DE1629712C3 - Vorrichtung zum Plastifizieren und Mischen von thermoplastischen Kunststoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Plastifizieren und Mischen von thermoplastischen Kunststoffen mit einem einen Materialeinlaß und -auslaß aufweisenden Gehäuse, in dessen Bohrung mit Laufspiel eine im wesentlichen zylindrische Welle drehbar angeordnet ist, die auf der vom Antrieb abgelegenen Seite in einen sich kegelförmig verjüngenden Kopf ausläuft, wobei in dem dem Kopf gegenüberliegenden, mit dem Materialeinlaß verbundenen Teil der Gehäusebohrung eine druckerzeugende Einrichtung angeordnet ist.

Es ist eine Vorrichtung zum Plastifizieren von thermoplastischen Kunststoffen bekanntgeworden, bei der ein rotierender konischer Körper in einem diesen umschließenden Gehäuse angeordnet ist, wobei zwischen dem rotierenden Körper und dem Gehäuse ein geringer Abstand vorgesehen ist, durch den eine ebenfalls konische Plastifizierzone gebildet ist. Das Gehäuse besitzt in der Nähe des konischen Körpers eine Öffnung für die Zuführung des zu plastifizierenden Materials. Bei einer derartigen Vorrichtung wird das plastifizierte Material in Form von Strängen erhalten, die durch Verdrehung einzelner faserartiger Mengen des plastifizierten Materials gebildet sind. Daher besteht die Möglichkeit, daß das plastifizierte Material Luft einschließt, so daß zusatzlieh eine Behandlung zur Entfernung von Luft notwendig wird, bevor das Material zum Spritzformen geeignet ist. Bei einer derartigen Plastifizierung besteht ferner die Gefahr einer übermäßigen Erwärmung, die zu einer chemischen oder mechanischen Qualitätsverminderung des Kunststoffs führen kann. Da bei der bekannten Vorrichtung die Materialein- !aßöffnunsi eeeenüber der Rotationsachse des konischen Körpers versetzt angeordnet ist, besteht die Gefahr, daß das zu plastifizierende Material unterschiedlich behandelt wird, weil entweder der Reibspalt zu groß ist und das Material die Plastifizierzone nicht völlig ausfüllt oder weil ein zu enger Reibspalt zu Überhitzung und Verkohlung führt. Schließlich kann bei der bekannten Vorrichtung das zu plastifizierende Material bis zu einem gewissen Ausmaß in entgegengesetzter Richtung entlang der sich verjüngenden Oberfläche des Rotors herumfließen. Dadurch kann sich hier das Material über längere Zeit ansammeln und möglicherweise auch verkohlen (schweizerische Patentschrift 289 066).

Es ist ferner eine Vorrichtung bekanntgeworden, bei der in der Bohrung eines mit einem Materialeinlaß und -auslaß versehenen Gehäuses eine drehbare Welle angeordnet ist. Gegenüber dem verjüngt zulaufenden Kopf der Welle ist ein in der Bohrung gleitend bewegbarer Druckkolben angeordnet. Bei dieser bekannten Vorrichtung weist die Welle und/oder die Bohrung Nuten bzw. Vorsprünge auf, die beispielsweise schraubenförmig verlaufen. Hierbei wird demnach das zu plastifizierende Material in einzelnen voneinander getrennten Strängen bearbeitet. Mit einer derartigen Vorrichtung kann daher kein fortlaufender, homogener Strang plastifizierten Materials erzeugt werden (französische Patentschrift 1 042 894).

Schließlich ist eine Vorrichtung zum Plastifizieren von thermoplastischen Massen bekanntgeworden, bei der in einem Gehäuse ein scheibenförmiger Körper drehbar angeordnet ist. Der Materialeinlaß befindet sich an der radial äußeren Kante des scheibenförmigen Körpers. Innerhalb des zylindrischen Körpers ist ein Kolben gleitend geführt, dessen Kopf sich kegelförmig verjüngt. Gegenüber dem Kopf des Kolbens befindet sich im Gehäuse eine Bohrung, in die der Kolben teilweise eintreten kann. Die Bohrung ist mit der Materialauslaßöffnung verbunden. Da die Umfangsgeschwindigkeit im Bereich der Materialeinlaßöffnung am größten ist, wird das eintretende zu plastifizierende Material an dieser Stelle der maximalen Reibungserhitzung unterworfen, so daß es bei seiner radialen Einwärtsbewegung zur Auslaßöffnung hin der Gefahr einer Verkohlung oder Zersetzung ausgesetzt ist. Da ferner das zu plastifizierende Material frei in die Plastifizierzone fällt, findet möglicherweise keine gleichmäßige Durchmischung des Materials statt. Da schließlich der zurückgelegte Weg des zu plastifizierenden Materials davon abhängt, ob es sich unmittelbar radial einwärts vom Einlaß zum Auslaß oder sich in Umfangsrichtung bewegt, ist auch hierdurch eine gleichmäßige Plastifizierung unter Umständen nicht gewährleistet.

