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Plastifiziervorrichtung
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Die Erfindung betrifft eine Plastifiziervorrichtung zum kontinuierlichen
Plastifizieren von Material und zum intermittierenden Beschicken einer Spritzform
mit dem plastifizierten Material. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit Plastifiziervorrichtungen,
wie sie, in Verbindung mit intermittierend betätigten Spritzvorrichtungen in Spritzmaschinen
verwendet werden, insbesondere in Injektions-Spritzmaschìnen mit hin-und herbeweglicher
Extruderschnecke.
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Injektionsspritzmaschinen mit Formen, denen das geschmolzene oder
plastfizierte Material mittels einer Plastifiziervorrichtung zugeführt wird, sind
bekannt, wobei die Plastifiziervorrichtung mit einer hin- und herbeweglichen Estruderschnecke
arbeitet, um das Material zu plastifizieren und die Schmelze in mindestens eine
Spritzform zu liefern. Da bei derartigen Spritzgießeinrichtungen nur eine intermittierende
Anlieferung des plastifizierten Materials erforderlich ist, bleibt das geschmolzene
Material, welches durch die Umdrehung der Extruderschnecke erzeugt wird, nach dem
Füllen der Form mit plastifiziertem Material entweder in einem Vorratsraum am stromabwärts
gelegenen Ende der Extruderschnecke oder sammelt
sich in einem
speziell dafür vorgesehenen Speicher. Wenn dann das verfügbare Volumen mit geschmolzenem
Material gefüllt ist, wird die Drehung der Extruderschnecke unterbrochen, bis die
Form für die Übernahme einer weiteren Charge des geschmolzenen Materials bereitsteht.
Während des Zeitintervalls, in dem die Extruderschnecke stehen bleibt, wird kein
weiteres geschmolzenes Material erzeugt und alle restlichen Schmelzvorgänge, die
sich unter Umständen in der Plastizifiervorrichtung fortsetzen, verlaufen in einer
sehr ineffektiven Weise.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik, liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, eine Plastifiziervorrichtung anzugeben, die kontinuierlich arbeiten kann,
um mit hohem Wirkungsgrad Material zu plastifizieren, und zwar auch dann, wenn das
geschmolzene Material nur intermittierend an eine Form einer Spritzmaschine abgegeben
wird.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Plastifiziervorrichtung
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Es ist ein Vorteil der Erfindung, daß hier eine Plastifiziervorrichtung
angegeben wird, die in Verbindung mit einer intermittierend betätigten Spritzvorrichtung
verwendet werden kann und die bei hohem Wirkungsgrad kontinuierlich arbeitet, um
das Material derart zu plastifizieren, daß es besonders gleichmäßig wird, wobei
gleichzeitig eine bessere Steuerung des Schmelzvorganges erreicht wird.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Plastfiziervorrichtung
besteht darin, daß Teile des darin bearbeiteten Materials über eine Rückführschleife
zurückgeführt werden, die einen Rückführkanal in der Extruderschnecke umfaßt, so
daß die Drehung der Extruderschnecke trotz der intermittierenden Auslieferung des
plastifizierten Materials aus der Plastifiziervorrichtung nicht unterbrochen werden
muß.
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Ein weiterer Vorteil der Plastifiziervorrichtung besteht darin, daß
ihre Extruderschnecke bei Verwendung der Vorrichtung in Verbindung mit einer Injektionsspritzmaschine
kontinuierlich mit konstanter Drehzahl laufen kann.
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Es ist auch ein Vorteil der erfindungsgemäßen Plastifiziervorrichtung,
daß mit ihrer Hilfe eine verbesserte Durchmischung des plastifizierten Materials
erreichbar ist.
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Weiterhin ist es ein Vorteil der erfindungsgemäßen Plastifiziervorrichtung,
daß aufgrund der kontinuierlichen Drehung ihrer Extruderschnecke kontinuierlich
Reiburigs wärme erzeugt wird.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Plastifiziervorrichtung
besteht darin, daß bei verbessertem Wirkungsgrad eine gleichmäßige hohe Qualität
der für das Spritzgießen erzeugten Schmelze erreicht wird.
