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Die Erfindung betrifft eine Rückstromsperre mit
steuerbarem Verschluss, die am Ende einer Plastifizier- und Einspritzschnecke
angeordnet ist, um den Fluss von Kunststoffschmelze vom Bereich
der Schneckengänge
der Plastifizier- und Einspritzschnecke zum Bereich des Schneckenvorraumes
eines Schneckenzylinders zu steuern, in dem sich die Plastifizier-
und Einspritzschnecke befindet,
wobei die Rückstromsperre einen Grundkörper aufweist,
der mit der Plastifizier- und Einspritzschnecke verbunden ist, und
ein
Außenteil
aufweist, das vom Grundkörper
mitgenommen wird und relativ zum Grundkörper begrenzt translatorisch
und rotatorisch beweglich ist, um in einer ersten Position den Fluss
von Kunststoffschmelze während
des Dosiervorganges freizugeben, in einer zweiten Position nach
vollendetem Dosiervorgang den Schmelzefließweg
durch steuerbares
Schließen
der Rückstromsperre zu
unterbrechen und in einer dritten Position bei Beginn und während des
Einspritzvorganges das Zurückfließen der
Kunststoffschmelze zu verhindern.
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Gattungsgemäße Rückstromsperren sind im Stand
der Technik hinlänglich
bekannt. Die Aufgabe einer solchen Rückstromsperre ist es, beim
Dosiervorgang durch Rotation der Plastifizier- und Einspritzschnecke
die vom Materialtrichter über
die Schnecke mit ihren Schneckengängen geförderte Kunststoffschmelze in
den Schneckenvorraum gelangen zu lassen, den Schmelzefließweg nach
beendetem Dosiervorgang zu unterbrechen und beim Einspritzen der
Schmelze in das Spritzgießwerkzeug durch
translatorische Verschiebung der Schnecke das Zurückfließen der
Schmelze zu verhindern.
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Darüber hinaus sind Rückstromsperren
bekannt, die dadurch gekennzeichnet sind, dass sie ein bewegliches
Teil mit einer Dichtungsfläche
besitzen, die mit einer entsprechend gestalteten Gegenfläche ein
einziges Absperrorgan bildet, wenn diese beiden Flächen mit
einander durch eine Kraft in Berührung sind,
wobei diese Kraft axial auf das bewegliche Teil wirkt.
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Aus
EP
0 541 048 ist beispielweise eine Rückstromsperre bekannt, die
aus einem mit der Plastifizier- und Einspritzschnecke verbundenem
Außenteil
und einem im Außenteil
beweglichen Innenteil besteht, wobei eine axiale Federkraft auf
das bewegliche Innenteil der Rückstromsperre
wirkt, durch die das bewegliche Teil nach Ende des Dosiervorganges
in Absperrstellung gebracht wird. Die Dichtungsfläche und
ihre Gegenfläche
bilden ein einziges Absperrorgan, welches den Schmelzefließweg nach beendetem
Dosiervorgang durch Federkraft unterbricht und das Zurückfließen der
Kunststoffschmelze bei Beginn und während des Einspritzens der Schmelze
verhindert, wobei auf das bewegliche Innenteil eine durch das Einspritzen
verursachte Axialkraft wirkt.
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Die Wirkungsweise dieser Rückstromsperre hängt also
von der einwandfreien Funktion dieses einzigen Absperrorgans und
von der Wirksamkeit der Feder ab. nachteilig ist dabei, dass bereits
kleinste Schäden
an den beiden Dichtflächen
des einzigen Absperrorgans zu einer fehlerhaften Schließfunktion der
Rückstromsperre
führen.
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Weiters ist nachteilig, dass für das Schließen der
Rückstromsperre
nach Ende des Dosiervorganges eine Feder verwendet wird, deren Funktionstüchtigkeit
durch die hohe thermische Belastung der Feder stark eingeschränkt oder
gänzlich
unwirksam ist.
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Aufgabe dieser Erfindung ist es,
eine Rückstromsperre
zu schaffen,
die aus einer minimalen Anzahl von Bauteilen besteht,
die
mehr als ein einziges Absperrorgan besitzt,
bei der nach Ende
des Dosiervorganges ein erstes Schließen steuerbar erfolgt und
bei
der bei Beginn und während
des Einspritzens ein zweites Schließen stattfindet.
