DE2648348A1

DE2648348A1 - Foerderschneckeneinrichtung einer formmaschine fuer plastifizierbare massen, insbesondere kunststoff oder gummi

Info

Publication number: DE2648348A1
Application number: DE19762648348
Authority: DE
Inventors: Freidrich Dr Sc Techn Laomer; Bernhard Roth
Original assignee: Maschinenfabrik und Giesserei Netstal AG
Current assignee: Netstal Maschinen AG
Priority date: 1975-11-05
Filing date: 1976-10-26
Publication date: 1977-05-18
Also published as: FR2330526A1; IT1068928B; GB1564340A; NL7611949A; US4106113A; CH592515A5; JPS5278262A

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Förderschneckeneinrichtung mit Mischvorrichtung einer formmaschine für plastifizierbare Massen, insbesondere Kunststoff oder Gummi. Die in solchen Maschinen zur Verarbeitung gelangenden Massen werden vielfach erst während ihrer Förderung durch die Schnecke plastifiziert oder unmittelbar vor Zuführung zur Schnecke mit JFarb- oder andern Zuschlagstoffen versehen. Meist genügt die Förderwirkung der Schnecke nicht, um eine einwandfreie Durchmischung bzw. Homogenisierung z.B. bezüglich lemperaturverteilung, Schmelzgrad und Materialverteilung der Masse zu bewirken. So ist es z.B. bei Kunststoff-Sprit zgiessmaschinen bekannt, das Aufschmelzen der zu formenden Kunststoffmasse in einem Plastifizieraggregat vorzunehmen, das im wesentlichen aus einem Zylinder und der darin liegenden Schnecke besteht. Während der sogenannten Dosierphase fördert die Schnecke durch Drehung

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die Formmasse in das vor ihr liegende Zylindervolumen, den sogenannten Schneckenvorraum. Gleichzeitig wird die Schnecke vom geförderten Material nach hinten verdrängt, sodass sich der Schneckenvorraum entsprechend der plastifizierten Masse laufend vergrössert. Die zum Aufschmelzen der Masse erforderliche Wärme wird einerseits durch Beheizen des Plastifizierzylinders, anderseits durch Reibung in der Masse selbst aufgebracht. Sobald das für das Formteil erforderliche Massevolumen plastifiziert ist, beginnt die sogenannte Einspritzphase. Die Schnekke bewegt sich dabei axial nach vorn und drückt die Kunststoffmasse vom Schneckenraum in den Werkzeughohlraum.Das Zurückströmen der Masse wird dabei üblicherweise durch eine sogenannte Rückstromsperre verhindert. Es ist aber auch möglich, das Einspritzen ohne Rückstromsperre durchzuführen. Es ist bekannt, dass mit dem beschriebenen, bisher üblichen Plastifizieraggregat die Aufgabe des Mischens nur ungenügend erfüllt werden kann. Die Folge davon sind inhomogene Eemperaturverteilung und inhomogene Verteilung von Färb- und Zuschlagstoffen. So ist es z.B. mit dem Plastifizieraggregat herkömmlicher Art nicht möglich, durch Zuführen von Flüssigfarbe zu naturfarbenem Kunststoffgranulat hochwertige Formteile mit einwandfreier Farbverteilung herzustellen. Auch bei Trockeneinfärbung und Masterbatcheinfärbung ergeben sich Mangel der Einfärbequalität, die bei dünnwandigen Formteilen des Einfärben im Plastifizieraggregat verunmöglichen können.

Zur Verbesserung der Mischwirkung sind bisher Scher- und Mischvorrichtungen vorgeschlagen worden, die auf dem Schneckenumfang angeordnet sind. Als Nachteil dieser Vorrichtungen ist insbesondere das Auftreten von Reibungswärme zu nennen, wodureh eine Schädigung thermisch empfindlicher Massen eintreten kann. Weitere Nachteile sind die komplizierte Form und die Vergrösserung der Schneckenbaulänge. Es zeigt sich auch, dass die Reinigung dieser Mischvorrichtungen bei Farbwechsel grosse Abfallmengen von Kunststoffmasse ergeben oder sogar den

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Ausbau der Schnecke erfordern. Bs zeigt sich ausserdem, dass es Anwendungsfälle gibt, bei denen eine noch bessere Homogenisierung der Kunststoffmasse erforderlich ist, als dies mit aussen liegenden Scherteilen erreicht werden kann. Dies gilt insbesondere für das Einfärben dünnwandiger Formteile und das Einfärben von Eormteilen mit Plüssigfarbe.

