DE2260345A1

DE2260345A1 - Ventilanordnung in einer spritzgiessmaschine fuer thermoplastische kunststoffe

Info

Publication number: DE2260345A1
Application number: DE2260345A
Authority: DE
Inventors: Raymond Alfred York
Original assignee: Beloit Corp
Current assignee: Beloit Corp
Priority date: 1971-12-10
Filing date: 1972-12-09
Publication date: 1973-06-28
Also published as: IT974729B; BR7208673D0; JPS4866158A; CA985466A; AU4902072A; FR2162394A1; US3739958A

Description

PATENTANWALT 6lPL.-lhia. C. O. BOECKER

6970 ST.INGBERT(SAAR), ENSHEIUfRSTR. 43

667 St. Ingbert, den 8. Dezember 1972 B 51-boe/Kl

Beloit Corporation
Beloit, Wisconsin. USA

Ventilanordnung in einer Spritzgießmaschine für thermoplastische Kunststoffe.

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung in einer Spritzgießmaschine für thermoplastische Kunststoffe nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar für Spritzgießmaschinen, bei denen durch die.Drehbewegung -einer Schnecke das Plastifizieren und durch die Axialbewegung dieser Schnecke das Ausspritzen des plastifizierten Kunststoffes erfolgt, welche Art von Spritzgießmaschinen durch die US-PS 2.734.226 von Willert bekanntgeworden ist.

Mit der Schaffung dieser Art von Spritzgießmaschineri mit drehbarer und axial beweglicher Schnecke gelang es, eine relativ gleichmäßige und homogene Menge von plastifiziertem Kunststoff der Form zuzuführen. Allerdings beschäftigt die einschlägige Industrie immer noch ein Problem,, das darin besteht, mittels eines am Einspritzende der axial beweglichen Schnecke angeordneten Rückschlagventils die Schußmenge, d.h. die in die Form eingespritzte Kunststoffmenge, genau zu regeln. Dies war bei den bisher benutzten Rückschlagventilen nicht möglich. Diese Schwierigkeiten führten dazu, daß die meisten Spritzgießmaschinen mit einem Druckpolster oder einer Reserve-Schußmenge versehen sind, um den dem Rückschlagventil anhaftenden Mangel zu kompensieren. Die Ergebnisse beim Vollspritzen einer

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Form führten zu Spannungen innerhalb des Spritzgußteils.

Die üblicherweise verwendeten Rückschlagventile haben einen mit einer stumpfen Kante in die Schnecke eingeschraubten Schließkopf für einen Ventilring/ Der Schließkopf schließt einen frei beweglichen Venturing zwischen sich ujiddem einspritzseitigen Ende der Schnecke ein. Wenn sich die Schnecke dreht, treibt der plastifi?ierte Kunststoff den Ventilring vorwärts, wodurch das Material durch Öffnungen in dem Schließkopf hindurchfließen und einen Samraelraum vor der Schnecke füllen kann. In dem Maße, wie dieser Sammelraum gefüllt wird, wird die Schnecke langsam nach rückwärts gedrückt.

Wenn die Schnecke entsprechend der gewünschten Schußmenge eine vorherbestimmte Stellung erreicht, wird din Drehbewegung der Schnecke durch einen Endschalter angehalten. Über ein weiteres Signal wird die Axialbewegung der Schnecke eingeleitet, um den plastifizierten Kunststoff aus dem Sammelraum in die Form einzuspritzen. Beim Beginn der vorwärtsgerichteten Einspritzbewegung der Schnecke beginnt das Material in dem"Samme1 raum durch den Ventilring zurückzufließen. Dieser Rückfluß dauert so lange, bis die Schnecke soweit vorwärts bewegt wurde, daß der Ventilring bis zum Absperren des einspritzseitigen Endes der Schnecke zurückbewegt wurde, um einen Rückfluß des Materials in die kreisförmige Zuführrinne der Schnecke zu verhindern. Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, die Ventilanordnung in der Weise zu verbessern, daß die Schußmenge genauer gesteuert werden kann und dadurch eine Verbesserung der Wiederholbarkeit fest eingestellter Schußmengen eintritt. Ferner ist es erwünscht, das Überfüllen der Spritzform zu vermeiden und Spannungen in dem Spritzgußteil zu verringern.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht aus den im Kennzeichen des Anspruches 1 offenbarten Mitteln. Bezogen auf eine Fördervorrichtung für den Kunststoff, die aus einer zum Plastifizieren dss Kunststoffes^drehbaren und zum Ausspritzen axial verstellbaren Schnecke besteht, umfaßt die Ventilanordnung gemäß der Erfindung im einzelnen einen innerhalb nine Axiaibohrung der

