DE19928770A1

DE19928770A1 - Spritzgießmaschine

Info

Publication number: DE19928770A1
Application number: DE19928770A
Authority: DE
Inventors: Walter Wohlrab
Original assignee: Krauss Maffei Kunststofftechnik GmbH
Current assignee: KraussMaffei Technologies GmbH
Priority date: 1999-02-19
Filing date: 1999-06-23
Publication date: 2000-08-31
Anticipated expiration: 2019-06-24
Also published as: DE19928770C2; DE19928770B8

Abstract

Bei einer Spritzgießmaschine mit einem Extruder und mindestens zwei jeweils einen Einspritzkolben und einen Enspritzzylinder aufweisenden Einspritzeinheiten ist in jedem der alternierend mit Kunststoffschmelze befüllbaren Einspritzzylinder ein Stufenkolben reversierbar geführt, der den Zylinderraum in einen Einspritzraum und in einen Einspeiseraum unterteilt. Die größere Kolbenfläche des Stufenkolbens begrenzt den Einspritzraum, der über die Einspritzdüse mit der Formkavität des Spritzgießwerkzeugs in Verbindung steht und den Einspeiseraum, der mit dem Extruder in Verbindung steht. Im Stufenkolben ist eine die Passage vom Einspritzraum zum Einspeiseraum sperrende Rückstromsperre mit einem Ventilkörper angeordnet. Um zu vermeiden, dass beim Einspritzen von Kunststoffschmelze aus dem Einspritzraum in die Formkavität durch den sich rasch vergrößernden Einspeiseraum in diesen ein Unterdruck entsteht, der die Gefahr mit sich bringt, dass über die Dichtung der Kolbenstange des Stufenkolbens Hydraulikflüssigkeit oder Luft von außen in den Einspeiseraum gelangt, wird vorgeschlagen, dass die Ventilkörper der Rückstromsperren derjenigen Einspritzeinheiten, die keinen Einspritzvorgang vollführen, entsperrt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spritzgießmaschine nach den Oberbegriffen der Patentan sprüche 1 und 9.

Bei Spritzgießmaschinen der angegebenen Art besteht das Problem, daß zur Schmelzeführung vom Extruder zu den Einspritzeinheiten ein aufwendiges Heißka nalsystem einschließlich eines 3-Wege-Dosierventils notwendig ist. Im weiteren be steht vor allem das Problem, daß die Dichtung, mit der der Einspritzkolben der Ein spritzeinheit gegenüber der Atmosphäre abgedichtet ist, dem maximalen Einspritz druck (1500-2000 bar) standhalten muß. Wird der Dichtungsspalt so eng wie möglich gehalten, ist zwar eine gute Dichtwirkung gegeben, es erhöht sich aber die Neigung zum Fressen und zu übermäßigem Verschleiß. Ein verhältnismäßig weiter Dich tungsspalt gewährleistet zwar eine bessere Gleitfunktion des Einspritzkolbens in der Dichtung, hingegen ist bei einem derartigen Dichtungsspalt von vornherein mit Leckagen zu rechnen. Beim Betrieb des Einspritzkolbens ist daher entweder mit dem Risiko des Fressens und eines erhöhten Verschleißes zu rechnen oder es müs sen von vornherein Leckageerscheinungen in Kauf genommen werden. Die aufge zeigten Risiken lassen sich zwar bei Einspritzkolben bzw. Dichtungen mit verhält nismäßig geringen Durchmessern durch hochpräzise Toleranzen minimieren, bei größeren Durchmessern bzw. bei Einspritzeinheiten für wesentlich höhere Spritz mengen ist aber der Fertigungsaufwand für derart präzise Toleranzen wirtschaftlich kaum mehr vertretbar. Die vorbeschriebenen Nachteile sind sowohl bei Kunststoff schmelze als auch bei Metallen mit dentriten Eigenschaften, wie z. B. Magnesium oder Magnesiumlegierungen, gegeben, die eine schlammartige Konsistenz aufwei sen, d. h. die sich in einem Zustand unterhalb der Liquiduslinie und oberhalb der Soli duslinie befinden. Eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verarbeitung eines metalli schen Materials mit dendritischen Eigenschaften ist in der EP 0 409 966 beschrie ben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einspritzeinheiten von Spritzgießma schinen der angegebenen Art so auszubilden, daß bei sicherem und weitestgehend verschleißfreiem Betrieb der Austritt von Leckagemengen in die Atmosphäre bzw. aus den Einspritzeinheiten ausgeschlossen werden kann und daß die Zuführleitun gen vom Extruder zu den Einspritzeinheiten frei von Mehrwegeventilen gehalten werden können.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist in den Ansprüchen 1 und 17 angege ben. Die Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausgestaltungen und Verfah rensweisen der Erfindung.

Der Kerngedanke der Erfindung besteht darin, daß mit dem Stufenkolben die aus greifte Technologie einer Spritzschnecke der Plastifiziereinheit einer Spritzgießma schine für Kunststoffschmelze oder Metallschmelze (z. B. thixotropes Magnesium) verwendet wird. Der Stufenkolben mit der Rückstromsperre ist mit der Spritz schnecke einer Spritzgießmaschine vergleichbar, er hat jedoch keine Schnecken gänge und ist keiner Drehbelastung ausgesetzt. In jedem Fall ist die thermische und mechanische Beanspruchung nicht höher als bei einer Spritzschnecke. Die Stirnflä che mit der Rückstromsperre bildet die größere Kolbenfläche und die den Einspei seraum abgrenzende Ringfläche stellt die kleinere Kolbenfläche dar. Die vom Extru der in den Einspeiseraum geförderte Kunststoffschmelze oder das thixotrope Ma gnesium befinden sich auf einem Druckniveau (120 bar), bei dem die Abdichtung zur Atmosphäre oder zu anschließenden Hydraulikeinrichtungen keinerlei Probleme be reitet. Nach der Druckübersetzung durch den Stufenkolben auf Einspritzdruck (1500-2000 bar) auftretender Leckstrom an der Rückstromsperre ist dabei völlig ohne Be lang, da das überströmende Material lediglich in den Einspeiseraum zurück gelangt von wo es beim nächsten Einspritzhub des Stufenkolbens wieder zurück in den Ein spritzraum gefördert wird.