Ein weiterer Versuch, bessere Durchmischung zu erreichen, ist der Mischkopf, wie er z.B. im US-Patent ITr. 3.785.620 beschrieben wird. Der Mischkopf enthält sogenannte statische Mischelemente. Sie sind dadurch gekennzeichnet, dass sie ohne bewegte Teile arbeiten und die durchströmende Masse in Schichten aufteilen, die durch die Porm der Mischelemente so gegeneinander verschoben werden, dass eine Mischwirkung eintritt. Diese bekannten Mischköpfe werden am Einspritzende des Plastifizierzylinders befestigt, sodass beim Einspritzvorgang die plastifizierte Masse zunächst durch die statischen Mischelemente und anschliessend in den Werkzeughohlraum strömt. Dabei muss der Mischkopf in kurzer Zeit grosse Durchsatzmengen mischen. Daraus folgt, dass diese Mischvorrichtungen grosse Querschnitte aufweisen müssen, um den zusätzlichen Druckabfall in den Mischelementen, der die Einspritzleistung der Maschine beeinträchtigt, möglichst klein zu halten. Dies hat den Nachteil, dass auch die Baulänge gross wird, weil das Verhältnis von Länge zu Durchmesser für die Mischwirkung der statischen Mischelemente massgebend ist. Das beschriebene grosse Mischvolumen erhöht die Yerweilzeit des Kunststoffes im Bereich hoher Temperatur, was zur Schädigung thermisch empfindlicher Massen führt.

Ein weiterer Nachteil des Mischkopfs besteht darin, dass er mit einer Beheizung und einer dazugehörigen Regeleinrichtung ausgerüstet sein muss. Ss war bisher auch nicht möglich, gesteuerte Verschlussdüsen in Verbindung mit diesen bekannten

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Mischeinrichtungen einzusetzen, welche Verschluss düsen die Aufgabe haben, während der Dosierphase den Austritt von Masse aus dem Plastifzieraggregat zu verhindern.

Vergleichbare Probleme treten natürlich auch bei Spritzgiessmaschinen mit S ohne ckenplas t if i zierung und Kolbeneinspritzung auf, bei denen die Schnecke die Masse plastifiziert und in einen Einspritzzylinder fördert. Αία Ende der Dosierphase drückt ein Einspritzkolben die Masse aus dem Einspritzzylinder in den We rkzeughohlraum.

Analoges gilt für Schnecken-Extruder und zwar sawohl für sogenannte Schmelze-Extruder, bei welchen die Formmasse bereits in aufgeschmolzenem Zustand der Schnecke zugeführt wird, als auch für Plastifizier-Extruder, bei welchen, wie bei Spritzgiessmaschinen, die Masse erst im Schneckenzylinder plastifiziert wird.

Der vorliegenden Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, eine lördersehneckeneinrichtung einer Maschine der genannten Art zu schaffen, deren Mischvorrichtung die vorstehend genannten STachteile zu vermeiden gestattet und eine Homogenisierung der Masse gewährleistet, die auch in schwierigen Fällen den Anforderungen genügt. Zu diesem Zweck ist die erfindungsgemässe Einrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Mischvorrichtung innerhalb eines von der Schnecke getragenen Massedurchlassteils statische Mischelemente aufweist.

Der Massedurchlassteil kann ein Teil der Schnecke selbst oder ein in diese eingesetzter bzw. an deren Kopfende angesetzter Durchlassteil sein, dessen die Mischelemente enthaltender Innenraum zu- und abströmseitig mit den entsprechenden Zylinderräumen in Verbindung steht.

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Dank der erfindungsgemässen Ausbildung wird der die Mischelemente enthaltende Durchlass nicht durch die Zylinderwand begrenzt, und die den Durchlassteil durchströmende Masse wird ausschliesslich durch Aufteilung in Teilströme und Ineinanderfuhren dieser Teilströme, nicht aber durch Rühr- bzw. Scherwirkung zwischen Zylinderwand und Mischelementen,durchmischt; die Drehbewegung des Durchlassteils begünstigt die Aufteilung der Masse in Teilströme, indem z.B. streifenförmige Inhomogenitäten bereits beim Eintritt in den Durchlassteil unterteilt werden. Eine Wärmeabgabe der Masse an unbeheizte Zylinderteile ist unmöglich, sodass auch keine eine solche Abgabe kompensierende, z.B. bei den bekannten fest eingebauten Mischköpfen vorhandene Zusatzheizung, erforderlich ist. Anderseits ist auch örtliches Ueberhitzen der Masse durch Reibung mit ortsfesten Teilen unmöglich. Da die erfindungsgemäss ausgebildete Mischvorrichtung im Falle einer Spritzgiessmaschine während "der Dosierphase durchströmt wird, ergeben sich, im Gegensatz zu den bekannten fest eingebauten Mischköpfen, stets relativ niedrige Durchsatzgeschwindigkeiten und damit relativ hohe zum Mischen und Homogenisieren zur Verfügung stehende Verweilzeiten der Masse in der Mischvorrichtung} grosse Mischquersehnitte bzw. Baulängen der Mischvorrichtung sind somit nicht erforderlich.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung beispielsweise beschrieben. In der Zeichnung zeigt:

