EP1853415A1

EP1853415A1 - Verfahren zum betrieb einer elekrischen plastifiziereinrichtung und vorrichtung zur durchführung des verfahrens

Info

Publication number: EP1853415A1
Application number: EP06707694A
Authority: EP
Inventors: Walter Wohlrab; Herbert Pickel
Original assignee: Krauss Maffei Kunststofftechnik GmbH
Current assignee: Krauss Maffei Kunststofftechnik GmbH
Priority date: 2005-02-18
Filing date: 2006-01-10
Publication date: 2007-11-14
Also published as: WO2006087252A1; CN100544935C; CN101090811A; DE102005007747B3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Plastif iziereinrichtung mit zwei Elektromotoren (4, 5), von denen der erste Elektromotor (5) zum Drehantrieb der Plastif izierschnecke (2) kontinuierlich drehfest mit dieser gekoppelt ist und der zweite Elektromotor (4) unter Zwischenschaltung einer Mutter-Spindel-Einheit (6, 7) zum Axialverschieben der Plastif izierschnecke (2) ausgebildet ist. Um eine Verkürzung der Plastif izierzeit bei gleichzeitiger Beschleunigung der Einspritzung erreichen zu können, wird vorgeschlagen, dass beim Einspritzvorgang zunächst der zweite Elektromotor (4) auf seine Höchstdrehgeschwindigkeit gebracht wird und sodann die Einspritzgeschwindigkeit durch Zuschalten des ersten Elektromotors (5) erhöht wird, wobei in dieser Phase, bei der noch die Einspritzung stattfindet, gleichzeitig die Plastif izierung wieder aufgenommen wird.

Description

Beschreibung

Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Plastifiziereinrichtung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Plastifiziereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6.

[0002] Plastifiziervorrichtungen für Spritzgießmaschinen sind allgemein bekannt. Dabei wird ein Kunststoffausgangsmaterial einem Plastifizierzylinder, in dem eine Plastifizierschnecke drehbar sowie axial verschiebbar angeordnet ist, zugeführt. Das Kunststoffmaterial wird durch die Drehung der Plastifizierschnecke im Plastifizierzylinder aufgeschmolzen und sammelt sich kontinuierlich in dem Zylinderraum vor der Schnecke, auch Schneckenvorraum genannt, an. Dabei wird die Schnecke fortwährend zurückgedrängt oder zurückgezogen, um den Platz für die neu in den Schneckenvorraum hinzugefügte Schmelze freizugeben. Ist im Schneckenvorraum eine ausreichende Menge von Kunststoffschmelze vorhanden, so wird diese durch axiales Vorschieben der Schnecke (Einspritzhub) in eine Kavität einer mit der Plastifiziervorrichtung verbundenen Werkzeugform eingebracht.

[0003] Antriebstechnisch weist eine Plastifiziereinheit für eine Spritzgießmaschine daher in der Regel zumindest zwei Antriebe für die Plastifizierschnecke auf, nämlich einen Drehantrieb und einen Antrieb für die Axialbewegung der Schnecke in Einspritzrichtung oder entgegengesetzt dazu. Es gibt auch Plastifiziervorrichtungen, bei denen nur ein einziger Antrieb vorgesehen ist, wobei dann in der Regel eine Umschaltungsmöglichkeit zwischen dem Drehantrieb und dem Axialvorschub gegeben sein muss.

[0004] Vorliegend beschäftigt sich die Erfindung mit einer Plastifiziereinheit, die zumindest zwei Elektromotore aufweist, nämlich einen ersten Elektromotor für die Drehbewegung der Plastifizierschnecke und einen zweiten Elek- tromotor für die Axialbewegung.

[0005] In diesem Zusammenhang verweisen wir auf die DE 43 44 335 A1 , in der eine solche gattungsgemäße Plastifiziereinrichtung dargestellt ist. Die in der DE 43 44 335 A1 dargestellte Plastifiziervorrichtung umfasst zwei koaxial zueinander angeordnete Elektromotore mit jeweils fest in einem Gehäuse aufgenommenen Statoren und drehbaren Rotoren. Der in der DE 43 44 335 A1 mit der Bezugsziffer 5 bezeichnete Elektromotor besitzt eine axial teleskopierbare, jedoch drehfeste Kopplung zwischen dem Rotor und der Plastifizierschnecke. Eine drehfest mit der Plastifizierschnecke verbundene Kugelspindel wirkt mit einer radial außerhalb davon angeordneten Mutter zusammen, um die Spindel und somit die Plastifizierschnecke axial vor- und zurückbewegen zu können. Dabei ist die Mutter fest mit dem Rotor des zweiten Elektromotors (hier Bezugsziffer 4) verbunden.

