschraube-
Spritzgußmaschine.
Aus diesem Grunde wird nach dem gegenwärtigen Stand der Technik die Mischung aus
Plastik-Rohmaterial und Füllstoff zunächst durch Extrudierung in Form von Teilchen
gebildet, und diese Teilchen aus zusammengesetztem Plastikmaterial werden zum Formen
von Gegenständen mittels einer Spritzgußmaschine verwendet. Ein derartiger Extrudierungsvorgang
zur Herstellung der Teilchen des zusammengesetzten Materials führt jedoch zu hohen
Herstellungskosten, was im Widerspruch zu der Tatsache steht, daß die Verwendung
eines derartigen Füllstoffes grundsätzlich zur Reduzierung der Herstellungskosten
bestimmt ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs
beschriebenen Art zu schaffen, mit der die Herstellung zusammengesetzter Plastikmaterialien
besonders einfach und wirtschaftlich möglich ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen
Art gelöst, die gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß eine der Schrauben
etwas langsamer als die andere gedreht wird, beide Schrauben in Längsrichtung bezüglich
des Zylinders zur Einstellung mittels einer Mehrzahl von jeweils an einem Ende der
Schrauben angeordneten Einstellplatten verschoben werden können, jede der Schrauben
aus einem Förderabschnitt und einem Ausstoßabschnitt besteht, wobei der Förderabschnitt
zwei Förderwindungsabschnitte mit letzten zwei bzw. drei Windungen, von denen die
letzten zwei bzw. drei Gänge größer sind als die bei der vorausgehenden Windung,
eine oder mehrere entgegengesetzte Windungen, einen verbreiterten Teil, der zur
Eine«png dient und in der Nähe des Endes der entgegengesetzten Windung angeordnet
ist, sowie einen abgeschrägten Teil umfaßt, während der Ausstoßabschnitt eine Förderwindung
zur Verbesserung der Behandlung des vermischten und geschmolzenen Materials, eine
Ausstoßwindung und eine Rückführungswindung zum Verhindern von Überschuß umfaßt,
der Zylinder mit einer abgeschrägten Fläche
gegenüber dem abgeschrägten
Teil der Schraube ausgebildet ist, wobei dazwischen ein Spalt vorgesehen ist und
eine Ausstoßöffnung und eine Entlüftungsöffnung in dem Zylinder an einer der Stellung
der Ausstoßwindung entsprechenden Stelle gebildet und im wesentlichen senkrecht
zueinander ausgerichtet sind.
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Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus
der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine Horizontalschnittansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung; Fig. 2 eine Vertikalschnittansicht längs der Linie II-II in Fig. 1;
Fig. 3 eine Schnittansicht längs der Linie III-III von Fig. 1 zur Darstellung einer
Anordnung des Vermischungs- und Schmelzabschnittes; und Fig. 4 Einzelheiten einer
Schraube zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Die folgenden Ausfhrungen beziehen sich auf Fig. 1. Eine mit einer
(nicht dargestellten) Antriebsquelle durch eine Kupplungseinrichtung oder dergleichen
verbundene Antriebswelle 1 ist zur Übertragung der Drehbewegung im entgegengesetzten
Uhrzeigersinnvon der linken Seite von Fig. 1 aus betrachtet - auf eine mitgenommene
Antriebswelle 2 über jeweilige miteinander in Eingriff stehende Zahnräder eingerichtet,
die auf diesen Wellen 1 und 2 befestigt sind, so daß die Welle 2 von der linken
Seite der Zeichnung aus betrachtet im Uhrzeigersinn gedreht wird. Im Ergebnis werden
die Wellen 1 und 2 nach innen in entgegengesetzten Richtungen aufeinanderzu gedreht.
Es soll ferner betont werden, daß das Verhältnis der Zahnräder so vorbestimmt ist,
daß ein Drehzahlunterschied zwischen Welle 1 und 2 auftreten kann.
