DE2838516C2 - Mischvorrichtung, insbesondere für Kunststoffverarbeitungsmaschinen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung, insbesondere für Kunststoff-Vernrbeifungsmaschinen, wie z. B. für Spritzgießmaschinen odt-r Extruder, die mit einer lösbaren Maschinendüse an der Materialaustrittsseite am vorderen Ende des Maschinenkopfes und mit einem Mischdorn ausgestattet sind, dessen Mantelfläche mehrere gegeneinander verlaufende, sich mehrmals überschneidende und an den Schnittpunkten Umlenkkeile bildende steilgängige Schraubennuten aufweist, die entweder mit Druckkolben oder mit Förderschnekken den plastifizierten Kunststoff — ggf. über eine Rückstoßsperre und einen Schneckenkopf — in den Stauraum des Maschinenzylinders und von diesem über -»5 die Maschinendüse einer Spritzgießform oder in eine Profildüse eines Extruderkopfes pressen.

Eine derartige Mischvorrichtung ist bekannt.

Insbesondere bei der Verarbeitung von aus mehreren, ggf. unterschiedlichen Komponenten bestehenden Materialien, wie z. B. von nachträglich eingefärbtem Kunststoffgranulat, ist es erforderlich, das in der Regel außerhalb der Verarbeitungsmaschine vorgemischte bzw. gefärbte Material während der Verarbeitung bzw. unmittelbar vor dem Eintritt in das Formwerkzeug nochmals zu vermischen, um insbesondere Farbschlieren oder unterschiedliche Farbnuancen am fertigen Kunststoffteil zu vermeiden.

Zu diesem Zweck ist es bereits bekannt, am Sperring einer eventuell vorhandenen Rückstoßsperre im Be- &o reich seines größeren Durchmessers die Materialdurchlaßnuten gegeneinander schräg gerichtet auszubilden.

Aufgrund der konstruktionsbedingten relativ geringen Breite und der damit nur kurzen Kanalausführung ist jedoch mit derartigen »Mischkanälen« keine ausreichende zusätzliche Vermischung des bereits vollständig plastifizierten Kunststoffmaterials zu erreichen.

Bei einer weiteren bekannten Ausführungsform ist anstelle des Sperringes der Schneckenkopf mit schräg verlaufenden Durchlaßkanälen versehen, die jedoch wiederum, zum einen aufgrund ihrer relativ geringen Länge und andererseits infolge des einseitigen Richtungsverlaufes, ebenfalls keine zusätzliche innige Vermischung des verflüssigten Materials ermöglichen.

Aus den US-Patentschriften 32 39 197 und 39 89 434 sind darüber hinaus Mischeinsätze oder -dornt bekannt, die innerhalb der Maschinenzylinder bzw. zwischen dem Druckkörper (dem Druckkolben oder der Extruderspindel) und der Maschinendüse angeordnet sind und die auf ihrer Oberfläche gegeneinander gerichtete und sich kreuzende Nuten aufweisen.

Durch den relativ großen Abstand zur Material-Austrittsöffnung der Maschine ergibt sich mit diesen bekannten Mischvorrichtungen keine optimale innige Vermischung des Materials, da die Masse nach dem Verlassen der Mischvorrichtung noch eine größere Strecke innerhalb der Maschine unvermischt durchläuft. Hierbei können sich bereits einzelne Materialkomponenten wieder sedimentieren oder ordnen.

Außerdem erfordern diese Mischanlagen eine größere bzw. längere Bauanordnung des Maschinenzylinders, wodurch die Maschinenleistung nachteilig beeinflußt werden kann oder wodurch höhere Arbeitstemperaturen und/oder höhere Arbeitsdrücke erforderlich werden.

Nach DE-OS 22 63 660 ist eine Maschinendüse bekannt, in der ein Siebeinsatz angeordnet ist zur Verhinderung des Verstopfens der Düsenöffnung durch im Material enthaltene feste Fremdkörper. Dieser Siebeinsatz weist ein zentral angeordnetes Rohr auf, das auch dann noch Materialdurchfluß sicherstellen soll, wenn das Sieb insgesamt durch Fremdkörper belegt ist.