Es ist auch eine Vorrichtung zum Plastifizieren von thermoplastischen Kunststoffen vorgeschlagen worden, bei der die Spitze einer in einer Gehäusebohrung umlaufenden Welle kegelförmig ausläuft und gegen einen entsprechend ausgebildeten Teil der Bohrung gerichtet ist. Der Spitze gegenüber ist im Gehäuse ein Zylinder mit einem hin und her bewegbaren Druckkolben angeordnet. Außer der kegelringförmigen Plastifizierzone sieht der ältere Vorschlag noch einen engen Ringspalt begrenzende Wulste auf der Welle bzw. im Gehäuse vor (deutsche Patentschrift 1 604 335).

Aufgabe der Erfindung ist es eine Vorrichtung zum Plastifizieren von thermoplastischen Kunststof-

fen zu schaffen, mit der eine schnelle, gleichmäßige und an verschiedene Materialien anpaßbare Plastifizierung erzielt werden kann.

Bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Kopf mit dem Gehäuse einen kegelförmigen Ringspalt bildet und daß sich an dem größeren Durchmesser des Kopfes ein glatter zylindrischer, mit der Gehäusebohrung einen ringförmigen Sammelraum begrenzender Abschnitt anschließt, wobei der Sammelraum über einen Materialauslaßkanal mit einem Verbraucher des plastifizierten Kunststoffes in Verbindung steht.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt der Scheitel am Ende des Kopfes koaxial zur Drehachse und begrenzt mit dem entsprechend ausgebildeten Teil der Bohrung eine koaxial zur Drehachse liegende ringförmige Einlaßöffnung, die mit dem ganzen Umfang der Plastifizierzone bzw. dem Spalt und mit der druckerzeugenden Vorrichtung in Verbindung steht. Der durch Betätigung der druckerzeugenden Vorrichtung zugeführte Kunststoff berührt zunächst diesen Scheitel, um dann über den ganzen Umfang der Plastifizierzone durch diese zu fließen. Der zugeführte Kunststoff berührt daher den Kopf an einem Punkt, an dem die Umfangsgeschwindigkeit des Kopfes gegenüber dem zugeordneten Teil der Bohrung am kleinsten ist, so daß das ankommende Material anfangs einer verhältnismäßig geringen PIastifizierwirkung unterworfen ist, die jedoch beim Durchfließen der Plastifizierzone allmählich zunimmt. Hierdurch wird eine allmähliche Plastifizierung des Materials sichergestellt und eine Überhitzung an irgendeiner Stelle vermieden. Desgleichen wird eine Materialansammlung vermieden, da das zu plastifizierende Material kontinuierlich durch die Plastifizierzone wandert. Das den großen Durchmesser aufweisende Ende der Plastifizierzone steht in Verbindung mit dem zylindrischen Sammelraum, in dem das plastifizierte Material zurückgehalten wird, um einen Temperaturausgleich zu gestatten. Das plastifizierte Material fließt dann über den Auslaßkanal in einem einzigen homogenen Strang heraus. Eine weitere Behandlung des plastifizierten Materials, beispielsweise Beseitigung von Lufteinschlüssen, ist nicht mehr erforderlich.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung der glatte zylindrische Abschnitt im Bereich des Auslaßkanals eine Ringnut aufweist.

Die Erfindung wird durch ein Ausführungsbeispiel nachfolgend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung nach der Erfindung und

Fig.2 einen Schnitt durch die Vorrichtung nach F i g. 1 entlang der Linie II-II.

