DE3744553A1

DE3744553A1 - Schnecke zur verwendung bei einer spritzgiessmaschine des entlueftungstyps

Info

Publication number: DE3744553A1
Application number: DE19873744553
Authority: DE
Inventors: Takashi Kamiyama
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1987-12-30
Filing date: 1987-12-30
Publication date: 1989-07-13
Also published as: GB2214126A; DE3744553C2; GB2214126B; GB8800107D0

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schnecke zur Verwendung bei Spritzgießmaschinen des Entlüftungs-Typs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, umfaßt eine Spritzgießmaschine des Entlüftungs-Typs bzw. eine Entgasungsschnecken-Spritzgießmaschine des Standes der Technik üblicherweise eine erste Stufe A, die bei einem Dosierbereich a mit einem Mischabschnitt 1 des Dulmage-Typs versehen ist, sowie eine zweite Stufe B, die in Form eines vollen Gewindegangs bzw.eines fortlaufenden Gewindes ausgebildet ist und eine Lüftungsöffnung 2 beinhaltet. Ein Heizzylinder 3 a der Spritzgießmaschine ist mit einer Fördervorrichtung 3 versehen, die derart arbeitet, daß sie die Menge des durch einen Einfülltrichter 3 b zugeführten Materials (bei dem es sich um thermoplastisches Kunstharz handelt) so einstellt, daß die Menge des durch die erste Stufe A beförderten Materials nicht die Menge des durch die zweite Stufe B beförderten Materials übersteigen würde. Bei dieser Spritzgießmaschine des Standes der Technik würde jedoch aufgrund der übermäßigen Gelierung des Materials in der ersten Stufe A die Menge des durch die erste Stufe A beförderten Materials die Förderkapazität der zweiten Stufe B übersteigen, wodurch es zu dem Phänomen kommen würde, daß das Material durch die Lüftungsöffnung 2 ausströmt. Die übermäßige Gelierung des Materials in der ersten Stufe A läßt sich durch Reduzieren der Temperatureinstellung der ersten Stufe A mehr oder weniger vermindern, und das Phänomen des Ausströmens durch die Lüftungsöffnung läßt sich in gewissem Ausmaß dadurch verhindern, daß man die Menge des durch die Fördervorrichtung 3 zugeführten Materials durch Steuern der Anzahl der Umdrehungen der Schnecke, der Anzahl der Umdrehungen der Fördervorrichtung sowie des Gegendrucks der Schnecke unter Beobachtung des Lüftungsöffnungs-Austrittsverhaltens reduziert. Nicht nur ist eine derartige Steuerung kompliziert und mühsam, sondern auch die Montage der Fördervorrichtung 3 ist kostenintensiv. Außerdem traten unweigerlich auch ein übermäßiges Drehmoment, das durch einen Strömungswiderstand in dem Mischbereich 1 verursacht wird, sowie eine Abnahme bei der Plastifizierfähigkeit aufgrund der durch Reibung verursachten Erwärmung des Materials sowie eine Reduzierung der Anzahl der Umdrehungen der Fördervorrichtung auf.

Außerdem kam es in der zweiten Stufe B unweigerlich zu Verbleib- und Farbvariationen oder Versengungen des Materials aufgrund einer nicht ausreichenden Materialfördermenge sowie zu Ausschußteilen, die durch durch den Einfülltrichter 3 b eingebrachte Verunreinigungen sowie durch Materialwechsel verursacht werden. Da die zweite Stufe B die Form eines vollen Gewindes aufweist, sind außerdem die Probleme einer ungleichmäßigen Temperatur des Materials sowie eines unzulänglichen Durchknetens und Verteilens des Materials aufge treten.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Schnecke zur Verwendung bei Spritzgießmaschinen des Entlüftungs-Typs, die in der Lage ist, die Plastifizierfähigkeit sowie die Durchknet- und Dispergiereigenschaften zu verbessern sowie die Arbeitsfähigkeit der Spritzgießmaschine ohne Verwendung einer Fördervorrichtung zu steigern, wobei sich die Schnecke außerdem kostengünstiger herstellen läßt.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Kennzeichen des Anspruchs 1.

