DE2814285A1

DE2814285A1 - Plastifiziersystem zur verarbeitung von plastischen massen fuer spritzgussmaschinen sowie extruder

Info

Publication number: DE2814285A1
Application number: DE19782814285
Authority: DE
Inventors: Erkenbert Wehner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-04-03
Filing date: 1978-04-03
Publication date: 1979-10-18

Description

Plastifiziersystem zur Verarbeitung von p3astischen Massen
für Spritzgußmaschinen sowie Extruder.
Die Erfindung betrifft ein Plastifiziersystem, mit einer Flügelzejlenfördereinrichtung zum fördern des Granulates und einem Mischkörper umgeben von einem Zylinder, der Spritzvorgang erfolgt durch einen Kolben.
Bei bekannten Systemen dieser Art, übernehmen vorwiegend rotierende Schnecken den Fördervorgang und damit die Plastifizierung des Rohstoffes (Granulates), der Spritzvorgang erfolgt über die Schnecke, die durch eine Rückstromsperre eine Kolbenfunktion übernimmt.
Die dadurch entstehende Mängel sind folgende: Beim Extruder, sowie bei Spritzgußmasch., rotiert die Schnecke in einem Zylinder, es entsteht Reibung zwischen Rohstoff Zylinderwand und Schnecke durch Scherwirkung, diese Reibung bezieht sich auf die Länge der Schnecke und ist abhängig vom zu verarbeitenden Rohstoff. Während des Fördervorganges schwimmt die Schnecke, die Reibung wirkt also vom Rohstoff auf die Zylinderwand und vom Rohstoff auf die Schnecke, dadurch entsteht ein Verschleiß der Schnecke sowie der Zylinder wand, wiederum abhängig vom Rohstoff.
Reibung erzeugt Wärme, durch die Reibungswärme entsteht ein Temperaturfaktor, der eine genaue Steuerung der Heiztemperatur ausschließt.
Bei der Rotation führt die Schnecke einen Hub aus, dieser Hub hat zur Folge, daß dem ständig geförderten Rohstoff eine immer kleiner werdende Heizzone zur Verfügung steht.
Am Ende des Schneckenhubes hat die inzwischen plastisch gewordene Masse nicht die gleiche Temperatur wie am Anfang Dadurch kann am Ende des Spritzvorganges ein verfrühtes abkühlen der noch plastischen Ma#sse in den beiden Formhälften eintreten und ein vollkommenes ausspritzen des Formvolumens ist damit nicht gewährleistet.
Beim Spritzvorgang, wirkt die Schnecke durch die Rückstromsperre als Kolben, sie schwimmt nicht mehr, hinter der Rückstromsperre kein Druckaufbau.
Es entsteht nun Reibung während des Schneckenhubes (Spritzvorganges) zwischen Teilbereichen der Schneckenaußenkontur und Zylinderwand, sowie zwischen Rückstromsperre und Zylin derwand und Schaft, Zylinderwand.
Die Schnecke wird praktisch durch die Rückstromsperre und die Ausbildung des Schaftes, beide Positionen haben ein geringes Toleranzfeld (Schiebesitz) getragen.
Die Länge der Schnecke, zwischen Rückstromsperre und Schaft, stimmt mit der Mittellinie des Zylinders nicht loo% überein die zwei Führungsflächen können dies nicht gewährleisten.
Deshalb wird von Teilbereichen Schneckenaußenkontur das Toleranzfeld Schnecke, Zylinder unterschritten und es kommt zu einer Berührung zwischen beiden Positionen und damit Reibung.
Hohe Reibwerte haben einen Teileverschleiß, sowie Energieverluste zur Folge.
Weiterhin: beim Plastifizieren des Granulates (Rohstoff) muß die Masse der Schnecke in Rotation versetzt, sowie die Reibwerte, entstanden durch Scherwirkung überlçunden werden und dies erfordert hohe Antriebsleistungen.
Begriff Scherwirkung: während des Plastifiziervorganges wird der Rohstoff, bzw. die inzwischen plastisch gewordene Masse, durch Druckaufbau in den Schneckengängen an die Zylinderwand gedrückt.
Dadurch erfolgt eine Haftung zwischen plastischer Masse und Zylinderwand, durch Rotation und Hubbewegung der Schnecke wird die Lage der Haftung ständig verändert.
Die Drucksäule zwischen Schneckengang und Zylinderwand wird abgeschert.
