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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Eine
weiteres Verfahren für
den Betrieb eines Antriebs für
eine Spritzgießmaschine
ist in der
DE 196 52 564 angegeben.
Auch hier sind zwei Elektromotore 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.
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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.
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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.
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Diese
Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale verfahrensmäßig und
durch die im Anspruch 6 angegebenen Merkmale vorrichtungsmäßig gelöst.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 Plas 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.
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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
Elektromotore kommen würde.
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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
43 44 335 A1 angegeben ist, erhöhen lässt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend und mit Bezug auf die beiliegenden
Zeichnungen genauer beschrieben. Die Zeichnungen zeigen in
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1:
eine herkömmliche
Konstruktion einer elektrisch betriebenen Plastifiziereinrichtung,
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2:
eine schematische Halbschnittteilansicht eines vorderen Schneckenbereichs
mit der Rückstromsperre,
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3:
ein Zeit-Geschwindigkeits-Diagramm für die Axialgeschwindigkeit
der Plastifizierschnecke,
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4:
ein Diagramm, welches die Drehgeschwindigkeit und -richtung der
beiden Elektromotoren bei einer Ausführungsform der Erfindung darstellt und
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5:
eine schematische Detailschnittansicht, welche den Einzugsbereich
einer Plastifiziereinheit darstellt.
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In
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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Hohlwellenmotoren 4 und 5 sind vorliegend Transversalflussmotoren
mit zylindrischen Magneten 16 und 17, die jeweils
beidseitig von Wicklungen 18 und 19 umgeben sind.
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Beim
Aufdosieren der Kunststoffschmelze wird der Hohlwellenmotor 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.
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Der
erfindungsgemäße Betrieb
der Anordnung aus 1 ist in sehr schematischer
und modellhafter Weise in 4 dargestellt.
Dabei wird davon ausgegangen, dass zu einem Zeitpunkt t'0 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'0 und
t'1.
In diesem Zeitraum wird der Hohlwellenmotor 5 in der ersten
Drehrichtung mit der Winkelgeschwindigkeit ω1 betrieben.
Damit sich die Schmelze im Schmelzevorraum sammeln kann, wird die
Plastifizierschnecke 2 während des Aufdosierens kontinuierlich
zurückgezogen.
Dies geschieht durch einen Betrieb des Hohlwellenmotors 4 mit
einer Winkelgeschwindigkeit ω'1.
Aufgrund der Differenzwinkelgeschwindigkeit ω1 – ω'1 ergibt
sich die Rückzugsgeschwindigkeit
der Plastifizierschnecke 2 in Abhängigkeit von der Gewindesteigung
von Spindelmutter und Kugelspindel 6.
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Ist
dann eine ausreichende Menge von Schmelze dosiert und im Scheckenvorraum
angesammelt, so wird im Zeitpunkt t'1 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'1)
und wird mit einer entgegengesetzten Drehrichtung und der Drehgeschwindigkeit ω'2 betrieben.
Nicht in 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 4 unrichtig
dargestellt.
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Nach
einem Zeitraum t'1 + δ1 wird die Drehgeschwindigkeit für den zweiten
Hohlwellenmotor von 0 wieder hochgefahren und zwar nunmehr auf die
Drehgeschwindigkeit ω2. Ab dem Zeitpunkt t'2 ergibt sich
nun eine relative Drehgeschwindigkeit zwischen der Kugelspindel 6 und
der Spindelmutter 7 von ω'2+ ω2, 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.
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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.
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Zum
Zeitpunkt t'3 wird dann wieder vom Einspritzen zum Aufdosieren
umgeschaltet.
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In
diesem Zusammenhang wird nochmals darauf hingewiesen, dass die 4 ein
sehr idealisiertes Diagramm darstellt, da aufgrund von Trägheitsmomenten
und anderen Effekten die Flanken stetige und abgeflachte Übergänge haben
werden.
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In 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 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.
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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.
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Zwischen
dem Aufnahmeraum 38 und dem Schneckengang 34 ist
ein Kanal 46 vorgesehen, der eine Strömungsverbindung darstellt.
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Beim
Aufdosiervorgang wird Ausgangsmaterial zwischen der Plastifizierschnecke 30 und
dem Plastifizierzylinder 36 im Schneckengang 34 aufgeschmolzen
und nach vorne befördert.
Im vorderen Ende der Plastifizierschnecke 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.
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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.
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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.
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Insgesamt
ermöglicht
diese Konstruktion einer Rückstromsperre
den Drehbetrieb der Schnecke auch während der Einspritzphase.
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Der
Effekt der Erhöhung
der Einspritzgeschwindigkeit wird mit Bezug auf
3 erläutert.
3 zeigt
einen Ausschnitt aus der Einspritzphase. Die Kurve mit der Bezugsziffer
70 bezeichnet
dabei den sich beim Betrieb der
DE 43 44 335 A1 ergebenden Verlauf der Einspritzgeschwindigkeit
v, also mit während
des Einspritzens festgehaltenem Drehantrieb.
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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.
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Mit
dem Kurvenverlauf 74 ist ein Verlauf dargestellt, wie er
sich ergibt, falls vom Zeitpunkt t0 an 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.
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Der
positive Befüllungseffekt
im Einfüllbereich
kann mit Bezug auf 5 erläutert werden. In 5 ist
eine Teilschnittdarstellung mit einem Plastifizierzylinder 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 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.
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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.