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Beide Wellen 1 und 2 sind zusammen mit den entsprechenden Zahnrädern
drehbar in einem Gehäuse 3 mittels geeigneter Lager und öldichtungen angeordnet.
Zum Schutz der Zahnräder gegen Verschleiß enthält eine ölkammer 3-1 des Gehäuses
3 (siehe Fig. 2) eine vorbestimmte Schmierölmenge. Mit dem Gehäuse 3 ist über dessen
Anschlußflansch ein Heizzylinder 4 mittels Spannschrauben befestigt, in dem ein
Paar Schrauben 5 und 6 miteinander angeordnet sind und jeweils mit der Eingangsantriebswelle
1 bzw. der mitgenommenen Antriebswelle 2 verbunden sind.
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Die Antriebskraft der Wellen 1 und 2 wird somit auf die Schrauben
5 und 6 übertragen, so daß eine von diesen mit einer geringen Verzögerung in Bezug
auf die andere aufgrund der Rotationsdifferenz zwischen der Antriebswelle 1 und
2, wie vorstehend beschrieben, gedreht wird.
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Die in dem Heizzylinder 4 gebildeten Bohrungen weisen in Verbindung
miteinander einen brillenförmigen Querschnitt auf, wie sich aus Fig. 3 ersehen läßt,
und die Schrauben 5 und 6 sind einzeln jeweils in einer Bohrung angeordnet. Eine
Heizvorrichtung 7 ist um die Außenfläche des Heizzylinders 4 herum an dessen Endteil
gegenüber dem Gehäuse 3 angeordnet. Der Zylinder 4 weist einen Endflansch auf, an
dem ein anderer Zylinder 8 befestigt ist. Es ist ersichtlic, daß der Zylinder 8
eine Belüftungsöffnung 8-1 und eine Auslaßöffnung 8-2 aufweist, die darin an einem
Zwischenteil der Längsausdehnung des Zylinders 8 gebildet sind und im wesentlichen
in senkrechter Richtung zueinander ausgerichtet sind und einander gegenüberliegen
(siehe Fig. 2). Die Auslaßöffnung 8-2 ist mit einem Führungszylinder 9 und einem
Wärmebeibehaltungszylinder 10 versehen. Der Zylinder 8 ist ferner mit einer Heizeinrichtung
11 zur Aufrechterhaltung der Temperatur an einem Endteil angrenzend an den Heizzylinder
4 versehen. In den Bohrungen des Zylinders 8 sind eine Wärmeisolierung 8-3, ein
Paar Lager 12 mit öldichtungen 13 zur Festlegung des Abstands zwischen den gepaarten
Schrauben und ein Paar Axialdruck-Lager#p#latten 14 angeordnet. Um jede Axialdruck-Lagerplatte
14 herum ist ein Axiallager 15 angeordnet, das mit
einem#Führungselement
16 in Berührung steht, dessen Endplatte an den Enden jeweils der Schraube 5 bzw.
6 befestigt ist. Zwischen der inneren Endfläche des Führungselements 16 und dem
abgesetzten Teil, der an jeder Schraube 5 und 6 an den freien Endteilen gebildet
ist, sind verschiedene Sätze Einstellplatten 18 zur Einstellung der Vermischung-Verknetung
und des Schmelzens des Harzes ortsfest montiert, wie im folgenden beschrieben wird.
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Der Zylinder 8 ist durch einen Deckel 18 abgeschlossen.
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Die folgenden Ausführungen beziehen sich auf die Figuren 1 und 4.
Jede der Schrauben 5 und 6 besteht aus einem Zufuhrabschnitt F und einem Ausstoßabschnitt
D. Der Zufuhrabschnitt F ist in eine erste Zufuhrzone F1 mit einer Förderschnecke
bzw. -winde 5-1 oder 6-1 und in eine zweite Förderzone F2 mit doppelter Förderschnecke
mit einem etwas größeren Gang als bei der Schnecke der ersten Förderzone F1 eingeteilt.