[0006] Wie in der Beschreibung der DE 43 44 335 A1 zu erkennen ist, wird bei dem Aufdosieren der Kunststoffschmelze - also bei der Phase, in der eine bestimmte Schmelzemenge im Schneckenvorraum angesammelt wird - der erste Elektromotor zur Drehung der Plastifizierschnecke angetrieben. Dabei hängt die Drehrichtung vom Windungsverlauf der Schneckengänge in der Plastifizierschnecke ab. Der zweite Elektromotor dreht in einem Maße mit, so dass aufgrund eines geringfügigen Drehgeschwindigkeitsunterschieds eine geeignete Zurückziehung der Plastifizierschnecke unter Ausbildung eines gewünschten Dosierdrucks im Schneckenraum ermöglicht ist.

[0007] Ist die Dosierung vollständig erfolgt, so wird der erste Elektromotor 5 festgehalten (es kann auch eine Verriegelung stattfinden) und der Axialvorschub der Schnecke wird durch die Betätigung des zweiten Elektromotors realisiert. [0008] In diesem Zusammenhang sollte darauf hingewiesen werden, dass beim Einspritzen durch eine sogenannte Rückstromsperre im Bereich der Schneckenspitze ein Zurückfließen der Schmelze aus dem Schneckenvorraum in den Bereich zwischen die Scheckenstege verhindert wird. Diese Rückstromsperre setzt sich bei vielen Ausführungsformen zwischen der Plastifizierschnecke und dem Plastifizierzylinder fest. Durch diese übliche Ausgestaltung einer Rückstromsperre ist die Plastifizierschnecke im Regelfall während des Einspritzvorgangs nicht drehbar.

[0009] Eine weiteres Verfahren für den Betrieb eines Antriebs für eine Spritzgießmaschine ist in der DE 196 52 564 angegeben. Auch hier sind zwei Eiek- tromotore vorgesehen, von denen einer insbesondere für die Drehbewegung der Plastifizierschnecke und der andere für den Axialvorschub zuständig ist. Und auch hier wird der Axialvorschub unter Verwendung einer Mutter-Spindel-Kombination realisiert. Die DE 196 52 564 beschäftigt sich nun mit 2 Zielsetzungen, nämlich mit der Erhöhung der Dynamik beim Einspritzvorgang und mit der Erhöhung der Einspritzgeschwindigkeit. Zur Erhöhung der Dynamik des Antriebs wird vorgeschlagen, während des Fahrens einer Beschleunigungs- bzw. Verzögerungsrampe der Translationsbewegung der Spindel mittels eines der beiden Elektromotore den anderen Elektromotor mit einem solchen Drehsinn kurzzeitig anzutreiben, dass eine Beschleunigung bzw. Verzögerung der Translationsbewegung erreicht wird. Zur Erhöhung der Einspritzgeschwindigkeit wird vorgeschlagen, während des Einspritzvorganges die Spindel im Gegensinn zur Mutter anzutreiben, wobei jedoch zur Verhinderung der Übertragung der Drehbewegung auf die Plastifizierschnecke eine Entkuppelungsvorrichtung geöffnet wird.

[0010] Nachteilig bei einem solch schnellen Einspritzvorgang ist jedoch der Umstand, dass beim Axialvorschub das Kunststoffausgangsmaterial im Einzugsbereich die Schneckengänge nur teilweise füllt. Dies führt dazu, dass beim erneuten Starten des Aufschmelzens diese Teilfüllung in der Anfangsphase erst beseitigt werden muss, bevor das Aufschmelzen einsetzt, was eine Verzögerung des Aufschmelzvorganges bewirkt. Überdies besteht die Gefahr, dass eingeschlossene Luft mitgefördert wird , welche zum einen den Aufschmelzvorgang stört und sich zum anderen im Schneckenvorraum ansammeln kann.

[0011] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit dem bzw. mit der sich bei verkürzter Einspritzzeit zudem die Aufschmelzphase verkürzen lässt, ohne dass Lufteinschlüsse zu befürchten sind.

[0012] Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale verfahrensmäßig und durch die im Anspruch 6 angegebenen Merkmale vorrichtungsmäßig gelöst.

