DE1140340B - Screw injection molding machine for processing thermoplastics - Google Patents

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. Screw injection molding machine for processing thermoplastics The invention relates to a screw injection molding machine for processing thermoplastic plastics with a for the purpose of conveying and plasticizing rotatable and axially movable screw for the purpose of injection or with a for the purpose of conveying and plasticizing rotatable screw and with a for For purposes of injection, axially movable piston.

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. In injection molding, it is fed through a feed hopper thermoplastic material is usually plasticized in a cylinder by applying heat and by means of a piston or a screw through a nozzle, which during the mold filling and cooling process associated with the tightly closed mold, in pressed into the mold cavity. The mold is generally cooled or opened kept relatively low temperature so that the plastic in the mold cavity as possible can cool down quickly. After the plastic has solidified in the mold, the The mold is opened again and the finished molded part is ejected.

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. Practical experience with plasticizing screws shows that the intake of the plastic to be processed (e.g. powder or granulate) in the screw is of great importance with regard to the plasticizing performance and the Plasticizing quality. The theory shows that the plasticizing performance, i.e. H. the output of a screw can be determined by the equation Q = Qs - (QR + + Ql.) In this equation, Qs means the positive promotion by the so-called Drag current, QR the negative conveyance through the return current and QL the negative Leakage current. With given characteristics of the screw and given machine setting Qs and thus also Q becomes a function of the material intake in the so-called intake zone the snail. If the screw does not pick up, Q = 0; she takes the maximum possible Quantity, Q also achieves what can be achieved through characteristic data and machine settings 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). The material intake is a function of three variables: Characteristics of the Worm and machine setting; Friction factors between mass and cylinder on the one hand and mass and snail on the other hand; Funding in the zones following the catchment area (Compression zone, measuring zone).

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. The friction factors are due to specific properties of the mass and given by the temperatures of the cylinder and screw. Since over the upper area of the cylinder and, in some cases, the screw as well, sometimes at short intervals and a highly differentiated temperature program is set up, the changes Friction factors in the axial direction of the screw. So will the screw during the injection process and thus the plasticizing process is axially displaced, the feed and pull-in process change as well the funding conditions.

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. The conveyance in the zones following the feed zone is essentially by the compression and by the backflow generated at and in front of the screw head influenced. Assuming constant and favorable conditions of the latter process, the effect of the compression on the indentation has to be considered. In the compression zone is in an intermediate state between solid state and full plasticity The existing mass is transferred from a larger to a smaller material cross-section. As far as the mass is already sufficiently deformable, this process becomes the Do not prevent further transport. However, this is not the case, as is the case with masses a narrow, high melting range (e.g. polyamide) can occur, is the further transport through the resistance of the still too viscous mass against the Cross-sectional deformation made difficult or even prevented, d. i.e., the snail will "Clogged". In this case, the transport forces that result from the screw rotation generated towing current (Qs) originate from, not large enough to the To overcome transport resistance.

Die aus diesen Erkenntnissen sich ergebenden Forderungen erfüllt nun die nach der Erfindung ausgebildete Schnecken-Spritzgießmas chine bei gleichzeitiger Vermeidung der vorerwähnten bekannten Nachteile. The requirements resulting from this knowledge are met now the trained according to the invention screw injection molding machine at the same time Avoidance of the aforementioned known disadvantages.

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.In the case of a screw injection molding machine, it is therefore that described at the beginning Type one of the worm, regardless of its rotational movement, a pulsating axial movement (Vibration) forcing drive device provided, which is adjustable so that the frequency and amplitude of the pulsating axial movement correspond to the respective circumstances of the injection molding company is adaptable.

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. A screw kneader has already become known, in its screw housing a screw is rotatably and axially displaceably mounted. During the workflow the rotary movement of the axially conveying screw is now a reciprocating motion Longitudinal movement superimposed in such a way that a full axial play on one revolution not applicable. In the process, the recesses of the screw flight, which is divided into individual wings, migrate during the revolution along a helical line around the one on the inner wall of the screw housing attached kneading teeth around the drawn-in by this strange movement To divide mass into numerous and constantly changing strands, to knead, to mix and move on.

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. The mode of operation of this kneader, however, is not the discontinuous one The way it works is comparable to a screw injection molding machine, because first of all the rotation and the axial movement of the screw do not suit the respective conditions an injection molding company can be adapted and thereby an optimal melting of the plastic required for the production of moldings of the best quality is not achieved. In addition, the design of the Kneader, any superimposition of rotary and axial movements is impossible made that the recesses of the screw flights always at a certain point in time must let the kneading teeth attached to the inner wall pass, d. i.e. that the Speed of screw rotation proportional to the speed of screw axial movement must be, which results in a strict coercive cycle.

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. A screw press has also become known, the screw of which is on a continuous shaft is slidably and rotatably mounted. Here is the worm drive Connected to the shaft via a crank mechanism in such a way that the worm rotates the shaft is given a reciprocating motion.