Jede der Schrauben 5 und 6 ist ferner mit einer oder mehreren entgegengesetzten
Windungen 5-2 (6-2), mit verbreiterten Teilen 5-3 (6-3) am Endteil der Schraube,
die zur Einengung dienen, und mit einem geneigten Teil 5-4 (6-4) im Förderabschnitt
versehen. Der Ausstoßabschnitt besteht aus Förderschnecken 5-5 (6-5), einer Ausstoßschnecke
5-6 (6-b) und einer Rückführungsschnecke 5-7 (6-7). Der Zylinder 8 ist mit einer
abgeschrägten Oberfläche 8-5 an seinen Bohrungen gegenüber den an den Schrauben
5 und 6 gebildeten abgeschrägten Teilen 5-4 und 6-4 versehen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit obigem Aufbau arbeitet wie folgt:
Eine vorbestimmte Menge eines vermischten Materials wird in den Heizzylinder 4 durch
einen daran befestigten Trichter 20 eingegeben, mittels der nebeneinander angeordneten
Schrauben 5 und 6 einem Schmelz- und Vermischungs-Verknetungsabschnitt des Zylinders
4 zugeführt und durch das Heizelement 7 vorgeheizt. Da die Schrauben 5 und 6 in
entgegengesetzten Richtungen aufeinanderzu
gedreht werden, wie
durch Pfeile in Fig. 3 angedeutet, wird deutlich, daß die Schnecken bzw. Windungen
wie beispielsweise 5-1 und 6-1, die jeweils in den Schrauben 5 und 6 gebildet sind,
umgekehrte Gestalt bei willkürlich gewählten Abmessungen unabhängig voneinander
aufweisen. Die invertierten Schnekken 5-2 und 6-2, die in der Nähe der Förderschnecken
5-1 und 5-2 angeordnet sind, dienen dazu, einen Widerstand-für die Bewegung des
Materials zu bilden, so daß ein sehr kompliziertes Flußverhalten des Materials erzielt
werden kann, um dadurch die Vermischung-Verknetung des Materials zu verbessern.
Wenn das Plastik-Rohmaterial und das Füllermaterial miteinander bei verschiedenen
Mischungsverhältnissen vermischt und verknetet werden sollen oder wenn die Art des
Plastik-Rohmaterials und (oder) des Füllermaterials geändert werden soll, so ist
es erforderlich, eine Schraubenanordnung zu verwenden, die an das verwendete Mischungsverhältnis
bzw. die ausgewählte Vielfaltigkeit des Plastik- und (oder) Füllermaterials angepaßt
ist. Dies bedeutet, daß die Schraube in Abhängigkeit von dem Mischungsverhältnis
und der Art der-verarbeiteten Materialien ausgetauscht werden soll, was natürlich
unter dem Gesichtspunkt der Herstellung und der Wirtschaftlichkeit unerwünscht ist.
Zur Vermeidung dieser Schwierigkeit werden gemäß der Erfindung die austauschbaren
Einstellplatten 18 eingesetzt, die vorstehend beschrieben wurden. Im einzelnen ist
zu betonen, daß die Beziehungen bezüglich Dimensionen und Anordnung zwischen den
Förderschnecken 5-1 oder 6-1 und den invertierten Schnecken 5-2 oder 6-2 so ausgelegt
sind, daß sie bei jedem möglichen Mischungsverhältnis und bei allen Materialarten
angewendet werden können. Durch Austausch der Einstellplatten 18 mit verschiedener
Dicke abhängig von dem Mischungsverhältnis und der verwendeten Materialart wird
der Spalt zwischen der an dem Einlaßteil des Zylinders 8 gebildeten~ abgeschrägten
Fläche 8-5 und der geneigten Oberfläche 5-4 oder 6-4, die an den Schrauben 5 und
6 bei den Einengungsteilen 5-3 und 6-3 gebildet wird, so eingestellt, daß der Spalt
vergrößert oder verkleinert wird, wodurch sich der durch die invertierten Schnecken
5-2 und 6-2 ausgeübte Widerstand ändert, um den beabsichtigten Schmelz- und Vermischungs-Knetvorgang
zu erreichen.