[0013] Mit ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung ist es, das Aufschmelzen bereits wieder während des Einspritzvorganges zu starten, so dass das Ausgangsmaterial - zumeist Granulat oder Pulver - in optimaler Weise eingefüllt und eine Teilfüllung der Schneckengänge soweit wie möglich unterbunden wird. Dabei wird das Aufschmelzen derart betrieben, dass gleichzeitig die Einspritzgeschwindigkeit, also die axiale Verschiebung der Plastifizierschnecke nach vorne, erhöht wird. Auf diese Weise erreicht man sowohl eine Beschleunigung des Einspritzvorganges wie auch eine Verkürzung des Aufschmelzvorganges, was insgesamt zu einer schnelleren Zykluszeit führt.

[0014] Bei der gattungsgemäßen Antriebsvorrichtung wird der vorgenannte Effekt dadurch erreicht, dass während der Einspritzphase der für die Rotation der Plastifizierschnecke vorgesehene Motor so betrieben wird, dass aufgrund der vorgesehene Mutter-Spindel-Kombination eine Geschwindigkeitserhöhung in Axialrichtung ermöglicht wird. Dreht beispielsweise der zweite für den Axialvorschub erforderliche Elektromotor in einer ersten Drehrichtung und der andere Elektromotor mit der gleichen Drehgeschwindigkeit in die andere Richtung, so wird die Axialvorschubsgeschwindigkeit gegenüber einem festgesetzten ersten Elektromotor verdoppelt . Dies ist an sich aus der DE 196 52 564 bekannt. Vorliegend dreht sich jedoch die Plastifizierschnecke mit der vollen Drehgeschwindigkeit mit, so dass es bereits während der Einspritzphase zum Start der weiteren Aufschmelzung kommt.

[0015] Prinzipiell ist es möglich, die Drehung der Plastifizierschnecke kontinuierlich aufrechtzuerhalten und zwar sowohl während der Einspritzung wie auch während der Aufschmelzphase und die einzelnen Phasen lediglich über eine Ansteuerung des Drehantriebs für die Spindelmutter zu realisieren. In diesem Fall müßte der Elektromotor im wesentlichen zwischen einer im wesentlichen drehgleichen Rotation und einer gegengleichen Rotation umgeschaltet werden, wobei bei der drehgleichen rotation die Dosierung erfolgt und bei der gegengleichen Rotation die Einspritzung.

[0016] Zu beachten ist dabei jedoch, dass während des Einspritzvorganges die Strömungsverbindung von den Schneckengängen zum Schneckenvorraum mittels einer Rückstromsperre unterbunden ist. Würde also während der gesamten Einspritzzeit weiter aufgeschmolzen, so würde es aufgrund der kontinuierlichen Förderung von Schmelze in den Schneckenvorraum zu einer Behinderung für die Funktionsfähigkeit der Rückstromsperre kommen, die dann nicht mehr funktionsgerecht schließen, kann. Überdies stellt sich das Problem, wo das neu aufgeschmolzene Material bei geschlossener Rückstromsperre hintransportiert werden soll.

[0017] Aus diesem Grunde wird gemäß der bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, den für die Drehbewegung der Plastifizierschnecke zuständigen Elektromotor nicht während des gesamt Einspritzvorganges anzutreiben. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sollte in einer ersten Phase des Einspritzvorganges, insbesondere während des Durchfahrens der Beschleunigungsrampe für den zweiten Elektromotor, der für die Drehung der Spindelmutter zuständig ist, der erste Elektromotor nicht betrieben bzw. festgesetzt werden. Damit würde sich in diesem Zeitraum die Pias- tifizierspindel nicht drehen und es würde zu keinem Aufschmelzvorgang kommen. Damit könnte die Rückstromsperre funktionsgerecht schließen. Ist der Einspritzdruck dann aufgebaut braucht ein Öffnen der Rückstromsperre aufgrund der Förderung von neuer Schmelze nicht mehr befürchtet zu werden.