Wie in den F i g. 1 und 2 dargestellt, weist die Plastifiziervorrichtung 12 eine Grundplatte 16 auf, auf der mittels Schrauben 17 eine Montageplatte 15 befestigt ist. Auf der Montageplatte 15 sind im parallelen Abstand zwei Stützen 18 und 19 befestigt, die ihrerseits lösbare Deckel 25 und 20 halten, die mit den Stützen 18 und 19 koaxial fluchtende Öffnungen 21 und 22 bilden. Von den Öffnungen 21 und 22 wird ein zylindrisches Gehäuse 24 mit im Querschnitt kreisförmigen Enden 26 und 27 aufgenommen. Das Gehäuse 24 besteht aus zwei axial trennbaren Teilen 28 und 29, die durch mehrere Schrauben 31 zusammengehalten werden. Das Gehäuse weist eine zylindrische Mittelbohrung 32 auf. Die Bohrung 32 weist im Bereich der Trennstelle zwischen den Gehäuseteilen 28 und 29 einen radial erweiterten Abschnitt 33 auf. Im rechten Teil der Bohrung 32 ist mittels Verschweißen ein zylindrischer Block 36 befestigt. Der Block 36 erstreckt sich bis zum erweiterten Abschnitt 33. Eine auf dem Umfang des Blocks 36 gebildete schraubenförmige Nut 37 bildet mit der Wand der

ίο Bohrung 32 einen Kanal für ein Kühlmittel. Der Block 36 besitzt eine koaxiale, zylindrische Druckkammer 38, in der ein Druckkolben 41 gleitend geführt ist. Das Gehäuse 24 und der Block 36 weisen koaxial angeordnete Einlaßöffnungen 42 und 43 auf, die sich radial durch diese hindurch zur Druckkammer 38 erstrecken. In die Öffnung 42 ist ein gestrichelt gezeichneter Trichter 46 eingesetzt. Im linken Teil der Bohrung 32 ist ein weiterer zylindrischer Block 51 befestigt, beispielsweise durch Schweißen.

Der Block 51 weist an seinem Umfang ebenfalls eine Nut 52 auf, die mit der Bohrungswand einen Kanal für ein Kühlmittel bildet.

Durch den Block 51 erstreckt sich koaxial eine Bohrung 53, die außerdem koaxial zur Druckkammer 38 angeordnet ist, jedoch einen größeren Durchmesser aufweist als diese. Eine Welle 56 ist enganliegend, jedoch drehbar in der Bohrung 53 angeordnet. Am freien Ende der Welle 56 befindet sich ein Kopf 57, der sich kegelförmig verjüngt, mit einer Reibfläche 58. Die Reibfläche 58 besitzt einen abgerundeten Scheitel 60. Der linke Abschnitt 59 des Kopfes 57 ist zylindrisch ausgebildet und besitzt einen geringeren Durchmesser als die Bohrung 53. Zwischen dem Kopf 57 und dem übrigen Teil der Welle 56 ist eine ringförmige Nut 61 eingestochen. Der Abschnitt 59 und die Nut 61 begrenzen mit der Wand der Bohrung 53 einen ringförmigen Sammelraum 63. Wie in F i g. 2 ersichtlich, erstreckt sich vom Kopf 57 ein koaxialer Kühlkanal 62 nach links durch die Welle 56 hindurch.

In dem radial erweiterten Abschnitt 33 der Bohrung 32 ist ein zylindrisches Gehäuse 66 (F i g. 1) lösbar angeordnet, der auf dem Außenumfang bei 67 eine Nut aufweist, die mit einer das Gehäuse 66 umgebenden Hülse 68 einen Kühlmittelkanal bildet. Die Hülse 68 ist am Gehäuse 66 angeschweißt. Das Gehäuse 66 besitzt einen zentralen Kanal 69, der bündig in die Druckkammer 38 übergeht. Der Kanal 69 öffnet sich am linken Ende des Gehäuses 66 kegelförmig und bildet eine konische Fläche 71 entsprechend der konischen Fläche 58 des Kopfes 57. Die Fläche 71 und die Fläche 58 begrenzen einen kegelringförmigen Spalt 72, der die Druckkammer 38 mit dem Sammelraum 63 verbindet. Durch das Gehäuse 24 geht ein Auslaßkanal 74 hindurch (F i g. 2), der gegenüber der ringförmigen Nut 61 in den Sammelraum 63 mündet.

An den Auslaßkanal 74 schließt sich eine Spritzgußanordnung 76 an (F i g. 2), die mit einem geeigneten Formteil 77 verbunden ist. Die Spritzgußanordnung 76 weist einen Ventilblock 79 auf, der zwei sich in Querrichtung überschneidende Kanäle 81 und 82 besitzt. Der Kanal 82 steht über einen rohrförmigen Körper 83 mit dem Auslaßkanal 74 in Verbindung.

