DE4395826C2 - Vorplastifizierungs-Spritzgießmaschine - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorplastifizierungs- Spritzgießmaschine mit einer Plastifiziereinrichtung sowie einer Einspritzeinrichtung.

Eine Schnecken-Vorplastifizierungs-Spritzgießmaschine ist im allgemeinen mit einer Plastifiziereinheit versehen, welche eine Schnecke aufweist, und mit einer Einspritzeinheit, die einen Spritzkolben aufweist. Geschmolzenes Harz, welches in der Plastifiziereinheit plastifiziert wurde, wird der Spritzkammer der Einspritzeinheit über einen Verbindungskanal zugeführt, und dann in den Hohlraum einer Metallform durch eine Düse mit Hilfe des Spritzkolbens gespritzt. Herkömmlicherweise ist in dem Verbindungskanal ein Rückschlag-Kugelventil vorgesehen, um zu verhindern, daß Harz in der Spritzkammer zum Zeitpunkt des Einspritzens durch den Spritzkolben zur Plastifiziereinheit zurückfließt.

Da die Vorplastifizierungs-Spritzgießmaschine mit einer unabhängigen Plastifiziereinheit versehen ist, weist sie eine höhere Plastifizierungskapazität auf als eine In-Line- Spritzgießmaschine. Insbesondere arbeitet die Vorplastifizierungs-Spritzgießmaschine wirksam bei der Formgebung mit hoher Taktrate, obwohl geschmolzenes Harz infolge des Rückschlagkugelventils zurückgehalten werden kann, und es gibt Probleme bei sich thermisch zersetzenden Materialien.

Es ist eine Spritzgießmaschine bekannt mit einem Drehmotor zum Drehen der Schnecke und einem Betätigungsglied, um die Schnecke axial zu bewegen. Beim Plastifizieren und Dosieren zieht sich die Schnecke zurück, um eine Öffnung zwischen dem Schneckenvorderende und dem Verbindungskanal zu erzeugen. Hierdurch wird geschmolzenes Harz der Spritzkammer der Einspritzeinheit zugeführt. Beim Spritzen schiebt sich die Schnecke vor und verschließt die Verbindungskanalöffnung mit ihrem Vorderende, und hierdurch wird verhindert, daß geschmolzenes Harz zurück in die Plastifizierungskammer fließt.

Diese Spritzgießmaschine, die geschmolzenes Harz mit Hilfe einer Vorschub/Rückzugsschnecke am Zurückfließen hindert, hält kein geschmolzenes Harz infolge eines Rückschlagkugelventils zurück. Zusätzlich ermöglicht sie eine exakte Dosierung und ebenso eine erheblich stabilisierte Plastifizierung, und zeigt bessere spezielle Eigenschaften an sich, einschließlich hervorragender Reproduzierbarkeit der Formbedingungen, der Anfahrcharakteristik (für eine schnelle Produktionsaufnahme nach nur wenigen Versuchseinspritzungen), und der Stabilität. Mit dieser Spritzgießmaschine sind auch CAD, CAM sowie CAI (rechnerunterstütztes Einspritzen) möglich, welche eine Metallformproduktionsmaschine einer Spritzgießmaschine zuordnen.

Wie in Fig. 11 gezeigt ist, weist die Spritzgießmaschine eine Bohrung 27 auf, die zum Zentrum der Stirnfläche 23a der Spritzkammer 17 hin offen ist, und zur Spritzdüse führt, wogegen eine Öffnung 30b nahe der Zylinderumfangswand in der Stirnfläche vorgesehen ist, die zu der Plastifiziereinheit durch den Verbindungskanal 30 führt. Zusätzlich ist der Spritzkolben 16' an seiner vorderen Stirnfläche 16'f flach, und weist einen Kopf 16'a auf, der sich gleitbeweglich in Berührung mit der Zylinderumfangswand 15a bewegt, sowie einen Schaft 16'b, dessen Durchmesser erheblich geringer ist als jener des Kopfes 16'a.

Beim Druckhaltevorgang, der dem Spritzvorgang folgt, wird ein Spalt mit wenigen Millimetern als Minimalausmaß eines Puffers zwischen der Stirnseite 16'f des Spritzkolbens 16' und der Stirnfläche 23a des Zylinders zur Verfügung gestellt und ein festgelegter Haltedruck auf das geschmolzene Harz ausgeübt, daß keine Einfallstellen in dem ausgeformten Harz infolge abgekühlten Harzes im Formhohlraum erzeugt wird. Nach dem Druckhaltevorgang beginnt erneut die Dosierung, wenn geschmolzenes Harz in die Spritzkammer 17 durch die Verbindungskanalöffnung 30b fließt. Der Fluß des Harzes aus der Verbindungskanalöffnung 30b drückt hauptsächlich auf den Kopf 16'a, da die Stirnfläche 23a und die Vorderseite 16'f des Kopfes flach und parallel verlaufen. Dies führt dazu, daß kein Harz in den der Düsenöffnung 27 gegenüberliegenden geschlossenen Raum A fließt. Wie aus Fig. 12 hervorgeht, wird der Fluß B des Harzes in der Pfeilrichtung abgelenkt, wodurch der Spritzkolben 16' zurückgedrückt wird. Harz, welches nicht durch einen neuen Harzfluß ausgewaschen wird, kann hierdurch in dem geschlossenen Raum A zurückgehalten werden und auf die Stirnfläche 23a gelangen. Das zurückgehaltene Harz kann thermisch beschädigt sein, was die Ausformung negativ beeinflußt. Zusätzlich kann die schnelle Durchführung des Harzaustausch zum Zeitpunkt einer Farbänderung schlechter sein.