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Schnecke gleitbeweglichen Plunger, der einspritzseitig in einen Ventilkegel ausläuft. Dieser Ventilkegel gibt den Materialfluß zwischen einer ringförmigen Zuführrinne der Schnecke und einem .an der Einspritzseite der Schnecke befindlichen Ringraum frei, der sjs6h unter dem Druck des plastifizieren Kunststoffes vergrößern kann. Deu· Ventilkegel wird durch den Druck des von der Schnecke zufließenden Materials offengehalten. Der Plunger erstreckt sich durch die Axialbohrung der Schnecke bis außerhalb der Maschine und trägt Mittel zum nachhaltigen Verstellen des Plungers mit seinem Ventilkegel in Schließrichtung. Nachdem die Drehbewegung der Schnecke aufhört, ist auch der Zufluß des plastifizieren Kunststoffes aus der ringförmigen Zu-' führrinne der Schnecke beendet, wonach die außerhalb der Maschin;? angeordneten Schließmittel den. Ventilkegel auf seinen Sitz zurückbewegen, um einen Rückfluß des Materials aus dem Ringraum in die ringförmige Zuführrinne der Schnecke zu verhindern.

Zu der Ventilanordnung gemäß der Erfindung gehört 'zweckmäßig ein an dem einspritzseitigen Ende der Schnecke befestigter Ventilkörper, der zwischen dem Schneckenende und dem Ventilkegel liegt und mit einem Ventilsitz für den Ventilkegel versehen ist (Anspruch 3). Dieser Ventilkörper führt den PJbnger mit seinem Ventilkegel und ist seinerseits am einspritzseitigen Ende der Schnecke eingeschraubt«, Ferner ist der Ventilkörper mit einer Mehrzahl von öffnungen zum Durchfluß des plastifizierten Kunststoffes von der Zuführrinne der Schnecke zu dem von dem Ventilkörper einerseits und dem Ventilplunger andererseits gebildeten Ringraum versehen.(Anspruch 5) Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind den Ansprüchen 6-8 zu entnehmen.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß der Schließvorgang des Ventil kegeis unabhängig von der Einspritzbewegung der Schnecke gesteuert wird. Auf diese Weise wird ein Rückfluß von Kunststoffmaterial während des Einspritzvorganges vermieden, der bei den bisher benutzten Rückschlagventilen unver-

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meidbar auftritt. Die Schußmenge ist bedeutend genauer einzustellen und in ihrer Genauigkeit wiederholbar auszuführen. Ferner wird eine überfüllung der Form ausgeschlossen, wie auch Spannungen innerhalb des Fertigerzeugnisses wesentlich verringert werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Zusammenhang mit einer Spritzgießmaschine mit drehbarer Druckschnecke dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht

der Spritzgießmaschine mit einer Rückschlagventil-Anordnung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen vergrößerten Axialschnitt im Bereich der Ventilanordnung, und

Fig. 3 ,einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 2.

In Fig. 1 erkennt man die Plastifizierungs- und Zuführeinrichtung einer Spritzgießmaschine 10. Die Maschine besteht aus einem Haupt—Grundrahmen 12 mit einer Drehvorrichtung 14 für die Schnecke, die von einem Hydraulikmotor 15 betätigt wird. Ein Paar von hydraulischen Zylindern 16 ist auf jeder Seite der Maschine angeordnet, und zwar je ein Zylinder an jeder Seite. In der Zeichnung ist nur ein Zylinder 16 dargestellt. Diese Zylinder 16 umfassen den Antrieb 17 für die Axialbewegung der Schnecke. Der Drehantrieb 14,der Hydraulikmotor IS und der Axialantrieb 17 sind von dem Grundrahmen getragen. Der Axialantrieb 17 ist - in axialer Antriebsverbindung - über Kolbenstangen 18 mit einem Schulter-Tragstück 20 des Drehantriebs 14 verbunden, wobei nur eine Kolbenstange 18 und ein Schulter-Tragstück 20 sichtbar sind. Der Drehantrieb 14 ist durch ein Paar Zugstangen 19, die sich durch Tragstücke 20 und 22 erstrecken, gleitbeweglich abgestützt.