Außer der hier beschriebenen Schneckenplastifizierung, gibt es noch die Kolbenplastifizierung, welche aber aus wirtschaftlichen Gründen als Alternativvorschlag keine Bedeutung hat.
Ein 1005s Plastifizieren des Rohstoffes ist bei größeren Spritzvolumen durch schlechte Wärmezuführung und ungünstige Mischverhältnisse nicht möglich.
Zusammenfassung: Mängel Energieverluste durch hohe Reibwerte, beim Spritzvorgang sowie beim Fördervorgang.
Keine genaue Steuerung der Plastifiziertemperatur, durch unkontrollierbare Reibungswärme, entstanden durch Scherwirkung, im Inneren des Zylinders während des Fördervorganges.
Um eine genaue Temperatur zu erreichen, müßte ein ständiger Vergleich, Mantelheizung~ Scherwirkung, Rückstausperre, Schaft, teilbereiche Schneckenaußenkontur= Reibung und somit Wärme stattfinden.
Die entstandenen Wärmewerte im Inneren des Zylinders, sind nicht bekannt und unterliegen durch Verschleiß der Teile einer ständigen Änderung.
Jeder Kunststoff hat einen bestimmten thermoplastischen Temperaturbereich, die Einhaltung eines möglichst kleinen Toleranzfeldes von wenigen Grad Celsius in bezug auf die Plastifiziertemperatur, bedeutet eine max. Qualität des Endproduktes.
Absinken der Plastifiziertemperatur beim fördern des Rohstoffes, bedingt durch Schneckenhub, dem zu plastifizierenden Material steht am Ende des Schneckenhubes eine verkleinerte Heizzone zur Verfügung, dadurch ungleiche Temperatur des Spritzvolumen.
Bei einer wirtschaftlichen Kühlung beider Formhälften, ist eine max. Temperatur der plastischen Masse erforderlich, um ein exaktes ausspritzen der Formkonturen zu gewährleisten.
Hoher Verschleiß: Während des Fördervorganges, Scherwirkung greift Zylinder und Schnecke an (Rohstoffabhängig).
Rückstromsperre rotiert mit Schnecke und führt Hubbewegung aus, Abnutzung zwischen Rückstromsperre und Zylinder.
Teilbereiche Schneckenaußenkontur reiben an der Zylinder wand.
Im Bereich der Pumpzone, höchster Druck der plastisch gewordenen Masse, schwimmt die Schnecke, jedoch im Förderbereich= niederer Druck des Fördermediums kommt es zu einem Anlaufen der Schneckenaußenkontur an der Zylinderwand.
Die Länge der Schnecke unterteilt sich in zwei Bereiche, die Förder bzw. Plastifizierzone und die Pump bzw. Verdichtungszone .
Während des SpritzvorgangesS Abnutzung der Rückstromsperre durch Hubbewegung, Schnecke übernimmt Kolbenfunktion.
Abnutzung der Schneckenaußenkontur, sowie Zylinderinnenwand, durch Hubbewegung der Schnecke, während dieses Vorganges ist der Druck hinter der Rückstromsperre= Atmosphärendruck das Schwimmen der. Schnecke entfällt damit.
Nun liegtdie Aufgabezugrunde:dieReibwerte auf ein Minimum herabzusetzen und dadurch Antriebsenergie einzusparen.
Sowie den Verschleiß der hochbeanspruchten Teile zu mindern.
Eine genaue Steuerung der Plastifiziertemperatur, durch konstante Heizzone, sowie durch Wegfall der hohen Scherwirkung Fördermedium Schnecke zu erreichen.
Diese Aufgaben werden wie folgt gelöst: Die Förderung des Rohstoffes erfolgt über eine Flügelzellenfördereinrichtung Pos. 1,2 und 3, diese Fördereinrichtung ist auf Platte Pos. 4 befestigt.
Das- Mischen des Rohstoffes bis zur Plastifizierung, übernimmt ein fest gelagerter Mischkörper Pos. 5.
Eine Rückstromsperre Pos. 12, steuert den Durchfluß bzw.
Stau des Verarbeitungsmediums vom Förder bzw. Spritzvorgang.
Das Einspritzen in die Form geschieht durch Hubbewegung von Pos. 6, in Verbindung mit Ringfläche durch Kolbenwirkung.
Der Zylinder Pos.11, in Verbindung mit Anlagering Pos.8, sowie Druckring Pos.10 und den Innenteilen Pos.5, 6, 7 und Pos.12 bildet eine Einheit.
Funktion ig. 1 und 2.
Der Rohstoff befindet sich in Behälter Pos.16 und wird über Förderband oder ähnliches nachgefördert.
Von diesem Behälter gelangt der Rohstoff in das Gehäuse des Flügelzellenförderers, die Flügel verbunden mit Rotor Pos.3, nehmen den Rohstoff durch ihre Drehbewegung mit und bewirken damit einen Förderstrom in Richtung Ringkammer bzw. Mischkörper Pos05.
