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Spritzgußmaschine für die Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe
Kunststoffe
sind bekanntlich schlechte Wärmeleiter. Bei der Vorplastifizierung des Kunststoffs
durch Wärmezufuhr über die Oberfläche des Massezylinders verläuft der Wärmeübergang
auf den den Spritzzylinder füllenden Kunststoff langsam und ungleichmäßig. Man erzeugt
deshalb die zur Vorplastifizierung des Kunststoffs nötige Wärme als sogenannte innere
Wärme ganz oder teilweise durch Reibung und Druck, z. B. mittels Knetmaschinen oder
Förderschnecken. Dabei verteilt sich die Wärme über den gesamten im Zylinder enthaltenen
Kunststoff im wesentlichen gleichmäßig.
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Es sind Spritzgußmaschinen bekannt, bei denen die Förderschnecke
für die Erwärmung und Vorplastifizierung den als Hohlkolben ausgebildeten Spritzkolben
umgibt, der seinerseits auf einem Heizkörper beweglich ist. Um den Hohlraum des
Massezylinders mit Kunststoff zu füllen, wird der Preßstempel so weit zurückgezogen,
bis er Kanäle freigibt, die den Arbeitsraum der Schnecke mit dem Hohlraum des Massezylinders
verbinden. Mit Beginn der Vorwärtsbewegung des Spritzkolbens werden diese Kanäle
geschlossen und die Schnecke stillgesetzt.
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In einer anderen ähnlichen Anordnung ist der Preßstempel ebenfalls
von der Vorplastifizierungsschnecke umgeben. Der vorplastifizierte Kunststoff wird
in diesem Fall in den durch die Rückbewegung des Preßstempels freigebenden und mit
Luft gefüllten Zylinderraum gefördert. Die auszuspritzende Charge ist dabei aber
nicht hinreichend homogen und außerdem lufthaltig.
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Bei einer anderen bekannten Spritzgußmaschine wird der Kunststoff
in einer Knetmaschine vor-
plastifiziert und dann durch den hohl
ausgebildeten Tauchkolben dem von außen heizbaren Spritzzylinder zugeführt. Der
in einer Düse endende Spritzzylinder gleitet frei auf dem Tauchkolben.
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Unter dem Druck des aus der Knetmaschine ausgestoßenenKunststoffs
wird der Zylinder auf dem feststehenden Kolben vopwärtsgeschoben und sein Hohlraum
mit Kunststoff gefüllt. Ist der Zylinder gefüllt, wird die Knetmaschine stillgesetzt,
die Einfüllöffnung der Spritzform an die Düse angelegt und gegen den Zylinder gedrückt.
Der Zylinder wird dabei zurückgeschoben und der Kunststoff aus seinem Inneren durch
die Düse in die Spritzform gepreßt. An der Eintrittsöffnung des Kolbens ist eine
mit kleinen Bohrungen ausgestattete Trennwand vorgesehen, die einerseits während
der langsam vor sich gehenden Füllung des Spritzzylinders den Durchtritt des Kunststoffs
aus der Knetmaschine durch den Hohlkolben in ausreichendem Umfang ermöglicht und
andererseits während der sehr kurzen Einspritzzeit als Bremse wirkt.
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In anderen bekannten Vorrichtungen ist die Förderschnecke im Massezylinder
axial verschiebbar gelagert und dient gleichzeitig als Spritzkolben.
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Bei derartigen Anordnungen ist die lichte Weite des Spritzzylinders
ohne Berücksichtigung der nötigen Toleranz zwischen diesen Teilen gleich dem Durchmesser
des kolbenähnlich ausgebildeten Kopfes der Förderschnecke, und mit der Axialverschiebung
der Schnecke bei der Füllung des Massezylinders nimmt auch das Massezylindervolumen
zu. Da bei einer zugleich als Spritzkolben wirkenden Schnecke der in den Schneckengängen
enthaltene vorplastifizierte Kunststoff während des Auspressens durch die Spritzdüse
als Kolbendichtung dient, muß die Schnecke eine gewisse Mindestlänge erhalten, um
eine zum Abfangen des Preßdruckes ausreichende Menge Preßmasse aufnehmen zu können.
