DE1140340B

DE1140340B - Schnecken-Spritzgiessmaschine zur Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe

Info

Publication number: DE1140340B
Application number: DEA29372A
Authority: DE
Inventors: Herbert Goller
Original assignee: Ankerwerk Gebr Goller
Current assignee: Ankerwerk Gebr Goller
Priority date: 1958-04-30
Filing date: 1958-04-30
Publication date: 1962-11-29
Also published as: DE1303857C2; DE1303857B

Description

Schnecken-Spritzgießmaschine zur Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe Die Erfindung bezieht sich auf eine Schnecken-Spritzgießmaschine zur Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe mit einer zum Zwecke der Förderung und Plastifizierung drehbaren und zum Zwecke der Einspritzung axial bewegbaren Schnecke oder mit einer zum Zwecke der Förderung und Plastifizierung drehbaren Schnecke und mit einem zum Zwecke der Einspritzung axial bewegbaren Kolben.
Beim Spritzgießen wird der durch einen Einfülltrichter aufgegebene thermoplastische Kunststoff in der Regel in einem Zylinder durch Wärmezufuhr plastifiziert und mittels eines Kolbens oder einer Schnecke durch eine Düse, die während des Formfüll- und Abkühlungsvorganges mit der fest geschlossenen Form in Verbindung steht, in den Formhohlraum eingepreßt. Die Form wird dabei im allgemei nen gekühlt oder auf relativ niedriger Temperatur gehalten, damit der Kunststoff im Formhohlraum möglichst schnell erkalten kann. Nach dem Erstarren des Kunststoffes in der Form wird die Form wieder geöffnet und das fertige Formteil ausgeworfen.
Die praktischen Erfahrungen mit Plastifizierschnecken zeigen, daß dem Einzug des zu verarbeitenden Kunststoffs (beispielsweise Pulver oder Granulat) in die Schnecke eine große Bedeutung hinsichtlich der Plastifizierleistung und der Plastifizierqualität zukommt. Die Theorie zeigt, daß die Plastifizierleistung, d. h. die Ausbringung einer Schnecke bestimmbar ist durch die Gleichung Q = Qs - (QR+ + Ql.) In dieser Gleichung bedeutet Qs die positive Förderung durch den sogenannten Schleppstrom, QR die negative Förderung durch den Rückstrom und QL den negativen Leckstrom. Bei gegebenen Kenndaten der Schnecke und gegebener Maschineneinstellung wird Qs und damit auch Q eine Funktion des Materialeinzuges in der sogenannten Einzugzone der Schnecke. Nimmt die Schnecke nicht auf, wird Q = 0; nimmt sie die maximal mögliche Menge auf, so erreicht auch Q das durch Kenndaten und Maschineneinstellung erreichbare Maximum.
Der Materialeinzug ist eine Funktion von drei Größen: Kenndaten der Schnecke und Maschineneinstellung; Reibfaktoren zwischen Masse und Zylinder einerseits und Masse und Schnecke andererseits; Förderung in den der Einzugzone folgenden Zonen (Kompressionszone, Meßzone).
Die Reibfaktoren sind durch spezifische Eigenschaften der Masse und durch die Temperaturen von Zylinder und Schnecke gegeben. Da über die Ober- fläche des Zylinders und teilweise auch der Schnecke ein unter Umständen in kurzen Abständen und stark differenziertes Temperaturprogramm aufgestellt wird, verändern sich die Reibfaktoren in Axialrichtung der Schnecke. Wird also die Schnecke während des Einspritzvorganges und damit des Plastifiziervorganges axial verschoben, so ändern sich auch die Einzug-und die Förderverhältnisse.
Die Förderung in den der Einzugzone folgenden Zonen wird im wesentlichen durch die Kompression und durch den am und vor dem Schneckenkopf erzeugten Rückstrom beeinflußt. Konstante und günstige Verhältnisse des letzteren Vorganges vorausgesetzt, ist also die Rückwirkung der Kompression auf den Einzug zu betrachten. In der Kompressionszone wird die in einem Zwischenzustand zwischen festem Zustand und voller Plastizität befindliche Masse aus einem größeren in einen kleineren Materialquerschnitt übergeführt. Soweit dabei die Masse schon ausreichend verformbar ist, wird dieser Vorgang den Weitertransport nicht hindern. Trifft dies jedoch nicht zu, wie es bei Massen mit einem engen, hochliegenden Schmelzbereich (beispielsweise Polyamid) eintreten kann, wird der Weitertransport durch den Widerstand der noch zu zähen Masse gegen die Querschnittsverformung erschwert oder sogar unterbunden, d. h., die Schnecke wird »verstopft«. In diesem Fall sind die Transportkräfte, welche aus dem durch die Schneckenrotation erzeugten Schleppstrom (Qs) herrühren, nicht groß genug, um die Transportwiderstände zu überwinden.