Die vorliegende Erfindung schafft also eine neuartige Schnecke zur Verwendung bei einer Spritzgießmaschine des Entlüftungs-Typs, deren Nutzeffekt sich hinsichtlich Farbwechseln und Materialwechseln steigern läßt und bei der sich außerdem die Dispergiereigenschaften des eingespritzten Materials durch Verminderung des Gegendrucks verbessern las sen.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Schnecke zur Verwendung bei einer Spritzgießmaschine des Entlüftungs-Typs, mit einer ersten Stufe und einer zweiten Stufe, die durch einen Zuführabschnitt, einen Kompressionsabschnitt und einen Dosierabschnitt gebildet sind, die aufeinanderfolgend angeordnet sind, wobei die Schnecke mit einem schraubenlinienförmigen Hauptgewinde zum Befördern eines einzuspritzenden Materials versehen ist, wobei sich die erfindungsgemäße Schnecke dadurch auszeichnet, daß für die erste und die zweite Stufe ein schraubenlinienförmiges Untergewinde zwischen dem Hauptgewinde wenigstens in einem Bereich jeder der beiden Stufen vorgesehen ist. Einander gegenüberliegende Enden des Untergewindes sind entweder von dem Hauptgewinde beabstandet oder mit diesem durch axiale Dämme bzw. Schwellen verbunden, die eine geringere Höhe als die Höhe des Hauptgewindes aufweisen. Wenn derartige Schwellen vorgesehen sind, bewegt sich das einzuspritzende Material, bei dem es sich um ein thermoplastisches Kunstharz handelt, über die Schwellen hinweg und wird durch einen die Schnecke enthaltenden Heizzylinder erwärmt.

Der Begriff Gewinde bedeutet insbesondere eine schraubenlinienförmig entlang dem Schneckengrundkörper verlaufende Rippe.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung und Weiterbildung der Erfindung werden im folgenden anhand der zeichnerischen Darstellung mehrerer Ausführungsbeispiele noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht unter Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Schnecke gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht unter Darstellung einer Schnecke des Standes der Technik zur Verwendung bei einer Spritzgießmaschine des Entlüftungs- Typs;

Fig. 4, 5 und 6 Seitenansichten, in denen die Konstruktion von drei Arten herkömmlicher Schnecken veranschaulicht ist;

Fig. 7 eine Seitenansicht unter Darstellung eines modifizierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Er findung;

Fig. 8 eine vergrößerte Seitenansicht unter Darstellung der detaillierten Konstruktion des in Fig. 7 in einem Kreis Y dargestellten Bereichs;

Fig. 9 eine Querschnittsansicht entlang der Linie IX-IX in Fig. 8; und

Fig. 10, 11 und 12 schematische Seitenansichten unter Darstellung weiterer Schnecken des Standes der Technik.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert. Die darin gezeigte und bei einer Spritzgießmaschine des Entlüftungs-Typs verwendbare Schnecke 10 gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt eine erste Stufe A, die einen Zuführabschnitt 11, einen Kompressionsabschnitt 12 und einen Dosierabschnitt 13 beinhaltet, sowie eine zweite Stufe B, die einen Zuführabschnitt 14, einen Kompressionsabschnitt 15 sowie einen Dosierabschnitt 16 beinhaltet. Die Schnecke ist mit einem schraubenlinienförmigen Hauptgewinde 17, einem schraubenlinienförmigen Untergewinde 18 in der ersten Stufe A sowie einem schraubenlinienförmigen Untergewinde 19 in der zweiten Stufe B ausgebildet. Beide Untergewinde 18 und 19 sind jeweils für die Dosierabschnitte 13 und 16 vorgesehen. Schneckennuten sind an Eintrittsenden 18 a, 19 a und Austrittsenden 18 b, 19 b über eine Länge von einer Steigung offen. Zur Verhinderung eines übermäßigen Knetens und Mischens des Materials, wie es bei der herkömmlichen Maschine des Dulmage-Typs auftritt, sind die Nuten an ihren Eintrittsenden 18 a, 19 a sowie ihren Austrittsenden 18 b, 19 b über eine Länge von einer oder zwei Steigungen (bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt diese Länge eine Steigung) derart offen, daß an diesen Bereichen keine Dämme bzw. Schwellen gebildet sind. Als Alternative hierzu kann, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, zum Zweck der Schaffung einer weniger starken Knetwirkung wie bei dem Mischabschnitt des Standes der Technik der Talbereich jeder Nut von seinem Boden in Richtung auf die Oberseite des Untergewindes sanft ansteigend ausgebildet sein, wie dies bei den Bezugszeichen C gezeigt ist.

Im folgenden werden nun die Ergebnisse von Tests angegeben, die mit der Schnecke gemäß der vorliegenden Erfindung sowie mit einer Schnecke des Standes der Technik durchgeführt wurden.