[0018] Im letzten Zeitraum des Einspritzvorganges kann der Drehantrieb für die Plastifizierschnecke dann wieder gestartet werden, wodurch der Aufschmelzvorgang wieder aufgenommen und eine evtl. aufgetretene Teilfüllung beseitigt wird. Dieser zweite Zeitraum kann auch unmittelbar an den Zeitraum anschließen, in dem eine Beschleunigungsrampe für den zweiten Elektromotor durchfahren wird. Auf diese Art würde sich eine fortgesetzte Beschleunigung der Einspritzgeschwindigkeit ergeben. Unter bestimmten Umständen wäre es auch möglich, den ersten Elektromotor bereits dann wieder zu starten, wenn der zweite Elektromotor seine Beschleunigungsrampe noch nicht vollständig durchfahren hat, so dass es zu einem zeitlichen Überlapp bei den Beschleunigungsrampen für die Elek- tromotore kommen würde.

[0019] Die vorgesehene Maßnahme hat neben der Verkürzung der Aufschmelzzeit noch den Effekt, dass sich die maximale Einspritzgeschwindigkeit gegenüber einem System, wie es in der DE 4344 335 A1 angegeben ist, erhöhen lässt.

[0020] Konstruktiv zu berücksichtigen ist , dass sich bei einem Betrieb des

Elektromotors für die Aufdosierung auch während der Einspritzphase eine Drehung der Plastifizierschnecke in diesem Zeitbereich ergibt. Die Konstruktion muss also so ausgeführt werden, dass auch der Drehsinn der Plastifizierschnecke während des Einspritzens in der gleichen Richtung aufrechterhalten wird, wie beim Aufdosieren selbst. Dies bedeutet, dass der erste Elektromotor, der für die Drehung der Schnecke zuständig ist, sowohl beim Aufdosieren, wie auch beim Einspritzen immer in der gleichen Drehrichtung betrieben werden muss. Entsprechend muss der zweite Elektromotor während des Einspritzens in einer Drehrichtung betrieben werden, die entgegengesetzt zur Drehrichtung des ersten Elektromotors ist.

[0021] Mit dieser Maßnahme wird sichergestellt, dass auch während der Einspritzphase weiter Ausgangsmaterial aufgeschmolzen und nach vorne befördert werden kann und sich nicht im hinteren Schneckenbereich ansammelt oder festsetzt.

[0022] Eine Voraussetzung für den beschriebenen Betrieb ist die Verwendung einer Rückstromsperre, die auch während des Einspritzvorgangs eine Drehung der Plastifizierschnecke im Plastifizierzylinder ermöglicht. Insofern sollte sich die Rückstromsperre nicht zwischen der Plastifizierschnecke und dem Plastifizierzylinder festsetzen.

[0023] Vorliegend ist einer speziellen Ausführungsform beispielsweise ein Kugelventil dargestellt, bei dem eine Kugel in einem Aufnahmeraum an der einspritzseitigen Spitze der Plastifizierschnecke vorgesehen ist. Die Kugel kann sich in Axialrichtung zumindest geringfügig bewegen. In einer ersten Stellung während des Aufdosierens wird ein Strömungskanal zwischen dem Schneckengang (oder den Schneckengängen) und dem Schneckenvorraum freigegeben. Während der Einspritzphase wird die Kugel durch den Einspritzdruck in Richtung eines Kugelsitzes nach hinten befördert und verschließt den Strömungskanal vollständig, so dass kein Schmelzematerial mehr aus dem Schneckenvorraum in den Bereich der Schneckengänge gelangen kann.

[0024] Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ließe sich dadurch realisieren, dass die Plastifizierschnecke zusätzlich auf hydraulische Art und Weise beaufschlagt wird und zwar in Einspritzrichtung. Bei solch einer Maßnahme könnte die hydraulische Vorspannung je nach Betriebsphase der Schnecke von den Elektromotoren kompensiert werden. Für den Fall des Einspritzens würde es dann jedoch zur einer Addition der Kräfte des hydraulischen Antriebs und der beiden Elektromotoren kommen, was nochmals eine Erhöhung der Einspritzgeschwindigkeit ermöglichen würde.

[0025] Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend und mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen genauer beschrieben. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 : eine herkömmliche Konstruktion einer elektrisch betriebenen Plastifiziereinrichtung,

Fig. 2: eine schematische Halbschnittteilansicht eines vorderen Schneckenbereichs mit der Rückstromsperre,

Fig. 3: ein Zeit-Geschwindigkeits-Diagramm für die Axialgeschwindigkeit der Plastifizierschnecke,

Fig. 4: ein Diagramm, welches die Drehgeschwindigkeit und — rich- tung der beiden Elektromotoren bei einer Ausführungsform der Erfindung darstellt und

Fig. 5: eine schematische Detailschnittansicht, welche den Einzugsbereich einer Plastifiziereinheit darstellt.

