DE69607377T2 - Spritzgiessvorrichtung mit ladezylinder - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Spritzgußverfahren, bei dem das Kunststoffmaterial mittels Schraube weichgemacht und mittels Kolben eingespritzt wird, und bei dem das weichgemachte Kunststoffmaterial durch ein Rückschlagventil dem Kolbeneinspritzzylinder während des Rückwärtshubes des Einspritzkolbens zugeführt wird und die Weichmacherschraube kontinuierlich in einer festen Axialposition im Weichmacherzylinder gedreht wird.
• Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung in einer Spritzgußmaschine, die einen Schraubenweichmacherzylinder und einen Kolbeneinspritzzylinder umfaßt, der über ein Rückschlagventil mit dem Auslaß des Schraubenweichmacherzylinders verbunden ist.
• Während des Einspritzens des Kunststoffmaterials in das Einspritzwerkzeug und ferner während der Periode, die erforderlich ist, um das in das Spritzwerkzeug eingespritzte Kunststoffmaterial aushärten zu lassen, muß die Weichmacherschraube in den meisten Spritzgußmaschinen des Standes der Technik entweder stationär sein oder kontinuierlich gedreht werden, während sie sich axial im Weichmacherzylinder rückwärts bewegt. In beiden Fällen wird ein pulsierender Materialfluß und eine schwankende Vortriebskraft auf das Kunststoffmaterial erhalten, was Schwankungen in der Viskosität des Kunststoffmaterials mit daraus folgenden Schwankungen der Qualität des Spritzgußproduktes hervorruft. Wenn die Weichmacherschraube im Weichmacherzylinder axial verschiebbar gemacht wird, ist ein komplizierter Maschinenaufbau erforderlich, was den Antriebsmechanismus der Weichmacherschraube betrifft. Wenn der Weichmacherzylinder mit einer Entgasungsöffnung versehen ist, wird außerdem die Verbindung durch die Öffnung durch die Weichmacherschraube gestört, wenn sie sich im Weichmacherzylinder axial bewegt, da die Dekompressionszone der Schraube bezüglich der Entgasungsöffnung während der Axialbewegung der Schraube verschoben wird.
• Ferner beschreibt WO 95/11122 eine Spritzgußmaschine mit zwei Kolbeneinspritzzylindern, die abwechselnd arbeiten, so daß dann, wenn das Einspritzen in das Spritzwerkzeug von einem Kolbeneinspritzzylinder durchgeführt wird, das weichgemachte Kunststoffmaterial vom Weichmacherzylinder dem anderen Kolbeneinspritzzylinder zugeführt wird, wobei der darin befindliche Kolben rückwärts gedrückt wird und weichgemachtes Kunststoffmaterial im anderen Kolbeneinspritzzylinder für die folgende Einspritzoperation, die vom anderen Kolbeneinspritzzylinder durchgeführt wird, gesammelt wird. In diesem Fall ist es daher nicht erforderlich, daß die Schraube im Weichmacherzylinder axial verschiebbar ist; sie kann sich kontinuierlich drehen, jedoch erfordert eine Konstruktion dieser Art eine sehr genaue Steuerung des Ventilwechsels zwischen den zwei Kolbeneinspritzzylindern, da jeder dieser Zylinder für genau die Zeitperiode mit dem Weichmacherzylinder verbunden werden muß, die erforderlich ist, um dem Kolbeneinspritzzylinder die Menge an Kunststoff zuzuführen, die während der Einspritzoperation in das Spritzwerkzeug eingespritzt werden soll, so daß das Einspritzen von zuviel oder zuwenig Material in das Spritzwerkzeug vermieden wird.
• Der Zweck der Erfindung ist, diese Nachteile zu beseitigen und ein Verfahren der obenerwähnten Art zu schaffen, bei dem die Weichmacherschraube kontinuierlich in einer festen Axialposition im Weichmacherzylinder gedreht werden kann, ohne daß Doppelkolbeneinspritzzylinder oder eine genau gesteuerte Ventilsteuerung zwischen dem Kolbeneinspritzzylinder und dem Weichmacherzylinder erforderlich sind.
• Zu diesem Zweck werden gemäß der Erfindung das im Anspruch 1 definierte Verfahren und die im Anspruch 3 definierte Vorrichtung vorgeschlagen.
• Um die Erfindung genauer zu erläutern, wird im folgenden eine Ausführungsform derselben mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genauer beschrieben, die schematisch eine Spritzgußmaschine für die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung offenbaren.
