DE2130648C3

DE2130648C3 - Verfahren und Schneckenmaschine zum Spritzgießen von Kunststoff

Info

Publication number: DE2130648C3
Application number: DE19712130648
Authority: DE
Inventors: Georges Arthur Rodolf Maldegem-Kleit Patfoort (Belgien)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-07-08
Filing date: 1971-06-21
Publication date: 1978-05-03
Also published as: DE2130648B2; BE765763R; FR2097855A5; DE2130648A1; GB1358589A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spritzgießen von Kunststoff entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Schneckenmaschine zur Durchführung des Verfahrens entsprechend dem

■ο Oberbegriff des Patentanspruchs 2.

Durch die BE-Patentschrift 6 82 755 ist zum Spritzgießen von Kunststoff eine Schneckenmaschine bekanntgeworden, bei welcher der zu verarbeitende Kunststoff unter einem mittels der Schneckengänge der Schnecke

iS aufgebrachten Druck in einen Spalt-Plastifikator gefördert und anschließend in eine Form eingespritzt wird. Die bekannte Schneckenmaschine ist frei von jeglichem Spritzkolben, und die Schnecke ist in axialer Richtung nicht verschiebbar. Das Spritzgießen kann ohne

ίο Hinzunahme eines weiteren Aggregates ausgeführt werden.

Mit dieser bekannten Schneckenmaschine lassen sich Spritzdrücke in der Größenordnung von 100 bis 400 kg/cm² erreichen. Der Ausstoß hängt eng vom

Gegendruck ab.

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, das bei der bekannten Schneckenmaschine angewendete Verfahren so zu verbessern, daß Spritzdrücke in der Größenordnung von 1000 bis 3000 kg/cm² erzielbar sind, und die bekannte Schneckenmaschine baulich so abzuwandeln, daß das neue Verfahren auf ihr durchführbar ist

Zur Lösung dieser Aufgabe wird von dem bekannten Verfahren zum Spritzgießen von Kunststoff mittels einer Schneckenmaschine ausgegangen, bei dem der zu verarbeitende Kunststoff unter einem mittels der Schneckengänge der Schnecke aufgebrachten Druck in einen Spalt-Plastifikator gefördert und anschließend in eine Form eingespritzt wird. Ausgehend von einem solchen Verfahren wird die Lösung der genannten Aufgabe gemäß der Erfindung darin gesehen, daß der zu verarbeitende Kunststoff in den Schnackengängen der Schnecke ir. festem, inichtplastifizierten Zustand gehalten und dort auf einen hohen Druck in der bei

Spritzkolben üblichen Größenordnung verdichtet wird. Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet«: Schneckenmaschine mit einer in

einem Schneckenzyliinder drehbaren, axial festgelegten

Schnecke und mit einem im wesentlichen rechtwinklig

so zur Achse des Schneckenzylinders liegenden Spalt-Plastifikator, dessen Spalt durch eine an der Schneckenspitze ausgebildete Stirnfläche und eine dieser Stirnfläche gegenüberliegende Fläche des Schneckenzylinders gebildet ist, zeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch

SS aus, daß ein die Stirnfläche bildender Schneckenkopf thermisch von der übrigen Schnecke isoliert ist und daß die Förder- und Druckaufbauzone der Schnecke unmittelbar in die Plastifizierzone des Spalt-Plastifikators übergeht.

Durch die Erfindung wird dafür gesorgt daß der Kunststoff bis zum Eintritt in den Spalt-Plastifikator seinen festen Zustand beibehält und dann abrupt in den Spalt-Plastinkator geführt wird. Es wird hierdurch eine Plastifikation außerhalb des Spalt-Plastifikator unterbunden. Ferner wird dafür gesorgt daß der Kunststoff mit dem hohen Druck, welcher in der Förder- und Druckaufbauzone aufgebaut worden ist, in den Spalt-Plastifikator eintritt und daß der hohe Druck von der

Förderzone auf die Masse im Spalt-Plastifikator weitergeleitet wird. Die entstehende, homogene Schmelze im Spalt-Plastifikator weist einen solch hohen Druck auf, daß ihr Ausstoß in die Form ohne Kolben und ohne axialverschiebbare Schnecke mit gleich hohem Druck erfolgt, wie sie ansonsten nur mit Kolbenpressen erreicht werden kann.