[0026] In Fig. 1 ist bei einer an sich bekannten Konstruktion des Antriebs ( vgl. auch DE 43 44 335 A1) für die Plastifiziereinheit ein rückwärtiger Teil eines Schneckenzylinders 1 mit Antriebseinheit dargestellt. Im Schneckenzylinder 1 ist eine Plastifizierschnecke 2 einer ansonsten nicht näher dargestellten Spritzgießmaschine drehbar sowie axialverschieblich aufgenommen. Der Schneckenzylinder 1 ist einem Gehäuse 3 angeordnet, in dem im weiteren Verlauf ein erster Hohlwellenmotor 5 und ein zweiter Hohlwellenmotor 4 befestigt sind.

[0027] Die Plastifizierschnecke 2 ist mit einer Kugelspindel 6 über eine Kupplung fest verbunden. Die Kugelspindel 6 ist in einer Spindelmutter 7 geführt . Es handelt sich insofern um einen Mutter-Spindel-Antrieb. Die Spindelmutter 7 ist mit einem als Hohlwelle ausgestalteten Rotor 16 des zweiten Hohlwellenmotors 4 fest gekoppelt, wobei die Spindelmutter 7 mittels einer Axiallagerung 8 direkt im Motorgehäuse abgestützt ist.

[0028] In eine mit Axialnuten 9 versehene Ausnehmung 10 der Kugelspindel 6 ragt ein komplementär ausgebildeter Antriebszapfen 11 , der ebenfalls mit Axialnuten 12 versehen und somit mit der Bewegungsspindel 6 drehfest aber axial verschieblich gekoppelt ist. Der Antriebszapfen 11 ist mit der ebenfalls als Hohlwelle 13 ausgebildeten Rotor 17 des ersten Hohlwellenmotors 5 fest verbunden. Dabei ist der Antriebszapfen 11 unter Freilassung eines Ringraumes 14 von der Hohlwelle 13 umgeben.

[0029] Die Hohlwelle 13 ist mittels einer Axiallagerung 15 direkt im Motorgehäuse abgestützt. Die Axiallagerung wird vorteilhafter Weise so ausgebildet, dass auch Kräfte in Axialrichtung unmittelbar aufgenommen werden können.

[0030] Die Hohlwellenmotoren 4 und 5 sind vorliegend Transversalflussmotoren mit zylindrischen Magneten 16 und 17, die jeweils beidseitig von Wicklungen 18 und 19 umgeben sind.

[0031] Beim Aufdosieren der Kunststoffschmelze wird der Hohlweüenmotor 5 nun in einer bestimmten Drehrichtung betrieben, die durch die Anordnung der Schneckenstege festgelegt ist. Die Gewinde der Kombination aus Spindelmutter 7 und Kugelspindel 6 sind nun so ausgebildet, dass ein Axialvorschub der Plastifizierschnecke 2 in Einspritzrichtung dann erreicht wird, wenn der Hohlwellenmotor 4 genau in zur Drehrichtung des Hohlwellenmotors 5 entgegengesetzter Drehrichtung dreht.

[0032] Der erfindungsgemäße Betrieb der Anordnung aus Fig. 1 ist in sehr sche- matischer und modellhafter Weise in Fig. 4 dargestellt. Dabei wird davon ausgegangen, dass zu einem Zeitpunkt t'o die Plastifizierschnecke 2 vollständig nach vorne, also in Einspritzrichtung verfahren und ein Ein- spritzhub gerade abgeschlossen ist. An den Einspritzhub schließt sich dann wieder eine Aufdosierphase an und zwar zwischen den Zeitpunkten t'o und t'i. In diesem Zeitraum wird der Hohlwellenmotor 5 in der ersten Drehrichtung mit der Winkelgeschwindigkeit ωi betrieben. Damit sich die Schmelze im Schmelzevorraum sammeln kann, wird die Plastifizier- schnecke 2 während des Aufdosierens kontinuierlich zurückgezogen. Dies geschieht durch einen Betrieb des Hohlwellenmotors 4 mit einer Winkelgeschwindigkeit ω'i. Aufgrund der Differenzwinkelgeschwindigkeit ωi - ω'i ergibt sich die Rückzugsgeschwindigkeit der Plastifizierschnecke 2 in Abhängigkeit von der Gewindesteigung von Spindelmutter und Kugelspindel 6.