Pig. 1 im Axialschnitt eine in ihrem Zylinder geführte !Förderschnecke, in die ein mit statischen Mischelementen bestückter Durchlassteil eingesetzt ist,

Pig. 2 im Axialschnitt analog Pig. 1 ein Beispiel mit am Schneckenkopf befestigtem Durchlassteil,

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Fig. 3 im Axialschnitt ein mit Rückstromsperre kombiniertes Beispiel, und

Mg. 4 eine Variante zu Fig. 3.

In Pig. 1 ist 1 der Zylinder einer Förderschneckeneinrichtung einer Formmaschine für plastifizierbare Massen} es kann sich dabei, wie gesagt, um eine Spritzgiessmaschine oder einen Extruder handeln} die in Pfeilrichtung a fördernde Schnecke ist mit 2 bezeichnet. Zwischen zwei Schneckenabschnitten ist ein mit diesen koaxial undjfest verbundener Durchlassteil 4 angeordnet (es versteht sich, dass auch mehrere, je zwischen zwei Schneckenabschnitte eingesetzte Durchlassteile 4 vorgesehen sein könnten). Der mit geringem Spiel 6 im Zylinder 1 liegende zylindrische Durchlassteil 4 ist am Aussenumfang mit einer schraubenlinienförmigen Nut 7 versehen} der Ringspalt 6 hat die Aufgabe, den Durchlassteil 4 gegenüber der Zylinderwand soweit abzudichten, dass nur gerade soviel Masse durchtreten kann, als zur ständigen Reinigung bzw. Durchspülung des das freie Drehen des Durchlassteils 4 mit der Schnecke 2 ermöglichenden Spaltes 6 erforderlich ist; die Uut 7 unterstützt diese Reinigungswirkung, könnte in gewissen Fällen aber auch weggelassen sein. Der zur Schnecke 2 koaxiale Innenraum des Durchlassteils 4 ist mit nicht näher dargestellten, an sich bekannten Mischelementen 4a bestückt und steht einlassseitig durch Kanäle 3 und auslassseitig durch Kanäle 5 in den entsprechenden Schneckenabschnitten mit den zugeordneten Zylinderräumen vor bzw. hinter dem Durchlassteil 4 in Verbindung. Bei rotierender Schnecke 2 gelangt die von ihr geförderte plastifizierte und eventuell Färb- oder andere Zuschlagstoffe enthaltende Masse durch die Kanäle 3 in den Innenraum des Durchlassteils 4, wo dieser Massestrom durch die statischen Mischelemente 4a in viele Schichten aufgeteilt wird, die durc-h die Form der Mischelemente gegeneinander verschoben und wieder zusammengeführt werden, was ein einwandfreies Mischen und Ho-

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mogenisieren der Masse zur Folge hat; die Masse verlässt dann den Durchlassteil 4 durch die Kanäle 5 und wird vom vorderen Schneckenabschnitt weiter befördert, sei es in einen Dosierraum zwecks nachfolgendem Einspritzen in eine Form, sei es zur direkten Äusformung der Masse durch ein Extruderwerkzeug.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist der in seinem Innenraum mit statischen Mischelementen 4a bestückte Durchlassteil 4 am Kopfende der Schnecke 2 befestigt. Auch hier ist ein relativ enger Dichtungsspalt 6 zwischen Durchlassteil 4 und Zylinderwand vorgesehen, sodass praktisch die ganze von der Schnecke 2 geförderte Masse durch die Kanäle 3 in den Innenraum des Durchlassteils 4 gelangt, von wo sie direkt durch den sich konisch erweiternden Auslassteil dieses Innenraums in den vor der Schnecke liegenden Zylinderraum gelangt.

Ein Ausführungsbeispiel für einen als Mischvorrichtung mit Rückstromsperre ausgebildeten Schneckenkopf einer Spritzgiessmaschine zeigt Fig. 3. Durch radiale Oeffnungen 3 strömt die Masse in das Innere eines hohlen Trägers 8, der die Mischelemente 4a enthält. Der Träger 8 ist anstelle einer Standard-Schneckenspitze koaxial in die Schnecke 2 eingeschraubt. Die Mischelemente 4a sind im Träger 8 durch eine auf diesen aufgeschraubte Kappe 9 gehalten. Die Kappe 9 enthält Kanäle 5, die den Austritt der homogenisierten Masse aus der Mischvorrichtung ermöglichen. Die Masse wirä so geführt, dass keine Toträume für die Strömung auftreten und somit eine thermische Schädigung der Masse ausgeschlossen ist.