Die aus diesen Erkenntnissen sich ergebenden Forderungen erfüllt nun die nach der Erfindung ausgebildete Schnecken-Spritzgießmas chine bei gleichzeitiger Vermeidung der vorerwähnten bekannten Nachteile.
Es ist daher bei einer Schnecken-Spritzgießmaschine der eingangs beschriebenen Art eine der Schnecke unabhängig von deren Drehbewegung eine pulsierende Axialbewegung (Vibration) aufzwingende Antriebsvorrichtung vorgesehen, die so einstellbar ist, daß Frequenz und Amplitude der pulsierenden Axialbewegung den jeweiligen Gegebenheiten des Spritzgießbetriebes anpaßbar ist.
Es ist bereits ein Schneckenkneter bekanntgeworden, in dessen Schneckengehäuse eine Schnecke dreh- und axialverschiebbar gelagert ist. Während des Arbeitsablaufes wird nun der Drehbewegung der axial fördernden Schnecke eine hin- und hergehende Längsbewegung derart überlagert, daß auf eine Umdrehung ein volles axiales Spiel entfällt. Dabei wandern die Ausnehmungen des in einzelne Flügel aufgeteilten Schneckensteges während des Umlaufes längs einer Schraubenlinie um die an der Innenwand des Schneckengehäuses angebrachten Knetzähne herum, um durch diese eigenartige Bewegung die eingezogene Masse in zahlreiche und dauernd wechselnde Stränge aufzuteilen, durchzukneten, zu mischen und weiterzubefördern.
Die Arbeitsweise dieses Kneters ist jedoch nicht mit der diskontinuierlichen Arbeitsweise einer Schnecken-Spritzgießmaschine vergleichbar, da zunächst einmal die Rotation und die axiale Bewegung der Schnecke nicht den jeweiligen Gegebenheiten eines Spritzgießbetriebes angepaßt werden können und dadurch eine optimale Aufschmelzung des Kunststoffes die zur Herstellung von Formkörpern bester Qualität erforderlich ist, nicht erreicht wird. Außerdem wird dadurch die konstruktive Ausführung des Kneters ein beliebiges Überlagern von Dreh- und Axialbewegungen dadurch unmöglich gemacht, daß die Ausnehmungen der Schneckenstege immer zu einem bestimmten Zeitpunkt die an der Innenwand befestigten Knetzähne passieren lassen müssen, d. h., daß die Geschwindigkeit der Schneckenrotation proportional der Geschwindigkeit der Schneckenaxialbewegung sein muß, was einen strengen Zwangszyklus zur Folge hat.
Weiter ist eine Schneckenpresse bekanntgeworden, deren Schnecke an einer durchgehenden Welle verschieb- und drehbar gelagert ist. Dabei ist der Schneckenantrieb über ein Kurbelgetriebe mit der Welle so verbunden, daß der Schnecke bei der Drehung der Welle eine hin- u.nd hergehende Bewegung erteilt wird.
Dadurch soll das aufgegebene Material verdichtet und vor allem die Reibung zwischen der Schnecke und der von ihr vorgeschobenen Masse vermindert werden. Ebenso versucht man damit, die Drehbewegung der Masse möglichst gering zu halten.
Die Arbeitsweise dieser Schneckenpresse ist von der diskontinuierlichen Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Schnecken-Spritzgießmaschine ebenfalls grundsätzlich verschieden, da diese Presse eine von der Drehbewegung der Schnecke unabhängige Einspritzbewegung zum Füllen einer Form nicht zuläßt.
Außerdem ist es nicht möglich, die für eine Einspritzung funktionsmäßig notwendigen Drücke durch Axialverschiebung der Schnecke zu erzeugen und eine Mengendosierung des Kunststoffes zum Zwecke des Einspritzens auszuführen. Schließlich können auch die Schneckenbewegungen dieser Presse nicht den jeweiligen Gegebenheiten eines Spritzgießbetriebes angepaßt werden, was sich insbesondere auf die Plastifizierung des Kunststoffes ungünstig auswirkt.
Bei der Durchführung der erfindungsgemäßen Axialverschiebungen der Schnecke werden in jedem Falle ein guter Masseeinzug und ein kontinuierlicher Massetransport ermöglicht. Außerdem wird durch die Pulsation der Schnecke zusätzlich Energie in die zu verarbeitende Masse eingespeist, um durch diese Scherkräfte, die auch auf kleinste Masseteilchen wirksam sind, eine schnelle Temperaturerhöhung des Kunststoffes und innige Plastifiziereffekte zu erzeugen, die für eine einwandfreie, leichte und saubere Schmelzführung zur Erzielung von Produkten gleichmäßiger hoher Qualität unerläßlich sind. Ein weiterer Vorteil wird mit der Erfindung dadurch erreicht, daß die in weiten Grenzen stufenlos einstellbaren Amplituden und Frequenzen eine feine Differenzierung und Dosierung der eingespeisten Scherwärme gestatten, um den besonderen physikalischen Eigenschaften der jeweils zu verarbeitenden Masse voll gerecht werden zu können. Durch diese von der Drehzahl unabhängigen pulsierenden oder periodischen Axialbewegungen werden über die Schnecke gleichzeitig allen Masseteilchen im Zylinder andere untereinander unterschiedliche Richtungen und Geschwindigkeiten aufgezwungen, deren Scherwirkungen höher sind, als dies mit bekannten Vorrichtungen erreicht werden konnte. Ferner können sich die Axialbewegungen auch bis zur Fließfront in der Form auswirken und dort auf die Fließfähigkeit der Masse durch entsprechende Scherwärme vorteilhaft einwirken.