Auch die übrigen technischen Daten der Förderschnecke werden in diesem Fall durch
den größten erforderlichen Preßdruck bestimmt, woraus sich im allgemeinen außer
der großen Baulänge auch ein hohes Gewicht und hohe Herstellungskosten ergeben.
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Die Erfindung betrifft eine Spritzgußmaschine für die Verarbeitung
thermoplastischer Kunststoffe, die wahlweise entweder zum Formspritzgießen in zwei
Funktionsarten oder zum Strangpressen verwendet werden kann. In dieser Maschine
sind eine Förderschnecke, ein Sammelraum mit veränderlichem Volumen und die Spritzdüse
axial hintereinander angeordnet. Der erfinderische Schritt besteht bei einer solchen
Spritzgußmaschine nun darin, daß die Förderschnecke sowie eine sie umgebendes Gehäuse
eine Bewegungseinheit bilden, die an ihrem dem Sammelraum zugewandten Ende mittels
eines Kopfstücks als Spritzkolben ausgebil det, im Spritzzylinder axial bewegbar
gelagert und an der durch das Kopfstück gebildeten Kolbendruckfiäche mit einem Rückschlagventil
versehen ist. Diese Spritzgußmaschine ist mit je einem der aus Schneckengehäuse
und Förderschnecke gebildeten Bewegungseinheit und einem dem Spritzzylinder zugeordneten
Massetrichter ausgerüstet. Der zu verarbeitende Kunststoff kann also in der einen
Betriebsart in der Förderschnecke der genannten Bewegungseinheit vorplastifiziert,
dabei unter selbsttätiger Rückwärtsbewegung dieser Bewegungseinheit in den Spritzzylinder
gefördert und aus diesem durch zwangläufige Vorwärtsbewegung der Bewegungseinheit
in die Form gespritzt werden.
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Der Kunststoff kann andererseits bei in den Zylinder vollständig
eingefahrener Bewegungseinheit von deren Schnecke unmittelbar durch eine an Stelle
des Rückschlagventils eingesetzte Düse kontinuierlich als Strang ausgepreßt werden.
Schließlich kann der zu verarbeitende Kunststoff ohne Rotation der Schnecke auch
direkt in den Spritzzylinder gefüllt, dort durch von außen zugeführte Wärme und
gegebenenfalls durch den Drudc des kolbenartigen Kopfstücks der Bewegungseinheit
plastifiziert und sodann mittels dieser Bewegungseinheit in die Form gespritzt werden.
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In einer erfindungsgemäßen Spritzgußmaschine ist der Durchmesser
der als Spritzkolben wirkenden Bewegungseinheit unabhängig von dem der Förderschnecke.
Der Hub der als Kolben wirkenden Teile der Maschine kann also wesentlich verkürzt
werden. Das die Schnecke umgebende Gehäuse befindet sich mindestens mit seinem dem
Sammelraum zugelegenen vorderen Teil in dem geheizten Zylindermantel. Dadurch ist
der vorplastifizierte Kunststoff vor Temperaturverlusten geschützt. Ist der Ausstoß
der Masse aus dem Zylinder beendet, schiebt sich die kolbenartige Be wegungseinheit
bei fortgesetzter Förderung der Schnecke nur in dem Maße von der Spritzdüse fort,
wie vorpiastifizierte Masse aus der Schnecke in den Zylinder gedrückt wird. Der
Zylinder bleibt also immer luftfrei.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der nach der Erfindung
ausgebildeten Spritzgußmaschine in unterschiedlichen Betriebsarten schematisch dargestellt.
Es zeigt Abb. 1 den Querschnitt einer als Spritzgußmaschine arbeitenden Vorrichtung,
Abb. 2 den Querschnitt der gleichen Vorrichtung, als Strangpresse arbeitend, Abb.
3 den Querschnitt der gleichen Vorrichtung als Spritzgußmaschine mit einem Verdrängerkörper
im Spritzzylinder.
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Der Spritzzylinder I mit dem aufgesetzten Massetrichter 2 ist in
an sich bekannter Weise außen mit Heizelementen 17 und an der Stirnseite mit einer
mittels der Überwurfmutter 15 auswechselbaren Düse 10 versehen.