Der Spritzkolben 16' weist andererseits einen Schaft 16'h auf, um die Reibungsfläche des Kopfes 16'a mit der Zylinderumfangswand 15a in festgelegtem Ausmaß aufrecht zu erhalten. Geschmolzenes Harz, welches zwischen dem Kopf 16'a erhalten. Geschmolzenes Harz, welches zwischen dem Kopf 16'a und der Zylinderumfangswand 15a austritt, sammelt sich in einem großen Raum D zwischen dem Schaft 16'b und der Zylinderumfangswand 15a an, und wird zu einem Wehr, infolge der Hin- und Herbewegung des Spritzkolbens, wobei eine Verkohlung erfolgt, infolge der von der Zylinderheizung erzeugten Wärme, so daß das Harz zu einer harten Masse anwächst, die nicht einfach entfernt werden kann. Zusätzlich kann eine derartige harte Masse den Spritzkolben zu einer gekippten Bewegung zwingen, der hierdurch an einer glatten Hin- und Herbewegung gehindert wird.

Der Spritzkolben 16' kann denselben Durchmesser aufweisen wie der Spritzkolbenkopf 16'a. Falls dies der Fall ist, ist die Berührungsfläche des Spritzkolbens 16' mit der Zylinderumfangswand größer, und der Spritzkolben bewegt sich schwerer hin und her. Der Kolben erfährt darüber hinaus eine ungleichmäßige Abnutzung und geht leicht fest, was seine Haltbarkeit verringert.

Ein derartiges Problem entsteht, wenn eine Vorplastifizierungs-Spritzgießmaschine ein exaktes, effektives Einspritzen unter Verwendung einer Vorschub/Rückzugsschnecke ermöglicht, um ein Rückfließen geschmolzenen Harzes zu verhindern.

Eine gattungsgemäße Spritzgießmaschine ist beispielsweise aus der JP-3-97518 A bekannt. Dort befindet sich in der Nähe der Stirnseite in der Seitenwand der Einspritzkammer eine Zuleitung für das plastifizierte Kunstharzmaterial. Ein in der Einspritzkammer beweglicher Kolben weist eine vordere Stirnfläche auf, die sich rechtwinklig zur Längsachse des Kolbens erstreckt. Während des Spritzvorgangs wird der Kolben in der Einspritzkammer nach vorne bewegt, um das Volumen der Einspritzkammer zu verringern und so das plastifizierte Kunstharzmaterial durch eine Düse auszutreiben.

Ferner ist in der US 3,298,061 eine Vorplastifizierungs- Spritzgießmaschine gezeigt, bei der ein Verbindungskanal zum Verbinden der Plastifizierungskammer mit der Einspritzkammer radial im Umfangsbereich der Einspritzkammer, d. h. in der Seitenwand der Einspritzkammer, in diese einmündet. Hierbei ist sowohl das Vorderende der Einspritzkammer als auch das Vorderende des Kolbens in der Einspritzkammer kegelig ausgebildet.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine gattungsgemäße Vorplastifizierungs-Spritzgießmaschine anzugeben, die in der Lage ist, durch Verwendung einer verbesserten Einspritzeinheit eine gleichmäßige Füllung der Einspritzkammer und eine gleichmäßige Verteilung des eingeleiteten Materials in der Einspritzkammer zu gewährleisten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Demnach ist eine Stirnseite des Kopfes im Zentrum des Spritzkolbens höher als am Umfang des Spritzkolbens und eine Öffnung eines Verbindungskanals in die Spritzkammer ist in der Stirnfläche des Spritzzylinders in deren Umfangsbereich gebildet, so daß plastifiziertes Material, das aus der Öffnung in die Spritzkammer eingeleitet wird, um den Kopf des Spritzkolbens bis zur gegenüber der Öffnung einer Düsenbohrung gelegenen Seite fließen kann.

Die Spritzgießmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung spritzt geschmolzenes Kunstharzmaterial in den Hohlraum einer Metallform ein, um das Material auszuformen. Insbesondere weist die Vorplastifizierungs-Spritzgießmaschine eine hohe Reproduzierbarkeit der Ausformbedingungen auf, und ist beim Spritzgießen mit höchster Genauigkeit, höchster Qualität und höchster Taktrate einsetzbar, wobei eine stark rechnergesteuerte Regelung verfügbar ist.

Vorzugsweise ist eine Durchmesserdifferenz x zwischen dem Kopf (16a) und dem Schaft (16b) des Spritzkolbens (16), nämlich zwischen D₀ und D₁ in einem solchen Bereich wie 0,05 < x < 1,00 (mm), und bilden der Kopf und der Schaft an der Stufe einen Abstreifer zum Entfernen plastifizierten Materials von einer Zylinderumfangswand (15a) des Spritzzylinders (15). Zusätzlich wird abgestreiftes Material durch einen engen Spalt (S) ausgestoßen, der zwischen dem Schaft (16b) und der Umfangswand (15a) erzeugt wird. Weiterhin weist vorzugsweise der Spritzkolben eine keramische Beschichtung auf, beispielsweise aus TiC, TiCN, TiN, zumindest am Kopf (16a).