Zudem ist die Konstruktion der erfindungsgemäßen Schnecken-Spritzgießmaschine gegenüber den vorbeschriebenen bekannten Ausführungsformen wesentlich einfacher und infolge der weniger hohen Anfälligkeit gegen Verschleiß auch betriebssicherer.
An Hand der Zeichnungen wird die Erfindung durch ein Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 die Plastifizier- und Einspritzeinheit einer Schnecken-Spritzgießmaschine nach der Erfindung in schematischer Darstellung und Fig. 2 den einspritzseitigen Teil einer Kolben-Spritzgußmaschine mit einer Schnecken-Vorplastifiziereinheit nach der Erfindung, ebenfalls in schematischer Darstellung.
In Fig. 1 wird die Schnecke 1 durch den Motor 2 über das Getriebe 3 in Rotation versetzt und plastifiziert dadurch (unter Mithilfe der nicht dargestellten Zylinderheizung) den durch den Einfülltrichter 9 aufgegebenen Kunststoff. Dadurch, daß während der Schneckenrotation plastifizierte Masse in den Zylinderkopfraum 5 transportiert wird, wandert die Schnecke während des Plastifiziervorganges nach rückwärts (rechts in der Darstellung). Die Einspritzung der im Zylinderkopfraum 5 gesammelten aufgeschmolzenen Masse in die nicht gezeichnete Form erfolgt hier z. B. durch entsprechende Druckbeaufschlagung des Kolbens 4 iiber die Rohrleitung 6.
Wird während des Plastifizierganges der Kolben 4 durch die Rohrleitung 6 beaufschlagt, so tritt bei geschlossener Düse 8 in dem Maße eine Axialbewegung der Schnecke nach vorwärts (links in der Darstellung) ein, als dies der Leckfluß im Plastifizierzylinder 10 erlaubt. Wird der Kolben 4 durch die Rohrleitung 7 beaufschlagt, so tritt eine Schneckenbewegung nach rückwärts ein. Es ist somit verständlich, daß durch wechselseitige Beaufschlagung des Kolbens 4 über die Rohrleitungen 6 und 7 oder durch wahlweise Beaufschlagung der Rohrleitungen 6 oder 7 eine pulsierende oder periodische Axialbewegung der Rotation der Schnecke 1 überlagert werden kann. Dabei ist es möglich, durch zeitliche und mengenmäßige Dosierung des Druckmittels sowohl Frequenz als auch Amplitude der Axialbewegung beliebig zu variieren.
In Fig. 2 wird eine Schnecke 21 ebenfalls durch einen Motor 22 über das Getriebe 23 in Rotation versetzt, wodurch der über den Einfülltrichter 31 aufgegebene Kunststoff (unter Mitwirkung der nicht dargestellten Zylinderheizung) plastifiziert wird. Der aus dem Plastifizierzylinder 32 über den Verbindungskanal 33 in den Kolbenzylinder 34 strömende Kunststoff wird durch entsprechende Axialverschiebung des Kolbens 30 bzw. des Einspritzkolbens 29 in bekannter Weise über die Düse 28 in die Form gedrückt.
Bei der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung werden die pulsierende oder die periodische Axialbeaufschlagung und die Variierung von deren Frequenz und Amplitude durch den Kolben 24 über eine geeignete Druckbeaufschlagung der Rohrleitungen 26 und 27 in gleicher Weise erzeugt, wie dies bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 der Fall ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Schnecken-Spritzgießmaschine zur Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe mit einer zum Zwecke der Förderung und Plastifizierung drehbaren und zum Zwecke der Einspritzung axial bewegbaren Schnecke oder mit einer zum Zwecke der Förderung und Plastifizierung drehbaren Schnecke und mit einem zum Zwecke der Einspritzung axial bewegbaren Kolben, gekennzeichnet durch eine der Schnecke unabhängig von deren Drehbewegung eine pulsierende Axialbewegung (Vibration) aufzwingende Antriebsvorrichtung, die so einstellbar ist, daß Frequenz und Amplitude der pulsierenden Axialbewegung den jeweiligen Gegebenheiten des Spritzgießbetriebes anpaßbar ist.
2. Schnecken-Spritzgießmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung für die pulsierende Axialbewegung der Schnecke dieser stoßartige entweder in oder gegen die Förderrichtung gerichtete Beschleunigungen aufzwingt, deren Größe in Anpassung an die jeweiligen Gegebenheiten des Spritzgießbetriebes einstellbar ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 529 680; VDI-Zeitschrift, 1950, Heft 20, S. 552.