Die Erfindung bietet den Vorteil, daß, abgesehen von den vernachlässigbaren Leck agemengen an der Rückstromsperre, das Material vom Extruder bis zur Einspritz düse stets in einer Richtung gefördert wird und daß mit Ausnahme der Rückstrom sperre im Stufenkolben und des Rückschlagventils zwischen Einspritzraum und Ein spritzdüse keinerlei sonstigen Ventile insbesondere keine Schaltventile erforderlich sind. Das Umschalten der Einspritzeinheiten auf die Funktionen Einspritzen, Nach druck und Materialaufnahme wird nur durch die entsprechende Ansteuerung der hy draulischen Kolben-Zylindereinheit zur Betätigung des Stufenkolbens bewirkt. Schaltventile zur Umlenkung des vom Extruder kontinuierlich geförderten Material stromes zu den chargenweise zu befüllenden Einspritzeinheiten sind daher nicht er forderlich.

Ein weiterer Vorteil ist in der verbesserten Möglichkeit zum Spülen des Systems ge geben, da hierzu der Einspritzkolben bzw. der Stufenkolben lediglich in die hinterste Stellung zu positionieren ist. Der Heißkanal, der ringförmige Einspeisekanal, die Pas sage durch die Rückstromsperre sowie der Einspritzraum und die Einspritzleitung bis zur Einspritzdüse werden dabei durch einen stets in einer Richtung kontinuierlich fließenden Förderstrom des Extruders gespült. Dies steht im Gegensatz zu den chargenweise zu befüllenden Einspritzeinheiten nach dem Stand der Technik, bei denen der Schmelzestrom zum Spülen chargenweise gestoppt und im Einspritzzylin der hin- und hergefördert wird. Dieses Spülverhalten der bekannten Einspritzeinhei ten ist unbefriedigend, da bei Farb- und Materialwechsel jeweils eine große Zahl von Ausschußteilen anfällt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Rückstromsperren in den Stufenkolben der Einspritzeinheiten durch aktive Ansteuerungseinrichtungen ent sperrbar ausgeführt. Damit ergibt sich der Vorteil, daß aus dem oder den Einspritz räumen derjenigen Einspritzeinheiten, mit denen kein Einspritzvorgang durchgeführt wird, bevorratete Schmelzemengen in den Heißkanal und in den Einspeiseraum der Einspritzeinheit zurückgespeist werden können, mit der der Einspritzvorgang durch geführt wird. Unerwünschte Unterdruckzustände, die zur Einsaugung von Luft über die Stufenkolbendichtung in die Schmelzemenge führen können, sind damit sicher auszuschließen.

Als Extruder wird vorzugsweise ein Doppelschneckenextruder mit zwei gleichsinnig drehenden Schnecken verwendet. Ein derartiger Extruder stellt einen Compounder dar, der durch seine ineinandergreifenden, sich gegenseitig abschabenden Doppel schnecken zum Aufschmelzen großer Schmelzemengen, zum Einmischen von nicht schmelzenden Materialien (z. B. Kohlenstoff-Fasern, Siliciumkarbidpartikel, Gesteins partikel o. ä.) und zum Legieren von Metallen (z. B. Al, Zn, Mg o. ä.) geeignet ist. Die Zuführung der zusätzlichen Materialien erfolgt durch Seiteneinspeisung in den Extru der- bzw. Compoundierzylinder in den für das jeweilige Material geeigneten Tempe ratur und Funktionszonen.

Für den Fall, daß höhere Schmelzemengen erforderlich sind, ist es vorteilhaft, eine vielwellige Compoundiermaschine zu verwenden, bei der um eine waagrechte Achse in einem feststehenden Kranz gleichsinnig drehende Schnecken mit engem Spiel zueinander angeordnet sind. Vorzugsweise werden achtwellige Compoundier maschinen verwendet, wie sie z. B. in der DE 196 07 666 C1 beschrieben sind, doch ist grundsätzlich auch eine geringere oder höhere Zahl von Schnecken möglich.

Die Erfindung wird in Gegenüberstellung zu einer Spritzgießmaschine nach dem Stand der Technik anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt in schematischer Dar stellung:

Fig. 1 eine Spritzgießmaschine nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Spritzgießmaschine,

Fig. 3 eine Ausgestaltung der Spritzgießmaschine nach Fig. 2,

Fig. 3a einen Detailausschnitt mit einer anderen Schaltstellung für die Spritzgieß maschine nach Fig. 3 und

Fig. 4 im vergrößerten Maßstab eine Detaildarstellung der schaltbaren Rückstrom sperre nach Fig. 3.

Die in Fig. 1 dargestellte Spritzgießmaschine besteht aus einem Extruder 1, der zwei gleichsinnig drehende Schnecken aufweist, die über eine Motor-Getriebeeinheit 2 angetrieben werden. Vom Schneckenvorraum 3 führt eine Leitung 4 zu einem 3- Wege-Dosierventil 5 mit dem der vom Extruder 1 kontinuierlich geförderte Schmel zestrom chargenweise zu den Einspritzeinheiten 6 und 7 geleitet wird. Die Einspritz einheiten 6 und 7 bestehen jeweils aus einem Einspritzzylinder 8, 9 und einem als Plungerkolben ausgebildeten Einspritzkolben 10, 11, der von einer anschließenden hydraulischen Kolben-Zylindereinheit 12, 13 betätigt wird. Der Einspritzkolben 10, 11 ist mit einer nicht näher dargestellten Dichtung in den Dichtungsbereichen 14, 15 abgedichtet.