Der Rohstoff geht nach einer gewissen Wegstrecke, erreicht durch Heizung Pos.15 ( elektrisch oder Öl ) in einen plastischen Zustand über.
Die Konturen des Mischkörpers verlaufen in Form von Trapez gewindegängen bis zur Anlage Itückstromsperre.
Der mitt:lerweile plastisch gewordene Rohstoff, wird durch die Gewindegänge in + Richtung gefördert und dadurch gemischt.
Beim erreichen der kreisabschnittförmigen Aussparungen A Fig.2, wird durch den Druck des Fördermediums die Rückstrom~ sperre Pos.12 in Richtung + gedrückt.
Der Weg des Förderstromes führt nun durch die kreisabschnittförmigen Aussparungen "bs', sowie Bohrungen C in die Nuten der Kolbenstangenspitze D.
Zylinderkopf- Verschluß Pos.17 ist während dieses Vorganges geschlossen.
Die Kolbenstange Pos.6 ist so ausgebildet, daß die Ringfläche "E" eine Kolbenfunktion übernimmt und durch den Förderstrom die Kolbenstange sich in - Richtung bewegt.
Dieser Ablauf ist bei Beendigung der Hubstrecke erreicht, der Förderstrom setzt aus.
Jetzt beginnt die Spritzphase der plastischen Masse in die Form.
Pos.17 öffnet, über Kolbenstange Pos.14 und Verbindungsstück Pos.18, erfolgt eine Hubbewegung von Pos.6 in + Richtung und es entsteht durch die Ringfläche E eine Kolbenwirkung.
Nun beginnt ein Druckaufbau des plastischen Materials und Ringfläche E schiebt das plastische Material in + Richtung, durch diesen Vorgang erfolgt eine Druckbeaufschlagung der Rückstromsperre in - Richtung und somit ein absperren des Druckraumes.
Das Einspritzen in die beiden geschlossenen Formhälften, erfolgt über Düse Pos.9, die Spritzphase ist nach dem füllen der Form,sowie nach Beendigung des Nachdruckes und der Kühlzeit abgeschlossen.
Pos.17 schließt, es beginnt ein neuer Förder- Mischvorgang, dabei öffnet Rückstromsperre Pos12 und es erfolgen vorbeschriebene Abläufe.
Vorteile/Nachteile Schneckenprinzip.
Beim Spritzvorgang entstehen Reibwerte durch Ringfläche "E", hingegen beim Schneckenprinzip durch Rückstromsperre und Teilbereiche der Schneckenaußenkontur.
Die Rückstromsperre führt beim öffnen und schließen einen Hub von wenigen mm aus, beim Schneckenprinzip ist der Hub der Rückstromsperre = Schneckenhub, weiterhin wird die Rückstrom~ sperre durch die Rotation der Schnecke in Drehung versetzt, dadurch ein wesentlich höherer Verschleiß.
Beim Förder- Mischvorgang rotiert Pos.3 und Flügel Pos.2.
Das Schneckenprinzip erfordert ein rotieren der Schnecke, dadurch hohe Reibwerte durch Scherwirkung und Werkstoffterührung, die zu bewegende Masse ist größer als beim Rotor-Flügelsystem.
Genauere Temperaturkontrolle, durch Wegfall der Scherwirkung und Reibwerte durch Werkstoffberührung.
Rohstoff bzw. Fördermedium steht gleiche Heizlänge zur Verfügung, durch Schneckenhub Heizlänge unterschiedlich.
Zusammenfassung Vorteile: Weniger Verschleiß sämtlicher Teile durch Reduzierung der Reibwerte, dadurch eine längere Lebensdauer und der Einsatz #von Füllstoffen z.B. Steinmehl kann durch vorgenannte Vorteile eingesetzt werden ohne die Wirtschaftlichkeit des Plastifiziersystems zu gefährden.
Weniger Energieverlußte durch Reduzierung der Reibwerte und geringere zu bewegende Massen.
Genauere Temperierung der plastischen Masse, durch Wegfall bzw. Reduzierung von Temperaturentwicklung im inneren des Zylinders.
Vorgenannte Temperatur entwicklungen sind unkontrollierbar und gehen damit als Unbekannte in die Temperatursteuerung ein.
Genaueste Temperatursteuerung, ermöglicht ein max. erreichen der thermoplastischen Temperatur und damit kürzere Kühlzeiten, dies bedeutet größere Stückzahlen.
Damit verbunden ist eine kürzest mögliche Spritzzeit,dies ist durch die reduzierten Reibwerte möglich.
Das System kann kürzer bauen, Berücksichtigung des Schnecken hubes in bezug auf Heizlänge entfällt.

