DE4237174A1 - Plastifizierzylinder für Schneckenmaschinen mit integrierter Entgasungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Plastifizierzylinder für Schneckenmaschinen (Spritzgießmaschinen und Extruder) mit integrierter Entgasungsvorrichtung zum Entgasen von hygroskopischen Spritzmaterialien, mit einem Zylinder und im Zylinder zentrisch angeordneter radial und/oder axial beweglicher Schnecke, wobei der Zylinder an seinem vorderen Ende eine Einspritzdüse, die formschlüssig an einem Angußkanal anlegbar ist, und an seinem hinteren Ende eine Materialeinfüllzone mit Einfüllöffnung aufweist.

Es ist ein Spritzgießmaschinen-Spritzzylinder mit integrierter Entgasungsvor­ richtung zum Entgasen von hygroskopischen Spritzmaterialien bekannt, mit ei­ nem ungefähr in der Mitte des Zylinders angeordnetem Entgasungsloch. Die im Zylinder angeordnete Schnecke weist die typische Gewindeführung mit den drei Bereichen: Einfüllzone, Kompressionszone und Homogenisierungszone auf. Diese Gewindeführung ist aber nicht wie üblich einmal, sondern zweimal vorgesehen. Die Schnecke ist in zwei Sequenzen mit jeweils drei Zonen einge­ teilt. Das Entlüftungsloch ist nach der ersten Sequenz angeordnet. In der Ho­ mogenisierungszone entgast das Material über die vorgesehene Öffnung. Das Material verbleibt innerhalb des Plastifizierzylinders aufgrund des Drucknive­ aus hervorgerufen durch die Querschnittsänderung des Schneckendurchmes­ sers. Die Querschnittsänderung bedingt eine Entspannung der Masse. Bezo­ gen auf das Temperaturprofil muß die Masse bei Entgasungsschnecken ra­ scher (bis zum Loch in der Mitte) aufgeschmolzen werden, d. h. die Material­ belastung ist groß. Es besteht weiter die Gefahr der Überwärmung der Ein­ zugszone und damit die Verminderung der Klebrigkeit der Masse. Der Trans­ portmechanismus basiert aber auf der Klebrigkeit der Masse an der Wand und der Druckwirkung von hinten. Im Einzugsbereich entsteht durch die Klebrigkeit und die Gewindewirkung der Schnecke ein Schub, der dazu führt, daß die im weiteren geschmolzene Masse von hinten gedrückt wird. Wird die Klebrigkeit vermindert, so wird auch der Schub vermindert und damit letztlich die Förder­ wirksamkeit.

Zusätzlicher Staudruck kann nicht angelegt werden, da dieser der Materialent­ spannung entgegenwirken würde. Staudruck bei Spritzgießverfahren an­ zuwenden hat sich jedoch als vorteilhaft herausgestellt, da durch den Gegen­ druck der Schnecke das Füllen des Sammelraums mehr Zeit benötigt und so­ mit das Material länger im Homogenisierungsbereich verbleibt, länger durch­ geknetet wird und eine bessere Homogenisierung des Materials erzielt wird.

Nachteilig bei dieser Konstruktion ist

• a) der erforderliche aufwendige Schneckenaufbau;
• b) die Materialbelastung;
• c) die schwierige Temperaturführung. Gelingt es nicht, das Spritzmaterial un­ terhalb des Entgasungsloches richtig zu temperieren, so tritt Spritzmaterial durch die Öffnung aus und verstopft sie. Eine weitere Entgasung ist nicht mehr möglich und die Anlage muß erst einmal gereinigt werden.
• d) die Gefahr der Überwärmung der ersten Gewindesequenz. Da zwei Gewin­ desequenzen auf einer Schnecke untergebracht werden müssen, ist die dafür zur Verfügung stehende Strecke verkürzt. So kann die Einzugszone zu heiß werden mit der Folge einer Verminderung der Klebrigkeit der Masse, so daß die Schubwirkung reduziert wird und damit die Förderwirk­ samkeit.
• e) daß kein Staudruck beaufschlagt werden kann.