Vom Einspritzzylinder 8, 9 führt eine Einspritzleitung 16, 17 zu einer Maschinenein spritzdüse 18.

Im Betrieb wird die vom Extruder 1 in einem kontinuierlichen Strom geförderte Schmelzemenge durch das 3-Wege-Dosierventil 5 abwechselnd in die Einspritzein heiten 6 oder 7 geleitet. In der in Fig. 1 dargestellten Position des 3-Wege-Dosier ventils 5 wird die Schmelze in den Einspritzzylinder 8 geleitet, wobei der Einspritz kolben 10 im wesentlichen drucklos zurückgeschoben oder zurückgezogen wird. In dieser Betriebsphase ist das Rückschlagventil 19 durchgängig, wohingegen das Rückschlagventil 20 ein Eindringen von Schmelze aus der oberen Einspritzleitung 17 in die untere Einspritzleitung 16 verhindert. In der Betriebsphase, in der ein Ein spritzzylinder mit Schmelze befüllt wird, wie dies gemäß Fig. 1 beim unteren Ein spritzzylinder 8 der Fall ist, befindet sich die Schmelze auf dem verhältnismäßig nied rigem Druckniveau (120 bar), wie es im Extruder 1 erzeugt wird.

Nach Beendigung des Füllvorganges und nach dem Absperren des 3-Wege-Dosier ventils 5 wird der Einspritzkolben vorgeschoben, wie dies gemäß Fig. 1 beim oberen Einspritzkolben 11 der Fall ist. Die Schmelze erfährt dabei eine erhebliche Drucküber höhung auf Werte von 1500 bis 2000 bar und wird über die Einspritzleitung 17 und über die Einspritzdüse 18 in die Formkavität der Spritzgießeinheit (nicht dargestellt) eingespritzt. Das Rückschlagventil 22 ist dabei durchgängig und das Rückschlagventil 21 ist dabei in Sperrstellung geschaltet. Das Rückschlagventil 20 der unteren Einspritzleitung 16 ist dabei ebenfalls in Sperrstellung geschaltet. Bei diesen extrem hohen Einspritzdrücken ist es äußerst schwierig, den Einspritzkolben 10, 11 in den Bereichen 14 und 15 wirksam abzudichten. Es kann daher nicht sichergestellt werden, daß Schmelze in den Dichtungsbereichen 14 und 15 als Leckage in die At mosphäre austritt oder, wie in der Ausführungsform nach Fig. 1, in einen mit Hy drauliköl beaufschlagten Arbeitszylinder der anschließenden hydraulischen Kolben- Zylindereinheit 12, 13 eindringt und deren Funktionsfähigkeit beeinträchtigt.

Die in Fig. 2 dargestellte erfindungsgemäße Spritzgießmaschine besteht aus einem Extruder 101, der zwei gleichsinnig drehende Schnecken aufweist, die über eine Mo tor-Getriebeeinheit 102 angetrieben werden. Vom Schneckenvorraum 103 führt ein sich verzweigender Heißkanal 104 zu zwei Einspritzeinheiten 106 und 107.

Die Einspritzeinheiten 106 und 107 weisen jeweils einen Einspritzzylinder 108 und 109 auf, in denen jeweils ein Einspritzkolben in Form eines Stufenkolbens 110 und 111 geführt ist. Der Stufenkolben 110, 111 unterteilt den Zylinderraum des Einspritz zylinders 108, 109 in einen Einspritzraum 112, 113 und in einen Einspeiseraum 114, 115, wobei die größere Kolbenfläche 116, 117 des Stufenkolbens 110, 111 den Ein spritzraum 112, 113 und die kleinere, ringförmige Kolbenfläche 118, 119 des Stufen kolbens 110, 111 den Einspeiseraum 114, 115 abgrenzt. Im Stufenkolben 110, 111 ist eine Rückstromsperre 120, 121 angeordnet, die die Passage vom Einspritzraum 112, 113 zum Einspeiseraum 114, 115 sperrt und die in entgegengesetzter Richtung durchgängig ist. Der Stufenkolben 110, 111 wird jeweils von einer hydraulischen Kolben-Zylindereinheit 122, 123 betätigt. Die Einspritzräume 113, 114 sind jeweils über Einspritzleitungen 124, 125 mit der Einspritzdüse 126 in Verbindung, wobei je weils Rückschlagventile 127 und 128 angeordnet sind, die in den Einspritzleitungen 124, 125 ein Zurückströmen in den Einspritzraum 112, 113 verhindern.

Die mit den Stufenkolben 110, 111 gekoppelten hydraulischen Kolben-Zylinderein heiten 122 und 123 sind mit einer Regelungseinrichtung 129, 130 versehen, über die die Stufenkolben 110, 111 folgende Arbeitsgänge durchführen können:

- Erzeugung von Staudruck beim Befüllen der Einspritzeinheit 106, 107 mit Schmelze,
- Erzeugung des Spritzdruckes,
- Erzeugung des Nachdruckes.