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Die vorstehend beschriebenen Vorteile werden gemäß einer bevorzugten.Ausführungsform
der Erfindung mit
einer Plastifiziervorrichtung erreicht, die sowohl
während der Abgabe von plastifiziertem Material in eine Spritzform als auch während
der Zeitintervalle zwischen diesen Spritzvorgängen kontinuierlich arbeitet.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend
anhand von Zeichnungen noch näher erläutert und/oder sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Es zeigen: Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform
einer Plastifiziervorrichtung gemäß der Erfindung; Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt
durch eine abgewandelte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Plastifiziervorrichtung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung der Anordnung von Rippen
an einer Extruderschnecke der Plastifiziervorrichtung gemäß Fig. 2 und Fig. 4 eine
der Fig. 3 entsprechende Darstellung einer Rippenanordnung für eine abgewandelte
Extruderschnecke für eine Plastifiziervorrichtung gemäß der Erfindung.
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Im einzelnen zeigen die Zeichnungen, insbesondere Fig. 1, eine erfindungsgemäße
Plastifiziervorrichtung, nämlich einen Schneckenextruder 10 mit einem länglichen
Gehäuse 12, welches von einem einlaßseitigen Ende 14 bis zu einem auslaßseitigen
Ende 16 reicht und in dem eine Extruderschnecke 18 angeordnet ist. Ein Vorrat an
festem Material 20 wird in einem Trichter 22 bereitgehalten, welcher mit dem Innenraum
24 des Gehäuses 12 angrenzend an das einlaßseitige Ende 14 desselben. in Verbindung
steht und aus dem das feste Material 20 einem Kanal 26 zugeführt wird, der durch
die wendelförmige Rippe 28 der Schnecke 18 gebildet wird. Beim Drehen der Schnecke
18 in dem Gehäuse 12 wird das Material 20 längs des Kanals 26 stromabwärts in Richtung
des Pfeils 30 angetrieben, bis es in plastifizierter (geschmolzener) Form zu einer
Austrittsöffnung 32 am auslaßseitigen Ende 16 des Gehäuses 12 gelangt.
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Die Austrittsöffnung 32 steht mit einer Spritzvorrichtung in Verbindung,
die schematisch.als eine Form 34 dargestellt ist, so daß der Schneckenextruder 10
und die Form 34 zusammen eine Spritzmaschine bilden, bei der die Form 34 intermittierend
mit der Schmelze bzw.
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dem plastifizierten Material gefüllt wird. Obwohl die Form 34 nur
intermittierend mit plastifiziertem Material gefüllt werden muß, läuft die Schnecke
18 während der Phasen, in denen eine Materialabgabe erfolgt, und während der Phasen,
in denen keine Materialabgabe erfolgt, kontinuierlich und erzeugt somit kontinuierlich
plastifiziertes Material. Um eine solche,
kontinuierliche Drehung
der Schnecke 18 zu ermöglichen, ist im Inneren der Schnecke 18 ein innerer Kanal
40 vorgesehen, der über einen stromabwärts gelegenen Verbindungsbereich 42 und über
einen stromaufwärts gelegenen Verbindungsbereich 44 mit dem Kanal 26 in Verbindung
steht, so daß der innere Kanal 40 zusammen mit den Verbindungsbereichen 42 und 44
eine Rückleitstrecke bildet.
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Auf diese Weise wird es möglich, während der Betriebsphasen, in denen
keine Materialabgabe in die Form 34 erfolgt, zumindest einen Teil des plastifizierten
Materials kontinuierlich in einer Schleife umlaufen zu lassen, welche die Kanäle
26, 40 und die Verbindungsbereiche 42, 44 umfaßt. Auf diese Weise wird also ein
kontinuierliches Laufen der Schnecke 18 ermöglicht.
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Die Rezirkulation bzw. das Umlaufen des plastifizierten Materials
über den Rückführkanal 40 wird dadurch erleichter, daß eine zweite Extruderschnecke
50 vorgesehen ist, welche an dem Gehäuse 12 mittels einer perforierten Montageplatte
52 befestigt ist und in den Rückführkanal 40 hineinragt, wobei sie parallel zu und
konzentrisch zu der ersten Extruderschnecke 18 verläuft. Die zweite Schnecke 50
ist stationär angeordnet und weist eine wendelförmige Rippe 54 auf, die eine solche
Steigung besitzt, daß das plastifizierte Material bei umlaufender erster Schnecke
18 stromaufwärts gefördert wird. Wie Fig. 1 zeigt, wird durch die Rippe 54 der zweiten
Schnecke 50 ein der Materialrückführung dienender Kanal 56 gebildet, der vorzugsweise
stromabwärts.vom ausgangsseitigen Ende 58 der ersten Schnecke 18 beginnt, so daß
die Rückführung von Material in den
Rückführkanal 40 erleichtert
wird.