Überwärmung, eine verstopfte Entgasungsöffnung oder schlecht homogeni­ siertes Material erzeugen eine vermehrte Wartung und haben eine Erhöhung des Ausschusses zur Folge.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Plastifizierzylinder für Schneckenma­ schinen mit integrierter Entgasungsvorrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß der Entgasungsvorgang mit einfachem apparativen Aufbau optimal und weitestgehend störungsfrei durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei dem Plastifizierzylinder für Schneckenmaschinen mit integrierter Entgasungsvorrichtung der eingangs genannten Art mit den Merk­ malen des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße feuchtdampfdurchlässige Zone im Einfüllbereich des Zylinders ermöglicht schon dort das Entgasen des Spritzmaterials. Die Gewin­ deführung der Schnecke kann in der üblichen einfachen Art und Weise, also wie beim Spritzgießen mit nicht hygroskopischem Kunststoffmaterial aus­ gebildet sein. Auch der das Verfahren günstig beeinflussende Staudruck kann beaufschlagt werden, da im weiteren Zylinderverlauf keine Öffnung vorgesehen ist, durch die Material austreten könnte. Eine bessere Homogenisierung durch längeres Durchkneten des Materials ist die Folge. Die Temperatursteuerung kann ebenfalls in üblicher einfacher Art durchgeführt werden, da nur einmal aufgeheizt werden muß. Das Temperaturprofil somit axial verlaufen kann und nicht wellig. Damit ist das Risiko der Überwärmung äußerst gering.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die feuchtdampf­ durchlässige Zone der innere, der Schnecke zugewandte Teil der Zylinder­ wand. Dies hat den Vorteil, daß der Entgasungsvorgang ebenfalls im Innern des Zylinders stattfindet und so die Komplikationen, die Entgasungsöffnungen in der Zylinderwand hervorrufen können, vermieden werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der feuchtdampfdurchlässigen Zone und dem außenliegenden Teil der Zylinder­ wand - dem Zylindermantel - die Einrichtung zum Abführen des Feuchtdampfes angeordnet. So ist sichergestellt, daß das Auffangen und Sammeln des Feuchtdampfes im Innern des Zylinders stattfindet, nicht aber unmittelbar an oder über der Schmelze selbst. Das "Abluftsystem" funktioniert ohne Wärme­ verlust. Der Abführvorgang verläuft separat und getrennt von der Schmelze.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besteht die feucht­ dampfdurchlässige Zone aus einem Sintermetalleinsatz. Sintermetall ist porös und der entstehende Feuchtdampf kann durch den Sintermetalleinsatz hindurchdiffundieren.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Sintermetal­ leinsatz im wesentlichen Poren auf, die < 0,02 mm sind. Sintermetalleinsätze mit Poren, die im wesentlichen diese Porendurchmesser aufweisen, können sich nicht zusetzen, selbst, wenn das Plastifiziermaterial bereits die Temperatur der Homogenisierungszone aufweist.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, den Sintermetalleinsatz bis zur Spitze der Plastifizierschnecke zu erstrecken. Dies ist möglich, wenn die Poren ausreichend klein gewählt sind und hat den Vorteil einer gleichmäßigen Entlüftung des Spritzmaterials auf der gesamten Schneckenstrecke.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die feuchtdampfdurchlässige Zone aus hintereinander angeordneten Scheiben mit mindestens einem radialen oder spiralförmigen Belüftungsschlitz. Vorzugs­ weise weist die Scheibe acht Belüftungsschlitze auf. Durch die Schlitze wird der anfallende Feuchtdampf nach außen in das Dampfabführsystem überführt.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Einrichtung zum Abführen des Feuchtdampfes ein entlang der feuchtdampfdurchlässigen Zone axial verlaufender Belüftungskanal ist, der über eine im Zylinder ange­ legte Entgasungsöffnung entlüftet. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung können auch mehrere solcher axialen Belüftungskanäle vorge­ sehen sein. Die erfindungsgemäß vorgesehenen Dampfabführkanäle leiten den sich sammelnden Dampf ab, und zwar unabhängig vom eigentlichen Ent­ dampfungsvorgang über der Schmelze.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Porensystem des Sintermetalleinsatzes mit dem axialen Belüftungskanal bzw. Belüf­ tungskanälen verbunden. Ebenso ist es beim Scheibensegmentsystem. Jeder der radialen Belüftungsschlitze mündet in einen Belüftungskanal. Diese Ausge­ staltung stellt sicher, daß der austretende Feuchtdampf insgesamt aufgefangen wird und angeschlossen ist an ein passendes mit ausreichender Kapazität ver­ sehenes Abführsystem.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist über der Einfüllöff­ nung ein Heißluftföhn angeordnet. Die zusätzlich zugeführte Heißluft durch­ strömt und spült die Schlitze und das Durchlaßsystem von der Schneckenseite her. Eine Erhöhung der Abdampfgeschwindigkeit wird erreicht.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß hinter der bzw. hinter den Entgasungsöffnungen eine Vakuumpumpe angeordnet ist. Durch den Einsatz einer Vakuumpumpe kann ebenfalls eine Erhöhung der Ab­ dampfgeschwindigkeit erreicht werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1: einen Teilschnitt durch einen schematisch dargestellten Plastifi­ zierzylinder für Schneckenmaschinen mit der erfindungsgemäßen integrierten Entgasungsvorrichtung,