• Die in der Zeichnung schematisch gezeigte Spritzgußmaschine umfaßt einen Weichmacherzylinder 10 mit einem Materialmagazin 11 zum Zuführen von gekörntem Kunststoff und eine Weichmacherschraube 12, die drehbar im Zylinder montiert ist. Diese Weichmacherschraube ist zum Drehen in einer festen Axialposition montiert, somit ist sie im Weichmacherzylinder 10 nicht axial verschiebbar, wie in herkömmlichen Spritzgußmaschinen. Ein hier nicht genauer gezeigter Antriebsmechanismus ist mit der Antriebsspindel 13 der Weichmacherschraube verbunden. Der Antriebsmechanismus ist vorzugsweise ein elektrischer Antriebsmechanismus, der eine stufenlose Einstellung der Drehzahl der Weichmacherschraube und einen schrittweisen oder kontinuierlichen Übergang zwischen zwei oder mehr Drehzahlen zu gewünschten Zeitpunkten erlaubt, um z. B. zwischen einer höheren und einer niedrigeren Drehzahl von z. B. 90 min&supmin;¹ und 70 min&supmin;¹ zu wechseln. Ein elektrischer Antriebsmechanismus bietet einen deutlich höheren Wirkungsgrad und ist sehr viel kleiner und billiger als der hydraulische Antriebsmechanismus, der in herkömmlichen Spritzgußmaschinen vorgesehen ist.
• Der Weichmacherzylinder 10 besitzt eine Entgasungsöffnung 14 und ist am Auslaßende 15 des Zylinders direkt mit einer Auslaßleitung 16 verbunden. Der herkömmliche Ventilring, der in Spritzgußmaschinen vorgesehen ist, ist in diesem Fall am Auslaßende 15 nicht vorhanden. In der Auslaßleitung 16 befindet sich statt dessen ein Rückschlagventil 17, wobei das Ventilelement vorzugsweise eine Kugel enthält, die gegen einen Sitz abdichtet. Ein solches Rückschlagventil 17 bietet eine sehr viel genauere Öffnung und Schließung als der herkömmliche Ventilring und wird außerdem nicht im selben Maß abgenutzt wie der Ventilring. Das Rückschlagventil 17 öffnet für die Strömung in die Auslaßleitung 16, die vom Auslaßende 15 des Weichmacherzylinders 10 ausgeht, und schließt für eine Strömung in die Gegenrichtung.
• Die Auslaßleitung 16 ist über das Rückschlagventil 17 mit einem Einspritzzylinder 18 verbunden, der einen Einspritzkolben 19 besitzt. Der Kolben 19 ist mittels einer Kolbenstange 20 mit einem Betätigungskolben 21 in einem Betätigungszylinder 22 verbunden. Der Einspritzzylinder 18 ist mittels einer Auslaßleitung 23, die ein hydraulisch betätigtes Düsenventil 24 besitzt, mit einer Einspritzdüse 25 verbunden, die mit einem nicht gezeigten Gießwerkzeug verbunden sein kann.
• Ein Aufladezylinder 26 mit einem Kolben 27 ist ebenfalls direkt mit dem Auslaß 15 des Weichmacherzylinders 10 verbunden, so daß der Kolben 27 mittels einer Kolbenstange 28 mit einem Kolben 29 in einem Zylinder 30 verbunden ist. Dieser Zylinder ist mit einem Gegendruckakkumulator 31 verbunden, der mit einer Druckflüssigkeit vom Hydrauliksystem der Spritzguß maschine auf einen Druck mit einem gewünschten Wert aufgeladen wird, was bedeutet, daß dieser Druck auf den Kolben 29 wirkt. Der Zylinder 26 steht nicht nur mit dem Auslaß 15 des Weichmacherzylinders 10, sondern auch mit der Auslaßleitung 16 in direkter Verbindung.
• Wenn die obenbeschriebene Spritzgußmaschine unter Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung betrieben wird, wird vom Magazin 11 gekörnter Kunststoff dem Weichmacherzylinder 10 zugeführt. Die Weichmacherschraube 12 wird bei 13 mit der höheren Drehzahl gedreht, wobei das gekörnte Kunststoffmaterial während der allmählichen Zuführung durch den Weichmacherzylinder 10 mittels der Weichmacherschraube 12 in einen weichgemachten Zustand versetzt wird. Auf dem Weichmacherzylinder sind herkömmliche Heizelemente vorgesehen, um das Weichmachen zu erleichtern. Gase und Luft, die im Kunststoffmaterial enthalten sind, können durch die Entgasungsöffnung 14 entweichen. Die Zuführung von Füllstoffen, Schmiermitteln und dergleichen kann durch die Entgasungsöffnung in derselben Weise stattfinden wie in einer Strangpreßvorrichtung, da die Weichmacherschraube keine Axialbewegung ausführt. Das weichgemachte Kunststoffmaterial, die Kunststoffmasse, wird aus dem Auslaß 15 in die Auslaßleitung 16 und durch diese hindurch über das Rückschlagventil 17 in den Spritzzylinder 18 gedrückt, wobei das Düsenventil 24 geschlossen ist, so daß der Kolben 19 unter dem Druck der zugeführten Kunststoffmasse im Einspritzzylinder 18 rückwärts in der Zeichnung nach rechts gedrückt wird, wobei er mit seiner Bewegung den Betätigungskolben 21 mitnimmt. Die Menge der in den Zylinder zu drückenden Kunststoffmasse ist selbstverständlich davon abhängig, wieviel Kunststoffmasse erforderlich ist, um das Gußwerkzeug bei jedem sogenannten Schuß zu füllen, d. h. bei einem Betätigungshub des Einspritzkolbens 19 in der Zeichnung nach links, wobei diese Menge mittels eines Anschlags 32 für den Betätigungskolben 21, der axial eingestellt werden kann, genau gesteuert werden kann.