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Damit das zusätzliche plastifizierte Material, welches in den Betriebsphasen
erzeugt wird, in denen die Form 34 nicht gefüllt wird, von dem Extruder 10 aufgenommen
werden kann, ist dessen Schnecke 18 in dem Gehäuse 12 axial verschieblich gehaltert.
Wenn nun überschüssiges plastifiziertes Material erzeugt wird, dann bewegt sich
die erste Schnecke 18 stromaufwärts, wodurch das Volumen der Rückführschleife 26,
40, 42, 44 erhöht wird. Insbesondere ergibt sich angrenzend an das auslaßseitige
Ende 58 der Schnecke 18 eine vergrößerte Speicherkammer 62 sowie angrenzend an das
stromaufwärts gelegene Ende 68 der zweiten Schnecke 50 eine vergrößerte Speicherkammer
66, wie dies in der Zeichnung durch eine strichpunktierte Linie angedeutet ist.
Da der.Verbindungsbereich 42 am stromabwärts gelegenen Ende 58 der Schnecke 18 liegt,
ist der überwiegende Teil des Materials, welches dem stromabwärts gelegenen Ende
58 des Rückführkanals 40 zugeführt wird, bereits plastifiziert. Reste an festem
Material, welche über den Verbindungsbereich 42 zur Einlaßseite des Rückführkanals
40 gelangen, werden während der Rückführung aufgeschmolzen.
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Der Ablauf des Schmelzprozesses in einem Schneckenextruder ist in
der US-PS 3 924 842 detailliert beschrieben. Dort ist dargelegt, daß die schmelzflüssige
Phase sich an der Vorderseite der Rippen der Extruderschnecke auszubilden beginnt,
während eine Lage von festem Material angrenzend an die Rückseite der Rippen vorhanden
ist. In Fig. 1 ist eine Zone 70 mit schmelzflüssigem Material angrenzend an die
Vorderseite 72 der wendelförmigen
Rippe 28 der Extruderschnecke
18 angedeutet, während eine Zone 74 mit festem bzw. nicht plastifiziertem Material
angrenzend an die Rückseite 76 der Rippe 28 angedeutet ist. Vorzugsweise wird nun
der Verbindungsbereich 44 angrenzend an die Vorderseite 72 der Rippe 28 angeordnet,
so daß das zurückgeführte plastifizierte Material in den Teil des Kanals 26 gelangt,
welcher bereits aufgeschmolzenes Material enthält. Der Antrieb der Schnecke 18 erfolgt
über einen Antriebsmotor 80 und ein Zahnradgetriebe 82, welches mit der Extruderschnecke
18 über ein damit fest verbundenes, mit einer Außenverzahnung versehenes Wellenstück
84 gekuppelt ist, das in axialer Richtung gegenüber dem stationären Zahnradgetriebe
82 gleitverschieblich ist, wenn die Schnecke 18 Axialbewegungen ausführt. Wenn die
Spritzform 34 für eine erneute Beschickung mit plastifiziertem Material bereitsteht,
wird die Schnecke 18 durch ein Betätigungselement, welches beim Ausführungsbeispiel
als hydraulisches Zylinderaggregat 86 ausgebildet ist, stromabwärts bewegt, ohne
daß dabei die Drehbewegung der Schnecke 18 unterbrochen würde.
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Die Schnecke 18 kann sich also kontinuierlich und vorzugsweise mit
konstanter Drehzahl drehen, so daß eine maximale Materialmenge plastifiziert und
in kontinuierlichem Betrieb bereitgestellt werden kann. Der Schmelzvorgang wird
dabei durch die konstante Erzeugung von Reibungswärme günstig beeinflußt, wobei
auf eine zusätzliche Zufuhr von Wärmeenergie über das Gehäuse 12 in das Material
verzichtet werden kann. Durch die kontinuierliche Drehung der Schnecke 18 und aufgrund
der Materialrückführung über den Rückführkanal 40
wird außerdem
eine verbesserte Durchmischung des plastifizierten Materials und damit eine erhöhte
Qualität der Schmelze erreicht.