Im weiteren kann der Stufenkolben 110, 111 zur Durchführung eines Spülvorganges in die hinterste Position gebracht werden, in der der Einspeiseraum 114, 115 auf ei nen ringförmigen Einspeisekanal 114', 115' reduziert ist.

im Betrieb wird die kontinuierlich im Extruder 101 erzeugte Schmelzemenge über den Heißkanal 104 in abwechselnder Abfolge in die Einspritzräume 112, 113 der Ein spritzeinheiten 106, 107 geleitet.

Der Vorgang des Befüllens wird anhand der in der Fig. 2 unten dargestellten Ein spritzeinheit 106 erläutert. In dieser Betriebsphase wird der Stufenkolben 110, ge steuert von der Regelungsvorrichtung 129 mit geringem Staudruck beaufschlagt. Dieser Staudruck bewirkt, daß sich der Stufenkolben 110 durch den sich einstellen den Differenzdruck kontrolliert nach hinten verschiebt und einen gleichförmigen Ab lauf der Befüllung des Einspritzraumes 112 sicherstellt. Die vom Extruder 101 ge förderte Schmelzemenge, die sich auf einem verhältnismäßig niedrigem Druckniveau von z. B. 120 bar befindet, strömt in den Einspeiseraum 114 und gelangt über die Passage in der Rückstromsperre 120 in den Einspritzraum 112. Aufgrund der Flä chendifferenz zwischen der großen Kolbenfläche 116 und der kleineren ringförmigen Kolbenfläche 118 stellt sich der Stufenkolben 110 unter gleichzeitiger Befüllung des Einspritzraumes 112 soweit zurück, bis das für den nachfolgenden Einspritzvorgang erforderliche Schmelzevolumen erreicht ist.

Der anschließende Einspritzvorgang wird anhand der in der Fig. 2 oben dargestellten Einspritzeinheit 107 erläutert. In dieser Betriebsphase wird der Stufenkolben 111, gesteuert von der Regelungseinrichtung 130, über die hydraulische Kolben-Zylinder einheit 123 mit hoher Schubkraft beaufschlagt. Mit Beginn der Vorwärtsbewegung schließt die Rückstromsperre 121 und das im Einspritzraum 113 eingeschlossene Schmelzevolumen erfährt eine erhebliche Druckerhöhung auf das für den Einspritz vorgang erforderliche Druckniveau, das im Bereich von 1500 bis 2000 bar liegt. Die Abdichtung des unter dem hohen Einspritzdruck stehenden Schmelzevolumens er folgt dabei über den Stufenkolben 111, wobei Leckagen an der Dichtung des Stu fenkolbens 111 unerheblich sind, da die Leckagemengen lediglich in den Einspritz raum 115 gelangen, von wo aus sie beim nächsten Befüllvorgang wieder in den Ein spritzraum 113 gelangen.

Am Ende des Einspritzhubes des Stufenkolbens 111 schließt sich die Nachdruck phase an, in der zum Ausgleich der Schwindung der Schmelzemenge in der Form kavität (nicht dargestellt) Schmelze unter Einspritzdruck nachgedrückt wird.

Zum Spülen des gesamten Systems, werden die Stufenkolben 110, 111 in die hin terste Stellung zurückgefahren, in der die Einspeiseräume 114, 115 auf ringförmige Einspeisekanäle 114', 115' reduziert werden. Die vom Extruder 101 geförderte Schmelze durchläuft dabei den Heißkanal 104, die ringförmigen Einspeisekanäle 114', 115', die Rückstromsperren 120, 121, die Einspritzräume 112, 113 sowie die Einspritzleitungen 124, 125 bis zur Einspritzdüse 126. Da die Schmelze die vorbe schriebenen Einrichtungen ohne Richtungswechsel und ohne Verharren in Totzonen durchläuft, kann der Spülvorgang bei Farb- bzw. Materialwechsel schnell und mit ge ringen Spülmengen durchgeführt werden.

Die Fig. 3, 3a und 4 zeigen eine Ausgestaltung der Spritzgießmaschine nach Fig. 2 bei der anstelle der selbsttätig wirkenden Rückstromsperren 121, 121 (Fig. 2) an steuerbare Rückstromsperren 220, 221 vorgesehen sind. Diese bestehen im we sentlichen aus einem Ventilkörper 251, 252, der jeweils eine Kegelsitzfläche 255, 256 und ein Führungsteil 257, 258 aufweist, mit dem der Ventilkörper 251, 256 reversier bar im Stufenkolben 210, 211, geführt ist. Die Fig. 4 zeigt den Ventilkörper 251, 252 in einer Betriebsstellung, in der dieser mit seiner Kegelsitzfläche 255, 256 auf einer komplementär ausgebildeten Kegelsitzfläche 253, 254 aufliegt und die Passage zwi schen Einspritzraum 212, 213 und Einspeiseraum 214, 215 verschließt. Diese Be triebsstellung ist in Fig. 3 in der unteren Einspritzeinheit 206 dargestellt, wohingegen in der oberen Einspritzeinheit 207 der Ventilkörper 252 sich in einer Betriebsstellung befindet, in der die Passage zwischen Einspritzraum 213 und Einspeiseraum 215 geöffnet ist.

Die Führungsteile 257, 258 der Ventilkörper 251, 252 werden von den Kolbenstangen 261, 262 von hydraulischen Steuerkolben 259, 260 beaufschlagt, die sich in den an die Stufenkolben 210, 211 anschließenden Kolbenstangen 222', 223' der hydraulischen Kolben-Zylindereinheiten 222, 223 befinden.

Der in Fig. 3 unten dargestellte hydraulische Steuerkolben 259 steht über eine erste Hydraulikleitung 263 mit einem ersten Mehrwegventil 264 in Verbindung, das in der dargestellten Schaltstellung b die Hydraulikleitung 263 zum Tank T und somit den Steuerkolben 259 drucklos schaltet.