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Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch
gekennzeichnet,
dass das Außenteil (7) der Rückstromsperre
(1) vom Grundkörper
(6) mitgenommen wird sowie eine Stirnfläche (19) aufweist,
die parallel zu einem Axialanschlag (16) an der Schnecke
(2) ausgeführt
ist, und mindestens eine in der Stirnfläche (19) beginnende Schmelzeleitung
(11) besitzt, und
dass der Grundkörper (6) mindestens
eine Schmelzeleitung (12) aufweist,
wobei in einer
ersten Position (8) die Schmelzeleitung (12) des
Grundkörpers
(6) zusammen mit der Schmelzeleitung (11) des
Außenteils
(7) eine fluidische Verbindung zwischen dem Bereich der
Schneckengänge
(3) und dem Bereich des Schneckenvorraums (4)
bildet und
wobei in einer zweiten Position (9) die
fluidische Verbindung zwischen dem Bereich der Schneckengänge (3)
und dem Bereich des Schneckenvorraums (4) durch einen Absperrbereich
(13) des Grundkörpers (6)
eine erste Absperrung erfährt
und ein erstes Absperrorgan gebildet wird und
wobei in einer
dritten Position durch den Kontakt zwischen der Stirnfläche (19)
des Außenteils
(7) und dem Axialanschlag (16) die Schmelzeleitung
(11) im Außenteil
(7) durch den Axialanschlag (16) dichtend überdeckt
wird, wodurch die fluidische Verbindung eine zweite Absperrung erfährt und
ein zweites Absperrorgan gebildet wird.
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Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, dass der
Grundkörper
der Rückstromsperre
zusammen mit dem Außenteil – bei entsprechender
relativer Position von Grundkörper
und Außenteil
zueinander – einen
Schmelzefließweg
bilden kann, der jedoch bei Verschiebung dieser beiden Teile zueinander
durch zwei unabhängig
von einander wirksam werdende Absperrorgane unterbrochen werden
kann.
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Es ist weiters vorgesehen, dass das
Außenteil
(7) in der Spitze (14) des Grundkörpers bei
Rotation der Schnecke durch in Aussparungen (17) eingreifende
Stege (18) oder durch andere zweckdienlich gestaltete Mitnehmer
mitgenommen wird, wodurch der Verschleiß an den Kontaktflächen zwischen
Außenteil
und Grundkörper
stark verringert wird, da zwischen Grundkörper (6) und Außenteil
(7) nur eine geringe Längsverschiebung
und eine Drehbewegung von weniger als einer ganzen Umdrehung stattfinden.
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Fortbildungsgemäß ist vorgesehen, dass die Schmelzeleitung
(11) im Außenteil
(7) durch mehrere Bohrungen gebildet wird, wodurch eine
verbesserte Durchmischung des plastischen Kunststoffmaterials erreicht
wird. Diese Bohrungen können über den
Umfang des Außenteils
(7) verteilt – und
bevorzugt äquidistant – angeordnet
sein. Die Schmelzeleitung (11) im Außenteil (7) kann auch
durch eine oder mehrere kanalförmige
Nuten gebildet werden. Des weiteren kann aus reologischen Gründen bevorzugt
vorgesehen sein, dass der Winkel (a) zwischen der Achse der Bohrungen
(11) und der Rotationsachse der Plastifizier- und Einspritzschnecke
(2) zwischen 30° und
90° liegt,
vorzugsweise bei 45°.
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Auch die Schmelzeleitung (12)
des Grundkörpers
(6) kann durch mehrere Bohrungen gebildet werden. Diese
Bohrungen können über den
Umfang des Grundkörpers
(6) – und
bevorzugt äquidistant – verteilt
angeordnet sein. Die Schmelzeleitung (12) im Grundkörper kann
auch durch eine oder mehrere kanalförmige Nuten gebildet werden.
Des weiteren kann aus reologischen Gründen bevorzugt vorgesehen sein,
dass der Winkel (α)
zwischen der Achse der Bohrungen (12) und der Rotationsachse
der Plastifizier- und Einspritz-schnecke (2) zwischen 30° und 90° liegt, vorzugsweise
bei 45°.