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Fig. 2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform einer Plastifiziervorrichtung
bzw. eines Schneckenextruders 110 gemäß der Erfindung. Der Extruder 110 besitzt
wieder ein längliches Gehäuse 112, welches in axialer Richtung von einem stromaufwärts
gelegenen Ende 114 bis zu einem stromabwärts gelegenen Ende 116 reicht und in dem
sich eine Extruderschnecke 118 befindet.
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Ein Vorrat an festem Material 120 wird in einem Trichter 122 bereitgehalten,
der mit dem Innenraum 124 des Gehäuses 112 angrenzend an das stromaufwärts gelegene
Ende 114 desselben in Verbindung steht und aus dem das feste Material 120 einem
Kanal 126 zugeführt werden kann, der durch eine wendelförmige Rippe 128 der Schnecke
118 definiert wird. Bei einer Drehung der Schnecke 118 in dem Gehäuse 112 wird das
Material 120 längs des Kanals 126 stromabwärts gefördert - in Richtung des Pfeils
130 - bis es plastifiziert oder aufgeschmolzen ist und zu einem Austrittsbereich
132 am stromabwärts gelegenen Ende 116 des Gehäuses gelangt.
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Der Austrittsbereich 132 steht mit einer Spritzgießvorrichtung in
Verbindung, die als Spritzform 134 dargestellt ist, so daß der Extruder 110 und
die Form 134 zusammen eine Spritzgießmaschine bilden, bei der die Form 134 intermittierend
mit der Schmelze bzw.
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dem plastifizierten Material gefüllt wird. Obwohl die Form 134 nur
intermittierend gefüllt wird, läuft die Schnecke 118 kontinuierlich um. Um diese
kontinuierliche
Drehbewegung der Schnecke 118 zu ermöglichen,
ist im Inneren derselben ein Rückführkanal 140 vorgesehen, der mit dem Kanal 126
über einen stromabwärts gelegenen Verbindungsbereich 142 und einen stromaufwärts
gelegenen Verbindungsbereich 144 in Verbindung steht, so daß eine geschlossene Rückführschleife
126, 140, 142 und 144 gebildet wird. Während der Betriebsphasen, in denen kein plastifiziertes
Material in die Form 134 abgegeben wird, läuft in dieser Rückführschleife zumindest
ein Teil des plastifizierten Material um, so daß eine kontinuierliche Drehbewegung
der Schnecke 118 ermöglicht wird.
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Der Umlauf des plastifizierten Materials in der beschriebenen Rückführschleife
wird dabei durch eine zweite Schnecke 150 gefördert, die mit dem Gehäuse 112 mittels
einer perforierten Montageplatte 152 verbunden ist und parallel und konzentrisch
zur Schnecke 118 in den Kanal 140 hineinragt. Die zweite Schnecke 150 ist stationär
angeordnet und weist eine wendelförmige Rippe 154 auf, die eine solche Steigung
besitzt, daß das Material bei Drehung der ersten Schnecke 118 durch die zweite Schnecke
150 stromaufwärts gefördert wird. Die Rippe 154 der zweiten Schnecke 150 definiert
dabei einen Rückleitkanal 156,der vorzugsweise stromabwärts vom stromabwärts gelegenen
Ende 158 der ersten. Schnecke 118 beginnt, um die Materialzufuhr zum Rückführkanal
140 zu erleichtern.
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Wie bei dem Schneckenextruder 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
wird das zusätzliche Material, welches während der Betriebsphasen plastifiziert
wird, in denen keine Beschickung der Form 134 erfolgt, dadurch gespeichert, daß
man eine Axialbewegung der ersten Schnecke 118 gegenüber dem Gehäuse 112 ermöglicht.