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Mit einer derartigen Anordnung ist es unnötig, die Schrauben selbst
in Übereinstimmung mit dem verwendeten Mischungsverhältnis bzw. mit der Materialart
zu wählen bzw. auszutauschen.
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Das somit ausreichend geschmolzene und vermischte bzw. verknetete
zusammengesetzte Plastikmaterial wird weiter in Richtung auf die Endteile der Schrauben
5 und 6 mittels der Förderschnekken 5-5 und 6-5 geführt, um die Ausstoßöffnung 8-2
zu erreichen.
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Um einen Materialüberschuß hinter der Belüftungsöffnung 8-1 und der
Ausstoßöffnung 8-2 zu verhindern, ist in den Schraubt 5 und 6 an deren Endteilen
jeweils eine Rückführschnecke 5-7 bzw. 6-7 gebildet. Diese Rückführschnecken 5-7
und 6-7 sind jeweils mit den Förderschnecken 5-5 und 6-5 verbunden, und zwar an
der Stelle der Entlüftungsöffnung 8-1 bzw. der Ausstoßöffnung 8-2, um die Ausstoßschnecken
5-6 und 6-6 zu bilden. Das behandelte Material kann somit aus der öffnung 8-2 durch
den Führungszylinder und den Wärmebeibehaltungszylinder 10 als verarbeitetes zusammengesetztes
Plastikmaterial austreten, während Feuchtigkeit oder in den eingegebenen Materialien
enthaltene Gase durch die Entlüftungsöffnung 8-1 abgelassen werden.
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Allgemein sind zur Erzeugung eines zusammengesetzten Plastikmaterials
die folgenden Erfordernisse gegeben: 1. Die behandelte Menge (eingegebene Menge)
des Materials soll konstant und beständig sein; 2. es muß eine gute Verschmelzung
und Vermischung-Knetung durchgeführt werden; und 3. es muß eine gute Entgasung gewährleistet
sein.
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Keines dieser Erfordernisse kann vernachlässigt werden. Die erfindungsgemäße
Vorrichtung kann allen diesen Erfordernissen gerecht werden.
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Zu dem Erfordernis (1) der Konstanz der verarbeiteten Menge ist zu
sagen, daß ein Aufbau mit einzelner Schraube diese Bedingung nicht in zufriedenstellender
Weise erfüllen kann, aufgrund der Tatsache, daß das Füllermaterial in den meisten
Fällen pulverförmig ist. Es leuchtet ein, daß die Schraubenpaaranordnung die besten
Ergebnisse bringt. Selbst im Falle einer Schraubenpaaranordnung wird die Stabilität
der behandelten Menge häufig durch Aufwallungserscheinungen gestört, die von während
des Schmelzprozesses erzeugten Gasen verursacht werden. Gemäß der Erfindung wird
zur Vermeidung derartiger unerwünschter Erscheinungen die Zufuhrschnecke bzw. der
Gang der Schraubenwindung der Schraube 5 oder 6 im Zufuhrabschnitt F geändert, wie
vorstehend beschrieben. Insbesondere wird der Steigungswinkel der Schnecke, der
zwei oder drei Gänge der zweiten Förderzone F2 umfaßt, größer gewählt als der der
Schnecke in der ersten Förderzone F1. Mit einer derartigen Anordnung wird die Fördergeschwindigkeit
des Materials in der Zone F2 vergrößert, wobei die Dichte des Materials entsprechend
reduziert wird, wodurch die während des Schmelzens erzeugten Gase leicht abgelassen
werden können, um das Auftreten der Aufwallungserschein#ung zu verhindern und eine
stabilisierte Behandlung zu gewährleisten. Zusätzlich wird die Hitzeerzeugung, die
sonst aufgrund der Erzeugung von Reibungswärme durch die Schraubenpaaranordnung
besonders bedeutend ist, verhindert, wodurch eine sonst erforderliche Kühleinrichtung
fortfallen kann.
