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Rückströmsperr>e für Schnecken-Spritzgießmaschinen
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Rückströmsperre am Schneckenkopf
einer thermoplastische Kunststoffe verarbeitenden Schnecken-Spritzgießmaschine,
bei der das Plastifizieren und Fördern des Kunststoffes durch die Drehbewegung und
das Einspritzen des plastifizierten Kunststoffes durch eine gegenüber dem Schneckengehäuse
relative Axialbewegung der Schnecke erfolgt, an deren Kopf ein in einer Axialbohrung
frei verschiebbares Sperrelement in der einen Stellung den plastifizierten Kunststoff
durch Freigabe von Durchtrittsöffnungen in Einspritzrichtung passieren läßt und
in der anderen Stellung beim Einspritzen den Kunststorrrückrluß sperrt.
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Zur Darstellung der Erfindungs-Gattung ist im Oberbegriff des Anspruchs
von einer bekannten Rückströmsperre im Sinne der DE-OS 2 836 165 ausgegangen, deren
Sperrelement bereits am Ende des Dosierhubes in seine Schließstellung gedrückt wird,
so daß beim anschließenden Spritzhub keine Rückströmverluste auftreten. Dabei wird
das Sperrelement am Ende der Plastifizierphase durch die Kunststoffmasse selbst
verschoben. Dies geschieht dadurch, daß am Ende des Dosierhubes, wenn der vom Spritzkolben
auf die Schnecke ausgeübte Staudruck, gegen den sich in der Plastifizierphase die
Schnecke zurückbewegt, auf Null abgesenkt wird, die Kunststoffschmelze dementsprechend
entlastet wird und sich aufgrund ihrer Kompresibilität schlagartig ausdehnt.
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Durch diesen Ausdehnungsvorgang wird jedoch gewöhnlich die Schnecke
noch ein kurzes Stück zurückgeschoben, wobei die Schließbewegung des Sperrelements
oft ungleichmäßig erfolgt.
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Schließt die Rückströmsperre zu langsam, dann hat das Werkzeug beim
Umschalten von Spritzdruck auf den Nachdruck
noch nicht den erforderlichen
Füllgrad erreicht. Die restliche Werkzeugsfüllung erfolgt also mit dem dafür zu
niedrigen Nachdruck. Der maximale Druck in der Werkzeughöhlung ist dabei so niedrig,
daß sich nur Formteile mit zu geringem Gewicht ergeben. Vielfach reicht der Nachdruck
auch nicht aus, um eine hundertprozentige Volumenfüllung des Werkzeuges zu erreichen.
Es entstehen dann unvollständige Formteile.
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Bei zu schnellem Schließen der Rückströmsperre kann dagegen das Werkzeug
schon gefüllt sein, bevor die Schnecke den Uinschaltpunkt erreicht hat. Es baut
sich dann im Werkzeug ein zu großer Druck auf, d.h. in der Druckphase, die nach
dem Erreichen der hundertprozentigen Werkzeugfüllung beginnt, wirkt zunächst noch
der hohe Spritzdruck und nicht wie erforderlich nur der Nachdruck. Daraus resultiert
eine Überladung des Formwerkzeuges oder mit anderen Worten, es werden Spritzgußteile
mit besonders hohem Gewicht erhalten.
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Mit der Erfindung sollen derartige Nachteile vermieden werden, insbesondere
soll die Präzision von SpriztgieS-maschinen durch ein verbessertes Schließverhalten
der Rückströmsperren erhöht werden. Als Besonderheit ist zusätzlich gefordert, daß
durch eine Erhöhung der Leckströmung in der Rückströmsperre Druckverhältnisse geschaffen
werden, die den Schließvorgang des Sperrelements erheblich beschleunigen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Anordnung von
Längsnuten an der Innenwand der Axialbohrung und/oder an der Mantelfläche des in
der Axialbohrung geführten Schafts des Sperrelements, über die während der Schlleßbewegung
des Sperrelements plastifizierter Kunststoff aus dem Spalt zwischen den Dichtflächen
in eine dezentrale Bohrung in der Schnecke abflicen kann.
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Das Schließverhalten der Rückströmsperre wird somit durch eine erwünschte
Leckströmung beeinflußt. Die Schließgenauigkeit, d.h. die Reproduzierbarkeit der
Maximaldrücke in der Werkzeughöhlung, wird dadurch erhöht, daß bei verriegelter
Düse vor dem Einspritzen der Kunststoffmasse kurzzeitig im Plastifizierzylinder
ein so großer Druck aufgebracht wird, daß sich die Rückströmsperre bereits vor dem
Einspritzen vollständig schließt. Das Umschalten von Spritzdruck auf Nachdruck erfolgt
dann selbsttätig. Erst anschließend wird der Einspritzvorgang in üblicher Weise
durchgeführt, wobei die Druckumschaltung nun reproduzierbar immer bei demselben
Füllgrad des Werkzeuges erfolgen kann.