Im Ventilblock 79 ist ferner ein Verstellzylinder 84 zur Betätigung des Ventils angebracht mit einer Ventilstange 86, die sich in den Kanal 82 hineinerstreckt. Die Ventilstange 86 besitzt ein abgeschrägtes Ende

87 und eine öffnung 88, die bei Ausrichtung mit dem Kanal 81 dessen Enden miteinander verbindet und eine Verbindung mit dem Kanal 82 sperrt. Links vom Ventilblock 79 ist ein Zylinder 91 angeordnet, in dem sich ein Kolben 92 befindet. Der Zylinder 91 enthält eine Öffnung 93, die mit dem Kanal 81 verbunden ist. Das rechte Ende des Kanals 81 mündet in eine Einspritzöffnung 97, die mit dem Formteil 77 in Verbindung steht.

Die Welle 56 ist bei 116 im Bereich der Antriebswelle 108 mit einem Gewinde versehen. Hierauf ist eine Mutter 117 geschraubt, die von den vom Kolben 41 auf den zu plastifizierenden Kunststoff ausgeübten Druck gegen das rechte Ende 118 der Antriebswelle 108 gedrückt wird. Die Mutter wirkt somit als einstellbarer Anschlag, wodurch der Abstand zwischen dem Kopf 57 und der Fläche 71 und damit die Breite des kegelringförmigen Spalts 72 veränderbar ist.

Der Kolben 41 besitzt an dem rechten Ende einen radial erweiterten Kopf 124, der innerhalb eines U-förmigen Schlitzes 126 in einem Kolben 123 angeordnet und radial hieraus entfernbar ist. Der angrenzende Abschnitt des Kolbens 41 liegt innerhalb eines kleinen U-förmigen Schlitzes 127, der mit dem Schlitz 126 verbunden ist.

Der zu plastifizierende thermoplastische Kunststoff wird über den Trichter 46 und die Öffnungen 42 und 43 in die Druckkammer 38 geleitet. Anschließend wird der Trichter 46 durch den Druckkolben 41 geschlossen, sobald dieser sich weit genug nach links bewegt hat. Dadurch wird auch der Kunststoff nach links gegen den Scheitel 60 der Fläche 58 des Kopfes 57 gedrückt und von dort durch den kegelringförmigen Spalt 72 zwischen der Fläche 58 und der Fläche 71 des Gehäuses 66. Durch Reibung wird der Kunststoff erwärmt und plastifiziert. Der kegelringförmige Spalt 72, der, wie weiter oben bereits erwähnt, veränderbar ist, hat etwa eine Breite von 0,25 mm. Durch Veränderung des Drucks des Kolbens 41 und der Umlaufgeschwindigkeit der Welle 56 kann die Reibeinwirkung im kegelringförmigen Spalt 72 verändert werden. Die Tangentialbeschleunigung, die auf das zu plastifizierende Material einwirkt, nimmt vom Scheitel 60 nach links zu. Die Intensität der Reibwirkung nimmt dementsprechend ebenfalls nach links zu.

Das den kegelringförmigen Spalt 72 verlassende plastifizierte Material wird durch das nachfolgende Material in den Sammelraum 63 und anschließend in den Auslaßkanal 74 geschoben. Sobald die Druckkammer 38 keinen Kunststoff mehr enthält, wird der Kolben 41 zurückgezogen und erneut Material nachgefüllt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Plastifizieren und Mischen von thermoplastischen Kunststoffen mit einem einen Maierialeinlaß und einen Materialauslaß aufweisenden Gehäuse, in dessen Bohrung mit Laufspiel eine im wesentlichen zylindrische Welle drehbar angeordnet ist, die auf der vom Antrieb abgelegenen Seite in einen sich kegelförmig verjungenden Kopf ausläuft, wobei in dem den Kopf gegenüberliegenden, mit dem Materialeinlaß verbundenen Teil der Gehäusebohrung eine druckerzeugende Einrichtung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (57) mit dem Gehäuse (66) einen kegelförmigen Ringspalt (72) bildet und daß sich an den größeren Durchmesser des Kopfes (57) ein glatter zylindrischer, mit der Gehäusebohrung (53) einen ringförmigen Sammelraum (63) begrenzender Abschnitt (59) anschließt, wobei der Sammelraum (63) über einen Materialauslaßkanal (74) mit einem Verbraucher (77) des plastifizieren Kunststoffes in Verbindung steht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der glatte, zylindrische Abschnitt (59) im Bereich des Auslaßkanais (74) eine Ringnut (61) aufweist.