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Rückströmsperre für Schneckenspritzgießmaschinen
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Die Erfindung betrifft eine Rückströmsperre am Schneckenkopf von Schneckenspritzgießmaschinen
mit einem auf dem Schneckenkopf zwischen einer vorderen und einer hinteren Anschlagfläche
axial frei verschiebbaren Druckring, der mit seinem Außenumfang an der Zylinderinnenwand
geführt ist, an seinem Innenumfang einen Durchlaßspalt für das zu verspritzende
Material, z.B. plastifizierte Kunststoffmasse, freilässt und dessen mit der hinteren
Anschlagfläche zusammenwirkende Fläche als Dichtfläche ausgebildet ist, wobei die
vordere Anschlagfläche am Schneckenkopf für den Druckring entweder durch die Rückenflächen
von auf dem Umfang verteilt angeordneten Radialarmen oder durch eine in Umfangsrichtung
geschlossene Schulterfläche des Schneckenkopfes gebildet ist.
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Rückströmsperren der vorstehend erläuterten Art sind vielfach bekannt
und im praktischen Einsatz. Der zwischen den beiden Anschlagflächen verschiebbare
Druckring wird während der Phase, in der die Masse durch die Schnecke nach vorne
in den Sammelraum gefördert wird, durch den sich dabei einstellenden Drosselwiderstand
an die vordere Anschlagfläche gedrückt, sodaß die Dichtfläche des Druckringes von
der hinteren Anschlagfläche abgehoben ist.
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Die Masse kann somit durch den Durchlaßspalt und durch in der vorderen
Anschlagfläche vorgesehene Durchlässe hindurch zum Sammelraum gefördert werden.
Beim Spritzhub hingegen wird der Druckring durch den sich im Durchlaßspalt und an
der vorderen Stirnfläche des Druckringes aufbauenden Widerstand zur Anlage an die
hintere
Anschlagfläche verschoben, sodaß der Masse der Weg zurück
in die Schneckengänge versperrt ist und die Schnecke im Bereich des Schneckenkopfes
in Zusammenwirkung mit der Zylinderinnenwand als Kolben wirkt.
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Während der Phase, in der die Masse durch die Schnecke nach vorne
in den Sammelraum gefördert wird, liegt der Druckring mit seiner vorderen Stirnfläche
an der durch die Rückenflächen der Radialarme bzw. an der vom Schneckenkopf gebildeten
Schulterfläche an. Da der Druckring an der Zylinderinnenwand abdichtend geführt
sein muß, um beim Spritzhub ein Hindurchtreten von Spritzmaterial zwischen dem Außenumfang
des Druckringes und der Zylinderinnenwand zu vermeiden, wird er aufgrund der sich
einstellenden Reibung von der Zylinderwand festgehalten. Daraus resultiert eine
Relativdrehung zwischen der vorderen Anschlagfläche am Schneckenkopf und der vorderen
Stirnfläche des Druckringes, die bekanntlich einen nicht unerheblichen Verschleiß
hervorruft. Dieser Verschleiß ist so beträchtlich, daß in der Praxis ein Auswechseln
des den Schneckenkopf bildenden Formteiles bzw. des Druckringes in relativ kurzen
Zeitintervallen notwendig ist.
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Es sind bereits verschiedenartige Vorschläge gemacht worden, diesen
Verschleiß zu vermindern. So hat man die Rückenfläche der Radialarme, an denen der
Druckring mit seiner vorderen Stirnfläche zur Anlage kommt, bereits mit Hartmetall
belegt. Ein Fortschritt ist auch bereits durch die durchgehende Schulterfläche am
Schneckenkopf erzielt worden, da hier die Flächenpressung und damit die Reibung
verhältnismässig gering ist. In beiden Fällen sind jedoch nur Teilerfolge erzielt
worden, wobei bei der durchgehenden Schulterfläche hinzu kommt, daß die Herstellung
von Durchlässen für das zu verspritzende Material am radialen
Fuß
der Schulterfläche verhältnismässig aufwendig ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rückströmsperre der
eingangs erläuterten Art zu schaffen, bei der als vordere Anschlagfläche für den
Druckring entweder die Rückenflächen von Radialarmen oder eine durchgehende Schulterfläche
des Schneckenkopfes vorgesehen ist, die eine weitere Herabsetzung des durch die
Relativdrehung zwischen Druckring und vorderer Anschlagfläche hervorgerufenen Verschleisses
ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Rückenflächen
der Radialarme zumindest bereichsweise mit der vorderen Stirnfläche des Druckringes
einen sich in Drehrichtung der Schnecke öffnenden spitzen Winkel zur Bildung eines
Schmierkeiles einschließen.
