DE3500561A1

DE3500561A1 - Einspritzvorrichtung fuer eine spritzgussmaschine

Info

Publication number: DE3500561A1
Application number: DE19853500561
Authority: DE
Inventors: Yukio Ooka Numazu-Shizuoka Takanashi
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1984-01-12
Filing date: 1985-01-10
Publication date: 1985-07-25
Also published as: JPS60147315A; US4645445A; DE3500561C2; JPH0411371B2

Description

TOSHIBA KIKAI KABUSHIKI KAISHA, Tokio, Japan

Einspritzvorrichtung für eine Spritzgußmaschine

Die Erfindung betrifft eine Einspritzvorrichtung für eine Spritzgußmaschine mit einem Heizzylinder, dem das einzuspritzende Material zugeführt wird und in dem eine Spindel für den Vorwärtstransport des Materials angeordnet ist, und mit einem Antrieb für die Spindel.

Die Erfindung ist insbesondere für eine Spritzgußmaschine geeignet, die mit hohem Druck arbeitet, um den Spritzgußvorgang mit hoher Präzision ausführen zu können.

Bei dem herkömmlichen Spritzgußvorgang erfolgt das Einspritzen mit einem maximalen Druck im Bereich von 14000 bis 18000 N/cm² (1400 bis 1800 kp/cm²) während des Materialeinspritzvorganges und während des Aufrechterhaltens des Druckes nach dem Einspritzvorgang. In jüngster Zeit wird demgegenüber ein Hochdruckspritzgießen mit erhöhtem Einspritzdruck im Bereich von etwa 25000 bis 35000 N/cm² (2500 bis 3500 kp/cm²) durchgeführt, um Spritzgußprodukte mit exzellenten Eigenschaften zu erhalten, von denen jedes weit weniger Wellenlinien oder Zeichen und weniger irreguläre Einschnitte oder Lunker an der Oberfläche infolge von Schrumpfvorgängen des Spritzgußmaterials in der Spritzform im Vergleich zu Spritzgußprodukten, die in herkömmlicher Weise mit geringeren Drücken hergestellt werden, aufweisen.

Bei dem bekannten Hochdruckeinspritzvorgang wird der hohe Einspritzdruck durch eine Methode erhalten, bei der

BAD ΟΗ»»""^Γ*

(a) ein Durchmesser D einer Spindel der Einspritzvorrichtung reduziert,

(b) ein Durchmesser eines Kolbens einer hydraulischen Einspritzzylinderanordnung erhöht, oder

(c) der Efydraulikdruck einer Hydraulikantriebsquelle erhöht wird. Der maximale Einspritzdruck P_max während des Spritzgußvorgangs wird durch die folgende Gleichung wiedergegeben:

mit Pq gleich dem Einspritzdruck einer hydraulischen Kolbenzylinderanordnung der Einspritzvorrichtung und D gleich einem Durchmesser der Spindel der Einspritzvorrichtung, so daß der maximale Druck P_ffiax umgekehrt proportional zu dem Quadrat des Spindeldurchmessers D ist.

Der maximale Einspritzanteil W__„ eines Materials

IUcIX

und die maximale Einspritzdurchsatzmenge Q__ö„ ergeben sich zu

mit dem Einspritzhub S einer Kolbenstange einer hydraulischen Kolbenzylinderanordnung, der Materialdichte und dem Einspritzwirkungsgrad ^ , und

mit der Einspritzgeschwindigkeit V der Kolbenstange.

Wie aus diesen Gleichungen (2) und (3) zu ersehen ist, sind sowohl der maximale Einspritzanteil W__e,, und

IB9.X

die maximale Einspritzdurchsatzmenge Qj_nO_x proportional zu dem Quadrat des Spindeldurchmessers D.