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. This is intended to compact the abandoned material and, above all, the Friction between the screw and the mass advanced by it can be reduced. Likewise, one tries to keep the rotational movement of the mass as small as possible.

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. The functioning of this screw press is of the discontinuous one The same principle of operation of the screw injection molding machine according to the invention different because this press is independent of the rotation of the screw Injection movement to fill a mold does not allow.

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.In addition, it is not possible to functionally allow for an injection necessary pressures Generate axial displacement of the screw and a quantity metering of the plastic for the purpose of injection. Finally you can too the screw movements of this press do not correspond to the respective conditions of an injection molding company be adapted, which relates in particular to the plasticization of the plastic has an unfavorable effect.

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. When performing the axial displacements according to the invention In any case, the screw is a good material intake and a continuous mass transport enables. In addition, the pulsation of the screw generates additional energy in the mass to be processed is fed to by these shear forces, which are also on smallest mass particles are effective, a rapid increase in temperature of the plastic and to create intimate plasticizing effects, which are essential for a flawless, light and clean melt flow to achieve products of consistently high quality are essential. Another advantage is achieved with the invention in that that the amplitudes and frequencies are continuously adjustable within wide limits fine differentiation and metering of the shear heat fed in allow the special physical properties of the mass to be processed to be able to meet. Because of this pulsating, which is independent of the speed or periodic axial movements are simultaneously all mass particles via the worm other different directions and speeds in the cylinder imposed whose shear effects are higher than with known devices could be achieved. Furthermore, the axial movements can also extend up to the flow front affect in the form and there on the flowability of the mass by appropriate Shear heat have a beneficial effect.

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. In addition, the construction of the screw injection molding machine according to the invention compared to the known embodiments described above, much simpler and due to the lower susceptibility to wear and tear, it is also more reliable.

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. The invention is illustrated by an exemplary embodiment with reference to the drawings explained in more detail. 1 shows the plasticizing and injection unit of a screw injection molding machine according to the invention in a schematic representation and FIG. 2 the injection side Part of a piston injection molding machine with a screw preplasticizing unit of the invention, also in a schematic representation.

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. In Fig. 1, the worm 1 is driven by the motor 2 via the gearbox 3 is set in rotation and plasticized as a result (with the help of the Cylinder heating) the plastic fed in through the hopper 9. Through this, that during the screw rotation plasticized mass in the cylinder head space 5 is transported, the screw moves along during the plasticizing process backwards (on the right in the illustration). The injection in the cylinder head space 5 collected molten mass in the form not shown takes place here z. B. by appropriate pressurization of the piston 4 via the pipeline 6th

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. During the plasticizing process, the piston 4 passes through the pipeline 6 is applied, an axial movement occurs to the same extent when the nozzle 8 is closed the snail forwards (left in the illustration) one than this the leakage flow in the plasticizing cylinder 10 is allowed. Will the piston 4 through the pipeline 7 is applied, a screw movement occurs backwards. So it is understandable that by alternately acting on the piston 4 via the pipelines 6 and 7 or by optionally acting on the pipelines 6 or 7 a pulsating or periodic axial movement of the rotation of the screw 1 can be superimposed. It is possible to dose the pressure medium in terms of time and quantity to vary both frequency and amplitude of the axial movement as desired.

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. In Fig. 2 a screw 21 is also driven by a motor 22 the gear 23 is set in rotation, whereby the abandoned via the hopper 31 Plastic (with the assistance of the cylinder heater, not shown) plasticized will. The one from the plasticizing cylinder 32 via the connecting channel 33 into the piston cylinder 34 flowing plastic is caused by a corresponding axial displacement of the piston 30 or the injection piston 29 is pressed into the mold via the nozzle 28 in a known manner.

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. In the device shown in Fig. 2, the pulsating or the periodic axial loading and the variation of its frequency and amplitude by the piston 24 via a suitable pressurization of the pipelines 26 and 27 generated in the same way as in the embodiment of FIG. 1 is the case.

Claims (2)

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. PATENT CLAIMS: 1. Screw injection molding machine for processing thermoplastic plastics with a for the purpose of conveying and plasticizing rotatable and axially movable screw for the purpose of injection or with a for the purpose of conveying and plasticizing rotatable screw and with a for For purposes of injection, axially movable piston, characterized by one of the screw independent of their rotational movement, a pulsating axial movement (vibration) forcing Drive device which is adjustable so that the frequency and amplitude of the pulsating Axial movement is adaptable to the respective conditions of the injection molding company. 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. 2. Screw injection molding machine according to claim 1, characterized in that that the drive device for the pulsating axial movement of the screw this jerky accelerations directed either in or against the conveying direction imposes, the size of which is adapted to the particular circumstances of the injection molding company is adjustable. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 529 680; VDI-Zeitschrift, 1950, Heft 20, S. 552. Documents considered: German Patent No. 529 680; VDI magazine, 1950, issue 20, p. 552.