Infolge der axialen Siebbohrungen ist hierdurch keine Vermischung der Masse gegeben. Außerdem kann dieser Maschinendüse ein Mischeinsatz, wie er beispielsweise aus der genannten US-PS .'9 89 434 bekannt ist, nur maschinenseitig vorgeschaltet werden. Eine Integration beider Teile ist schon aufgrund des zentralen Rohres nicht möglich. Somit läßt sich auch mit dieser Anordnung keine optimale Materialvermischung erzielen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Mischvorrichtung für Kunststoff-Verarbeitungsmaschinen, besonders für Spritzgießmaschine und für Extruder, zu schaffen, mit deren Hilfe eine verstärkte innige Vermischung des verflüssigten Kunststoffes im Bereich des Maschinenkopfes sicher erfolgt und die ungleichmäßige Farbschichten bzw. farbstoffbedingte Schlierenbil-Hung am fertigen Artikel verhindert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer Mischvorrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches der Mischdorn im wesentlichen vollständig innerhalb der Maschinendüse angeordnet ist.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß mit Hilfe eines derartigen Mischucrnes innerhalb der Maschinendüse der bereits die endgültige Schmelztemperatur aufweisende, vollständig verflüssigte Kunststoff beim Passieren der schraubenförmigen Nuten nochmals mehrfach innig vermischt wird und somit homogener bzw. mit gleichmäßigerer Farbverteilung aus der Maschinendüse austritt.

Aufgrund der sehr steilgängigen Schraubennuten ist der bei der Vermischung entstehende Druckverlust vernachlässigbar gering.

Prinzipiell ist eine derartige zusatzliche Mischvorrichtung in gleicher Weise für Kunststoff-Spritzgießmaschinen und für Extruder, aber auch für alle sonstigen Verarbeitungsmaschinen geeignet, mit denen mittels Druckkolben oder Förderschnecke plastifiziertes, aus verschiedenen Komponenten bestehendes, insbesondere nachträglich mit Pulver eingefärbtes oder mit sonstigen Zusätzen versehenes Material jeglicher Art verarbeitet wird, wenn hierbei eine besonders gleichmäßige und innige Vermischung des Materials vor der endgültigen Verarbeitung, beispielsweise vor dem Einspritzen in eine Form oder vor dem Durchpressen einer Extruderdüse, erforderlich ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Außenumfang des Mischdorns in jeder Drallrichtung zwei bis vier Schraubennuten auf, die sich zwei- bis fünfmal gegenläufig überschneiden.

Die Maschinendüse als Materialaustrittselement des Maschinenkopfes kann entweder einen an die Werkzeugdüse einer Spritzgießform oder eines Extruderkopfes angepaßten Radius oder eine flache, mit Radiaikanälen versehene Stirnseite aufweisen oder anderweitig beliebig gestaltet sein.

Um jedoch zur Erzielung mehrerer Umlenkkeile einen möglichst langen Mischdorn einsetzen zu können, kann die Maschinendüse im Bereich ihrer in die Werkzeugdüse ragenden Außenmantels als relativ langgestreckter Kegelstumpf und im Durchmesser kleiner als die die gleiche Konizität aufweisende Bohrung der Werkzeugdüse ausgebildet sein und an ihrer an der Werkzeugdüse anliegenden Stirnseite mehrere Radialkanäle aufweisen. Dadurch bildet und erhält sich um die Maschinendüse selbst beim fortlaufenden Spritzvorgang ein Materialspalt bzw. eine Zone flüssigen Kunststoffs, der die Maschinendüse bzw. das Material um den Mischdorn nicht vorzeitig abkühlen läßt. Damit diese Kunststoffschicht sicher an der Maschinendüse haften bleibt, kann diese auf der Mantelfläche zusätzlich mit umlaufenden Nuten oder Querkerben versehen sein.