Beispiel 1

Es wurden eine Schnecke gemäß der vorliegenden Erfindung sowie eine Schnecke herkömmlicher Konstruktion vorbereitet, die beide aus einem Acrylbutadienstyrolcopolymer bestanden und einen Durchmesser von 60 mm aufwiesen; diese Schnecken wurden mit einer Drehzahl von 200 Umdrehungen pro Minute sowie bei einer Temperatur von 235°C betrieben.

Die nachfolgende Tabelle I zeigt die vergleichsweisen Ergebnisse der mit der erfindungsgemäßen Schnecke sowie der Schnecke des Standes der Technik durchgeführten Tests.

Tabelle I

Beispiel 2

Außerdem wurde eine erfindungsgemäße Schnecke sowie eine Schnecke des Standes der Technik mit einem Durchmesser vom jeweils 60 mm zum Vergleichen der physikalischen Eigenschaften der aus einem harten Polyvinylchlorid bzw. Hart-PVC bestehenden geformten Erzeugnisse verwendet.

Die Ergebnisse dieses Tests sind in der nachfolgenden Tabelle II angegeben.

Tabelle II

Beispiel 3

Die nachfolgende Tabelle III zeigt die Resultate von Tests hinsichtlich der Reinigungszeit, der Menge des durch Reinigung ausgebrachten Kunstharzes sowie des Zeitraums des Verbleibs eines zuvor verwendeten Kunstharzes zu dem Zeitpunkt, bei dem das Kunstharz von einem rot eingefärbten Polypropylen auf ein natürliches oder nicht eingefärbtes Polypropylen umgewechselt wird.

Tabelle III

Wie aus diesen Tabellen zu erkennen ist, ist die erfindungsgemäße Schnecke im Vergleich zu der Schnecke des Standes der Technik vorteilhafter hinsichtlich der Plastifizierfähigkeit, des Schneckendrehmoments, des Materialaufstiegs bzw. des Ansteigens des Kunstharzes sowie hinsichtlich des Wechsels von einem eingefärbten Kunstharz auf ein nicht eingefärbtes Kunstharz, wodurch die erfindungsgemäße Schnecke die eingangs genannten Ziele erreicht.

Die nachfolgenden Modifikationen zeigen erfindungsgemäße Schnecken, die zum effizienten Verteilen bzw. Dispergieren solcher Pigmente, wie trockener Färbemittel, flüssiger Färbemittel, Muttermischungen usw. geeigneter sind.

Zum Schmelzen eines thermoplastischen Materials sowie zum Verbessern der Knet- und Dispergierwirkung sind verschiedene Schneckenkonstruktionen vorgeschlagen worden. Zum Beispiel zeigt die japanische Offenlegungsschrift Nr. 24 493/1968 eine Konstruktion, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, bei der ein spitz ausgebildeter Druckkolben 22 an dem vorderen Ende einer Schnecke 21 ausgebildet ist, die einen zylindrischen Körperbereich 25 aufweist, der unter Freilassung eines kleinen Spalts in einem nicht gezeigten Zylinder aufgenommen ist. Eine Mehrzahl schräg verlaufender Rippen 23 und 24 sind auf der Umfangsfläche des Hauptkörpers 25 ausgebildet. Aufeinander folgende Rippen 23 und 24 sind in bezug aufeinander derart versetzt angeordnet, daß das innere bzw. in bezug auf Fig. 4 rechte Ende der Rippe 24 links von den inneren Enden der benachbarten Rippen 23 angeordnet ist, während das linke Ende der Rippe 24 links über die linken Enden der benachbarten Rippen 23 hinausragt, so daß zwischen den jeweiligen Rippen 23 und 24 definierte Nuten nicht direkt miteinander kommunizieren würden. Anstelle der Ausbildung radialer Rippen können auch Nuten zur Erzielung desselben Zwecks verwendet werden. Außerdem zeigt eine japanische Offenlegungsschrift eine Konstruktion, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, bei der eine Schnecke 21 vorgesehen ist, die einen Förderabschnitt bzw. eine Förderzone C, einen Kompressionsabschnitt D sowie einen Dosierabschnitt F aufweist und die über einen vorbestimmten axialen Längsbereich mit einem oder mehreren schraubenlinienförmiger Mischgewinde 26 ausgestattet ist; außerdem sind mehrere axial verlaufende Nuten 27 auf der Außenfläche der Gewinde 26 ausgebildet, wobei die Tiefe der Nuten 27 derart variiert, daß die Tiefen benachbarter Nuten in Axialrichtung entgegengesetzt variieren.