BAD ORIGINAL

Aus den drei Gleichungen (1) bis (3) folgt, daß bei der zuvor erwähnten Methode (a) der maximale Einspritzdruck P_max durch Verminderung des Spindeldurchmessers D bzw. des Heizzylinders erhöht wird, woraus jedoch umgekehrt ein Absinken des Einspritzanteils und der Einspritzdurchsatzmenge bzw. des Einspritzverhältnisses resultieren. Werden somit die Plastifizierfähigkeit und das Einspritzverhältnis erniedrigt, so sinkt die Herstellungsproduktivität ab, was in jedem Falle unwirtschaftlich ist. Auch bei der zuvor erwähnten Methode (b) ergeben sich die gleichen Nachteile oder Probleme, wie sie unter Bezugnahme auf die Methode (a) beschrieben wurden, da der maximale Einspritzdruck P_max im Verhältnis zu dem Quadrat des Durchmessers des Kolbens der hydraulischen Kolbenzylinderanordnung der Einspritzvorrichtung erhöht wird, jedoch das maximale Einspritzverhältnis Ο__,_ν im umgekehrten Verhältnis zu dem Quadrat des Durchmessers des Kolbens absinkt. Wird die Methode (c) näher untersucht, so ist dabei zu berücksichtigen, daß der maximale Pumpendruck einer herkömmlichen Hochpräzisions-

drehkolbenpumpe ungefähr 1400 bis 1500 N/cm (140 bis 150 kp/cm ) oder einer herkömmlichen Kolbenpumpe etwa 1900 bis 2100 N/cm² (190 bis 210 kp/cm²) beträgt, so daß ein hydraulisches Aggregat mit erhöhter Pumpleistung oder mit Rohrleitungen, die vergrößerte Querschnitte besitzen, erforderlich ist, um den extrem erhöhten Maximalpumpendruck der Hydraulikquelle verfügbar zu machen. Aufgrund dieser Tatsachen ergibt sich ein Anstieg der Konstruktionskosten der Spritzgußmaschine, und zusätzlich wird die Wartung des Hydraulikteils bzw. Hydraulikkreises extrem schwierig, und darüber hinaus steigt der elektrische Leistungsverbrauch für den Betrieb der Hydraulikquelle enorm an.

Somit ergibt sich, daß die herkömmlichen Methoden zum Erreichen eines hohen Spritzdrucks für die Einspritz-

BAD ORIGINAL

vorrichtung verschiedene Nachteile oder Probleme mit sich bringen, da es schwierig ist, den gewünschten hohen Spritzdruck mit hoher Wirksamkeit und ökonomischen Vorteilen zu erhalten.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einspritzvorrichtung für eine Spritzgußmaschine der eingangs beschriebenen Art unter Vermeidung der bekannten Nachteile oder Probleme so zu verbessern, daß damit ein Spritzgußbetrieb mit hohem Druck ausgeführt werden kann, ohne daß die Plastifizierfähigkeit der Einspritzvorrichtung dabei absinkt.

Diese Aufgabe wird durch eine Einspritzvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 in der Weise gelöst, daß ein Stirnteil des Heizzylinders, das in bezug auf den Materialfluß stromabwärts liegt, als Zylinderkopf ausgebildet ist, der einen ersten Abschnitt als Rückteil aufweist, der stetig an eine Stirnfläche des Heizzylinders anschließt und einen kegelstumpfartigen inneren Querschnitt aufweist sowie einen zweiten Abschnitt, der mit seinem Rückteil an den Vorderteil des ersten Abschnitts anschließt und einen kleineren Innendurchmesser als der Heizzylinder besitzt, daß die Innenflächen des Heizzylinders, des ersten und zweiten Abschnitts aneinander glatt anschließen und daß die Spindel aus einem ersten Spindelteil mit einem Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des Heizzylinders, einem zweiten Spindelteil mit einem Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des ersten Abschnitts des Zylinderkopfs und einem dritten Spindelteil besteht, der einen Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des zweiten Abschnitts des Zylinderkopfs hat.

BAD ORIGINAL

Die Zeichnung zeigt einen Längsschnitt eines wesentlichen Teils einer Spritzgußmaschine mit einer Einspritzvorrichtung nach der Erfindung.