Der in Fig. 3 oben dargestellte hydraulische Steuerkolben 260 steht über eine zweite Hydraulikleitung 265 mit einem zweiten Mehrwegventil 266 in Verbindung, das in der dargestellten Schaltstellung a die Hydraulikleitung 265 mit der Druckpumpe P verbindet und somit zu einer Druckbeaufschlagung des Steuerkolbens 260 führt.

In Fig. 3a befindet sich das zweite Mehrwegventil 266 in der Schaltstellung b, in der die Hydraulikleitung 265 mit dem Tank T verbunden ist, wodurch der Steuerkolben 260 drucklos geschaltet ist. Die Rückstromsperre 221 nimmt dabei wieder ihre die Passage vom Einspritzraum 213 zum Einspeiseraum 215 sperrende Stellung ein.

An die vom Schneckenvorraum 203 des Extruders 201 zu den Einspeiseräumen 214 und 215 führenden Einspeisekanäle 204 in Form von Heißkanälen ist ein Druckwert geber 250 angeschlossen, dessen Meßwerte p über eine Steuerleitung 267 der Steuerungseinheit S zugeführt werden. Von der Steuerungseinheit S führen ferner Steuerleitungen 268 und 269 zu den Mehrwegventilen 264 und 266. Weitere Steu erleitungen 270 und 271 führen zu Hydraulikeinheiten 272 und 273 über die die hy draulischen Kolben-Zylindereinheiten 222 und 223 mit Druckmedium zur Durchfüh rung der Funktionen Einspritzen, Nachdruck und Staudruck beaufschlagbar sind.

Im Betrieb der Spritzgießmaschine nach den Fig. 3, 3a und 4 wird gemäß der in Fig. 3 unten dargestellten Einspritzeinheit 206 ein Einspritzvorgang durchgeführt. Hierzu ist es erforderlich, daß sich die Rückstromsperre 220 in Sperrstellung befindet, was durch die Schaltstellung b des Mehrwegventils 264 bewerkstelligt wird, in der der Steuerkolben 259 druckentlastet ist. Über die Steuereinheit S wird ferner die Hy draulikeinheit 272 so angesteuert, daß mit der hydraulischen Kolben-Zylindereinheit 222 über den Stufenkolben 210 Einspritzdruck und daran anschließend Nachdruck erzeugt werden kann.

Gleichzeitig mit der Ansteuerung der unteren Einspritzeinheit 206 wird in der oberen Einspritzeinheit die Rückstromsperre 221 in Entsperrstellung gebracht. Hierzu wird das Mehrwegventil 266, angesteuert über die Steuereinheit S, in die Schaltstellung a gebracht, in der der Steuerkolben 260 über die Hydraulikleitung 265 mit Druckme dium beaufschlagt wird, wodurch der Ventilkörper 252 über die Kolbenstange 262 nach links in die Entsperrstellung gebracht wird. Über die Steuereinheit S wird ferner die Hydraulikeinheit 273 so angesteuert, daß mit der hydraulischen Kolben-Zylinder einheit 223 ein Staudruck erzeugt werden kann, der eine Rückspeisung von im Ein spritzraum 213 bevorrateter Schmelzemenge in die Einspeise- bzw. Heißkanäle 204 bewirkt.

Der Staudruck in der hydraulischen Kolben-Zylindereinheit 223 wird dabei in Abhän gigkeit von den Druckwerten p des Druckwertgebers 250 nach der Maßgabe gere gelt, daß in den Einspeise- bzw. Heißkanälen 204 ein gleichbleibendes Druckniveau aufrechterhalten bleibt, das im wesentlichen dem Förderdruck des Extruders 201 entspricht.

Die über den Staudruck bewirkte Rückspeisung von Schmelzematerial stellt sicher, daß das beim Einspritz-Vorschub des unteren Stufenkolbens 210 sich rasch vergrös sernde Volumen des Einspeiseraumes 214 nicht zu unerwünschten Unterdruckzu ständen führen kann, bei denen im Extremfall Luft aus der Umgebung über die Dich tung des Stufenkolbens in die Schmelze eingesaugt werden kann. Durch die gere gelte Einhaltung eines gleichförmigen Druckniveaus in den Einspeise- bzw. Heißka nälen 204 können somit kritische Unterdruckzustände im Einspeiseraum derjenigen Einspritzeinheit ausgeschlossen werden, mit der ein Einspritzvorgang durchgeführt wird.

Die Steuerungseinheit S ist so programmiert, daß bei Beginn eines Einspritzvorgan ges mit einer Einspritzeinheit die Rückstromsperren der übrigen Einspritzeinheiten entsperrt werden und deren Stufenkolben so mit Staudruck über die hydraulischen Kolben-Zylindereinheiten beaufschlagt werden, daß während der Einspritzphase ge nügend bevorratete Schmelzemenge in die Einspeise- bzw. Heißkanäle zurückge speist werden kann, um Unterdruckzustände in der Einspritzeinheit auszuschließen, mit der ein Einspritzvorgang durchgeführt wird. Der die Druckzustände in den Ein speise- bzw. Heißkanälen erfassende Druckwertgeber dient dabei dazu ein gleich förmiges Druckniveau aufrechterhalten zu können.

Grundsätzlich kann die Steuerungseinheit S jedoch auch so programmiert sein, daß die Rückstromsperren derjenigen Einspritzeinheiten, mit denen kein Einspritzvorgang durchgeführt wird, erst entsperrt werden, wenn vom Druckwertgeber 250 ein be stimmter Druckwert erfaßt wird, der nicht unterschritten werden darf und der eine Druckkompensation durch Rückspeisung von Schmelzematerial erforderlich macht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann sowohl für Kunststoffschmelze als auch für metallische Materialien im thioxtropen Zustand verwendet werden. In beiden Fällen ist der Stufenkolben mit der Rückstromsperre keinen größeren Belastungen ausge setzt als die Spritzschnecke der Plastifiziereinheit einer Spritzgießmaschine. Der Stufenkolben unterscheidet sich dabei von einer Spritzschnecke lediglich durch das Fehlen der Schneckengänge.