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Ferner kann das Erfordernis (2) der besseren Verschmelzung und des
besseren Vermischungs-Knetvorganges ebenfalls durch die Erfindung erfüllt werden,
und zwar aufgrund der vorgesehenen umgekehrten Schnecken 5-2 und 6-2 am Vermischungs-
und Knetabschnitt der Schraube in Verbindung mit den Einengungsteilen 5-3 und 6-3,
die an den Enden der umgekehrten Schnecken angeordnet sind, durch die Einstellung
der Längs stellungen der Schrauben mittels der Einstellplatte 18 mit einfachem Aufbau
sowie durch die leicht verzögerte bzw. langsame Drehbewegung einer der Schrauben
in Bezug auf die andere. All diese Eigenschaften ermöglichen einen
Schmel#-
und Mischvorgang mit besten Ergebnissen für viele Arten von zusammengesetztem Plastikmaterial
unter Verwendung eines und desselben Schraubensatzes.
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Bezüglich des Erfordernisses (3) der besseren Entgasung ist zu sagen,
daß auch diese durch die Erfindung gewährleistet ist, und zwar aufgrund einer solchen
Anordnung, daß die Steigungswinkel der Zufuhrschnecken 5-5 und 6-5 groß gewählt
werden, um die Behandlung des geschmolzenen und vermischten Materials zu fördern.
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Aufgrund dieser Eigenschaft wird das Material ferner direkt durchgerührt,
um eine gute Entgasung des geschmolzenen Materials zu ermöglichen, und die so erzeugten
Gase können leicht durch die Entgasungsöffnung 8-1 abgelassen werden. Auf diese
Weise kann eine praktisch perfekte Entgasung durchgeführt werden.
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Das Schmieröl für die Lager oder ähnliche Elemente sollte vorzugsweise
hitzebeständig sein und in abgedichteter Weise in der Kammer 8-4 der Abdeckung 19
enthalten sein.
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Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß die erfindungsgemäße
Vorrichtung im Gegensatz zu dem herkömmlichen Zwei-Schraubentyp des Schrauben zylinders
das Auftreten von Aufwallungserscheinungen bei extrem vereinfachtem Aufbau direkt
verhindern kann. Ferner kann aufgrund der einzigartigen Anordnung der verschiedenen
Windungen bzw. Schnecken der Schrauben, d.h. zwei Zufuhrabschnitte mit verschiedenen
Zufuhrwindungen und die vorgesehenen invertierten Schnecken, die Einengungen und
die abgeschrägten Teile zur Bildung eines einstellbaren Spaltes sowie die Ausstoßschnecken,
eine Stabilisierung der behandelten Menge und eine intensivere bzw. verbesserte
Vermischung und Schmelzung erzielt werden, wobei gleichzeitig ein guter Entgasungseffekt
auftritt, ohne daß irgendeine Kühlvorrichtung erforderlich ist.
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Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die Herstellung von Forlllteilen,
die notwendigerweise unter Verwendung von zusammengesetzten
Materialien
erzeugt werden, bisher abhängig war von der Lieferung durch Rohmaterialhersteller
zu hohen Kosten, wird der durch die Erfindung ermöglichte Fortschritt deutlich,
der die selbständige Herstellung von Formteilen zur Zubereitung gewünschter zusammengesetzter
Plastikmaterialien bei niedrigen Kosten auf eine sehr einiache Weise ermöglicht
und dadurch letztlich die Kosten für Formteile reduziert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
kann ferner zur Untersuchung und Entwicklung von möglichen zusammengesetzten Plastikmaterialien
verwendet werden.
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Ferner kann die Erfindung bei der Verwertung von Industrieabfällen
wie bei der Entwicklung von zusammengesetzten Plastikmaterialien mit Feuerbeständigkeit
angewendet werden, für die auf dem Gebiet der Elektrotechnik, Automobiltechnik und
in der Bauindustrie eine immer größere Nachfrage besteht.