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In der Plastifizierphase wird das Sperrelement durch die nach vorne
geförderte Kunststoffmasse in die Offenstellung bis zu einem Anschlag verschoben
und bleibt während des Plastifizierens in dieser Position. Mit dem Ende der Schneckenrotation
wird auch die Zufuhr der Kunststoffmasse unterbrochen, wodurch das über den Durchflußspalt
zwischen Sperrelement und der mit der Schnecke verbundenen Buchse aufgebaute Druckgefälle
zusammenbricht und sich somit ein Druckausgleich um das Sperrelement einstellt.
Das Sperrelement kann bereits dadurch in Schließstellung verschoben werden, spätestens
aber zu Beginn des Einspritzvorgangest Die dabei von dem Sperrelement aus dem Durchflußspalt
verdrängte Kunststoffmasse gelangt über die im Schaft des Sperrelements angebrachten
Längsnuten in eine die Schnecke vollständig durchsetzende zentrale Bohrung und wird
im Bereich des Schneckenschaftes ausgetragen. Der Schließvorgang vollzieht sich
schnell und exakt und ist weitgehend unabhängig von Schwankungen der Verarbeitungspara
meter, z.B. von dem von Zyklus zu Zyklus oft schwankendem Einzugsverhalten der Schnecke.
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Die erfindungsgemäße Rückströmsperre ist in einem Ausführungsbeispiel
in der Zeichnung schematisch dargestellt und im folgenden näher erläutert. Es zeigt
Figur 1 eine seitliche Schnittansicht der Rückströmsperre mit dem Sperrelement in
Schließstellung, Figur 2 das Sperrelement in Offenstellung und Figur 3 den Schaft
des Sperrelements im Querschnitt Im wesentlichen besteht die Rückströmsperre aus
einer Buchse 3, die am Kopf einer in einem Schneckengehäuse 1 drehbar und axial
verschiebbar angeordneten Schnecke 2 befestigt ist. Die Buchse ist an ihrem stromab
gelegenen Ende mit einem Bund 4 versehen, der abdichtend an der Innenwand des Schneckengehäuses
anliegt und Durchtrittsöffnungen 5 aufweist. Die Buchse weist weiterhin eine durchgehende
Axialbohrung 6 zur Führung des Sperrelements 8 auf. Nach hinten ist die Axialbohrung
zu einem nach außen hin gegen das Eindringen von Kunststoffmasse vollkommen abgeschlossenen
Raum 7 erweitert. Dieser Raum steht mit einer zentralen Bohrung 15 in der Schnecke
2 in direkter Verbindung.
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Das Sperrelement 8 besitzt an seinem Kopf 9 eine nach hinten gerichtete
kegelförmige Dichtfläche 12, die mit einer komplementär dazu geformten Dichtfläche
13 an der Buchse 3 im Bereich der Durchtrittsöffnungen 5 zusammenwirkt. Der in der
Axialbohrung 6 geführte Schaft 1O des Sperrelements ist mit mehreren, vorzugsweise
drei bis vier Längsnuten 14 versehen, die sich bis unmittelbar an den den Hub des
Sperrelements begrenzenden Anschlag 11 erstrecken. Gegebenenfalls können die Längsnuten
auch in der Axialbohrung angebracht sein.
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In der in Figur 2 gezeigten Stellung des Sperrelements
8 wird der in den Schneckengängen zwischen der Schnecke 2 und dem Schneckengehäuse
1 befindliche Kunststoff aufgeschmolzen und durch die Drehbewegung der Schnecke
in Richtung auf den Scbneckenkopf gefördert. Über die Durchtrittsöffnungen 5 in
der Buchse 3 gelangt der Kunststoff in den Stauraum vor dem Kopf 9 des Sperrelements.
Sobald die Schnecke stillgesetzt ist, verschiebt sich das Sperrelement in seine
Schließstellung (Figur 1) entweder unmittelbar durch den Druck der Schmelze im Stauraum
vor dem Kopf 9 oder, falls dieser Druck nicht zum vollständigen Schließen ausreicht,
zu Beginn des Einspritzvorgangs.
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Gleichzeitig fließt die im Spalt zwischen der Kegelfläche 12 am Kopf
9 des Sperrelements und der Dichtfläche 13 an der Buchse 3 sich befindende Kunststoffmasse
über die Längsnuten 14 im Schaft 10 des Sperrelements und/oder in der Axialbohrung
6 der Buchse in die zentrale Bohrung 15 in der Schnecke 2 ab.
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Zeichn.