Durch die thermische Isolierung des Schneckenkopfes von der übrigen Schnecke an der erfindungsgemäßen Schneckenmaschine wird verhindert, daß uie Schnecke Wrjme aus der Plastifizierzone in die Förderund Druckaufbauzone leitet Dadurch wird ein Aufschmelzen des Kunststoffes außerhalb des Spalt-Plastinkators verhindert Dadurch, daß die Förder- und Druckaufbauzone der Schnecke unmittelbar in die Plastifizierzone des Spalt-Piastifikators übergeht, gibt es an der erfindungsgemäßen Schneckenmaschine keinen Obergangsbereich, in welchem das Material nach dem Spalt-Plastifikator gefördert wird und zugleich sowohl Feststoff als auch pLstifiziertes Material vorhanden ist

Um hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens optimale Verhältnisse zu erzielen, ist es von Wichtigkeit, die Schneckenmaschine flexibel zu gestalten, damit sie an die unterschiedlichen Bedingungen angepaßt werden kann. Deshalb ist es von Vorteil, wenn zumindest ein Teilstück des Schneckenzylinders entgegen der Umlaufrichtung der Schnecke antreibbar ausgebildet ist. Außerdem kann es ratsam sein, wenn wenigstens ein Teilstück des Schneckenzylinders mit abgebremster Drehbewegung gegenüber der Schnecke antreibbar gestaltet ist In vielen Fällen kann es darüber hinaus günstig sein, wenn wenigstens ein Teilstück des Schneckenzylinders mit Nuten versehen ist Hierbei ist es von Vorteil, wenn die Nuten hinsichtlich ihrer Tiefe verstellbar ausgebildet sind.

In manchen Fällen empfiehlt es sich noch, die Materialzuführung entlang des Schneckenzylinders an unterschiedlicher Stellen anbringbar auszubilden. Auch kann die Ausbildung so getroffen werden, daß die Schnecke mit unterschiedlicher Geschwindigkeit angetrieben werden kann.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnungen erläutert die drei Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Schneckenmaschine veranschaulichen. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine schematisch dargestellte Kunststoff-Schneckenmaschine,

Fig.2 eine abweichende Ausführungstorm der Schneckenmaschine, schematisch, im Längsschnitt,

Fig.3 eine weitere Abwandlungsform der Schnekkenmaschine, schematisch, im Längsschnitt

Die in F i g. 1 veranschaulichte Kunststoff-Schneckenmaschine weist eine Kammer 1 auf, in welche die Materialzuführung 2 führt und in weicher die Schnecke 3 angeordnet ist Am freien Ende der Schnecke 3 ist der Schneckenkopf 5 vorhanden, der von der übrigen Schnecke 3 thermisch isoliert ist Zwischen der freien Stirnfläche des Schneckenkopfe» 5 und der diesem gegenüberliegenden Stirnfläche 6 des Schnekkenzylinders 11 ist der Spalt der Plastifizierzone 4 des zur Schneckenmaschine gehörenden Spalt-Plastifikators ausgebildet Der Spalt bildet die Plastifizierungszone 4. In dieser Plastifizierzone 4 vollzieht sich die Plastifizierung zwischen dem thermisch isolierten Schneckenkopf 5 und der Stirnfläche 6 des Schneckenzylinders 11. An diese Plastifizierzone 4 schließt die Einspritzdüse 7 mit dem Rückschlagventil 8 an. Die Einspritzdüse 7 führt über das Ruckschlagventil 8 zur Form 9.