Von dem Grundrahmen 12, dem Axialantfieb 17 und dein Drehantrieb 14 ist die Schneckeneinheit 21 in einer Vorkragenden Art und Weise abgestützt. Wie bekannt, wird der Kunststoff

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der Schneckeneinheit 21 durch einen Aufgabt zugeführt.

Die Schneckeneinheit 21 fordert das Material zu der Spritz* form, von der lediglich eine ortsfeste Platte 24 erkennbar ist, wie auch die' Plastifizierung des Kunststoffes durch

die Schneckeneinheit erfolgt,

Wie am besten aus Fig. 2 und 3 erkennbar ist, gehört zu " der Schneckeneinheit 21 ein Zylindermantel 25, der von einer Anzahl von Heizbändern 27 umgeben ist, die aus elektrischen Widerständen bestehen können. Innerhalb des Zylindermantels 25 ist eine zylindrische Auskleidebüchse 28 vorgesehen, die die relativ zur Auskleidebüchse 28 und dem Zylindermantel 25 drehbare und axial verstellbare Druckschnecke 30 umgibt. Die Schnecke 30 tragt eine Mehrzahl von ringförmigen flachen Oberflächen 34 zwischen der Auskleidebüchse und dem Schneckenkörper, die durch die schraubenförmigen Züge 32 begrenzt sind. Die Züge 32 stehen in Reibungsverbindung mit dem inneren Durchmesser der Auskleidebüchse 28. Indem die flachen Oberflächen 34' im^radialen Abstand zu der Auskleidebüchse 28 verlaufen, stellen sie eine kontinuierliche ringförmige Zuführrinne 31 für das Kunststoffmaterial dar.

Die Schnecke 30 ist mit einer Axialbohrung 36 versehen, die sich über die Länge der.Schnecke erstreckt. Am e'inspritzseitigen Ende 37 der Schnecke 30 ist ein im Längsschnitt Y-förmiger Ventilkörper 38 eingeschraubt^ und zwar in eine korrespondierende Sackbohrung 40. der Schilecke ■·■ Auf diese Weise stellt der Ventilkörper.38 eine Fortsetzung der Schnecke 30 dar und bildet das Einspritzende der Material-Zuführrinne 31. . λ .-...-.■ ν-.- . , ■-:,

In dem Ventilkörper 38 ist einer Mehrzahl von Öffnungen 42 vorgesehen.-Diese öffnungen'42, von denen vier in Fig. 3 erkennbar sind,, verlaufen unter einem Winkel zur Mittellinie der Schnecke 30 ,Ober die Öffnungen 42 besteht eine Verbin-, dung zwischen dem einspritiZseitigen Teil der Zuführrinne 31 und einem Ringraum 52, der von der Ringwandung des Ventilkörpers 38 an dessen einspritzseitigein 'Ende umgrenzt wird.

Der Ventilkörper dreht sich mit der Schnecke 30 relativ zur zylindrischen Auskleidebüchse 28 mit und folgt auch der Axialbewegung der Schnecke.

Innerhalb der Axialbohrung 36 der Schnecke 30 befindet sich ein Plunger 43, der sich in einer Zugstange 44 fortsetzt, die an ihrem einspritzseitigen Ende in den einen Ventilkegel 45 tragenden Plunger 43 eingeschraubt ist. Am entgegengesetzten Ende ist die Zugstange 44 in axialer Richtung aus dem Drehantrieb 14 herausgeführt und ist von einer Feder 47 umgeben, die sich einerseits an einem Vorsprung 48 des Drehantriebes 14 und andererseits an einer Schraube abstützt, die auf die Zugstange 44 aufgeschraubt ist und ein Feder-Widerlager 50 bildet. Bei jeder axialen Vorwärtsbewegung des Hungers 44 relativ zum Drehantrieb 14 kommt die Feder 47 unter Druckspannung und belastet den Plunger in der Entgegengesetzten axialen Ruckwärtsrichtung.