Eine Spritzgießmaschine zum Spritzgießen von Metallen mit dentritischen Eigen schaften ist in der EP 0 409 966 beschrieben.

Bezugszeichenliste Fig. 1

1

Extruder

2

Motor-Getriebeeinheit

3

Schneckenvorraum

4

Leitung

5

Drei-Wege-Dosierventil

6

Einspritzeinheit

7

Einspritzeinheit

8

Einspritzzylinder

9

Einspritzzylinder

10

Einspritzkolben

11

Einspritzkolben

12

hydr. Kolben-Zylindereinheit

13

hydr. Kolben-Zylindereinheit

14

Dichtungsbereich

15

Dichtungsbereich

16

Einspritzleitung

17

Einspritzleitung

18

Maschinen-Einspritzdüse

19

Rückschlagventil

20

Rückschlagventil

21

Rückschlagventil

22

Rückschlagventil

Fig. 2

101

Extruder

102

Motor-Getriebeeinheit

103

Schneckenvorraum

104

Heißkanal

105

106

Einspritzeinheit

107

Einspritzeinheit

108

Einspritzzylinder

109

Einspritzzylinder

110

Stufenkolben

111

Stufenkolben

112

Einspritzraum

113

Einspritzraum

114

Einspeiseraum

114

' ringförmiger Einspeiseka nal

115

Einspeiseraum

115

' ringförmiger Einspeiseka nal

116

größere Kolbenfläche

117

größere Kolbenfläche

118

kleinere, ringförmige Kol benfläche

119

kleinere, ringförmige Kol benfläche

120

Rückstromsperre

121

Rückstromsperre

122

hydraulische Kolben-Zylin dereinheit

123

hydraulische Kolben-Zylin dereinheit

124

Einspritzleitung

125

Einspritzleitung

126

Einspritzdüse

127

,

128

Rückschlagventil

129

,

130

Steuer- und Rege lungseinrichtung

Claims

1. Spritzgießmaschine bestehend aus einem einen kontinuierlichen Strom aus Kunststoffschmelze fördernden Extruder, dem mindestens zwei jeweils einen Ein spritzzylinder und einen Einspritzkolben aufweisende Einspritzeinheiten nachgeord net sind, die alternierend mit Kunststoffschmelze befüllbar sind und aus denen ent sprechend dem Spritzzyklus der Spritzgießmaschine Kunststoffschmelze unter ho hem Spritzdruck in die Formkavität eines Spritzgießwerkzeugs spritzbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einspritzeinheit (106, 107) jeweils aus einem Einspritzzy linder (108, 109) besteht, in dessen Zylinderraum ein Stufenkolben (111, 111) mittels einer Betätigungsvorrichtung reversierbar geführt ist, der den Zylinderraum in einen Einspritzraum (112, 113) und in einen Einspeiseraum (114, 115) unterteilt, wobei die größere Kolbenfläche (116, 117) des Stufenkolbens (111, 111) im Einspritzraum (112, 113) und die kleinere ringförmige Kolbenfläche (118, 119) des Stufenkolbens (111, 111) im Einspeiseraum (114, 115) wirksam sind, daß zwischen dem Einspei seraum (114, 115) und dem Einspritzraum (112, 113) im Stufenkolben (111, 111) eine die Passage vom Einspritzraum (112, 113) zum Einspeiseraum (114, 115) sperrende Rückstromsperre (121, 121) angeordnet ist, daß der Einspritzraum (112, 113) über ei nen Einspritzkanal (124, 125) mit der Einspritzdüse (126) in Verbindung steht, wobei im Einspritzkanal (124, 125) ein die Passage von der Einspritzdüse (126) zum Ein spritzraum (112, 113) sperrendes Rückschlagventil (127, 128) angeordnet ist, und daß der Einspeiseraum (114, 115) mit dem Schneckenvorraum (103) des Extruders (101) über einen Einspeisekanal (104) direkt in Verbindung steht.

2. Spritzgießmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ex truder (101) aus einem Doppelschneckenextruder mit gleichsinnig drehenden Schnecken besteht.

3. Spritzgießmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ex truder eine Vielwellenmaschine mit einem feststehenden Gehäuse ist, um dessen waagrechte Achse in einem feststehenden Kranz mit engem Spiel zueinander Schnecken angeordnet sind, die gleichsinnig drehend, achsparallel und ineinander greifend sich mit ihren Oberflächen gegenseitig und das sie mit engem Spiel umge bende Gehäuse zwangsläufig abschaben.

4. Spritzgießmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem feststehenden Kranz mindestens acht Schnecken angeordnet sind.

5. Spritzgießmaschine nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeiseräume (114, 115) mit dem Extruder (101) direkt, d. h. ohne Zwischenanordnung von Wege-Schaltventilen über einen Heißkanal (104) verbunden sind.

6. Spritzgießmaschine nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvorrichtung für die Einspritzeinheiten jeweils aus hydraulischen Kolben-Zylindereinheiten (122, 123) bestehen.

7. Verfahren zum Betreiben der Spritzgießmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede hydraulische Kolben-Zylindereinheit (122, 123) nach der Maßgabe gesteuert wird, daß diese beim Befüllen des Einspritzraumes (112, 113) über den Heißkanal (104), den Einspeiseraum (114, 115) und die Passage der Rück stromsperre (121, 121) im wesentlichen drucklos oder druckreduziert verschiebbar ist.