Fig. 2: einen Teilschnitt gemäß Fig. 1 mit einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Entgasungsvorrichtung,

Fig. 3: eine Ansicht eines Scheibensegmentes,

Fig. 4: einen Längsschnitt durch einen schematisch dargestellten Plastifi­ zierzylinder mit erfindungsgemäßer Entgasungsvorrichtung.

Die erfindungsgemäße Entgasungsvorrichtung ist in diesem Beispiel in einem herkömmlichen Plastifizierzylinder für Spritzgießmaschinen integriert. Im Inne­ ren des Plastifizierzylinders ist eine zentrisch angeordnete radial und axial be­ wegliche Schnecke 2 mit einer Spitze 16. Die Schnecke 2 ist mit einem Ge­ winde 18 versehen, das zur Spitze 16 hin immer flacher verläuft. Entsprechend ist die Schnecke 2 in drei Zonen eingeteilt, nämlich in die Einzugs- bzw. Einfüll­ zone 12, die Kompressionszone 13 und die Homogenisierungszone 14. Zwi­ schen der Spitze 16 und dem vorderen Ende des Zylinders 1, der Einspritzdüse 17, befindet sich ein Sammelraum 10. Die Einspritzdüse 17 ist formschlüssig an einen Angußkanal anlegbar.

Im hinteren Bereich des Zylinders ist eine Einfüllöffnung 3 für die Materialzu­ führung vorgesehen, die beispielsweise trichterartig ausgebildet ist. An den Zylinder 1 schließt sich eine bekannte hydraulische Kolben-/Zylinder-Anord­ nung zum Bewegen der Plastifizierschnecke in axialer und radialer Richtung an.

Im Bereich der Einfüllzone 12 im Innern des Zylinders 1 ist die Entgasungsvor­ richtung angeordnet. Sie ist ein Teil der Zylinderwand 4 und besteht aus einem Sintermetalleinsatz mit Poren. Der Sintermetalleinsatz oder die feuchtdampf­ durchlässige Zone ist der innere Teil, und zwar der der Schnecke 2 zugewandte Teil der Zylinderwand 4. Durch die Poren des Sintermetaileinsatzes 6 gelangt während des Plastifiziervorganges der feuchte Dampf in eine Einrichtung zum Abführen des Feuchtdampfes. Diese Einrichtung sind entlang der feucht­ dampfdurchlässigen Zone verlaufende axiale Belüftungskanäle 7. Die Belüf­ tungskanäle 7 können über eine im hinteren Bereich des Zylinders 1 angelegte Entgasungsöffnung 11 entlüften. Das Porensystem des Sintermetalleinsatzes 6 ist mit den axialen Belüftungskanälen 7 verbunden. Prinzipiell reicht ein axialer Kanal, der gegebenenfalls durch radiale Nutung des Poreneinsatzes mit Feuchte geflutet wird.

Es ist möglich, den Sintermetalleinsatz 6 bis zur Spitze 16 der Schnecke 2 zu erstrecken. Dann ist es sinnvoll, ein Sintermetallmaterial zu wählen, dessen Po­ rendurchmesser nicht größer als 0,02 mm ist. Größere Poren können vom transportierten Material, zumindest vom Material mit Homogenisierungstempe­ ratur, verstopfen. Die kleinen Poren bleiben funktionstüchtig.

Die feuchtdampfdurchlässige Zone kann auch gemäß Fig. 2 aus hintereinander angeordneten Scheiben 8 mit einem oder mehreren radialen Belüftungsschlit­ zen 9 aufgebaut sein. Die Scheibe mit acht Belüftungsschlitzen 9 auszustatten, hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen. Es können auch anstelle von ra­ dialen Schlitzen 9 spiralförmige Schlitze verwendet werden. Jeder der Belüftungsschlitze 9 mündet in einen Belüftungskanal 7. Die Belüftungskanäle 7 entlüften im hinteren Bereich des Zylinders 1 über die Entgasungsöffnung 11.