Bei der auf diese Weise ausgebildeten Spritzgießmaschine befindet sich zum Zeitpunkt des Dosierens die Schnecke (39) in einer zurückgezogenen Position und plastifiziertes Material (30) wird aus der Plastifizierungskammer (29) über den Verbindungskanal (30) in die Spritzkammer (17) zugeführt. Wenn die Dosierung beginnt, besteht ein Spalt von einigen Millimetern zwischen der Stirnseite (16f) des Spritzkolbens (16) und der Stirnfläche (23a), und plastifiziertes Material, welches über den Verbindungskanal (30) von der Plastifizierungseinheit (13) kommt, fließt von der Öffnung (30b) in den Spalt. Da die Kolbenstirnseite (16f) im Zentrum höher ist, wird ein neuer Fluß (C) von Material von der Verbindungskanalöffnung (30b) hervorgerufen, der das Material, welches in dem geschlossenen Raum A gegenüberliegend dem Düsenbohrung (27) verbleibt, aufrührt und auswäscht.

Der Spritzkolben (16) zieht sich zurück, und rührt das in dem Spalt verbleibende Harz auf, in Reaktion auf das Einfließen plastifizierten Materials in die Spritzkammer (17) von dem Verbindungskanal (30), wenn Harz, welches zwischen dem Kolbenkopf (16a) und der Zylinderumfangswand (15a) austritt, und auf die Wand gelangt, durch einen abgestuften Abstreifer (16c) entfernt wird, und schnell aus einem Fenster (33) durch einen Spalt (S) mit dem Schaft (16b) ausgestoßen wird.

Beim Spritzen schiebt sich die Schnecke (39) mit Hilfe des hin- und herbeweglichen Antrieb (43) vor, um den Verbindungskanal (3) abzuschließen. Der Spritzkolben (16) bewegt sich vorwärts und bewegt sich sanft, wenn er in die Zylinderumfangswand (15a) eingeführt wird, was das Austreten plastifizierten Materials verringert, da der Kopf (16) keramisch beschichtet ist. Dies unterstützt die Standzeit des Spritzkolbens (16).

Die in den voranstehenden Klammern angegebenen Symbole werden für die Bezugnahme auf die Zeichnungen benutzt und begrenzen die Ausbildung der vorliegenden Erfindung in keinerlei Weise.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.

Fig. 1 ist eine ebene Schnittansicht, welche eine Vorplastifizierungs-Spritzgießmaschine zeigt, bei der die Erfindung einsetzbar ist.

Fig. 2 ist eine Aufsicht, welche einen Spritzkolben der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Fig. 3 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht, welche eine mit dem Kolben versehene Spritzkammer zeigt. (a) ist eine ebene Schnittansicht, und (b) eine Ansicht der Spritzkammer.

Fig. 4 ist eine Schnittansicht des Spritzkolbens.

Fig. 5 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht der Schnittansicht aus Fig. 4.

Fig. 6 ist eine Aufsicht, welche einen Spritzkolben gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Fig. 7 ist eine Schnittansicht, welche einen Spritzkolben gemäß der dritten Ausführungsform zeigt, die teilweise geändert ist.

Fig. 8 ist eine Schnittansicht, welche einen weiteren Spritzkolben der vierten Ausführungsform zeigt, der teilweise geändert ist.

Fig. 9 ist eine Aufsicht, welche einen Spritzkolben gemäß der fünften Ausführungsform zeigt.

Fig. 10 ist eine Ansicht, welche die Spritzkammer der sechsten Ausführungsform zeigt, welche geändert ist. (a) ist eine ebene Schnittansicht, und (b) eine Ansicht der Spritzkammer.

Fig. 11 ist eine ebene Schnittansicht einer konventionellen Spritzkammer.

Fig. 12 ist eine Ansicht der konventionellen Spritzkammer.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, weist eine Schnecken- Vorplastifizierungs-Spritzgießmaschine 11 eine Einspritzeinheit 12 und eine Plastifiziereinheit 13 auf. Die Einspritzeinheit 12 ist mit einem Spritzzylinder 15 und einem Spritzkolben 16 versehen, der in den Zylinder 15 eingeführt ist. Dieser Zylinder 15 und Kolben 16 sind die Bauteile einer Spritzkammer 17. Zusätzlich ist der Spritzkolben mit einem Tauchkolben 19 über eine Stange 18 verbunden. Der Tauchkolben 19, der in einen Zylinder 20 eingepaßt ist, bildet eine Spritz-Hydraulik 21 und eine Rückführ-Hydraulik 22. Ein Düsenadapter 23 ist am Vorderende des Spritzzylinders 15 befestigt. Am Düsenadapter 23 ist eine Düse 25 angebracht, welche eine Berührung/Trennung mit/von dem Einlaß einer Metallform durchführt, die an einer Sicherungsplatte 26 angebracht ist. Weiterhin weist der Adapter 23 eine Düsenbohrung auf, welches zur Düse 25 führt, und einen Verbindungskanal 30, der zu einer Plastifizierungskammer 29 der Plastifiziereinheit 13 führt. Die Einspritzeinheit 12 ist zusätzlich mit einer linearen Skala 31 versehen, deren bewegliches Teil 31a mit der Stange 18 über einen Arm 32 in Verbindung steht, um die Position des Spritzkolbens zu überprüfen. Der Spritzzylinder 15 weist ein Fenster 33 auf, um ausgetretenes Harz auszustoßen, und ein Gehäuse 35 weist ebenfalls ein Fenster auf, damit der Arm 32 hindurchgelangen kann.