Der Ventilkegel 45 ist derart gestaltet, daß er mit dem Ventilkörper 38 einen Ventilsitz bildet. Der VentilKörper 38 und der Ventilkegel 45 bilden den Ringraun 52, der in ständiger Verbindung mit der Material-Zuführrinne 31 steht. Der aus dieser Zuführrinne 31 kommende plastifiiierte Kunststoff tritt über die öffnungen 42 in den Ringraum 52 ein. Einspritzseitig von dem Ventilkegel45 ist ein Sammelraum vorgesehen, der von dem mit dem Zylindermantel 25 befestigten Deckel 58, dem Ventilkörper 38 und dem Ventilkegel 45 gebildet wird. Der Sammelraum 54 steht über eine Ausspritzdüse 56 mit der Spritzform in Verbindung, wobei die Ausspritzdüse in den Deckel 58 eingeschraubt ist.

Im Betrieb der Spritzgießmaschine wird der Kunststoff in den Trichter 23 eingefüllt und tritt in die Zuführrinne 31 der ■ Schnecke 30 ein. Hierbei befindet sich die Schnecken-" inhcit 21 in der äußersten nach links vorgeschobenen Lage. Inde^ die Schnecke 30 durch den Drehantrieb 14 m langsame Drehbewegung versetzt wird, wird der Kunststoff in eine geschmolze-

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no, plastifizierte Form überführt, und zwar durch die beim Abscheren entstehende Wärme der Schnecke sowie durch die¹ Heizbänder 27, Wenn der plastifizierte Kunststoff das einspritzseitige Ende der Zuführrinne 31 der Schnecke 30 erreicht, fließt dr durch die öffnungen 42 weiter und füllt ■ langsam den inneren Ringraura 52 aus. Sobald die**ei* Ringraum 52 von Kunststoffmaterial ausgefüllt ist, drückt die Kraft innerhalb'des Materials auf den Ventilplunger 43 und hebt den Ventilkegel 45 von seinem Sitz am Ventilkörper 38 ab, wobei die Feder 47 verspannt wird. Daraufhin füllt das Kunststoffrcaterial den Sammelraum 54 langsam auf, der sich bei diesem Vorgang axial verstellt, bis der Samuelraum 54 im wesentlichen das gleiche Volumen hat wie die benutzte -Spritzf-drm. Die Ausspritzdüse 56 ist dann noch von dem vorherigen Schuß gefüllt und hat an ihrer Spitze einen verlorenen Stopfen, der-einen Obertritt-des plastifizierten Kunststoffes durch die Einspritzdüse verhindert.

Wenn der plastifizieTte Kunststoff beginnt den Sammelraum 54 zu füllen, wird die Schnecke; 30 langsam in axialer Richtung zurückgedrückt. Sobald die Schnecke eine vorherbestimmte Axiallage erreicht hat, in der für die jeweilige angeschlossene Form eine genaue Schußmenge abgemessen ist, wird ein Endschalter oder dergleichen betätigt (nicht dargestellt) Hierdurch wird die Drehbewegung der Schnecke angehalte-n, Kcraufhin die gespannte Feder 47 den. Plunger 43 nach rechts zieht, so daß der Ventilkegel 45 auf.-.seinen .Ventilsitz- zu liegen kommt und das Ventil geschlossen ist.

Da das Ventil vor der Einleitung der Axialverstellung der Schnecke 30 geschlossen ist, wird eine äußerst genaue und wiederholbare Schyßjnenge ohne jeden Material^Rückfluß er- , halten. Nach.dem Einspritzvorgang wird die Form 24 geöffnet^ um das Fertigerzeugnis auszuwerfen. Daraufhin wird die Form wieder geschlossen und der Axialantrieb 17 bewirkt, daß der Drehantrieb 14. mit der daran befestigten Schnecke in axialer. Richtung vorwsrtsbewegt wird, um die in dem Samme1raum 54 befindliche Menge von plastifiziertem Kunststoff durch die Ausspritzdüse 56 in die Form einzuspritzen. Dieser Arbeits-Z/V.1U= *_;.rti ria.iji νiecerholt.