Das in festem Zustand befindliche Material wird in die Kammer 1 über die Materiaizuführung 2 zugeleitet und der Einwirkung der Schnecke 3 unterworfen. Hierdurch wird das in festem Zustand befindliche Material verdichtet und nach dem Ende der Kammer 1 gefördert Das Material gelangt dann in die Plastifizierzone 4, wo es unter der Einwirkung der gegenüber de» Stirnfläche 6

ίο des Schneckenzylinders 11 erfolgender Drehbewegung der Schnecke 3 in den plastischen Zustand durch Scheren überführt und durch Druck homogenisiert wird, wobei dieser Druck in der Förder- und Druckaufbauzone 10 auf das im festen Zustand befindliche Material ausgeübt wird; derselbe Druck dient dazu, das Einspritzen beim Einpressen zu bewirken.

Diese Arbeitsweise ist aufgrund der Tatsache möglich geworden, daß die Plastifizierzone 4 gänzlich aus derjenigen Zone verlegt worden ist in welcher sich der Druck aufbaut, und daß darüber hinaus diese Plastifizierzone 4 sich auf einen verhältnismäßig kleinen Zwischenraum erstreckt Tatsächlich erlaubt diese Schneckenmaschine, den Druck von dem im festen Zustand befindlichen Material her zu erhalten und infolgedessen nicht nur auf hohe Drücke, unabhängig vom Durchsatz, überzugehen, sondern auch diese Drücke gleichsam augenblicklich zu erhalten, was eine unabdingbare Forderung zur Erzielung einer befriedigenden Einspritzung ist Wenn man versuchen würde, die gleiche Arbeitsweise an herkömmlichen Schneckenmaschinen anzuwenden, würde man an der Schwierigkeit scheitern, die erwünschten Drücke äußerst schnell zu erhalten, weil der im Inneren der viskosen Masse entstehende Druck einen Rückfluß aufgrund des Gegendruckes und eine Verringerung des Durchsatzes im Maße der Steigerung des Gegendruckes zur Folge hätte, und man würde daher zu einem langsamen Druckanstieg und einer Durchsatzminderung kommen, was zu einer völlig unannehmbaren Füllung der Form führen würde.

Demgegenüber ist bei der vorliegenden Schneckenmaschine der Durchsatz der injizierten Masse, wenn nötig, einzig und allein eine Funktion der Rotation der Schnecke, da der Rückfluß unterdrückbar ist, wodurch bis an die äußerste Grenze der Möglichkeiten von Maschine und Masse gegangen werden kann.

Um das Risiko eines Rückflusses völlig auszuschließen, der sich immer in dem in festem Zustand befindlichen Material entwickelt oder um den Rückfluß zu regulieren, kann man geeignete Einrichtungen vorsehen. So ist ein Teilstück der Kammer 1 entweder durch eine regulierende Bewegung der Rotation im Sinne eines inversen Umlaufs der Schnecke 3 oder durch eine gleichsinnige, mittels einer Bremse regulierbare Bewegung beeinflußbar. Ein Teilstück kann zum gleichen Zweck gleichmäßig genutet werden. Auch kann der Druck regulierbar gestaltet werden, indem eine Zuführungsöffnung vorgesehen wird, die entlang des Schneckenzylinders 11 verstellbar ist

Es können auch noch andere Einrichtungen vorgesehen werden, bei welchen beispielsweise die Einspeisung in einen Trichter oder in ein Hilfsspeisegerät gezwungen wird, oder es kann eine Auswahl in der Form des Granulats und der Verte-hing desselben sowie des Oberflächenzustandes usw. getroffen werden. Auf diese Weise kann man zu außerordentlich hohen Drücken gelangen, die darüber hinaus augenblicklich in der Förderzone und von da aus in gleicher Weise in der

plastischen Masse im Augenblick der Injektion zur Verfügung stehen.

Die auf der Zeichnung in F i g. 1 wiedergegebene Schneckenmaschine ist mit einem Rückschlagventil 8 ausgerüstet, was erlaubt die Maschine sowohl unmittel- s bar vor dem Einspritzmoment anzulassen, als auch fortwährend laufen zu lassen. Selbstverständlich könnte das Rückschlagventil 8 auch unterdrückt werden, wobei sich die Injektion durch das Anlaufen der Schnecke 3 und das Beenden dann ergäbe, wenn die Schnecke 3 angehalten wird.