Außerdem zeigt die japanische Offenlegungsschrift Nr. 1 810/1980 eine Konstruktion, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist, bei der ein von einem Hauptgewinde 28 abgezweigtes Untergewinde 29 in ein in Materialförderrichtung stromabwärts gelegenes Hauptgewinde 28′ übergeht.

Bei diesen Schnecken des Standes der Technik war es notwendig, einen hohen Gegendruck von mehr als 20 kp/cm² zum wirksamen Dispergieren des Färbemittels aufzubringen, was nicht nur zu einer Verminderung der Plastifizierfähigkeit führt, sondern auch zu einer Erhöhung der Kunstharztemperatur führt, wodurch die Produktivität vermindert und die Qualität der Erzeugnisse verschlechtert werden.

Eine erfindungsgemäße modifizierte Schnecke, wie sie in den Fig. 7, 8 und 9 gezeigt ist, kann diese Probleme lösen. In diesen Figuren wird ein durch eine Zuführöffnung 31 zugeführtes thermoplastisches Material mittels eines Förderabschnitts C, eines Kompressionsabschnitts D sowie eines Dosierabschnitts M in Richtung X befördert. Für die Schnecke ist ein kontinuierliches Hauptgewinde 32 mit konstanter Steigung über die gesamte Länge des Förderabschnitts C, des Kompressionsabschnitts D sowie eines Bereichs des Dosierabschnitts M vorgesehen. An dem in Förderrichtung vorderen Ende des Dosierabschnitts ist ein Mischbereich 33 vorgesehen, der mit schräg verlaufenden Rippen 34 und 35 ausgestattet ist, die dieselbe Konstruktion wie die in Fig. 4 gezeigten Rippen 23 und 24 aufweisen. Diese Rippen können durch Nuten ersetzt werden.

Fig. 8 zeigt eine vergrößerte Seitenansicht des in Fig. 7 mit einem Kreis Y umgebenen Bereichs; diese Figur zeigt die Relation zwischen dem Hauptgewinde 32 und dem Untergewinde 36, das eine geringfügige niedrigere Höhe als das Hauptgewinde sowie einen größeren Steigungswinkel aufweist. Die einander gegenüberliegenden Enden des Untergewindes sind mit dem Hauptgewinde durch Dämme bzw. Schwellen 37 verbunden, die eine niedrigere Höhe als das Hauptgewinde aufweisen und sich in Axialrichtung der Schnecke erstrecken. Aus diesem Grund würde das Kunstharz bei nicht vorgesehenen Schwellen gefördert werden ohne geschmolzen zu werden, während dann, wenn die Schwellen wie bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vorgesehen sind, das Kunstharz geschmolzen wird, wenn es über die Schwellen fließt, da die Schnecke einer Spritzgießmaschine in einem Heizzylinder enthalten ist. Aus diesem Grund ist die Höhe der Schwellen derart gewählt, daß das Kunstharz ohne Stagnation geschmolzen wird. Daher hat die Schnecke dieses Ausführungsbeispiels eine Charakteristik, die zwischen der des offenen Typs und der des geschlossenen Typs liegt. Außerdem ist, wie dies in Fig. 9 gezeigt ist, jede Schwelle 37 derart ausgebildet, daß sie von dem Boden der Nut zwischen dem benachbarten Hauptgewinde 32 sanft und glatt ansteigt, so daß das Kunstharz durch den Heizzylinder wirksam erwärmt würde. Als Ergebnis hiervon wird das Kunstharz in wirksamer Weise durchgeknetet, wenn es sich über die Schwelle bewegt. Da außerdem an dem einen Ende des Dosierabschnitts ein Mischbereich 33 vorgesehen ist, der eine ausreichend große Dispersion bewirkt, läßt sich die Dispersion aufgrund eines geringen Gegendrucks in zufriedenstellender Weise ausführen.

Die Fig. 10, 11 und 12 zeigen schematische Seitenansichten weiterer Schnecken des Standes der Technik zur Verwendung bei einer Spritzgießmaschine des Entlüftungs-Typs, wobei Fig. 10 eine Konstruktion zeigt, die ein kurzes Untergewinde 36 verwendet, dessen beide Enden in dem Kompressionsabschnitt nicht mit dem Hauptgewinde 32 verbunden sind; Fig. 11 zeigt eine Konstruktion, bei der ein Misch bereich 33 für den Mischabschnitt vorgesehen ist, und Fig. 12 zeigt eine Konstruktion, die einen Mischbereich 33 und ein kurzes Untergewinde 36 in derselben Weise wie bei der Konstruktion der Fig. 10 aufweist.