Die Plastifiziereinheit 13 ist andererseits mit einem Plastifizierzylinder 37 und einer Schnecke 39 versehen, die in den Zylinder 37 so eingeführt ist, daß sie sich drehen und hin- und herbewegen kann. Eine Plastifizierungskammer 29 wird durch den Zylinder 37 und das Vorderende der Schnecke 39 gebildet. Zusätzlich ist ein Block 41 am Vorderende des Zylinders 37 mit Hilfe einer Stütze 40 befestigt. Der Block 41 sichert die Plastifiziereinheit 13, so daß diese mit der Einspritzeinheit 12 in einem bestimmten Winkel und V-förmig verbunden ist. Ein Verbindungskanal 30 geht durch den Block 41 und die Stütze 40, wobei das Vorderende des Verbindungskanals 30 zur Plastifizierungskammer 29 hin offen ist. Zusätzlich weist der vordere Teil der Plastifizierungskammer 29 eine konische Form auf, und liegt die Verbindungskanalöffnung 30a an der konischen Spitze, während das Vorderende der Schnecke 39 ebenfalls eine konische Form aufweist. Befindet sich die Schnecke 39 in einer zurückgezogenen Position, so verbindet die Öffnung 30a des Verbindungskanals 30 die Plastifizierungskammer 29 mit der Spritzkammer 17. Befindet sich die Schnecke 39 in der vorderen Endstellung, verschließt das Vorderende der Schnecke die Öffnung 30a, und unterbricht die Verbindung der Plastifizierungskammer 29 mit der Spritzkammer 17.

Ein Schnecken-Hin- und -Herbewegungs-Antrieb 43 ist mit dem hinteren Ende des Plastifizierzylinders 37 über eine Schneckenpositionseinstellvorrichtung 42 verbunden. Der Schnecken-Hin- und -Herbewegungs-Antrieb 43 weist ein Zylindergehäuse 45 und ein Kolbenteil 46 auf, wobei das Kolbenteil 46 durch das Gehäuse 45 in einem festgelegten Ausmaß drehbeweglich und axialbeweglich gehaltert wird. Das Kolbenteil ist am Vorderende mit der Schnecke 39 verbunden, und am Hinterende mit einem Drehmotor 47, beispielsweise einem elektrischen Wechselstrommotor oder einem Hydraulikmotor, nur für die Drehung versehen. Daher wird die Drehung des Drehmotors 47 auf die Schnecke 39 über das Kolbenteil 46 übertragen, welches sich zusammen mit der Schnecke 39 mit Hilfe des Hydraulikdrucks vorschiebt, der auf eine Ölkammer 49 über einen Ölweg 48 ausgeübt wird. 50 in Fig. 1 bezeichnet ein Trichterloch für die Zufuhr von Harzmaterial, wogegen 51 einen Drehkodierer bezeichnet, zur Erfassung der Drehung der Schnecke.

Die Vorplastifizierungs-Spritzgießmaschine 11 ist auf diese Weise aufgebaut. Wenn sich der Drehmotor 47 dreht, bringt er die Schnecke zur Drehung. Kunstharzmaterial, welches aus dem Trichter 50 kommt, wird durch den Heiz- oder Plastifizierzylinder 37 erwärmt und in Zusammenwirkung von Plastifizierzylinder 37 und Schnecke 39 komprimiert und aufgeschmolzen. Dieses geschmolzene, plastifizierte Material wird zum Vorderende der Schnecke 39 vorwärts befördert, welche sich durch den Druck des geschmolzenen Materials zurückzieht (welches nachstehend als Polymer bezeichnet wird). Das Vorderende der Schnecke 39 bildet hierdurch einen kleinen Spalt mit der Verbindungskanalöffnung 30a, und das Polymer fließt in die Spritzkammer 17 der Einspritzeinheit 12 über den Verbindungskanal 30 hinein. Dann veranlaßt der Polymerdruck den Spritzkolben 16 zur Zurückbewegung in der Spritzkammer, zum Ansammeln und Dosieren des Polymers. Wenn sich der Spritzkolben 16 auf vorgeschriebene Weise zurückbewegt hält die Schnecke 39 ihre Drehung an, und gleichzeitig wird Hydraulikdruck auf die Hydraulikkammer 49 des Schnecken-Hin- und -Herbewegungs-Antrieb 43 ausgeübt, um die Schnecke 39 vorzuschieben, damit sie Polymer in die Spritzkammer 17 drückt und in ihrer Endstellung die Verbindungskanalöffnung 30a mit ihrem Vorderende verschließt. Wenn Hydraulikdruck der Spritzölkammer 21 zugeführt wird, bewegt sich der Tauchkolben 19 nach vorn, was auch dem Spritzkolben eine Vorwärtsbewegung gestattet. Hierdurch wird das Polymer in der Spritzkammer 17 aus der Spritzdüse 25 in den Hohlraum einer Metallform über die Düsenbohrung 27 ausgestoßen. Ein Teil dieses Polymers kann inzwischen versuchen, zur Plastifizierungskammer 29 über den Verbindungskanal 30 zurückzufließen, jedoch ist dies nicht möglich, da die Öffnung 30a des Verbindungskanals 30 durch das Vorderende der Schnecke 39 verschlossen ist.