Es ist auch offensichtlich, daß man für eine gegebene Einspritzung einen Zyklus änderbaren Druckes vorsehen kann, der in jedem Augenblick an die optimalen Bedingungen des Einspritzvorganges angepaßt werden kann, indem beispielsweise auf die Umlaufgeschwindigkeit der Schnecke 3 eingewirkt wird.

Dadurch, daß der Schneckenkopf 5 thermisch von der übrigen Schnecke 3 isoliert ist, wird die Wärme am Übergang zur Schnecke 3 gehindert, so daß eine vorzeitige Plastifizierung des Materials unterbunden wird.

Die Schneckenmaschinen nach Fi g. 2 und 3 besitzen wiederum eine Kammer 1, die eine Zuführung 2 aufweist und eine Schnecke 3 enthält Am Ende der Schnecke 3 ist die Plastifizierzone 4 vorgesehen, in welcher die Plastifizierung des Materials erfolgt Der Plastifizierzone 4 geht die Förder- und Druckaufbauzone 10 voraus. Die Kammer 1 wird innerhalb des Schneckenzylinders

11 gebildet Bei der Ausführung nach F i g. 2 sind im Schneckenzylinder 11 Nuten 12 vorgesehen, und zumindest ein Teilstück 13 des mit Nuten 12 versehenen Schneckenzylinders 11 in der Druckaufbau- und Förderzone 10 ist beweglich, und diesem Teil 13 kann eine eigene Drehbewegung erteilt werden.

Bei der Ausführung nach F i g. 3 sind ebenfalls Nuten

12 im Schneckenzylinder 11 vorhanden, und auf einem Teilstück der Nuten 12 kann deren Tiefe mit Hilfe in den Nutengrund einragender beweglicher Teile 14 reguliert werden. Die Eintauchtiefe der Teile 14 wird durch die Position eines Regulierringes 15 bestimmt, der schraubend entlang einer Gewindebuchse 16 verstellbar ist

Bei der Ausführung nach F i g. 2 kann dem Teilstück

13 des Schneckenzylinders 11 ein eigenes, vornehmlich im Sinne der Bewegung der Schnecke 3 wirksames Drehmoment erteilt werden. Die Bewegung des Teilstückes 13 des Schneckenzylinders 11 ist ebenso gut in seiner Wirkung, das Anhalten des Gleitens des in festem Zustand befindlichen Materials gegenüber dem ruhenden Schneckenzylinder 11 herbeizuführen. Auf diese Weise erlaubt die Einrichtung die Regulierung des Druckes und des Durchsatzes der Förder- und Druckaufbauzone 10.

Bei der Ausführung nach F i g. 3 wird das Anhalten des Gleitens des im festen Zustand befindlichen Materials mehr oder weniger durch die mehr oder weniger große Tiefe der Nuten 12 bewirkt

Es versteht sich von selbst, daß das in festem Zustand befindliche Material um so mehr danach tendiert, an den Wänden der Kammer 1 zu gleiten, je weniger Festhaltemöglichkeit man ihm an den Wänden der Kammer 1 gibt d. h. je mehr man die Tiefe der Nuten 12 im Schneckenzylinder U verringert Auf diese Weise wird in der Förder- und Druckaufbauzone 10 sowohl ein Reguliermittel für den Druck als auch den Durchsatz angeordnet, indem die Tiefe der Nuten 12 inderbar gehalten wird. Hierzu wird eier Regulierring 15 auf der Gewindebuchse 16 verstellt, was eine Änderung der Eintauchtiefe der beweglichen Teile 14 und folglich der Tiefe der Nuten 12 bewirkt

Die beiden vorbeschriebenen Einrichtungen können auch miteinander kombiniert werden, um ein in der Nutentiefe änderbares Teilstück vorzusehen. Sie können sich aber auch sowohl aber ein Teilstück der Förder- und Druckaufbauzone 10 erstrecken als auch über die gesamte Länge dieser Zone.