[0033] Ist dann eine ausreichende Menge von Schmelze dosiert und im

Scheckenvorraum angesammelt, so wird im Zeitpunkt t'i das Einspritzen der Kunststoffschmelze gestartet. Dazu wird der Hohlwellenmotor 5 zunächst festgesetzt. Ferner dreht sich die Bewegungsrichtung des ersten Hohlwellenmotors 4 um (also ω'2 = -ω'i) und wird mit einer entgegengesetzten Drehrichtung und der Drehgeschwindigkeit ω'2 betrieben. Nicht in Fig. 4 zu erkennen ist, dass die Elektromotore aufgrund der Trägheit eine Beschleunigungsrampe durchfahren und nicht unmittelbar auf die Enddrehzahlen springen können. Das Durchfahren der Beschleunigungsrampe dauert einen bestimmten Zeitraum. Insofern sind die Sprünge der Drehgeschwindigkeiten in Fig. 4 unrichtig dargestellt.

[0034] Nach einem Zeitraum t'i + δi wird die Drehgeschwindigkeit für den zweiten Hohlwellenmotor von 0 wieder hochgefahren und zwar nunmehr auf die Drehgeschwindigkeit 0)2. Ab dem Zeitpunkt t'2 ergibt sich nun eine relative Drehgeschwindigkeit zwischen der Kugelspindel 6 und der Spindelmutter 7 von ω'2 + u)2, was zu einer Erhöhung der Einspritzgeschwindigkeit führt, da die Axialgeschwindigkeit der Plastifizierschnecke über die Gewindesteigung unmittelbar mit der relativen Drehgeschwindigkeit von Kugelspindel 6 und Spindelmutter 7 zusammenhängt. [0035] Gleich wird im Zeitpunkt t'2 wieder das Aufdosieren gestartet, so dass im weiteren Verlauf der Einspritzung eine Teilfüllung der Schneckengänge verhindert und eine etwaig bereits erfolgte Teilfüllung beseitigt wird.

[0036] Zum Zeitpunkt t'3 wird dann wieder vom Einspritzen zum Aufdosieren umgeschaltet.

[0037] In diesem Zusammenhang wird nochmals darauf hingewiesen, dass die Fig. 4 ein sehr idealisiertes Diagramm darstellt, da aufgrund von Trägheitsmomenten und anderen Effekten die Flanken stetige und abgeflachte Übergänge haben werden.

[0038] In Fig. 2 ist eine Rückstromsperre in schematischer Teilschnittansicht dargestellt, die eine Drehung der Plastifizierschnecke auch während der Einspritzphase ermöglicht. Die Bezugsziffer 30 bezeichnet einen vorderen einspritzseitigen Teil der Plastifizierschnecke, welche spiralförmig umlaufende Schneckenstege 32 aufweist, zwischen denen ein Schneckengang 34 gebildet ist. (Die Plastifizierschnecke 30 ist in Fig. 2 nur zur Hälfte dargestellt.) Umgeben ist die Plastifizierschnecke von einem ebenfalls geschnitten dargestellten Plastifizierzylinder 36. Am vorderen stirnseitigen Bereich der Plastifizierschnecke weist diese einen etwa zylindrisch ausgestalteten Aufnahmeraum 38 auf, in dem eine Kugel 50 in Axialrichtung geringfügig verschieblich aufgenommen ist. Die Axialbewegung der Kugel 50 ist auf der einen Seite durch einen Ringvorsprung 52 und auf der anderen Seite durch einen etwa halbkugelförmig ausgebildeten Kugelsitz 48 begrenzt.

[0039] Radial außerhalb der Kugel 50 ist ein Hülsenbereich vorgesehen, der außenseitig drei Ringnuten 42 aufweist, in denen O-Ringdichtungen 44 zur Abdichtung zwischen der Plastifizierschnecke und dem Plastifizierzylinder aufgenommen sind. [0040] Zwischen dem Aufnahmeraum 38 und dem Schneckengang 34 ist ein Kanal 46 vorgesehen, der eine Strömungsverbindung darstellt.

[0041] Beim Aufdosiervorgang wird Ausgangsmaterial zwischen der Plastifizier- schnecke 30 und dem Plastifizierzylinder 36 im Schneckengang 34 aufgeschmolzen und nach vorne befördert. Im vorderen Ende der Plastifizier- schnecke 30 strömt sie durch den Strömungskanal 46 in den Aufnahmeraum 38 und drückt dabei die Kugel 50 in Axialrichtung nach vorne. Durch nicht genauer dargestellte Rillen zwischen der Kugel und der Hülse 42 kann die Schmelze an der Kugel 50 vorbei in den Schneckenvorraum gelangen.