Nach dem Spritzen wird der Druck gehalten, während das Polymer in dem Hohlraum abgekühlt wird, bevor die Metallform geöffnet wird, damit der Formkörper mit einer Aufnehmermaschine herausgenommen werden kann. Die Schnecke 39 dreht sich erneut, um Polymer zu schmelzen, und das Dosieren beginnt durch Wegnahme des Hydraulikdrucks von der Spritzkammer 21, durch Wegnahme des auf das Kolbenteil 46 wirkenden Hydraulikdrucks von der Hydraulikkammer 49, und durch Versetzen des Drehmotors 47 in Drehung.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 bis Fig. 5 wird der Spritzkolben gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Fig. 2 ist eine Aufsicht, welche einen Spritzkolben 16 ₁ einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Kolben 16 ₁ weist einen Kopf 16 ₁a und einen Schaft 16 ₁b auf, wobei die Stirnseite 16 ₁f des Kopfes 16 ₁a konisch konvex mit einer stumpfwinkeligen Spitze ist. Wie aus Fig. 3(a) hervorgeht, bewegt sich der Kopf 16 ₁a mit dem Durchmesser D₀ gleitbeweglich in Berührung mit der Zylinderumfangswand 15a in der Spritzkammer 17, und der Schaft 16 ₁b weist den Durchmesser D₁ auf, etwas geringer als D₀ des Kopfes, wobei beispielsweise D₀ - D₁ = 0,1 (mm) ist. Daher wird ein kleiner Spalt von 0,05 mm zwischen dem Schaft 16 ₁b und der Zylinderumfangswand 15a erzeugt. Zusätzlich ist die Länge L des Kopfes 16 ₁a so gewählt, daß sie annähernd gleich dem Durchmesser D₀ oder geringfügig größer ist, um eine ausreichende Berührungsfläche mit der Zylinderumfangswand 15a zur Verfügung zu stellen. Eine Durchmesserdifferenz zwischen dem Kopf und dem Schaft (D₀ - D₁ = x) ist in einem Bereich von 0,05 < x < 1,00 (mm) zulässig.

Eine Stufe 16 ₁c, die zwischen dem Kopf 16 ₁a und dem Schaft 16 ₁b vorgesehen ist, arbeitet als Abstreifer, um Polymer zu entfernen, welches zwischen dem Kopf 16 ₁a und der Zylinderumfangswand 15a austritt, und dünn auf die Umfangswand 15a gelangt. Da die durch den Umfang 16 ₁d begrenzte Stirnseite 16 ₁f des Kopfes einen großen Innenwinkel aufweist, ist der in Fig. 2 definierte Bodenwinkel V gleich 30 Grad oder weniger, vorzugsweise 15 Grad oder weniger, und wirkt der Umfang 16 ₁d als Abstreifer zum Entfernen von Polymer.

Die Stirnfläche 23a des Adapters 23, welche die Stirnfläche der Spritzkammer 17 bildet, ist so ausgebildet, daß sie konisch konkav mit einem ähnlichen Spitzenwinkel wie dem konischen Winkel der Kolbenstirnseite 16 ₁f ist. Zusätzlich ist eine Öffnung 30b des Verbindungskanals 30 am Umfang der Stirnfläche 23a neben der Zylinderumfangswand vorgesehen, während eine Düsenbohrung 27 zum Zentrum des konischen Abschnitts in der Stirnfläche 23a hin offen ist.

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, sind der Kopf 16 ₁a und der Schaft 16 ₁b des Spritzkolbens 16 ₁ mit einer Keramik beschichtet, beispielsweise TiC, einschließlich der Stirnseite 16 ₁f. Bei der Herstellung wird das Spritzzylinderbasismaterial G, welches aus Werkzeugstahl (SKD11) besteht, spanend geformt, wärmebehandelt, geschliffen und durch Polieren endbearbeitet. Dann wird das Material G mit einer Keramik H beschichtet, beispielsweise mit TiC oder TiN, mit einer Filmdicke von etwa 3 µm, unter Verwendung einer physikalischen Verdampfungsvorrichtung (PVD). Zur Beschichtung sind TiC, TiCN, W₂C und TiN verfügbar. Insbesondere werden vorzugsweise TiC und TiN eingesetzt. Zusätzlich zur physikalischen Verdampfungsvorrichtung kann eine Beschichtung mit einer chemischen Verdampfungsvorrichtung (CVD) erfolgen. Vorzugsweise liegt die Filmdicke zwischen 2 µm und 6 µm.

Bei einer TiCN-Beschichtung beträgt die Oberflächenhärte (Härte in Mikro-Vickers) des Spritzkolbens 16₁ 3000 bis 2500, und bei einer TiC-Beschichtung liegt sie zwischen 3800 und 3000, erheblich mehr als bei einer konventionellen Hartchrombeschichtung von 1300 bis 1000. Zusätzlich haftet die keramische Beschichtung H stark am Basismaterial G an und ist schwierig abzuschälen, und wird durch spiegelndes Polieren endbearbeitet, wodurch sich ein extrem niedriger Reibungskoeffizient ergibt, und ermöglicht, daß der Kolben glatt entlang der Zylinderumfangswand 15a entlanggleiten kann. Bei PVD ist eine Beschichtung bei einer niedrigen Temperatur von annähernd 500°C möglich, ohne nachfolgende Wärmebehandlung, was eine konstante Filmdicke sicherstellt, und es ist ebenfalls möglich, die exakten Abmessungen des Spritzkolbens auf exakte Weise zu steuern. Da der Kolben eine einfache Form aufweist, stellt darüber hinaus PVD eine exakte und verläßliche Bedampfung zur Verfügung.