Auf dem Träger 8 ist eine Rückstromsperre 10 axial beweglich montiert. Die Abdichtung erfolgt durch die Spalte 6 und 11. Zusätzliche Dichtwirkung kann durch Auflage der Flächen 12 und 13 erreicht werden. In Fig. 3 ist die Ruckstromsperre 10 in geöffnetem Zustand gezeichnet. Sie wird durch die Kappe 9 gehalten. Beim Einspritzvorgang verschiebt sich die Rückstrom-

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sperre 10 nach hinten, sodass die Dichtflächen 14 und 15 aufeinander zu liegen kommen und das Zurückströmen der Masse verhindern.

Ein weiteres Ausführungs"beispiel für eine Spritzgiessmas chine zeigt 5¹Ig. 4. Auch hier ist die Mischvorrichtung mit der Rückstromsperre kombiniert. Die Masse strömt durch radiale Oeffnungen 3 in den Innenraum eines Irägers 16. Bine Halterung 17» 18 und 19 für die Mischelemente 4a ist im !rager 16 axial verschiebbar angeordnet. Während der Dosierphase strömt die Masse durch die Mischelemente 4a und drückt dabei die Halterung 17, 18 und 19 gegen die Kappe 21. Die Masse tritt durch die Oeffnungen 22 und 5 wieder aus der Mischvorrichtung aus. Die Führung der Masse erfolgt auch in diesem Beispiel so, dass keine Eoträume für die Strömung auftreten und somit eine thermische Schädigung der Masse ausgeschlossen ist. Fig. 4 zeigt die als Rückstromsperre arbeitende Halterung 17» 18, 19 in geöffneter Stellung während der Dosierphase. Beim Einspritzen wird die Halterung 17, 18, 19 mit den Mischelementen 4a nach hinten verschoben, sodass die Dichtflächen 23 und 24 aufeinander zu liegen kommen. Dadurch wird das Rückströmen der Masse verhindert. Das Oeffnen der Rückstromsperre erfolgt durch die Wirkung des Dosierdruckes auf die Ringfläche 25.

- Patentansprüche -

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Claims

unsere Akte S 76 463

PAIE IT TA 1Ϊ SPRUEOHE

/ 1. Förderschneckeneinrichtung mit Mischvorrichtung einer Formv /maschine für plastifizierbare Massen, insbesondere Kunststoff oder Gummi, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischvorrichtung innerhalb eines von der Schnecke getragenen Massedurchlassteils statische Mischelemente aufweist.
2. Pörderschneckeneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchlassteil (4) einen mit den statischen Mischelementen (4a) bestückten, zur Schneckenaxe koaxialen Innenraum aufweist, der über ein- und auslassseitige Oeffnungen die Durchflussverbindung zwischen den beidseits des Durchlass teils liegenden Zylinderräumen bildet.
3. Förderschneckeneinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Durchlassteils zwischen Schnekkenzylinder (1) und Mischvorrichtung ein Dichtspalt (6) vorhanden ist.
4. Förderschneckeneinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchlassteil (4) drehfest mit der Schnecke (2) verbunden ist.
5. Mörderschneckeneinriehtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass die den Dichtspalt (-6) radial innen begrenzende Wand der Mischvorrichtung eine schraubenlinienförmige Reinigungsnut (7) aufweist.

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6. Förderschnecken^inrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischvorrichtung mit einer Rückstromsperre kombiniert ist, die einen von der Schnecke (2) getragenen axial begrenzt beweglichen Teil (10 bzw. 17, 18, 19) aufweist.
7. lörderschneckeneinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchlassteil (4) ein drehfest mit der Schnecke verbundener Hohlträger (8) ist, auf welchem ein zwischen Anschlagflächen axial beweglicher Sperring (10) angeordnet ist, wobei die im frontseitig offenen Hohlträger (8) angeordneten Mischelemente (4a) durch eine die Schneckenspitze bildende, auf den Hohlträger aufgeschraubte Kappe (9) in ihrer lage gesichert sind.
8. S¹ orders ohneckeneinri chtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchlassteil (4) selbst als Sperring (17j 18, 19) ausgebildet und im zur Schneckenaxe koaxialen Hohlraum eines mit der Schnecke (2) drehfest verbundenen Hohlträgers (16) zwischen Anschlagflächen axial beweglich ist, wobei eine als Schneckenspitze ausgebildete, auf den frontseitig offenen Hohlträger aufgeschraubte Kappe (21) den vorderen Anschlag des Sperrings bildet.

(H. Schmitt) Patentanwalt

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