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Eine besonders strömungsgünstige Ausgestaltung
wird erreicht, wenn der Axialanschlag (16) als Kegelmantelfläche oder
Teil einer Kugeloberfläche
unter einem Winkel zwischen 90° und
30° zur Rotationsachse
der Plastifizier- und Einspritzschnecke (2), vorzugsweise
zwischen 50° und
75°, ausgeführt ist.
Der der Schnecke zugeordnete Axialanschlag (16) kann Bestandteil
der Schnecke sein oder durch eine separate Zwischenscheibe gebildet
werden.
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Auch die vorgeschlagene Rückstromsperre kommt
nicht ohne Relativbewegungen zwischen den Bauteilen aus. Daher ist
vorgesehen, dass der Außenumfang
des Außenteils
(7) mit einer verschleißarmen Schicht versehen, insbesondere
beschichtet sein kann. Das gleiche gilt für den Innenumfang des Außenteils
(7), für
den Außenumfang
des Grundkörpers
(6) und für
alle sonstigen axialen Anlageflächen zwischen
Grundkörper
(6) und Außenteil
(7).
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist
vorgesehen, dass der Grundkörper
(6) eine Spitze (14) aufweist, wobei Grundkörper (6)
und Spitze (14) einstückig
oder miteinander verschraubt ausgebildet sind. Weiterhin kann der
Grundkörper
(6) mit der Plastifizier- und Einspritzschnecke (2)
fest verschraubt oder unlösbar
verbunden sein. Schließlich kann
das Außenteil
(7) eine im wesentlichen hohlzylindrische Form aufweisen
und dessen Stirnfläche (19)
z. B. kegelförmig
oder als Kugeloberfläche
ausgeführt
sein.
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Das lösungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet,
dass in einer ersten Position (8) die fluidische Verbindung
zwischen dem Bereich der Schneckengänge (3) und dem Bereich
des Schneckenvorraumes (4) freigegeben ist, während durch eine
rotatorische Verschiebung des Grundkörpers (6) relativ
zum Außenteil
(7) aus der ersten Position (8) in die zweite
Position (9) eine erste Unterbrechung der fluidischen Verbindung
durch Absperrung der Schmelzeleitung (11) durch den Absperrbereich
(13) des Grundkörpers
(6) erfolgt und durch eine weitere translatorische Verschiebung
des Grundkörpers
(6) relativ zum Außenteil
(7) aus der zweiten Position (8) in die dritte
Position (10) eine zweite Unterbrechung der fluidischen
Verbindung zwischen dem Bereich der Schneckengänge (3) und dem Bereich
des Schneckenvorraumes (4) durch das Anliegen des Außenteils
(7) mit seiner Stirnfläche
(19) am Axialanschlag (16) erfolgt und dadurch
eine zweite Absperrung wirksam wird.
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Fortbildungsgemäß ist vorgesehen, dass die zur
Erzielung der ersten Unterbrechung der fluidischen Verbindung erforderliche
rotatorische Verschiebung des Grundkörpers relativ zum Außenteil (7)
durch eine Drehbewegung der Plastifizier- und Einspritzschnecke
(2) samt Grundkörper
in Drehrichtung (23) erfolgt und die zweite Unterbrechung
der fluidischen Verbindung, die über
den Axialanschlag (16) in Verbindung mit der Stirnfläche (19)
gebildet wird, zeitlich nach der ersten Unterbrechung der fluidischen
Verbindung erfolgt.
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Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung werden
verschiedenen Vorteile erreicht:
Die Rückstromsperre kommt mit einer
minimalen Zahl von Bauteilen aus, die einfach herzustellen sind.
Es
treten geringe Gleitbewegungen zwischen den sich berührenden
Flächen
der Rückstromsperre
auf, wodurch die Rückstromsperre
verschleißarm
ist.
Es ist ein steuerbares Schließen der Rückstromsperre gewährleistet.
Schließlich und
vor allem wird durch zwei wirksam werdende Absperrorgane eine betriebssichere
Funktion erreicht.