Da die erfindungsgemäße Mischvorrichtung prinzipiell für die zusätzliche Homogenisierung jeglicher relativ flüssiger bis zäher Massen, die mit Kolben- oder Schneckenpressen verarbeitet werden, geeignet ist bzw. ggf. entsprechend modifiziert werden kann, beschränkt sich die Erfindung nicht ausschließlich auf die Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe.

Ebenso ist deren Einsatz z. 3. bei der Extrusion oder beim Pressen von Radiermassen, von Schreibstiftminen, Kreiden u. ä., in gleicher Weise vorteilhaft, wenn hierbei die einzelnen Komponenten während der Verarbeitung bzw. unmittelbar vor der formgebenden Fertigung nochmals innig vermischt werden sollen.

Desgleichen liegt es ebenfalls im Rahmen der Erfindung, den Mischdorn außerhalb der Maschinendüse axial zwischen dieser und der Schnecke bzw. dem Schneckenkopf anzuordnen. Die Anordnung kann beispielsweise innerhalb eines verlängert ausgeführten Zylinderkopfes oder in dem Zylinder vor oder nach dem Stauraum oder innerhalb von diesem, erfolgen.

Alternativ hierzu kann der Mischdorn aber auch innerhalb der Schnecke starr bzw. nur axial beweglich als von der Schnecke durchdrungener, nicht rotierender, Hohlkörper angeordnet bzw. gestaltet sein.

Der besondere VorteM dieser Ausführungen liegt in der Kompaktheit und Größe des Mischdorns und der damit zusammenhängenden, besonders großvolumigen Gestaltungsmöglichkeiten der als Materialleitkanäle

dienenden Schraubennuten.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispieie näher beschrieben:

Der in Fig. 1 dargestellte Schnitt-zeigt die Teilansicht einer Kunststoffspritzgießmaschine mit Schneckenförderung. Hierbei befindet sich in dem Zylinder 1, der üblicherweise mit mehreren Heizbändern versehen ist und in dem der Kunststoff mit unterschiedlicher Temperaturfolge zur Maschinendüse 7 hin ansteigend verlüssigt wird, die Förderschnecke 2.

Am vorderen Ende dieser Förderschnecke ist in der Regel eine aus einem an der Förderschnecke starr befestigten Sperring 3 und einem axial beweglichen Ventilring 4 bestehende Rückstoßsperre sowie ein Schneckenkopf 5 angeordnet.

In dem Sperring 3 befinden sich ebenso wie in dem Schneckenkopf 5 Materialdurchlaßkanäle 3' bzw. 5', durch die das plastifiziert Material in den Stauraum Γ des Zylinders » gelangt.

Je nach eingestellter Dosiermen;;..· wird dieser Stauraum Γ durch Veränderung der axialen 7'osition der Förderschnecke 2 vergrößert oder verkleinert. Den vorderen Abschluß des Stauraumes bildet der Zylinderkopf 6, in den die Maschinendüse 7 eingeschraubt ist. In diese Masrhinendüse 7 ist der Mischdorn 8 eingesetzt, der als zylindrischer oder kegelstumpfförmiger Einsatz ausgebildet sein kann und auf dessen Mantelfläche die Schraubennuten 8' und die sich durch die jeweiligen Überschneidungen dieser gegenläufigen Schraubennuten 8 an den Schnittpunkten bildenden Umlenkkeile 8" ingeordnet sind, die die zusätzliche Vermischung des Materials bewirken.

Je steilgängiger diese Schraubennuten 8' ausgeführt sind, desto geringer ist der Druckverlust.

Die Wirksamkeit der Mischvorrichtung isi insbesondere von der Anzahl der Umlenkkeile 8" und somit von der Länge des Mischdornes 8 sowie von der Anzahl der Schraubennuten 8' abhängig.

Die Größe (Durchmesser und Länge) des Mischdornes 8 richtet sich insbesondere nach den vorhandenen Variatiunsmöglichkeiten der Maschinendüse 7.