• Wenn die benötigte Menge an Kunststoffmasse vom Einspritzzylinder 18 aufgenommen worden ist, wird das Düsenventil 24 geöffnet und der Betätigungskolben 21 mittels der Druckflüssigkeit im Zylinder 22 unter Druck gesetzt, so daß der Einspritzkolben 19 seinen Betätigungshub während der Verschiebung nach links ausführt, so daß die Kunststoffmasse durch die Ein spritzleitung 23, das Düsenventil 24 und die Einspritzdüse 25 in das Gußwerkzeug eingespritzt wird, wobei das Rückschlagventil 17 die Verbindung zwischen dem Einspritzzylinder 18 und dem Weichmacherzylinder 10 bzw. dem Aufladezylinder 26 über die Auslaßleitung 16 geschlossen hält. Wenn der Einspritzzylinder 18 die benötigte Menge an Kunststoffmasse aufgenommen hat, liegt der Kolben am Anschlag 32 an, wobei während des folgenden Einspritzschrittes mit dem anschließenden Abkühlungsschritt die Weichmacherschraube 12 in Betrieb gehalten wird, jedoch nun mit der niedrigeren Drehzahl gedreht wird. Da die Weichmacherschraube sich in einer festen axialen Position befindet, kann sie sich nicht selbst im Weichmacherzylinder nach hinten schrauben, sondern transportiert nun die Kunststoffmasse vom Auslaß 15 in den Aufladezylinder 26, wobei der Kolben 27 in diesem Zylinder gegen den auf den Kolben 29 im Zylinder 20 wirkenden Druck rückwärts gedrückt wird, wobei der Druck bestimmt wird durch den Druck im Gegendruckakkumulator 31. Die Weichmacherschraube 12 dreht sich somit kontinuierlich während des Betriebszyklus der Spritzgußmaschine gegen einen stabilisierten Gegendruck.
• Wenn der Einspritzzylinder 18 erneut mit Kunststoffmasse gefüllt werden soll, wird der Druck auf den Kolben 21 aufgehoben und die Drehzahl der Weichmacherschraube 12 auf die höhere Drehzahl erhöht, wobei Kunststoffmasse vom Aufladezylinder 26 zum Einspritzzylinder 18 zugeführt wird, so daß sich der Kolben 27 unter dem Druck im Zylinder 30 und im Gegendruckakkumulator 31 nach unten bewegt, wenn die Kunststoffmasse aus dem Zylinder 26 und ferner direkt aus dem Weichmacherzylinder 10 gedrückt wird. Das Rückschlagventil 17 erlaubt der Kunststoffmasse, in den Einspritzzylinder 18 zu gelangen, wobei der Kolben 19 darin rückwärts gedrückt wird, bis eine vorgegebene Menge im Zylinder 18 vorhanden ist, die bestimmt wird durch die Einstellung des Anschlags 32. Da die Menge der Kunststoffmasse für jeden Schuß genau in mechanischer Weise eingestellt werden kann, wird die Möglichkeit des Einspritzens von zuviel Material in die Gußform beseitigt. Der obenbeschriebene Einspritzzyklus beginnt erneut unter wiederholter Speicherung der Kunststoffmasse im Zylinder 26 mittels der kontinuierlich rotierenden Weichmacherschraube 12.
• Der auf die Kunststoffmasse im Aufladezylinder 26 ausgeübte Druck sollte etwas niedriger sein als der Druck, der im Auslaß 15 mittels der Weichma cherschraube 16 während des Einspritzens gehalten wird, wenn das Rückschlagventil 17 geschlossen ist, wobei diese zwei Drücke selbstverständlich deutlich niedriger sind als der Einspritzdruck im Einspritzzylinder 18.