Die Einspritzvorrichtung umfaßt einen Heizzylinder 1, dem Material wie beispielsweise Kunststoff über einen Behälter 10 zugeführt wird, eine in dem Heizzylinder 1 angeordnete Spindel 7 zum Plastifizieren des Kunststoffnaterials und Vorwärtsfördern, eine hydraulisehe Kolbenzylinderanordnung 11 zum Hin- und Herbewegen der Spindel 7 und einen Antriebsmotor M zum Drehen der Spindel 7. Heizeinrichtungen wie Heizkörper 12 sind rings um den Heizzylinder 1 an verschiedenen Abschnitten zum Beheizen des Zylinders 1 angeordnet und schmelzen das zugeführte Kunststoff material auf.

Ein Zylinderkopf 2 ist an dem Stirnteil, in der Zeichnung an der linken Stirnfläche des Heizzylinders 1, befestigt. Der Zylinderkopf 2 umfaßt einen Rückteil 4, der im Längsschnitt eine kegelstumpfartige Gestalt besitzt, einen zentralen zylindrischen Teil 5 und einen Vorderteil 6, an dem eine Düse 9 ausgebildet ist. Der Innendurchmesser des kegelstumpfartigen Teils 4 auf der stromauf liegenden Seite in bezug auf die Durchflußrichtung des geschmolzenen Kunststoffes in dem Heizzylinder 1 entspricht im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Heizzylinders, so daß ein glatter Anschluß zwischen dem kegelstumpfartigen Teil und der Innenfläche 3 des Heizzylinders 1 gegeben ist. Der Innendurchmesser des kegelstumpfartigen Teils 4 auf der stromabwärts liegenden Seite in bezug auf die Durchflußrichtung des geschmolzenen Kunststoffes ist im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des zentralen Abschnitts 5 des Zylinderkopfs 2, wobei der hohle Innenteil des zentralen Abschnitts 5 axial parallel zu dem hohlen Innenteil des Heizzylinders und der Innendurch-

messer kleiner als derjenige des Heizzylinders 1 ist.

Der mittlere zylindrische Abschnitt 5 besitzt eine Länge L, die so vorgegeben ist, daß ein vorderer Abschlußteil der Spindel 7, der nachstehend noch näher beschrieben wird, in dem zylindrischen Abschnitt 5 verbleibt, wenn sich die Spindel in die hintere Grenzposition des Heizzylinders 1 bewegt, um ein Zurückfließen des aufgeschmolzenen Kunststoffes in den zylindrischen Abschnitt 5 zu verhindern.

Die in dem hohlen Innenteil des Heizzylinders 1 angeordnete Spindel 7 wird hin- und herbewegt und in Drehung versetzt durch die Operation der hydraulischen Kolbenzylinder anordnung 11 und des Antriebmotors M.

Die Spindel 7 bewegt sich in Axialrichtung des Heizzylinders 1 so hin und her, daß sie sich im Heizzylinder und im Zylinderkopf 2 mit einem schmalen Spalt zwischen der Außenfläche der Spindel 7 und den Innenflächen des Heizzylinders 1 und des Zylinderkopfs 2 hin- und her bewegt und daß die Länge des vorderen Spindelteils die Länge L nicht überschreitet, wenn die Spindel 7 in die vordere Grenzposition geführt wird bzw. diese einnimmt. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß die Spindel 7 aus drei Abschnitten besteht, die unterschiedliche Außendurchmesser besitzen, nämlich einen ersten Spindelabschnitt 7a mit großem Außendurchmesser, der im wesentlichen mit dem Innendurchmesser des hohlen Heizzylinders 1 übereinstimmt, einem dritten Spindelabschnitt 7b mit kleinem Außendurchmesser, der im wesentlichen mit dem Innendurchmesser des Abschnitts 5 des hohlen Zylinderkopfs 2 übereinstimmt, und einem zweiten Spindelabschnitt 7c mit kegelstumpfartigem Querschnitt, der eine äußere Konfiguration bzw. Durchmesser aufweist, die im wesentlichen mit der inneren Konfiguration bzw. den Durchmessern des kegelstumpfartigen Abschnitts 4 des Zylinderkopfs 2 übereinstimmen. Diese Spindelabschnitte