[0042] Ist die Aufdosierung abgeschlossen und beginnt die Einspritzphase, so wird durch axiales Nach-Vorne-Schieben der Plastifizierschnecke 30 der Druck im Schneckenvorraum erhöht und drückt dadurch die Kugel 50 axial nach hinten, so dass sie zur Anlage in dem komplementär ausgebildeten Sitz 48 kommt. Dabei verschließt sie den Strömungskanal 46, so dass keine Schmelze mehr vom Schneckenvorraum in den Bereich des Schneckenganges und umgekehrt gelangen kann. Auch die Konstruktion mit den O-Ringen 44 verhindert ein Zurückfließen der Schmelze zwischen dem vorderen Teil der Plastifizierschnecke 30 und dem Plastifizierzylinder 36.

[0043] Ist der Einspritzvorgang abgeschlossen und sinkt dadurch der Druck auf Kugel 50, so setzt sich druckmäßig die im Schneckengang befindliche Kunststoffschmelze wieder durch und schiebt die Kugel 50 in Axialrichtung nach vorne, wodurch der Strömungskanal 46 wieder freigegeben wird und die Schmelze aus dem Bereich des Schneckenganges wieder in den Schneckenvorraum befördert werden kann.

[0044] Insgesamt ermöglicht diese Konstruktion einer Rückstromsperre den Drehbetrieb der Schnecke auch während der Einspritzphase. [0045] Der Effekt der Erhöhung der Einspritzgeschwindigkeit wird mit Bezug auf Fig. 3 erläutert. Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus der Einspritzphase. Die Kurve mit der Bezugsziffer 70 bezeichnet dabei den sich beim Betrieb der DE 4344 335 A1 ergebenden Verlauf der Einspritzgeschwindigkeit v, also mit während des Einspritzens festgehaltenem Drehantrieb.

[0046] Die Kurve 72 stellt den Verlauf der Einspritzgeschwindigkeit dar, wie er mit der vorliegenden Erfindung erreicht wird, wobei sich nach dem Durchlaufen der Beschleunigungsrampe des für den Axialvorschubs vorgesehenen Elektromotors unmittelbar die Aktivierung des Elektromotors für den Drehantrieb der Plastifizierschnecke anschließt, was zu einer Fortsetzung der Gesamt-Beschleunigungsrampe führt.

[0047] Mit dem Kurvenverlauf 74 ist ein Verlauf dargestellt, wie er sich ergibt, falls vom Zeitpunkt toan der Elektromotor für den Drehantrieb (Bezugszeichen 5) der Plastifizierschnecke zur Unterstützung des Axialvorschubs eingesetzt wird. In diesem Fall würde eine steilere Beschleunigungsrampe erzielt werden können.

[0048] Der positive Befüllungseffekt im Einfüllbereich kann mit Bezug auf Fig. 5 erläutert werden. In Fig. 5 ist eine Teilschnittdarstellung mit einem Plas- tifizierzylinder 80 zu erkennen, der eine Einfüllöffnung 82 aufweist. Im Plastifizierzylinder 80 ist eine Plastifizierschnecke 84 in bekannter Weise aufgenommen, welche Schneckenstege und einen dazwischen liegenden Schneckengang 86 aufweist. Im Einfüllbereich der Einfüllöffnung 82 ist schematisch ein Granulatmaterial dargestellt. Wird nun die Plastifizierschnecke beim Einspritzvorgang schnell nach vorne verfahren (in Fig. 5 nach links), so wandern die Schneckenstege bzw. der Schneckengang unter der Einfüllöffnung vorbei. Je nach Axialgeschwindigkeit kann das Granulat nur bedingt in den Schneckengang 86 fallen und diesen füllen. Insbesondere im unteren Bereich des Schneckenganges 86 wird ein ungefüllter Freiraum verbleiben. Dieser Freiraum muss beim Start der Aufdosierung erst beseitigt werden, bevor die Plastifizierung erfolgen kann, was insgesamt zu einer Verzögerung führt. Durch eine Drehantrieb der Plastifizierschnecke während der Einspritzphase kann zum einen der Zeitraum, in dem die Teilbefüllung erfolgen kann, verkürzt werden. Zum andern werden auftretende Teilfüllungen noch während der Einspritzphase beseitigt.