Es ist ausreichend, eine keramische Beschichtung beim Umfang und der Stirnseite 16 ₁f des Kopfes 16 ₁a des Spritzkolbens 16 ₁ vorzusehen, aber in der Praxis gelangt diese Beschichtung auch auf den Schaft 16 ₁b. Die dünne Beschichtungsschicht auf der Seite des Schaftes 16 ₁b geht stetig in die Beschichtungsschicht am Umfang des Kopfes 16 ₁a über, und beide weisen dieselbe Oberflächenhärte auf, was zu einer sehr dünnen Oberflächenschicht führt. Dies führt dazu, wenn Polymer aus einem Spalt S zwischen dem Kopf 16 ₁a des Spritzkolbens 16 ₁ und dem Spritzzylinder 15 austritt und auf den Schaft 16 ₁b gelangt, daß es von diesem einfach entfernt werden kann, infolge der dünnen und harten Oberflächenschicht, wobei verhindert wird, daß Gas (welches leicht Rost erzeugt), welches von dem geschmolzenen Harz ausgeht, das Eisen negativ beeinflußt. Wenn ein Wischer (nicht gezeigt, aber ähnlich wie ein Abstreifer, der ständig mit dem Schaft 16 ₁b in Berührung steht) für Reinigungszwecke vorgesehen ist, kann darüber hinaus Polymer gut entfernt werden.

Bei der auf diese Weise aufgebauten, vorliegenden Ausführungsform ist der Spritzkolben einige wenige Millimeter von der Stirnfläche 23a im Druckhaltevorgang entfernt, und hält den Druck auf einem festgelegten Pegel, obwohl das Harz in dem Hohlraum sich abkühlt und schrumpft. Wenn der Dosiervorgang nach dem Druckhaltevorgang beginnt, wird in der Plastifiziereinheit 13 plastifiziertes Polymer in die Spritzkammer 17 durch die Öffnung 30 über den Verbindungskanal 30 eingefüllt, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Dann wird ein Spalt mit einigen wenigen Millimetern in der Spritzkammer 17 zwischen der Kolbenstirnseite 16 ₁f und der Stirnfläche 23a erzeugt. Das Kolbenvorderende weist eine konische Form auf. Wie in Fig. 3(b) durch einen Pfeil C gezeigt ist, bewegt sich von der Verbindungskanalöffnung 30b eingegossenes Polymer bogenförmig annähernd entlang der Zylinderumfangswand 15a und fließt entlang der Umfangslinie des Konus a der Kolbenstirnseite. Polymer, welches in dem geschlossenen Raum A gegenüberliegend der Düsenbohrung 27 zurückbleibt, wird durch den Fluß des Polymers in Richtung des Pfeils C aufgerührt. Polymer, welches in dem vorherigen Haltevorgang zurückblieb, wird mit neuem Polymer gemischt. Der Kolben 16 ₁ bewegt sich zurück. Wenn sich nämlich der Kolben 16 ₁ vorschiebt, wird die Polymerschicht, die von der Zylinderumfangswand 15a durch den Abstreifer entfernt wurde, der aus der Kopf-Vorderkante 16 ₁d besteht, mit einem neuen Fluß C von Polymer gemischt, während die Polymerschicht, die auf die Kolbenkopf-Stirnseite 16 ₁f gelangt ist, abgeschält und aufgerührt wird, durch den neuen Fluß C des Polymers.

Wenn sich der Spritzkolben 16 ₁ bewegt, tritt Polymer in sehr geringer Menge zwischen dem Kolbenkopf 16 ₁a und der Zylinderumfangswand 15a aus und gelangt auf die Zylinderumfangswand 15a. Allerdings wird dieses Polymer durch den Abstreifer entfernt, der aus der Stufe 16 ₁c zwischen dem Schaft 16 ₁b und dem Kopf 16 ₁a besteht, wenn sich der Spritzkolben 16 ₁ zurückzieht, und wird aufeinanderfolgend durch einen sehr engen Spalt S zwischen dem Schaft 16 ₁b und der Zylinderumfangswand 15a herausgedrückt, und über das Fenster 33 ausgestoßen, ohne ein Wehr zu bilden. Wird ein Materialaustausch vorbereitet, so wird der Spritzkolben 16 ₁ in dem Spritzzylinder mit einem größeren Hub als gewöhnlich zurückgezogen, und die Abstreiferstufe 16 ₁c entfernt Polymer vollständig von der Zylinderumfangswand 15a und stößt es durch das Fenster 33 aus. Der Abstreifer wird daher zu einem vollen Hub zum Zeitpunkt der Vorbereitung des Austausches von Farben oder Materialien zurückbewegt und reinigt die Zylinderumfangswand 15a durch Abstreifen eines Polymerhaufens von dieser.

Da der Spritzkolben 16 ₁ mit Keramik beschichtet ist, ist er darüber hinaus äußerst verschleißbeständig, und erlaubt eine ordnungsgemäße Steuerung und Aufrechterhaltung exakter Abmessungen ohne Berücksichtigung des Verschleisses. Daher ist mit dem Kolben eine exakte Einspritzung möglich, wobei Polymeraustritt von dem Kolben minimalisiert wird. Nicht nur verhindert die Schnecke einen Rückfluß von Polymer auf ordnungsgemäße Weise, wenn sie sich vorschiebt und zurückzieht, sondern die Vorplastifizierungs- Spritzgießmaschine trennt auch die Plastifizierung vom Spritzen, um so eine exakte Steuerung zur Verfügung zu stellen, so daß die Maschine, die mit einem derartigen Spritzkolben ausgerüstet ist, die Anforderungen an äußerst hohe Genauigkeit und Qualität erfüllen kann.

Da eine keramische Beschichtung mit niedrigem Reibungskoeffizienten für den Spritzkolben 16 ₁ am Umfang des Kopfes 16 ₁a vorgesehen ist, bewegt sich der Kolben 16 ₁ in glatter Berührung mit der Zylinderumfangswand 15a, wodurch Bewegungsenergieverluste verringert werden, und eine exakte Steuerung ermöglicht wird, ohne ein Verkippen, während die Früchte einer verbesserten Exaktheit der Abmessungen genossen werden.