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Bei einer Rückströmsperre mit durchgehender Schulterfläche wird als
Lösung vorgeschlagen, daß in der Schulterfläche und/oder der vorderen Stirnfläche
des Druckringes mindestens eine Schmiernut ausgebildet ist.
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Durch die Ausbildung einer Schmierkeilfläche oder einer Schmiernut
in der vorderen Anschlagfläche wird aufgrund der Relativdrehung zwischen der Anschlagfläche
und der vorderen Stirnfläche des Druckringes ständig ein Teil des Gießmaterials
zwischen die aufeinander gleitenden Flächen eingezogen und es bildet sich ein Schmierkeil
aus, der eine trockene Reibung verhindert. Hierdurch wird der Verschleiß der aneinanderliegenden
Flächen erheblich herabgesetzt.
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Zweckmässigerweise wird an den Rückenflächen der Radialarme nicht
die ganze Rückenfläche als Keilfläche gebildet, da andernfalls eine zu hohe Flächenpressung
an der Kante der Rückenflächen entstehen k&nnte.Es ist daher von Vorteil, wenn
nur ein Teil der
Rückenflächen mit der Stirnfläche des Druckringes
einen Winkel einschließt und dieser Teil durch eine radial verlaufende Kante von
der parallel zur vorderen Stirnfläche des Druckringes liegenden restlichen Rückenfläche
getrennt ist. Dadurch, daß von der Keilfläche Gießmaterial eingezogen wird und als
Schmiermaterial dient, wird auch die verbleibende Anschlagfläche geschützt, weil
das Material aufgrund des ständigen Nachschubes auch darüber einen Schmierfilm bildet.
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Bei einer durchgehenden Schulterfläche am Schneckenkopf wird zweckmässigerweise
eine Spiralnut vorgesehen, die zum Innenrand, jedoch nicht zum Außenrand der Schulterfläche
hin offen ist, damit das Gießmaterial von innen in die Nut eindringen kann. Durch
den schrägen Verlauf der Nut wird aufgrund der Relativdrehung ständig Gießmaterial
in die Nut eingefördert, das von den aufeinander gleitenden Flächen mitgenommen
wird und in den an die Nut angrenzenden Flächenbereichen einen Schmierfilm bildet.
Es ist von Vorteil, mehrere in Umfangsrichtung verteilte Schmiernuten vorzusehen.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend
anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht, teilweise geschnitten,des Schneckenkopfbereiches
einer Schneckenspritzgießmaschine, bei der der Druckring der Rückströmsperre sich
an Radialarmen abstützt; Fig. 2 eine zu Fig. 1 ähnliche Darstellung, bei der der
Druckring der Rückströmsperre sich an einer durchgehenden Schulterfläche des Schneckenkopfes
abstützt, und
Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig.
2.
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Die Fig. 1 zeigt rein schematisch den Schneckenkopfbereich einer Schneckenspritzgießmaschine,
die beispielsweise zur Verarbeitung von Kunststoffmaterial dient. Die Schnecke 1,
von der nur das vordere Ende zu erkennen ist, ist in einem Spritzzylinder 2 drehbar
und axial verschiebbar gelagert. In das vordere Ende der Schnecke 1 ist ein den
Schneckenkopf 3 bildendes Formteil eingeschraubt, das in Verbindung mit einem Druckring
4 zugleich die Rückströmsperre bildet. Der Schneckenkopf 3 besitzt eine kegelig
zulaufende Schneckenspitze 5, die sich zu vier auf dem Umfang gleichmässig verteilten
Radialarmen 6 hin erweitert. Anschließend an die Radialarme 6 ist der Schaft 7 des
Schneckenkopfes 3 soweit abgesetzt, daß zwischen seiner Außenfläche und dem Innenumfang
des Druckringes 4 ein Durchlaßspalt 8 für das Gießmaterial gebildet wird. Am hinteren
Ende des Schneckenschaftes bildet die Schnecke 1 eine konische Anschlagfläche 9,
die mit einer komplementär konisch gestalteten Dichtfläche 10 am hinteren Ende des
Druckringes 4 zusammenwirkt.