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In einem vom rückwärtigen Ende her in den Zylinder I eingeschobenen
Gehäuse 5 ist die Förderschnecke I3 gelagert, die zusammen mit ihrem sammelraumseitig
angeordneten Kopfstück 3 eine spritzkolbenähnliche Bewegungseinheit bilden. Das
Kopfstück 3 ist auswechselbar. In der Kolbendruckfläche des Kopfstücks 3 ist ein
auswechselbares Rückschlagventil 14 angeordnet. Die Schnecke I3 der spritzkolbenartigen
Bewegungseinheit erhält
ihren Antrieb von einem Zahnrad 7, das auf
einem rückwärtigen aus dem Gehäuse 5 heraustretenden Zapfen der Schneckenwelle befestigt
ist. Ein Massetrichter 6 zur Beschickung des Plastifizierraumes der Schnecke I3
ist zweckmäßig im Gehäuse 5 der Bewegungseinheit 5, I3 befestigt oder durch ein
bewegliches Zwischenstück mit der Bewegungseinheit verbunden. Die spritzkolhenartig
wirkende Bewegungseinheit 5, I3 ist auf verschieden lange Hübe einstellbar.
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Nach Abb. I füllt die rotierende Förderschnecke I3 der Bewegungseinheit
5, I3 den Spritzzylinder I, wobei die Bewegungseinheit wegen des sich vor ihrem
Kopfstück aufbauenden Druckes eine Rückwärtsbewegung ausführt und schließlich in
die in Abb. I dargestellte Endstellung gelangt. Die Schnecke 13 fördert dann keinen
Kunststoff mehr, bis nach vollständigem oder teilweisem Entleeren des Zylinders
I der nächste Rückhub beginnt. Die beim Vorwärtsgang spritzkolbenartig wirkende
Bewegungseinheit 5, I3 erhält ihren axialen Schub von dem in Abb. 3 dargestellten
Zylinder 4 mit den Kolben I8. Beim Vorwärtsgang schließt sich sofort das Rückschlagventil
14 im Kopfstück der Bewegungseinheit 5, I3 die nun als abgedichteter Spritzkolben
den plastifizierten Kunststoff schlagartig aus dem Spritzzylinder I durch die Düse
10 in die Form schiebt.
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Soll der zu verarbeitende Kunststoff nicht durch die Förderschnecke
I3 vorplastifiziert werden, so wird an Stelle des Rückschlagventils 14 ein fester
Boden verwendet, und die Bewegungseinheit 5, I3 macht mit der dann nicht rotierenden
Schnecke einen so weit vergrößerten Hub, bis die Öffnung unter dem Trichter 2 freigegeben
ist und der dosierte Kunststoff in den Spritzzylinder I fallen kann.
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In Abb. 2 ist die Vorrichtung als Strangpresse arbeitend dargestellt.
Das die Spritzdüse Io enthaltende Mundstück ist abgenommen, und die Bewegungseinheit
5, I3 ist in den Spritzzylinder I hineingeschoben. Das Rückschlagventil 14 ist durch
das für das Strangpressen erforderliche beliebig profilierte Mundstück I6 ersetzt.
Die Förderschnecke I3 erhält in diesem Fall den zuzuführenden Kunststoff aus Trichter
6 und wird ebenso wie bei der Funktionsart Spritzgießen über das Zahnrad 7 angetriehen.
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In Abb. 3 ist dem Spritzzylinder I mit den Heizelementen I7 ein Verlängerungsstück
I2 mit einem als Torpedo 1 1 bekannten Verdrängerkörper vorgeschaltet. Die spritzkolbenartig
wirkende, aus dem Gehäuse 5 und der Förderschnecke I3 gebildete Beweguneseinheit
mit dem Rückschlagventil 14 am zylinderseitigen Ende erhält auch in diesem Fall
ihre axiale Bewegung vom hydraulischen Kolben I8. Es kann aber auch jede andere
Antriebsart angewendet werden. Die Schnecke 13 erhält ihre Drehbewegung vom Zahnrad
7, das über die Zahnräder 19 und 20 vom Elektromotor 21 aus angetrieben wird.