8. Verfahren zum Betreiben der Spritzgießmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stufenkolben (111, 111) zur Spülung des Systems in die hin terste Stellung gebracht wird, in der der Einspeiseraum (114, 115) im wesentlichen auf einen ringförmigen Einspeisekanal (114', 115') reduziert ist.

9. Spritzgießmaschine bestehend aus einem Extruder zur kontinuierlichen Förde rung eines metallischen Materials, das dentritische Eigenschaften aufweist und sich im Temperaturbereich zwischen seiner Solidustemperatur und seiner Liquidustem peratur befindet und eine halbfeste thixotrope Konsistenz aufweist, wobei dem Ex truder mindestens zwei jeweils einen Einspritzzylinder und einen Einspritzkolben aufweisende Einspritzeinheiten nachgeordnet sind, die alternierend mit thixotropem metallischem Material befüllbar sind und aus denen entsprechend dem Spritzzyklus der Spritzgießmaschine bzw. einer oder mehrerer Spritzgieß-Schließeinheiten thixotropes metallisches Material unter hohem Spritzdruck in die Formkavität eines oder mehrerer Spritzgießwerkzeuge spritzbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einspritzeinheit (106, 107) jeweils aus einem Einspritzzylinder (108, 109) besteht, in dessen Zylinderraum ein Stufenkolben (111, 111) mittels einer Betätigungsvorrich tung reversierbar geführt ist, der den Zylinderraum in einen Einspritzraum (112, 113) und in einen Einspeiseraum (114, 115) unterteilt, wobei die größere Kolbenfläche (116, 117) des Stufenkolbens (111, 111) im Einspritzraum (112, 113) und die kleinere ringförmige Kolbenfläche (118, 119) des Stufenkolbens (111, 111) im Einspeiseraum (112, 113) wirksam sind, daß zwischen dem Einspeiseraum (114, 115) und dem Ein spritzraum (112, 113) im Stufenkolben (111, 111) eine die Passage vom Einspritzraum (112, 113) zum Einspeiseraum (114, 115) sperrende Rückstromsperre (121, 121) ange ordnet ist, daß der Einspritzraum (112, 113) über einen Einspritzkanal (124, 125) mit der Einspritzdüse (126) in Verbindung steht, wobei im Einspritzkanal (124, 125) ein die Passage von der Einspritzdüse (126) zum Einspritzraum (112, 113) sperrendes Rückschlagventil (127, 128) angeordnet ist, und daß der Einspeiseraum (114, 115) mit dem Schneckenvorraum (103) des Extruders (101) über einen Einspeisekanal (104) direkt in Verbindung steht.

10. Spritzgießmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ex truder (101) aus einem Doppelschneckenextruder mit gleichsinnig drehenden Schnecken besteht.

11. Spritzgießmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ex truder eine Vielwellenmaschine mit einem feststehenden Gehäuse ist, um dessen waagrechte Achse in einem feststehenden Kranz mit engem Spiel zueinander Schnecken angeordnet sind, die gleichsinnig drehend, achsparallel und ineinander greifend sich mit ihren Oberflächen gegenseitig und das sie mit engem Spiel umge bende Gehäuse zwangsläufig abschaben.

12. Spritzgießmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in dem feststehenden Kranz mindestens acht Schnecken angeordnet sind.

13. Spritzgießmaschine nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeiseräume (114, 115) mit dem Extruder (101) direkt über einen Heißkanal (104) verbunden sind.

14. Spritzgießmaschine nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvorrichtung für die Einspritzeinheiten jeweils aus hydraulischen Kolben-Zylindereinheiten (122, 123) bestehen.

15. Verfahren zum Betreiben der Spritzgießmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß jede hydraulische Kolben-Zylindereinheit (122, 123) nach der Maßgabe gesteuert wird, daß diese beim Befüllen des Einspritzraumes (112, 113) über den Heißkanal (104), den Einspeiseraum (114, 115) und die Passage der Rück stromsperre (121, 121) im wesentlichen drucklos oder druckreduziert verschiebbar ist.

16. Verfahren zum Betreiben der Spritzmaschine nach Anspruch 14, dadurch ge kennzeichnet, daß der Stufenkolben (111, 111) zur Spülung des Systems in die hin terste Stellung gebracht wird, in der der Einspeiseraum (114, 115) im wesentlichen auf einen ringförmigen Einspeisekanal (114', 115') reduziert ist.

17. Spritzgießmaschine bestehend aus einem einen kontinuierlichen Strom aus Kunststoffschmelze fördernden Extruder, dem mindestens zwei, jeweils einen Ein spritzzylinder und einen Einspritzkolben aufweisende Einspritzeinheiten nachgeord net sind, die alternierend mit Kunststoffschmelze befüllbar sind und aus denen ent sprechend dem Spritzzyklus der Spritzgießmaschine Kunststoffschmelze unter ho hem Spritzdruck in die Formkavität eines Spritzgießwerkzeugs spritzbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einspritzeinheit (206, 207) jeweils aus einem Einspritzzylin der (208, 209) besteht, in dessen Zylinderraum ein Stufenkolben (210, 211) mittels einer Betätigungsvorrichtung reversierbar geführt ist, der den Zylinderraum in einen Einspritzraum (212, 213) und in einen Einspeiseraum (214, 215) unterteilt, wobei die größere Kolbenfläche (216, 217) des Stufenkolbens (210, 211) im Einspritzraum (212, 213) und die kleinere ringförmige Kolbenfläche (218, 219) des Stufenkolbens (210, 211) im Einspeiseraum (214, 215) wirksam sind, daß zwischen dem Einspei seraum (214, 215) und dem Einspritzraum (212, 213) im Stufenkolben (210, 211) eine die Passage vom Einspritzraum (212, 213) zum Einspeiseraum (214, 215) sperrende ansteuerbare Rückstromsperre (220, 221) angeordnet ist, daß der Einspritzraum (212, 213) über einen Einspritzkanal (224, 225) mit der Einspritzdüse (226) in Verbin dung steht, wobei im Einspritzkanal (224, 225) ein die Passage von der Einspritzdüse (226) zum Einspritzraum (212, 213) sperrendes Rückschlagventil (227, 228) ange ordnet ist, daß der Einspeiseraum (214, 215) mit dem Schneckenvorraum (203) des Extruders (201) über einen Einspeisekanal (Heißkanal) (204) direkt in Verbindung steht und daß eine Stellvorrichtung zum Entsperren der Rückstromsperre (220, 221) vorgesehen ist