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In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Rückstromsperre
dargestellt.
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1 zeigt
schematisch den Schnitt durch einen Schneckenzylinder samt Plastifizier- und Einspritzschnecke
und Rückstromsperre
mit Grundkörper
in der ersten Position (Geöffnet-Position),
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2 zeigt
schematisch den Schnitt durch einen Schneckenzylinder samt Plastifizier- und Einspritzschnecke
und Rückstromsperre
mit Grundkörper
in der zweiten Position (1. Geschlossen-Position),
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3 zeigt
schematisch den Schnitt durch einen Schneckenzylinder samt Plastifizier- und Einspritzschnecke
und Rückstromsperre
mit Grundkörper
in der dritten Position (2. Geschlossen-Position),
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4 zeigt
eine Seitenansicht auf die Spitze der Rückstromsperre gemäß 1 mit Grundkörper in
der ersten Position (Geöffnet-Position),
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5 zeigt
eine Seitenansicht auf die Spitze der Rückstromsperre gemäß 2 mit
Grundkörper
in der zweiten Position (1. Geschlossen-Position),
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1 zeigt
schematisch den Schnitt durch einen Schneckenzylinder samt Plastifizier- und Einspritzschnecke
und Rückstromsperre
mit Grundkörper
in der ersten Position (Geöffnet-Position).
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Sie zeigt einen Schneckenzylinder 5,
in dem eine Plastifizier- und Einspritzschnecke 2 drehbeweglich
und verschiebbar angeordnet ist. Beim Rotieren der Schnecke 2 in
Drehrichtung 22 wird nicht dargestelltes plastifiziertes
Kunststoffmaterial durch Schneckengänge 3 „nach links"
in den Bereich des Schneckenvorraums 4 gefördert. Die
Rückstromsperre 1 ist
am Ende der Schnecke 2 angeordnet. Sie hat einen Grundkörper 6 und
eine Spitze 14; Spitze 14 und Grundkörper 6 sind
einstöckig
ausgeführt
und mittels einer Schraubverbindung mit der Schnecke 2 verbunden.
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Zur Steuerung des Schmelzenstromes
ist auf dem Grundkörper 6 der
Rückstromsperre 1 ein Außenteil 7 angeordnet.
Während
der Grundkörper 6 über seinen
wesentlichen Bereich als zylindrisches Teil ausgeführt ist,
umgibt das Außenteil 7 als
hohlzylindrisches Bauteil den Grundkörper 6.
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Es ist die erste Position 8 des
Grundkörpers 6 relativ
zum Außenteil 7 skizziert,
in der die Schmelzeleitung 11 im Außenteil 7 zusammen
mit der Schmelzeleitung 12 im Grundkörper 6 eine fluidische Verbindung
bildet, wobei das Außenteil 7 am
Axialanschlag 15 der Spitze 14 anliegt.
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In dieser relativen Position zwischen
Grundkörper 6 und
Außenteil 7 kann
also Kunststoffschmelze „nach
links" transportiert werden – die
Rückstromsperre
ist geöffnet.
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2 zeigt
schematisch den Schnitt durch einen Schneckenzylinder samt Plastifizier- und Einspritzschnecke
und Rückstromsperre
mit Grundkörper
in der zweiten Position (1. Geschlossen-Position).
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Es ist die zweite Position 9 des
Grundkörpers 6 relativ
zum Außenteil 7 skizziert,
in der die fluidische Verbindung zwischen Schmelzeleitung 11 im Außenteil 7 und
der Schmelzeleitung 12 im Grundkörper 6 durch den Absperrbereich 13 unterbrochen ist.
In dieser relativen Position zwischen Grundkörper 6 und Außenteil 7 kann
Kunststoffschmelze weder „nach
links" in den Schneckenvorraum 4 strömen, noch ist ein Zurückfließen aus
dem Schneckenvorraum 4 in den Bereich der Schneckengänge 3 möglich – die Rückstromsperre
ist geschlossen.