Während zusätzliches plastifiziertes Material erzeugt wird, bewegt sich also die
erste Schnecke 118 in Abhängigkeit von der Bildung eines MaterialVorrats stromaufwärts,
wobei das Volumen der Rückführschleife in einem Speicherbereich 162 angrenzend an
das stromabwärts gelegene Ende 158.der Schecke 118 erhöht wird. Beim betrachteten
Ausführungsbeispiel befindet sich dabei jedoch in der Schnecke 118 ein in axialer
Richtung stationäres Kernelement 166, um sicherzustellen, daß das stromaufwärts
gelegene Ende 168 der zweiten Schraube 150 in unmittelbarer Nachbarschaft des stromaufwärts
gelegenen Endes 169 des Kanals 140 verbleibt, so daß kein plastifiziertes Material
in einer vergrößerten Speicherkammer zwischen dem Ende 169 des Kanals 140 und dem
stromaufwärts gelegenen Ende 168 der zweiten Schnecke 150 verbleibt. Das Kernelement
166 ist einstückig mit der zweiten Schnecke 150 und nimmt somit bezüglich des Gehäuses
112 eine stationäre Lage ein.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist zwischen den Kanälen
126 und 140 stromaufwärts vom stromabwärts gelegenen Ende 158 der Schraube 118 ein
weiterer Verbindungskanal 170 vorgesehen. Der Verbindungskanal 170 liegt dabei in
der Nähe der Rückseite 172 der Rippe 128, so daß gemäß den Erläuterungen
der
oben erwähnten US-PS 3 924 842 festes Material in den Kanal 140 geleitet. wird,
wodurch die Plastifizierwirkung des Extruders 110 verbessert wird. Das zurückgeleitete
Material wird dem Kanal 126 angrenzend an die Vorderseite 174 der Rippe 128 zugeführt.
Der kontinuierliche Antrieb der Schnecke 118 erfolgt über einen Motor 176, der mit
der Schnecke über ein Zahnradgetriebe 178 und ein mit einer Außenverzahnung versehenes
Wellenstück 179 verbunden ist. Außerdem ist die Schnecke 118 stromabwärts mit Hilfe
einer Betätigungsvorrichtung 180 verschiebbar, ohne daß ihre Drehung unterbrochen
werden müßte.
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Zur Verbesserung einer wirksamen Materialrückführung über den Kanal
170 ist an der Schnecke 118 ein Hilfsrippe 190 vorgesehen. Wie aus Fig. 3 in Verbindung
mit Fig. 2 deutlich wird, trennt die Hilfsrippe 190 das bereits plastifizierte Material
von dem noch nicht aufgeschmolzenen Material angrenzend an die Rückseite 172 der
wendelförmigen Rippe 128, so daß gewährleistet ist, daß über den Verbindungskanal
170 hauptsächlich festes Material in den Rückleitkanal 140 gelangt. Die Hilfsrippe
190 lenkt also das noch nicht plastifizierte Material zu dem Verbindungskanal 170
und damit in den. Rückführkanal 140.
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Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Extruderschnecke 218 mit einem Kanal
226, der durch eine wendelförmige Rippe. 228 begrenzt wird. Die Schnecke 218 weist
in ihrem Inneren einen Rückführkanal 240 auf, der mit dem Kanal 226 an einer stromabwärts
gelegenen Stelle und an einer stromaufwärts gelegenen Stelle 244 ververbunden
ist.
Der Kanal 226 ist außerdem in der Nähe des stromabwärts gelegenen Endes der Schnecke
218 über einen Verbindungskanal 270 mit dem Rückführkanal 240 verbunden. Der Verbindungskanal
270 ist dabei angrenzend an die Rückseite 272 der Rippe 228 angeordnet, so daß überwiegend
festes Material in den Rückführkanal 240 gelenkt wird. Das zurückgeführte Material-
wird dann angrenzend an die Vorderseite 274 der Rippe 228 wieder in den Kanal 226
zurückgeleitet. Eine nicht durchgehende, abgewandelte Hilfsrippe 290 dient dabei
der Trennung des bereits plastifizierten Materials von dem noch nicht plastifizierten
Material, welches sich in der Nähe der Rückseite 272 der Rippe 228 befindet und
trägt somit dazu bei, daß gewährleistet ist, daß über den Verbindungskanal 270 überwiegend
festes Material in den Rückführkanal geleitet wird.
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Während vorstehend bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben wurden,
um-die Erfindung zu erläutern, versteht es sich, daß die Erfindung nicht auf diese
Ausfthrungsbeispiele beschränkt ist. Vielmehr stehen dem Fachmann ausgehend von
den Ausführungsbeispielen zahlreiche Möglichkeiten für Anderungen und/oder Ergänzungen
zu Gebote, ohne daß er- dabei den Grundgedanken der Erfindung verlassen müßte.