Es können mehrere Entgasungsöffnungen 11 zum Entlüften angelegt sein, wo­ bei die Entgasungsöffnungen 11 überall dort angeordnet werden sollen, wo sie maschinenbaulich nicht stören. Die Be- bzw. Entlüftung arbeitet unabhängig vom Massetransport und beeinflußt den Plastifiziervorgang nicht.

Um die Be- bzw. Entlüftungsleistung zu erhöhen, kann über die Einfüllöffnung 3 ein Heißlustföhn angeordnet werden.

Als vorteilhaft hat sich herausgestellt, vor der Entgasungsöffnung 11 eine Va­ kuumpumpe anzuordnen.

Im Betrieb wird hygroskopisches Material durch den Trichter 3 in den Spritzzy­ linder 1 auf die Plastifizierschnecke 2 gegeben. Der Plastifiziervorgang, also das normale Erwärmen des zugeführten Materials, läuft in üblicher Art und Weise ab. Das hygroskopische Material entgast bei Erwärmung und der dabei entstehende Feuchtdampf gelangt durch die Poren des Sintermetalleinsatzes bzw. durch die Belüftungsschlitze 9 in das Feuchtdampfabführsystem. Der Feuchtdampf gelangt somit in die axial verlaufenden Belüftungskanäle 7 und entweicht im hinteren Bereich des Zylinders über die Entgasungsöffnung 11.

Stückliste

 1 Zylinder
 2 Schnecke
 3 Einfüllöffnung
 4 Zylinderwand
 5 Zylindermantel
 6 Sintermetalleinsatz
 7 Belüftungskanäle
 8 Scheiben
 9 Belüftungsschlitze
10 Sammelraum
11 Entgasungsöffnung
12 Einzugszone
13 Kompressionszone
14 Homogenisierungszone
16 Plastifizierschneckenspitze
17 Einspritzdüse
18 Gewinde

Claims (17)

1. Plastifizierzylinder für Schneckenmaschinen mit integrierter Entgasungs­ vorrichtung zum Entgasen von hygroskopischen Spritzmaterialien, mit ei­ nem Zylinder und im Zylinder zentrisch angeordneter radial und/oder axial beweglicher Piastifizierschnecke, wobei der Zylinder an seinem vorderen Ende eine Einspritzdüse, die formschlüssig an einen Angußkanal anlegbar ist, und an seinem hinteren Ende eine Materialeinfüllzone mit Einfüllöffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Entgasungsvorrichtung ein Teil der Zylinderwand (4) ist, die je­ denfalls im Einfüllbereich eine feuchtdampfdurchlässige Zone mit einer Einrichtung zum Abführen des Feuchtdampfes bildet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feuchtdampfdurchlässige Zone der innere, der Schnecke zuge­ wandte Teil der Zylinderwand (4) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der feuchtdampfdurchlässigen Zone und dem außen liegen­ den Teil der Zylinderwand - dem Zylindermantel (5) - die Einrichtung zum Abführen des Feuchtdampfes angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die feuchtdampfdurchlässige Zone ein Sintermetalleinsatz (6) ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sintermetalleinsatz (6) im wesentlichen Poren < 0,02 mm aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Sintermetalleinsatz (6) bis maximal zur Spitze (16) der Schnecke (2) erstreckt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die feuchtdampfdurchlässige Zone aus hintereinander angeordneten Scheiben (8) mit mindestens einem radlalen Belüftungsschlitz (9) aufge­ baut ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Scheibe (8) mindestens acht Belüftungsschlitze (9) aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben (8) spiralförmige Belüftungsschlitze aufweisen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Abführen des Feuchtdampfes ein entlang der feuchtdampfdurchlässigen Zone axial verlaufender Belüftungskanal (7) ist, der über eine im Zylinder (1) angelegte Entgasungsöffnung (11) entlüftet.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Entgasungsöffnung (11) im hinteren Bereich des Zylinders (1) an­ geordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Abführen des Feuchtdampfes aus mehreren ent­ lang der feuchtdampfdurchlässigen Zone verlaufenden axialen Belüf­ tungskanälen (7) besteht.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Porensystem des Sintermetalleinsatzes (6) mit dem axialen Belüf­ tungskanal bzw. Belüftungskanälen (7) verbunden ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der radialen Belüftungsschlitze (9) in einen Belüftungskanal (7) mündet.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß über der Einfüllöffnung (3) ein Heißluftföhn angeordnet ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Entgasungsöffnungen (11) vorgesehen sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß hinter jeder Entgasungsöffnung (11) eine Vakuumpumpe angeordnet ist.