Der Spritzkolben, der eine hohe Härte und hervorragende Abmessungsexaktheit aufweist, minimalisiert den Austritt von Polymer, welches mit Hilfe der Stufe 16 ₁c auf der Grundlage der hohen Härte und des exakten Spaltes S abgestreift und ausgestoßen werden kann.

Eine weitere, teilweise abgeänderte Ausführungsform wird beschrieben, mit einem Index für denselben Abschnitt oder demselben Symbol bei der voranstehenden Ausführungsform.

Wie in Fig. 6 gezeigt ist, ist die Kopf-Stirnseite 16 ₂f des Spritzkolbens 16 ₂ ein Konus a im Zentrum und flach (c) am Umfang. Die flache Fläche c bildet den Winkel 16 ₂d des Kopfes 16 ₂a so aus, daß er 90 Grad beträgt, um die Abstreiferwirkungen zu fördern, wenn sich der Kolben vorschiebt. Der Konus a weist einen größeren Spitzenwinkel auf, um einen neuen Fluß C des Polymers von der Verbindungskanalöffnung 30b zu verstärken.

Dies führt dazu, wenn sich der Spritzkolben 16 ₂ vorschiebt, daß Abstreiferwirkungen auf der Grundlage der Ecken 16 ₂d in der Hinsicht hilfreich sind, Polymer von der Zylinderumfangswand 15a gut zu entfernen. Das Hineinfließen neuen Polymers von der Verbindungskanalöffnung 30b führt zu einem Fluß C infolge eines zentralen Konus A mit großem Winkel, wodurch in dem geschlossenen Raum A verbleibendes Polymer aufgerührt wird. Selbst wenn ein Winkel V, der durch den Konus a (siehe Fig. 2) gebildet wird, 30 Grad oder mehr beträgt, wirkt sich keine Kraft so aus, daß sie Polymer zur Zylinderumfangswand 15a drückt, wenn sich der Kolben 16 ₂ vorschiebt, da die flache Fläche c zwischen dem Konus a und der Zylinderumfangswand 15a vorhanden ist.

Weiterhin ist es möglich, die flache Fläche so auszubilden, daß sie konkav d ist, und die Ecke 16 ₃d in spitzem Winkel auszubilden, um höhere Abstreiferwirkungen zu erzeugen, wie in Fig. 7 gezeigt ist.

Fig. 8 zeigt die Stirnseite 16 ₄f eines weiteren Spritzkolbens 16 ₄, welcher eine Kugelfläche e aufweist. Weist die Kugelfläche e einen kleineren Krümmungsradius auf, so zeigen sich keine Abstreiferwirkungen, da der Winkel V (siehe Fig. 2) der Ecke 16 ₄d größer ist. Daher ist ein relativ großer Krümmungsradius vorhanden. Zusätzlich ist es ebenfalls möglich, nur das Zentrum kugelförmig auszubilden, und den Umfang flach (c), oder konkav (d), wie in Fig. 6 und Fig. 7 gezeigt ist.

Fig. 9 zeigt ein Teil, welches aus einem anderen Spritzkolben 16 ₅ ausgebaucht ist. Das ausgebauchte Teil des Kolbens 16 ₅ bildet einen Kopf 16 ₅a, der sich gleitbeweglich in Berührung mit der Zylinderumfangswand bewegt, und ein abgestufter Abstreifer 16 ₅c wird zwischen dem Teil und einem Schaft 16 ₅b an dessen Rückseite ausgebildet. Weiterhin ist vor dem Kopf 16 ₅a ein kurzer Vorsprung 16 ₅e mit gleichem Durchmesser wie jenem des Schaftes vorgesehen, und eine Stirnseite 16 ₅f des Vorsprungs ist so ausgebildet, daß sie einen Konus a bildet. Ein vorderer Abstreifer besteht aus einer Stufe 16 ₅d zwischen dem Vorsprung und dem Kopf.

Wie aus den Fig. 10(a), (b) hervorgeht, wird ein Verbindungskanal 30' von einer Plastifiziereinheit so ausgebildet, daß er tangential geneigt gegen die Kolben- Axiallinie verläuft. Dies veranlaßt Polymer von der Verbindungskanalöffnung 30'b, gegen die Spritzkolbenstirnseite 16f schräg aufzutreffen, wodurch ein Drehfluß in einer Richtung von Polymer hervorgerufen wird, wie in Fig. 8(b) durch einen Pfeil C gezeigt ist. Daher wird in dem geschlossenen Raum A übrigbleibendes Polymer gut aufgerührt, und wird die Polymerschicht, die sich auf der Kolbenstirnseite 16f befindet, abgeschält.

Die Stirnfläche 23a kann flach ausgebildet sein, wie in Fig. 11 gezeigt ist, und nicht konisch gemäß Fig. 3. Ist dies der Fall, so wird ein kreisförmiger Raum zwischen der Zylinderumfangswand und der Kolbenstirnseite 16f erzeugt, wenn mit dem Einspritzen plastifizierten Harzes von dem Verbindungskanal 30 begonnen wird, so daß neu eingespritztes Harz auf stabilere Weise fließen kann.