Mit der vorliegenden Erfindung kann man nicht nur die Einspritzzeit sondern auch die Zeit für das Aufdosieren signifikant senken. Überdies vermeidet man Beeinträchtigungen durch die Ansammlung von Luft im Plastifizierzylinder. Damit lässt sich mit der vorliegenden Erfindung auf sehr einfache Weise einen Verkürzung der Zykluszeit erreichen, ohne dass es eines großen Aufwands bedarf.

Claims

Ansprüche

1. Verfahren zum Betrieb einer elektrisch angetriebenenen, eine Plastifizier- schnecke (2) und einen Plastifizierzylinder (1) aufweisenden Plastifiziereinrich- tung mit zwei Elektromotoren (4, 5), von denen der erste Elektromotor (5) zum Drehantrieb der Plastifizierschnecke (2) kontinuierlich drehfest mit dieser gekoppelt ist und der zweite Elektromotor (4) unter Zwischenschaltung einer Mutter-Spindel-Einheit (6, 7) zur Axialverschiebung der Plastifizierschnecke (2) ausgebildet ist, gekennzeichnet durch die Schritte, a) dass beim Aufdosieren der Kunststoffschmelze der erste Elektromotor (5) drehangetrieben wird und gleichzeitig der zweite Elektromotor (4) in einer Weise mitdreht, dass ein Zurückziehen der Plastifizierschnecke (2) ermöglicht ist, und b) dass beim Einspritzvorgang während des axialen Beschleunigungsvorganges der Plastifizierschnecke unter Durchfahrens einer Beschleunigungsrampe des zweiten Elektromotors (4) der erste Elektromotor (5) zunächst festgesetzt und nicht angetrieben wird und c) der erste Elektromotors (5) nach dem Erreichen der Beschleunigungsrampe des zweiten Elektromotors (4) drehangetrieben wird, um die gleichzeitig die Axialgeschwindigkeit der Plastifizierschnecke (2) zu erhöhen und die Plasti- fizierung bereits während des Einspritzvorganges fortzusetzen.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Elektromotor (5) in einer Weise betrieben wird, um die Axialbeschleunigung nach Erreichen der Spitzengeschwindigkeit des zweiten Elektromotors weiter fortzusetzen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Elektromotor beim Einspritzvorgang, dann aktiviert wird, wenn der zweite Elektromotor seine Spitzendrehgeschwindigkeit erreicht hat.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den elektrischen Antrieben (4, 5) die Plastifizierschnecke (2) hydraulisch in Einspritzrichtung beaufschlagt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Beaufschlagung kontinuierlich aufrechterhalten wird und die tatsächliche Axialverschiebung der Plastifizierschnecke durch einen Betrieb des oder der Elektromotore in gleicher oder entgegengesetzter Richtung erreicht wird.

6. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine elektrische Plastifiziereinrichtung zwei Elektromotore (4, 5) zu deren Antrieb aufweist, von denen der erste Elektromotor (5) zum Drehantrieb der Plastifizierschnecke (2) kontinuierlich drehfest mit dieser gekoppelt ist und der zweite Elektromotor (4) unter Zwischenschaltung einer Mutter-Spindel-Einheit (6, 7) zur Axialverschiebung der Plastifizierschnecke (2) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutter-Spindel-Einheit derart ausgestaltet ist, dass sich die Plastifizierschnecke auch beim die Einspritzung unterstützenden Betrieb des ersten Elektromotors in die gleiche Richtung wie beim Aufdosieren dreht, und dass im vorderen Bereich der Plastifizierschnecke eine Rückstromsperre vorgesehen ist, die auch während der Einspritzphase eine Drehung der Plastifizierschnecke in einem Plastifizierzylinder ermöglicht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstromsperre als Kugelventil ausgebildet ist, wobei eine Kugel (50) in einer zentralen Ausnehmung (38) in der Spitze der Plastifizierschnecke (30) aufgenommen und derart bewegbar ist, dass beim Aufdosieren der Kunststoffschmelze ein Strömungskanal (46) zwischen den Schneckengängen (34) der Plastifizierschnecke (30) und einem Schneckenvorraum freigegeben ist und beim Einspritzen der Strömungskanal (46) verschlossen wird.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine hydraulische Einrichtung vorgesehen ist, mit welcher die Plastifizier- schnecke (30) in Einspritzrichtung beaufschlagbar ist.