7a, 7b und 7c sind so konstruiert, daß ihre äußeren Konfigurationen mit den entsprechenden Abschnitten des Heizzylinders 1 und des Zylinderkopfs 2 übereinstimmen, wenn die Spindel 7 ihre äußerste vordere Position einnimmt, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist. Diese Spindelabschnitte können in einem einzigen Bauteil integriert sein, aber auch als drei Einzelteile gefertigt und zu einem Bauteil zusammengebaut sein. Nahe dem vorderen Endabschnitt des Spindelteils 7b mit kleinem Durchmesser ist ein Absperrventil 8 angeordnet, das ein Zurückfließen des geschmolzenen Kunststoffs in den Zylinderkopf 2 während des Einspritzvorgangs verhindert. Es ist auch möglich, je nach der Art des für den Spritzgußvorgang verwendeten Materials auch das Absperrventil 8 zu entfernen.

Die Einspritzvorrichtung nach der Erfindung arbeitet in folgender Weise.

Das in den Heizzylinder 1 über den Behälter 10 eingefüllte Kunststoffmaterial wird erhitzt und plastifiziert durch die hin- und hergehenden Bewegungen der von der hydraulischen Kolbenzylinderanordnung 11 betätigten Spindel 7 und durch die Betätigung des Antriebs

M. Der in dem Heizzylinder 1 aufgeschmolzene und plastifizierte Kunststoff wird dem Zylinderkopf 2 zugeführt und in diesem zunächst eine vorgegebene Menge gespeichert, die im wesentlichen der Menge entspricht, die für einen Spritzgußhub der Einspritzvorrichtung notwendig und geeignet ist, um ein Produkt in eine Form 13 zu gießen, die mit der Düse 9 des Zylinderkopfs 2 verbunden ist. Nach Beendigung der Speicherung der notwendigen Menge des aufgeschmolzenen Kunststoffes in dem Zylinderkopf 2, dreht sich die Spindel 7 wieder und bewegt sich vorwärts, in der Zeichnung nach links, wodurch der aufgeschmolzene Kunststoff in die Form 13 durch die Düse 9 im vorderen Stirnabschnitt 6 des Zylin-

derkopfs 2 eingespritzt wird. Durch diesen Vorgang wird der Spritzdruck sehr stark erhöht, da der Innendurchmesser des Zylinderkopfs 2 kleiner ist als der Innendurchmesser des Heizzylinders 1.

Wenn beispielsweise der Durchmesser des Spindelabschnitts 7b gleich f; D des Durchmessers D des Spindelabschnitts 7a beträgt, wird der Einspritzdruck P auf einen Wert P_max ^1,96 P_Q in Übereinstimmung mit Gleichung (1) erhöht.

Bei der Einspritzvorrichtung nach der Erfindung wird der Plastifiziervorgang des Kunststoffes im Heizzylinder 1 durchgeführt, d.h. in dem Abschnitt der Spinal 5 del 7, der einen großen Durchmesser aufweist, so daß das Plastifiziervermögen nicht abgesenkt wird oder auf dem üblichen Wert gehalten wird, so daß keine Notwendigkeit besteht, spezifische hydraulische Pumpmittel einzusetzen und somit ein herkömmliches Pumpsystem verwendet werden kann, was wirtschaftlich ist und nur Konstruktionsarbeiten ohne hohen Schwierigkeitsgrad erfordert.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform ist der Zylinderkopf 2 als eigenes Bauteil gegenüber dem Heizzylinder 1 ausgebildet und an einem vorderen Stirnteil des Heizzylinders 1 befestigt, jedoch kann der Zylinderkopf 2 selbstverständlich auch mit dem Heizzylinder 1 ein integrales Bauteil bilden. Ebenso ist es möglich, daß die Düse 9 mit dem vorderen Stirnteil des Zylinderkopfs 2 integriert ist, jedoch kann die Düse 9 auch als ein separates Bauteil ausgebildet sein, das bei verschiedenen Arten von Spritzgußvorgängen einsetzbar bzw. anwendbar ist.