Bei den voranstehenden Ausführungsformen wird Hydraulikdruck dazu verwendet, die Schnecke 39 in der Plastifiziereinheit 13 vorzuschieben und zurückzuziehen, jedoch können für diesen Zweck auch eine Kugelschneckenvorrichtung und ein Drehmotor eingesetzt werden. Derartige Spritzkolben, wie sie in Fig. 6 bis Fig. 10 gezeigt sind, sind zumindest an ihrem Kopf mit Keramik beschichtet.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist, wie voranstehend geschildert, die Stirnseite des Spritzkolbens so geformt, daß sie im Zentrum höher ist, so daß plastifiziertes Polymer, welches neu in die Spritzkammer über die Verbindungskanalöffnung eingefüllt wird, einen bogenförmigen Polymerfluß hervorruft, wodurch Harz, welches in dem geschlossenen Raum gegenüberliegend der Öffnung gegen die Düsenbohrung zurückbleibt, aufgerührt und weggewaschen wird. Dies führt dazu, daß kein Harz zurückgehalten wird, wodurch Schwierigkeiten mit zurückgehaltenem Harz verhindert werden, beispielsweise eine thermische Zersetzung. Eine schnelle Durchführung des Harzaustausch kann auch zum Zeitpunkt des Wechselns von Farben ermöglicht werden.

Da der Schaft einen etwas geringeren Durchmesser aufweist als der Kopf, eine festgelegte Steifigkeit aufweist, und sich nicht in Gleitberührung mit der Zylinderumfangswand bewegt, kann die Berührungsfläche des Kopfes mit der Zylinderumfangswand in einem festgelegten Bereich gehalten werden. Der Spritzkolben kann sich auf leichte Weise hin- und herbewegen, während seine Steifigkeit erhalten bleibt. Zusätzlich kann, wie aus den voranstehenden Ausführungen deutlich wird, ausgetretenes Harzgut ausgestoßen werden, was verhindert, daß sich der Spritzkolben gekippt bewegt oder ungleichmäßig verschleißt. Die Standzeit des Spritzkolbens kann ebenfalls gefördert werden.

Da der Spritzkolben zusätzlich mit einem Kopf und einem einen geringfügig kleineren Durchmesser aufweisenden Schaft versehen ist, und mit einem Abstreifer, der aus einer Stufe zwischen dem Kopf und dem Schaft besteht, streift der Abstreifer auf die Zylinderumfangswand ausgetretenes Harz ab, wenn sich der Spritzkolben zurückzieht. Das ausgetretene Harz wird dann schnell durch einen engen Spalt zwischem dem Schaft und der Zylinderumfangswand ausgestoßen, was eine glatte Bewegung des Spritzkolbens ermöglicht.

Da der Spritzkolben am Kopf mit einer Keramik beschichtet ist, können eine höhere Verschleißfestigkeit und ein geringerer Reibungskoeffizient erzielt werden, so daß die Exaktheit der Abmessungen verbessert wird, und kann der Spritzkolben auf äußerst exakte Weise gesteuert und aufrechterhalten werden, und kann sich in glatter Gleitberührung mit dem Spritzzylinder bewegen, wodurch eine höhere Lebensdauer erzielt wird.

Wenn sich die Schnecke vorschiebt, so wird der Verbindungskanal verschlossen, wodurch auf ordnungsgemäße und exakte Weise verhindert wird, daß zum Zeitpunkt des Spritzens Harz von der Spritzkammer zurückfließt. Durch diese Effekte können eine äußerst hohe Genauigkeit und äußerst hohe Qualitätsanforderungen für den Spritzguß erfüllt werden, zusammen mit der Vorplastifizierungs-Spritzgießmaschine, welche hervorragende Leistungs- und Steuereigenschaften aufweist.

Claims (4)

1. Vorplastifizierungs-Spritzgießmaschine mit

• - einer Plastifiziereinheit (13), umfassend einen Plastifizierzylinder (37) und eine darin hin- und herbewegbare Schnecke (39) mit Antrieb (43), wobei die Schnecke so ausgebildet ist, daß diese eine an der austragsseitigen Stirnfläche der Plastifiziereinheit (13) angebrachte Austragsöffnung verschließen kann,
• - einer Einspritzeinheit (12), umfassend einen Spritzzylinder (15), einen Spritzkolben (16) und eine an der einspritzseitigen Stirnfläche (23a) des Spritzzylinders (15) angebrachte Spritzdüse (25) mit Düsenbohrung (27), wobei sich der Spritzkolben (16) in Gleitberührung mit der Innenwand des Spritzzylinders (15) bewegt und einen Schaft (16b) aufweist, dessen Durchmesser geringfügig kleiner ist als der Durchmesser des Spritzkolbenkopfes (16a) und wobei die einspritzsseitige Stirnseite (16f) des Spritzkolbenkopfes (16a) gegenüber seiner Grundfläche im Zentrum erhaben ausgebildet ist,
• - einem Verbindungskanal (30), der die Austragsseite der Plastifiziereinheit (13) mit einer in der Einspritzeinheit (12) durch Spritzzylinder (15) und Spritzkolben (16) gebildeten Spritzkammer (17) verbindet und in der ausspritzseitigen Stirnfläche (23a) des Einspritzzylinders (15) in deren Umfangsbereich mit einer Öffnung (30b) mündet.

2. Vorplastifizierungs-Spritzgießmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesserdifferenz x zwischen dem Kopf (16a) und dem Schaft (16b) des Spritzkolbens (16) im Bereich von 0,05 < x < 1,00 mm liegt und die Stufe (16₁c) bildet.

3. Vorplastifizierungs-Spritzgießmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spritzkolben (16) zumindest am Kopf (16a) mit einer Keramik wie beispielsweise TiC, TiCN oder TiN beschichtet ist.

4. Vorplastifizierungs-Spritzgießmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Stirnseite (16f) des Kopfes (16a) des Spritzkolbens (16) konisch konvex ist, mit einem Bodenwinkel von 30 Grad oder weniger, und
die Stirnfläche (23a) des Spritzzylinders (15) konisch konkav ist.