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Von der Gesamtheit der Rückenflächen 11 der Radialarme 6 wird eine
vordere Anschlagfläche gebildet, an der die vordere Stirnfläche 12 des Druckringes
4 während der Phase, in der Gießmaterial durch den Durchlaßspalt 8 nach vorne gefördert
wird, zur Anlage kommt.
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Die Funktion der Rückströmsperre, d.h. die Bewegungen des Druckringes
4 in den einzelnen Phasen des Spritzzyklus sind bekannt und brauchen deshalb hier
nicht näher erläutert zu werden.
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Die Rückenflächen 11 der Radialarme 6 verlaufen bis zu einer radialen
Kante 13 parallel zu der Stirnfläche 12 des Druckringes 4 und bilden damit die erwähnte
Anschlagfläche für letzteren. Ausgehend von der Radialkante 13
liegt
jedoch der jeweils restliche Teiy15er Rückenflächen 11 unter einem Winkel K geneigt
zu der Stirnfläche 12 des Druckringes 4. Der Winkel K öffnet sich in Drehrichtung
der Schnecke 1, die in Fig. 1 durch den Pfeil 14 angegeben ist. Die Radialkante
13 unterteilt die Rückenflächen 11 jeweils an einer Stelle, sodaß etwa gleichgrosse
gerade und schräg verlaufende Teilflächen 11 bzw. 11' entstehen. Der Winkel Z beträgt
etwa o;5 bis 30.
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Die Fig. 2 und 3 zeigen eine Ausführungsform, bei der die vordere
Anschlagfläche für den Druckring 4 durch eine in Umfangsrichtung geschlossene Schulterfläche
15 des Schneckenkopfes 3 gebildet wird. Am Fuß der Schulterfläche 15 befinden sich
Durchlässe 16 für das Gießmaterial, das durch den Durchlaßspalt 8 herangefördert
wird.
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Wie sich aus der Draufsicht auf die Schulterfläche 15 gemäß Fig. 3
ergibt, sind in dieser zwei spiralige Schmiernuten 17 ausgebildet. Die Schmiernuten
17 durchsetzen nur den Innenrand der Schulterfläche 15 und enden vor dem Außenrand.
6 Liegen beispielsweise in der Plastifizier- und Förderphase die vordere Stirnfläche
12 des Druckringes 4 und die Rückenflächen 11 der Radialarme 6 bzw. die Schulterfläche
15 aneinander und führen zueinander eine Relativdrehung aus, so wird entweder durch
die unter dem Winkel NX geneigten Keilflächen 11' der Radialarme 6 bzw.
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durch die Schmiernuten 17 der Schulterfläche 15 Kunststoffmaterial
zwischen die aufeinander gleitenden Flächen eingezogen. Dieses Kunststoffmaterial
bildet eine Art Schmierfilm zwischen den aufeinander gleitenden Flächen und erzeugt
daher eine Misch- oder Flüssigkeitsreibung anstelle der ansonsten sich einstellenden
weitgehend trockenen Reibung. Hierdurch wird der Verschleiß der aufeinander gleitenden
Flächen ganz erheblich herabegesetzt.
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Anstelle der in den Fig. 2 und 3 gezeigten spiraligen Schmiernuten
17 können auch rein radiale Schmiernuten vorgesehen werden. In diesem Fall ist es
zweckmässig, ausgehend von der einen Nutenflanke in Übereinstimmung mit dem Gestaltungsprinzip
gemäß der Fig. 1 einen örtlich begrenzten Schmierkeil auch in der durchgehenden
Schulterfläche 15 auszubilden.
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