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3 zeigt
schematisch den Schnitt durch einen Schneckenzylinder samt Plastifizier- und Einspritzschnecke
und Rückstromsperre
mit Grundkörper
in der dritten Position (2. Geschlossen-Position),
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Es ist die dritte Position 10 des
Grundkörpers 6 relativ
zum Außenteil 7 skizziert,
in der beim Einspritzen der Schmelze in das Spritzgießwerkzeug – durch
translatorische Bewegung der Schnecke nach links – das Zurückfließen der
Kunststoffschmelze verhindert wird.
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In dieser relativen Position zwischen
Grundkörper 6 und
Außenteil 7 ist
die fluidische Verbindung zwischen der Schmelzeleitung 12 des
Grundkörpers 6 und
der Schmelzeleitung 11 im Außenteil 7 durch den
Absperrbereich 13 unterbrochen, womit eine erste Absperrung
des Schmelzestromes erfolgt. Da das Außenteil 7 mit seiner
Stirnfläche 19 am
Axialanschlag 16 der Schnecke 2 anliegt und die
Stirnfläche 19 so
ausgestaltet ist, dass sie exakt mit der Kontur des Axialanschlages 16 korrespondiert
und die Schmelzeleitung 11 durch den Axialanschlag 16 dichtend überdeckt
wird, bilden Stirnfläche 19 und Axialanschlag 16 eine
zweite Absperrung der fluidischen Verbindung – die Rückstromsperre ist durch zwei
Absperrorgane geschlossen.
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4 zeigt
eine Seitenansicht auf die Spitze der Rückstromsperre gemäß 1 mit Grundkörper in
der ersten Position (Geöffnet-Position),
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Es sind Stege 18 am Außenteil 7 skizziert, die
in die Aussparungen 17 der Spitze 14 eingreifen. Die
Stege 18 weisen eine Länge
auf, die größer ist als
der axiale Verschiebeweg des Außenteils 7.
Damit sind die Stege 18 immer in den Aussparungen 17 im
Eingriff und liegen beim Dosiervorgang an den Flächen 20 der Aussparungen 17 an,
womit ein zwangsläufiges
Mitdrehen des Außenteils 7 mit
der Spitze 14 bei rotatorischer Bewegung der Plastifizier- und
Einspritzschnecke 2 beim Dosiervorgang in Drehrichtung 22 bewirkt
wird.
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5 zeigt
eine Seitenansicht auf die Spitze der Rückstromsperre gemäß 2 mit Grundkörper in
der zweiten Position (1. Geschlossen-Position).
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Es sind Stege 18 am Außenteil 7 skizziert, die
in die Aussparungen 17 der Spitze 14 eingreifen. Die
Stege 18 sind in den Aussparungen 17 im Eingriff und
liegen nach vollendetem Schließen
der Rückstromsperre
an den Flächen 21 der
Aussparungen 17 an, wobei das Schließen der Rückstromsperre durch Drehen
der Plastifizier- und Einspritzschnecke 2 in Drehrichtung 23 steuerbar
ist.
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- 1
- Rückstromsperre
- 2
- Plastifizier-
und Einspritzschnecke
- 3
- Bereich
der Schneckengänge
- 4
- Bereich
des Schneckenvorraums
- 5
- Schneckenzylinder
- 6
- Grundkörper der
Rückstromsperre
- 7
- Außenteil
der Rückstromsperre
- 8
- erste
Position (Geöffnet-Position)
- 9
- zweite
Position (1. Geschlossen-Position)
- 10
- dritte
Position (2. Geschlossen-Position)
- 11
- Schmelzeleitung
im Außenteil
- 12
- Schmelzeleitung
im Grundkörper
- 13
- Absperrbereich
des Grundkörpers
- 14
- Spitze
- 15
- Axialanschlag
an der Spitze
- 16
- Axialanschlag
an der Schnecke
- 17
- Aussparung
in der Spitze
- 18
- Stege
am Außenteil
- 19
- Stirnfläche des
Außenteils
- 20
- Flächen der
Aussparung 17
- 21
- Flächen der
Aussparung 17
- 22
- Drehrichtung
der Schnecke beim Dosiervorgang
- 23
- Drehrichtung
der Schnecke beim steuerbaren Schließvorgang
- α
- Winkel
zwischen der Achse der Bohrung und der Rotationsachse der Schnecke