Man könnte den Druck und den Durchsatz der Förder- und Druckaufbauzone 10 auch dadurch ändern, daß die zugeführte Menge dosiert wird, wodurch die nutzbare Länge der Schnecke 3 reguliert würde, wobei ein Teil der Schnecke 3 frei von Material wäre.

!n gewissen Fällen ist es interessant die Scheroberfläche zu erhöhen, was dadurch erreicht wird, daß das Gewinde der Schnecke 3 über eine gewisse Strecke am Ende der Plastifizierzone 4 unterdrückt wird, so wie dies in F i g. 2 und 3 veranschaulicht wird.

Um eine vorzeitige Plastifizierung des Materials außerhalb der Plastifizierzone 4 zu verhindern und um die Wirkung des thermisch isolierten Schneckenkopfes 5 am Ende der Schnecke 3 zu steigern, kann man dei Förder- und Druckaufbauzone 10 noch eine Kühlvorrichtung zuordnen. Auch könnte zur Unterstützung dei Plastifizierung in der Plastifizierzone 4 noch eine Heizung angeordnet werden.

Es ist einleuchtend, daß die vorbeschriebene Einrichtung zum Plastifizieren auch bei anderen ähnlicher Techniken, wie beim Flaschenblasen und bei dei Extrusion von Rohren oder ähnlichen Erzeugnissen anwendbar ist

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Spritzgießen von Kunststoff mittels einer Schneckenmaschine, bei dem der zu verarbeitende Kunststoff unter einem mittels der Schneckengänge der Schnecke aufgebrachten Druck in einen Spalt-Plastikfikator gefördert und anschließend in eine Form eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der zu verarbeitende Kunststoff in den Schnerkengängen der Schnecke in festem, nichtplastikfizierten Zustand gehalten und dort auf einen hohen Druck in der bei Spritzkolben üblichen Größenordnung verdichtet wird.

2. Schneckenmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, mit einer in einem Schneekenzylinder drehbaren, axial festgelegten Schnecke und mit einem im wesentlichen rechtwinklig zur Achse des Schneckenzylinders liegenden Spait-Plastifikator, dessen Spalt durch eine an der Schneckenspitze ausgebildete Stirnfläche und eine dieser Stirnfläche gegenüberliegende Fläche des Schneckenzylinders gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Stirnfläche bildender Schneckenkopf (5) thermisch von der übrigen Schnecke (3) isoliert ist und daß die Förder- und Druckaufbauzone (10) der Schnecke (3) unmittelbar in die Plastifizierzone (4) des Spalt-Piastifikators übergeht.

3. Schneckenmaschine nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teilstück des Schneckenzylinders (11) entgegen der Umlaufrichtung der Schnecke (3) antreibbar ausgebildet ist

4. Schneckenmaschine nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teilstück des Schneckenzylinders (H) mit abgebremster Drehbewegung gegenüber der Schnecke (3) antreibbar ausgebildet ist

5. Schneckenmaschine nach einem oder mehreren der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teilstück des Schneckenzylinders (11) mit Nuten (12) versehen ist

6. Schneckenmaschine nach Patentanspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (12) hinsichtlich ihrer Tiefe verstellbar ausgebildet sind.

7. Schneckenmaschine nach einem oder mehreren der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet daß sie eine unter Druck setzbare Materialzuführung (2) aufweist

8. Schneckenmaschine nach einem oder mehreren der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Materialzuführung (2) aufweist die entlang des Schneckenzylinders (11) an unterschiedlichen Stellen anbringbar ist.

9. Schneckenmaschine nach einem oder mehreren der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Schnecke (3) mit unterschiedlicher Geschwindigkeit antreibbar ist.

10. Schneckenmaschine nach einem oder mehreren der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet daß an der Austrittsöffnung einer Einspritzdüse (7) des Schneckenzylinders (11) ein Rückschlagventil (8) angebracht ist.

11. Schneckenmaschine nach einem oder mehreren der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet daß in der Plastifizierzone (4) eine Heizeinrichtung und in der Förder- und Druckaufbauzone (10) eine Kühleinrichtung vorgesehen ist