In der gezeigten Ausführungsform ist der Zylinderkopf 2 natürlich so konstruiert, daß er eine äußere Umfangsfläche besitzt, die mit derjenigen des Heizzylinders 1 fluchtet, obwohl der Zylinderkopf 2 einen Außendurchmesser kleiner als derjenige des Heizzylinders 1 aufweist.

Im allgemeinen besitzen die durch das Hochdruckspritzgießen erzeugten Spritzgußprodukte kleine Größen, so daß die Verminderung der Spritzgußmenge, verursacht durch Verkleinerung des Durchmessers des Zylinderkopfs 2, nicht ein unlösbares Problem für die Herstellung dieser Produkte darstellt.

Weitere Vorteile der Erfindung können durch Verkleinerung des Durchmessers des vorderen Spindelabschnitts und des Innendurchmessers des vorderen Stirnteils des Heizzylinders erzielt werden, ohne daß irgendein spezifisches Mittel oder eine Einrichtung für den Hochdruckspritzvorgang vorgesehen werden müssen.

Zk/Gu

- Leerseite -

Claims

Patentanwälte ^ 1087β cn.^l. u. Bridle! r'ö-"l·:,: trails 13 GO Frankfurt a. M. 1 JbUUuD I TOSHIBA KIKAI KABUSHIKI KAISHA, Tokio, Japan Patentansprüche

1.) Einspritzvorrichtung für eine Spritzgußmaschine mit einem Heizzylinder, dem das einzuspritzende Material zugeführt wird und in dem eine Spindel für den Vorwärtstransport des Materials angeordnet ist, und mit einem Antrieb für die Spindel,

dadurch gekennzeichnet, daß ein Stirnteil des Heizzylinders (1), das in bezug auf den Materialfluß stromabwärts liegt, als Zylinderkopf (2) ausgebildet ist, der einen ersten Abschnitt als Rückteil (4) aufweist, der stetig an eine Stirnfläche des Heizzylinders (1) anschließt und einen kegelstumpfartigen inneren Querschnitt aufweist,sowie einen zweiten Abschnitt (5), der mit seinem Rückteil stetig an den y Vorderteil des ersten Abschnitts anschließt und einen kleineren Innendurchmesser als der Heizzylinder (1) besitzt, daß die Innenflächen des Heizzylinders (1), des ersten und zweiten Abschnitts (4, 5) aneinander glatt anschließen und daß die Spindel (7) aus einem ersten Spindelteil (7a) mit einem Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des Heizzylinders (1), einem zweiten Spindelteil (7c) mit einem Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des ersten Abschnitts (4) des Zylinderkopfs (2) und einem dritten Spindelteil (7b) besteht, der einen Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des zweiten Abschnitts (5) des Zylinderkopfs (2) hat.

2. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkopf (2) mit dem Heizzylinder (1) zu einem Bauteil integriert ist.

_BAD

3. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkopf (2) als ein separates Bauteil ausgebildet ist, das an dem Heizzylinder (1) befestigt ist.

4. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, zweite und dritte Spindelteil (7a, 7b, 7c) ein integrales, einstückiges Bauteil bilden.

5. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, zweite und dritte Spindelteil (7a, 7b, 7c) jeder für sich ein separates Bauteil bilden und miteinander verbunden sind.

6. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des dritten Spindelteils (7b) so festgelegt ist, daß die vordere Stirnfläche des dritten Spindelteils (7b) im zweiten Abschnitt (5) des Zylinderkopfs (2) verbleibt, wenn die Spindel (7) ihre hintere Grenzposition einnimmt.

7. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Absperrventil (8) an dem dritten Spindelteil (7b) befestigt ist, um ein Zurückfließen des Materials zu verhindern.

^ßAD ORIGINAL