Claims

Patentansprüche 1.) Plastifiziersystem zur Verarbeitung von plas-tischen Massen, für Spritzgußmaschinen sowie Extruder, dadurch gekennzeichnet, daß Platte Pos.4 eine Einrichtung zur Förderung des Rohstoffes aufnimmt und über den Misch-Plastifizierraum, entstanden durch Mischkörper Pos.5, Zylinder Pos.11 und Zylinderkopf Pos.7 ein Plastifizieren des Rohstoffes erreicht wird, während des Spritzvorganges ist der Misch-Plastifizierraum vom Hubraum getrennt, die Druckerzeugung der plastischen Masse während des Spritzvorganges erfolgt durch das Schließen der Rückstromsperre Pos.

12, die in Zylinder Pos.11 axial beweglich gelagert ist und durch Hubbewegung von Kolbenstange Pos.6, die durch Ringfläche "E" eine Kolbenfunktion übernimmt.
2.) Plastifiziersystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung aus Gehäuse Pos.l und Rotor Pos.3, sowie Flügeln Pos.2 besteht.
3.) Plastifiziersystem nach Anspruch 1; 2 dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Öffnung in Platte Pos.4, sowie in Zylinder Pos.

11, von Ringkammer "G" über die kreisabschnittförmigen Aussparungen "F" eine Verbindung zwischen den Mischkonturen Pos.

und dem Fördergehäuse Pos.1 besteht.
4.> Plastifiziersystem nach Anspruch 1; 2; 3 dadurch gekennzeichnet, daß der Mischkörper Pos.5 mit der Rückstromsperre Pos.12, Zylinderkopf Pos.7, Anschlagring Pos.8, Druckring Pos.lo und Zylinder Pos.11 eine Einheit bildet und in Platte Pos.4 fest gelagert ist #.) Plastifiziersystem nach Anspruch 1; 2; 3; 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstromsperre Pos.12 sich in einem Raum, gebildet durch Mischkörper Pos.5, Zylinderkopf Pos.7 und Zyl. Pos.
11 axial bewegt und die Bohrungen C und kreisabschnittförmigen Aussparungen "B" über die kreisabschnittförmigen Aussparungen "A" eine Verbindung zur Kolbenstangenspitze Pos.6 und damit den Nuten "D" und Ringfläche E herstellen.
Patentansprüche 6. Plastifiziersystem nach Anspruch 1; 2; 3; 4; 5 dadurch gekennzeichnet, daß der Mischkörper Pos.5 von Zylinder Pos.11, über seine Außenkontur Kontaktwärme erhält und der Rohstoff während des Misch-Plastifiziervorganges von innen und außen erwärmt wird.
7.) Plastifiziersystem nach Anspruch 1; 2; 3; 4; 5; 6 dadurch gekennzeichnet, daß durch Umgestaltung von Mischkörper Pos.5, sowie Zylinder Pos.11 und durch Wegfall von Kolbenstange Pos.6 Zylinderkopf Pos.7 und Rückstromsperre Pos.12 dieses System auch in Extrudern eingebaut werden kann.