Waschbehälter bzw. Waschwannen mit einem Gewicht von 315 g, einem oberen Durchmesser von 340 mm und einer Tiefe von 125 mm wurden unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Schnecke sowie unter Verwendung der in den Fig. 10, 11 und 12 gezeigten Schnecken des Standes der Technik unter Verwendung von Polypropylen hergestellt, dem ein Färbemittel mit einem Gewichtsverhältnis von 0,1, 0,4 bzw. 0,8% beigemischt wurde.

Der Formvorgang wurde unter folgenden Bedingungen ausgeführt:

Anzahl der Umdrehungen der Schnecke: 175 Umdrehungen pro Minuten (Maximum)
Gegendruck: 0 und 10 bzw. 20 kp/cm²
Arbeitszyklus:
Enspritzen: 5 Sekunden
Kühlen: 15 Sekunden
Zeitdauer eines Zyklus: 34 Sekunden
Zylindertemperatur: 225°C
Gießmaschine: IS-550E (hergestellt von der Firma Toshiba Kikai Kabushiki Kaisha)
Formklemmkraft: 100 Tonnen
Schneckendurchmesser: 75 mm

Unter Ausführung des Formvorgangs unter den vorstehend genannten Bedingungen wurde der Färbemittel-Dispersionszustand mit einer Farbdifferenz-Meßeinrichtung gemessen, und die Ergebnisse dieser Messungen sind in der nachfolgenden Tabelle IV gezeigt.

Tabelle IV

Wie aus dieser Tabelle zu erkennen ist, besitzt die Schnecke gemäß diesem Ausführungsbeispiel selbst bei einem Gegendruck von weniger als 20 kp/cm² ein hohes Dis pergiervermögen.

Claims

1. Schnecke zur Verwendung bei einer Spritzgießmaschine des Entlüftungs-Typs, mit einer ersten Stufe (A) und einer zweiten Stufe (B), die durch einen Zuführabschnitt (11, 14; C), einen Kompressionsabschnitt (12, 15; D) und einen Dosierabschnitt (13, 16; M) gebildet sind, die aufeinander folgend angeordnet sind, wobei die Schnecke mit einem schraubenlinienförmigen Hauptgewinde (17, 32) zum Befördern eines einzuspritzenden Materials versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß für die erste und die zweite Stufe (A, B) ein schrauben linienförmiges Untergewinde (18, 19) zwischen dem Hauptgewinde (17) wenigstens in einem Bereich jeder der beiden Stufen (A, B) vorgesehen ist.

2. Schnecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einander gegenüberliegenden Enden jedes Untergewindes (18, 19) zur Ermöglichung einer ungehinderten Passage des Materials durch zwischen den Gewindeflanken vorhandenen Nuten von dem Hauptgewinde (17) beabstandet sind.

3. Schnecke nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Untergewinde (18) der ersten Stufe (A) in dem Dosierabschnitt (13) vorgesehen ist und eine oder mehrere Ganghöhen lang ist.

4. Schnecke nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Untergewinde (19) der zweiten Stufe (B) in dem Dosierabschnitt (16) ausgebildet ist und eine oder zwei Ganghöhen lang ist.

5. Schnecke nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Untergewinde (36) in der zweiten Stufe in dem Kompressionsabschnitt (D) ausgebildet ist und eine oder zwei Ganghöhen lang ist.

6. Schnecke nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die einander gegenüberliegenden Enden jedes Untergewindes (36) mit dem Hauptgewinde (32) durch axiale Schwellen (37) verbunden sind, die eine geringere Höhe als das Hauptgewinde (32) aufweisen.

7. Schnecke nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Untergewinde (18, 19; 36) eine geringere Höhe als das Hauptgewinde (17; 32) aufweist.

8. Schnecke nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Dosierabschnitt (M) mit einem Dosierelement (33) versehen ist, das schräg zu einer Achse der Schnecke verlaufende Nuten (34, 35) aufweist, wobei die Enden jeder zweiten Nut (34) in Axialrichtung im wesentlichen über die entsprechenden Enden der übrigen Nuten (35) hinausragen, die jeweils zwischen den erstgenannten Nuten (34) angeordnet sind.