Die Genauigkeit der erfindungsgemäßen Ventilanordnung in einer Spritzgießmaschine führt zu einer wiederiiolbaren Schußmengen-Einstellung, und zwar ohne die bisher übliche Verwendung eines Druckpolsters, wie auch fernerhin Spritzgußteile mit weniger Spannungen innerhalb des Fertigerzeugnisses erhalten werden. Geringere Spannungen ergeben sich dadurch, daß die Form nicht dichtgemacht werden muß und die Einspritzkraft nicht erhöht werden muß, um eine ausreichende Füllung der Form sicherzustellen.

-Patentansprüche -

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Claims

PAT E NT AN WA LT^; OtPLr WG. CO. £OE2K E R

fi "J C'6670 ST.INGBERT (SAAR), ENSHEIMERSTB.48

..,-. ,_t , ,667 St«.- Ingbeirt^ deff-8. ■ Dezembep- 1971 ...<■ . B 5,l-'boe-/Ki- , ^ >-. . .: -_r

Beloi.t Corpojation.. ., · . :
Beloit, Wisconsin,¹USA

PATENTANSPRÜCHE

Ventilanordnung in eineT. Spritzgießmaschine für thermoplastische Kunststoffe, wobei die Maschine einen Zylindermantel mit einer Fördervorrichtung zum Zuführen des Kunststoffes zum Einspritzende des Zylindermantels hin umfaßt und Mittel vorgesehen sind, um den Kunststoff von einer Zuführrinne der Fördervorrichtung .bis zu einem Punkt im Abstand von dem Einspritzende der Fördervorrichtung zu fördern, an dem das Ventil angeordnet ist, gekennzeichnet durch eine sich zumindest über einen Teil der Fördervorrichtung (30) erstreckende Axialbohrung (40) in—der ein einspritzseitig einen Ventilkegel (45) tragender Plunger (43) gleitbeweglich gelagert ist, wobei der Ventilkegel den Materialfluß zwischen der Zuführrinne (31) der Fördervorrichtung und dem Einspritzende der Maschine während des Betriebes der Fördervorrichtung freigibt, gekennzeichnet ferner durch Mittel (44,47, 50) zum Schließen des Ventils beim Anhalten der Fördervorrichtung.

Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördervorrichtung aus einer zum Plastifizieren des Kunststoffes drehbaren und zum Ausspritzen axial verstellbaren Schnecke (30) besteht.

Ventilanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem einspritzseiten Ende der Schnecke (30) ein Ventilkörper (38) befestigt ist. der zwischen dorn Schnecken-

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ende und dem Ventilkegel (45) liegt und mit einam Ventilsitz für den Ventilkegel' versehen isjt. \

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Ventilanordnung jnach Anspruch 3, dadurch gekennze ichnet ,daß der plastif izierte Kunststoff von 4e Cm_t,r i η gif örn ige η Zufuhrrinne (31) der'Schnecke (30) dem Ventilkegel {<*S\ zuleitbar ist. ' ; ' ',, '; : \ , ' _i *·-

Ventilanordnung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der'Ventilkörper (38) einspritzseitig einen sich axial erstreckenden, einen Ringraum (52) uimgebenden Abschnitt hat, der; sich in entgegengesetiter Richtung in einea sich axial etstreckentjejl Abschnitt kleineren Durchmessers ^r fortsetzt, wbbei derjVentilkörper den Ventilplunger (13) J in einer mittigen Bohrung innerhalb der Axialbohinng;(40) der Schnecke (30) aufnimmt und d^r Ventilkörper mit einer Mehrzahl von' D£f.n.ungen (42) zuin Durchfluß des plastifizierten Kunststoffes von der Zufuhrrinne der Schnecke zu;dem Ringraum versehen ist. ί \ ' ■., \ \ ,

Ventilanordnung nach;Anspruch 5, dadurch gekennzeichiuit, daß einspritzseitig ?um Ventilkegel (4S) ein SammeIr.mm (54) angeordnet ist, \wojbei der Ventilkegel den Matenalzufluß vom Ringraum 0Ί)Tzum*SammeIraum regelt.

Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Mittel (44,47,50) für die Schließbewegung les

Ventilplungers (43) außerhalb der Maschine angeordnet sind.

Ventilanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel· für die Schließbewegung des Ventilplunßers (\5) eine Feder (47) umfassen, die zwischen einen mit einem Ende des Plungers verbundenen Widerlager (50) und der Drehvorrichtung (48) der Schnecke. (30) eingespinnt ist. : : '. ' "'■ ' ■ ■■■■ /-_;·.

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