Die Schraubennuten sollten vorteilhafterweise querschnittsmäßig so bemessen sein, daß sie insgesamt annähernd dem kleinsten Querschnitt der Fördernüt 2' auf der Förderschnecke 2 entsprechen, damit der Materialrückstau innerhalb des Stauraumes Γ und der dadurch bedingte zusätzliche Druckverlust möglichst gering gehalten wird.

Fig. 2 zeigt die Mischvorrichtung in Verbindung mit einer anderen Ausführungsform der in eine Düsenplatte 11 einer Spritzgießform eingesetzten Werkzeugdüse 10. Hierbei ist die MaschinendCse 7 im Bereich ihres in die Bohrung Jt:r Werkzeugdüse ragenden Außenmantels T relativ langgestreckt kegelstumpfförmig gestaltet.

Aufgrund des vorzugsweise um 0,5 bis 6 mm geringeren Außendurchmessers der Maschinendüse 7 wird ein Materialspalt 10' gebildet, der über mehrere Radialkanäle 7", die in der Stirnseite der Maschinendüse 7 angeordnet sind, mit der Düsenbohrung T" verbunden ist und durch die an den Druckradius 10" der Werkzeugdüse 10 angepaßte Stirnseite des Zylinderkopfes 6 dicht verschlossen wird.

Der Materialspalt 10' bleibt — insbesondere beim Heißkammerspritzgießverfahren — stehts mit flüssigem Kunststoff gefüllt und wirkt somit zusätzlich dem vorzeitigen Abkühlen des zu verarbeitenden Materials innerhalb der Mischvorrichtung entgegen. Mit einer derartigen Kombination von Werkzeugdüse 10 und

Maschinendüse 7 läßt sich eine Mischvorrichtung mit besonders langem Mischdorn 8 und demzufolge mit sehr steilgängigen, widerstandsarmen Schraubennuten 8' bzw. mit relativ, vielen Umlenkkeilen 8" ausbilden, die eine optimale Vermischung des zu verarbeitenden Materials bewirkt.

He/tigs/iffern-Zusammenstellung

1 -

Γ -

2 -

τ -

Zylinder
S tau raum
Förderschnecke
Fördernut

Ϊ	— Materialdiirchlaßkanäle
4	(am Sperling) , RürkstoUsperre
5	— Ventilring ]
5	— .Schneckenkopf
	— MatcriiildurchlaUkaniilc
6	(am .Schneckenkopf)
7	— Zylinderkopf
T	— Maschinendiise
7"	— Außenmantel
τ-	— Radialkanäle
8	— Düsenbohrimi!
8	— Mischdorn
8"	— Schraubennnten
IO	— Umleiikkeile
0'	— VVerkzeugdüse
ο	— Materialspalt
ι	— Druckradius
— Düscnnlatte

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Mischvorrichtung, insbesondere für Kunststoffverarbeitungsmaschinen, wie z. B. Spritzgießmaschinen und Extruder, die mit einer lösbaren Maschinendüse an der Materialaustrittsseite am vorderen Ende des Maschinenkopfes und mit einem Mischdorn ausgestattet sind, dessen Mantelfläche mehrere gegeneinander verlaufende, sich mehrmals überschneidende und an den Schnittpunkten Umlenkkei-Ie bildende, steilgängige Schraubennuten aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischdorn (8) im wesentlichen vollständig innerhalb der Maschinendüse (7) angeordnet ist.

2. Mischvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenumfang des Mischdorns (8) in jeder Drallrichtung 2 bis 4 Schraubennuten aufweist, die sich zwei bis fünfmal gegenläufig überschneiden.

3. Miscri vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschinendüse (7) im Bereich ihres in die Werkzeugdüse (10) ragenden Außenmantels (7') als relativ langgestreckter Kegelstumpf und im Durchmesser kleiner als die gleiche Konizität aufweisende Bohrung der Werkzeugdüse (10) ausgebildet ist und an ihrer an der Werkzeugdüse anliegenden Stirnseite mehrere Radialkanäle (7") aufweist.