• Die Leitungen 16 und 23 können vollständig oder teilweise mittels Durchlässen in einem Block ausgebildet sein, der ferner das Ventilgehäuse für das Rückschlagventil 17 und das Düsenventil 24 bildet. Der Aufladezylinder 26 mit dem Kolben 27 kann durch einen Raum ersetzt werden, der die Kunststoffmasse aufnimmt und eine Membran besitzt, die unter Druck gesetzt wird.
• Zusätzlich zu den obenerwähnten, von der Erfindung beseitigten Nachteilen der Spritzgußmaschinen mit einer Weichmacherschraube, die intermetierend arbeitet oder axial verschiebbar ist, so daß sie während des Einspritzschrittes rückwärts geschraubt werden kann, schafft dies ferner wesentliche Vorteile in anderer Hinsicht. Somit kann eine niedrigere Weichmachungstemperatur angewendet werden, da das Weichmachen kontinuierlich stattfindet, wobei eine kleinere Schraubenabmessung bezüglich des Volumens der Kunststoffmasse verwendet werden kann, da eine längere Zeitperiode für die Schraube zur Verfügung steht, um die Menge des Kunststoffmaterials zu homogenisieren, die für einen Schuß erforderlich ist. Somit muß die Weichmacherschraube nicht hinsichtlich des Volumens des Schusses dimensioniert werden. Eine kleine Schraube liefert eine effektivere Homogenisierung des Kunststoffmaterials. Wenn die Einspritzung beginnen soll, steht die Kunststoffmasse unter Druck, so daß ein schnelleres Füllen der Gießform erreicht werden kann. Eine schnellere Einspritzprozedur wird ferner durch die Tatsache erreicht, daß kein herkömmlicher Ventilring im Weichmacherzylinder vorhanden ist. Als Folge hiervon sind die Nachteile, die bei großen Volumen aufgrund der Instabilität des Ventilrings bestehen, nicht vorhanden. Bei einer Hochgeschwindigkeitsoperation, d. h. wenn eine minimale Abkühlungszeit angewendet wird, oder beim Spritzgießen von Gegenständen mit dicken Wänden, bei dem der Großteil des Einspritzzyklus auf das endgültige Packen der eingespritzten Kunststoffmasse fällt, ist der Großteil des Kunststoffmaterials für den nächsten Schuß bereits weichgemacht, wenn die Gießform geöffnet wird. Da die Weichmacherschraube keine Axialbewegung ausführt, gibt es unbeschränkte Möglichkeiten für den Entwurf der Schraube zum Homogenisieren unterschiedlicher Materialzusammensetzungen.

Claims (6)

1. Verfahren zum Spritzgießen, bei dem das Kunststoffmaterial mittels einer Schraube weichgemacht wird und mittels eines Kolbens eingespritzt wird, und bei dem das weichgemachte Kunststoffinaterial über ein Rückschlagventil dem Kolbeneinspritzzylinder (18) während des Rückwärtshubes des Einspritzkolbens (19) zugeführt wird, wobei die Weichmacherschraube kontinuierlich in einer festen Aalposition im Weichmacherzylinder (10) gedreht wird,

dadurch gekennzeichnet, daß das weichgemachte Kunststoffmaterial vorübergehend in einem Druckraum (26) gespeichert wird durch eine direkte Verbindung zwischen dem Weichmacherzylinder und dem Raum, um darin vorübergehend während des Arbeitshubes des Einspritzkolbens gespeichert zu werden, um durch das Rückschlagventil zum Einspritzzylinder zusammen mit dem weichgemachten Kunststoffmaterial zugeführt zu werden, das direkt von der Weichmacherschraube durch das Rückschlagventil in den Einspritzzylinder gefördert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Weichmacherschraube (12) während des Arbeitshubes des Einspritzkolbens (19) mit verminderter Drehzahl gedreht wird.

3. Vorrichtung in einer Spritzgußmaschine, mit einem Schraubenweichmacherzylinder (10) und einem Kolbeneinspritzzylinder (18), der mit dem Auslaß des Schraubenweichmacherzylinders über ein Rückschlagventil (17) verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckraum (26) direkt mit dem Auslaß (15) des Weichmacherzylinders verbunden ist, um das unter Druck stehende weichgemachte Kunststoffmaterial von der Weichmacherschraube (12) während des Arbeitshubes des Einspritzkolbens (19) aufzunehmen und das aufgenommene und unter Druck gesetzte Kunststoffmaterial während des Rückwärtshubes des Einspritzkolbens über das Rückschlagventil (17) zum Kolbeneinspritzzylinder (18) zu befördern.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum (26) einen Zylinder mit einem Druckkolben (27) umfaßt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (27) direkt oder indirekt durch den Druck in einem Gegendruckakkumulator (31) betätigt wird.

6. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 3 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (17) ein Kugelventil umfaßt.