18. Spritzgießmaschine nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstromsperre (220, 221) einen im Stufenkolben (210, 211) reversierbar geführten Ventilkörper (251, 252) aufweist, der in der vom Einspritzraum (212, 213) zum Ein speiseraum (214, 215) führenden Passage eine Sperrstellung einnimmt, die bei akti ver Verschiebung des Ventilkörpers (251, 252) mittels der Stellvorrichtung in eine die Passage vom Einspritzraum (212, 213) zum Einspeiseraum (214, 215) öffnende Durchgangsstellung umkehrbar ist.

19. Spritzgießmaschine nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Ven tilkörper (251, 252) eine zu einer Kegelsitzfläche (253, 254) in der Passage zwischen Einspritzraum (212, 213) und Einspeiseraum (214, 215) komplementäre Kegelsitzflä che (255, 256) und ein zentrisch im Stufenkolben (210, 211) gelagertes Führungsteil (257, 258) aufweist, und daß die Stellvorrichtung aus einem hydraulischen Steuerkol ben (259, 260) besteht, dessen zentrisch im Stufenkolben (259, 260) gelagerte Kol benstange (261, 262) im Anschlagkontakt zum Führungsteil (257, 258) steht.

20. Spritzgießmaschine nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß im Be reich zwischen dem Schneckenvorraum (203) des Extruders (201) und den Einspei seräumen (214, 215) ein Drucksensor (250) angeordnet ist, der mit der Steuereinheit S der Spritzgießmaschine in Verbindung steht.

21. Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekenn zeichnet, daß der Extruder (201) aus einem Doppelschneckenextruder mit gleichsin nig drehenden Schnecken besteht.

22. Spritzgießmaschine nach mindestens einem der Ansprüche 17 bis 221, da durch gekennzeichnet, daß die Einspeiseräume (214, 215) mit dem Extruder (201) di rekt, d. h. ohne Zwischenanordnung von Wege-Schaltventilen über einen Heißkanal (204) verbunden sind.

23. Spritzgießmaschine nach mindestens einem der Ansprüche 17 bis 22, da durch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvorrichtung für die Einspritzeinheiten je weils aus hydraulischen Kolben-Zylindereinheiten (222, 223) bestehen.

24. Verfahren zum Betreiben einer Spritzgießmaschine nach Anspruch 23, da durch gekennzeichnet, daß jede hydraulische Kolben-Zylindereinheit (222, 223) nach der Maßgabe gesteuert ist, daß diese beim Befüllen des Einspritzraumes (212, 213) über den Heißkanal (204), den Einspeiseraum (214, 215) und die Passage der Rück stromsperre (220, 221) im wesentlichen drucklos oder druckreduziert verschiebbar ist.

25. Verfahren zum Betreiben der Spritzgießmaschine nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Stufenkolben (210, 211) zur Spülung des Systems in die hin terste Stellung gebracht wird, in der der Einspeiseraum (214, 215) im wesentlichen auf einen ringförmigen Einspeisekanal (214', 215') reduziert ist.

26. Verfahren zum Betreiben einer Spritzgießmaschine nach den Ansprüchen 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstromsperren (220, 221) einer oder mehrerer derjenigen Einspritzeinheiten (206, 207) entsperrt werden, mit denen kein Einspritzvorgang durchgeführt wird.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung der Stellvorrichtung zum Entsperren einer oder mehrerer Rückstromsperren (220, 221) in Abhängigkeit zur Ansteuerung des Stufenkolbens (259, 260) derjenigen Einspritzeinheit (206, 207) erfolgt mit der ein Einspritzvorgang durchgeführt wird.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung der Stellvorrichtung zum Entsperren einer oder mehrerer Rückstromsperren (220, 221) synchron zur Ansteuerung des Stufenkolbens (259, 260) derjenigen Ein spritzeinheit (206, 207) erfolgt, mit der ein Einspritzvorgang durchgeführt wird.

29. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung der Stellvorrichtung zum Entsperren einer oder mehrerer Rückstromsperren (220, 221) in Abhängigkeit vom Eintreten eines vom Drucksensor (250) ermittelten bestimmten Unterdruckwertes durchgeführt wird.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Staudruck in den hydraulischen Kolben-Zylindereinheiten (222, 223) zur Verstel lung der Stufenkolben (210, 211) deren Rückstromsperren (220, 221) entsperrt wird, nach der Maßgabe geregelt wird, daß im Bereich zwischen Schneckenvorraum (203) und den Einspeiseräumen (214, 215) ein gleichförmiger Druck aufrechterhalten wird.

31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der gleichförmige Druck im wesentlichen auf dem Förderdruckniveau des Extruders (201) gehalten wird.