-
Einrichtung zur Herstellung von Kunststoff-Formkörpern in Spritzgießformen
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Herstellung von Kunststoff-Formkörpern
in Spritzgießformen, bei der mit Treibmitteln versetzte Thermoplaste unterhalb der
Reaktionstemperatur des verwendeten Treibmittels plastifiziert und im wesentlichen
kontinuierlich einem Transferzylinder über einen Verbindungskanal zugeführt werden,
bei dessen Passieren sie-bis über die Reaktionstemperatur erhitzt werden, und bei
welcher der mindestens im Transferzylinder aufgebaute Druck ein Aufschäumen der
Thermoplaste unterbindet, bis diese in die Form gespritzt sind.
-
Aus der DT-OS 1 932 437 ist eine solche Einrichtung bekannt, bei welcher
der Verbindungskanal zur Durchführung der Erhitzung von Heizwiderständen umfangen
ist. Eine Intensivierung der Erwärmung wird durch einen Innenkörper erwirkt, der
ebenfalls mit Heizwiderständen ausgestattet ist und die den zu erhitzenden Kunststoffen
gebotene Fläche vergrößert. Für ein homogenes Produkt soll gesorgt werden, indem
Düsenkanäle durchströmt werden oder der Durchtrittsweg mäanderförmig ausgebildet
ist.
-
In der Praxis hat es sich gezeigt, daß sowohl eine weitere Intensivierung
der Heizwirkung wünschenswert ist als auch bezüglich der Homogenisierung weitergehendere
Forderungen gestellt werden. Zudem hat es sich gezeigt, daß mäanderförmige
Durchtrittskanäle
durch die komplizierte Fertigung aufwendig sind, und darüberhinaus wie beispielsweise
die DUsenkanäle einen hohen Druckabfall beim Durchtritt des Kunststoffes bedingen.
-
Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine Einrichtung der beschriebenen
Gattung zu schaffen, bei der verhältnismäßig einfach aufgebaute Teile verwendet
werden und ohne wesentlichen Druckabfall sowie Beeinträchtigungen der Homogenität
ein starkes Aufheizen möglich ist.
-
Gelöst wird diese Aufgabe, indem bei einer Einrichtung der beschriebenen
Gattung der Verbindungskanal einen motorisch angetrieben rotierenden, von einem
Gehäuse in geringem Abstande umgebenen Rotationskörper erhält und die Thermoplaste
durch den zwischen dem Rotationskörper und dem Gehäuse gebildeten Spalt mit achsparallelen
Bewegungskomponente gepreßt werden.
-
Als zweckmäßig wurde erkannt, den Spalt mit geringerer Stärke als
2 mm auszuführen. In vielen Fällen hat es sich bewährt, den Spalt mit geringerer
Stärke als 1 mm oder gar o,6 mm auszuführen.
-
Der Rotationskörper und/oder das ihn umgebende Gehäuse können entlang
ihres Umfanges verlaufende Nuten aufweisen.
-
Bewährt hat es sich, das Gehäuse mit Heizwiderständen auszustatten.
Es kann aber auch, zweckmäßig zusätzlich, der Rotationskörper mit Heizwiderständen
und die Rotation aufnehmenden Zuleitungen fUr dieselben ausgestattet sein.
-
Der Rotationskörper wird vorteilhaft mindestens in einem mittleren
Längenbereich zylindrisch ausgeführt. Eine oder beide Endbereiche des Rotationskörpers
können sich konisch oder stromlinienförmig verjüngend ausgeführt sein.
-
Im einzelnen ist die Erfindung anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles
in Verbindung mit dieses erläuternden
| Zeichnungen beschrieben. is Deigen hielbei; |
| schematisch eine Einrichtung zum Herstellen von Kunst- |
| stoff- c ern in Spritzgießformen und |
| Fig. 2 in vergrößerter Darste mit einem Rotationskörper; |
| ausgestatteten Verbindungskanal der Fig. 1. |
-
In Fig. 1 ist ein Schneckenaggregat 1 gezeigt, dessen durch Heizmanschetten
2 aufheizbarer Schneckenzylinder 3 mit einem Aufgabetrichter 4 zur Aufnahme von
mit Treibmitteln versetzten thermoplastischen Kunststoffen ausgestattet ist. Der
an das Schneckenaggregat angeflanschte Antriebsmotor 5 betreibt die im Schneckenzylinder
3 vorgesehene Schnecke 6, so daß in den Aufgabetrichter eingegebene Kunststoffe
in Richtung der Schneckenachse vorgeschoben und im beheizten Schneckenzylinder 3
aufgeschmolzen und plastifiziert werden. Die Temperatur des Schneckenzylinders 3
ist Jedoch so niedrig gehalten, daß zwar der Kunststoff plastifiziert wird, das
in ihm enthaltene Treibmittel jedoch noch nicht reagiert.
-
Der plastifizierte Kunststoff wird durch die Schnecke in den Verbindungskanal
7 eingestoßen, der seinerseits durch eine Heizmanschette 8 derart aufgeheizt ist,
daß der den Verbindungskanal passierende Kunststoff über die Reaktionstemperatur
des beigefügten Treibmittels hinaus erwärmt wird. Sowohl große, den Wärmeübergang
bewirkende Flächen als auch ein inniger Kontakt des Kunststoffes mit denselben sowie
eine ständige Durchmischung des Kunststoffes wird dadurch erreicht, daß der Verbindungskanal
7 mit einem rotationssymmetrischen Körper, dem Rotationskörper 9, ausgestattet ist,
der in geringem Abstande von einem Gehäuse lo derart umgeben ist, daß zwischen dem
Rotationskörper 9 und dem Gehäuse lo ein Spalt 11 geringer Stärke gebildet wird.
Der Rotationskörper 9 ist auf einer Welle 12
vorgesehen, die durch
einen Motor 13 antreibbar ist, Die Welle 12 ist mit einem Schleifringsatz 14 ausgestattet,
der eine Drehungen des Rotationskörpers aufnehmende Zuleitung tür Heizwiderstände
15 bildet, die innerhalb des Rotationskörpers vorgesehen sind.
-
Durch ein Rückschlagventil 16 tritt der erhitzte, plaatitinierte Kunststoff
in einen Transferzylinder 17 ein, der durch eine Heizmanschette 18 auf konstanter
Temperatur gehalten und durch einen äußeren Isoliermantel 19 gegen wesentliche Wåmeverluste
geschützt ist. Der Transferzylinder ist durch einen Kolben 20 abgeschlossen, der
durch einen hydraulischen Antriebszylinder 21 betätigbar ist. Die Stirnseite des
Transferzylinder weist einen Austrittskanal 22 auf, der zu einer mit einem steuerbaren
Verschluß ausgestatteten Düse 23 führt der Verschluß ist so ausgebildet, daß er
mittels zugeführter Preßluft die Mündung der Düse 23 zu reinigen vermag. Zum Spritzen
eines Körpers werden Düse 23 auf die Werkzeugdüse 24 einer Form 25 aufgelegt, der
Verschluß der Düse geöffnet und der hydraulische Antriebszylinder 21 beaufschlagt,
bis die vorgegebene Kunststoffmenge in die Form 25 überführt ist.
-
Im Betriebe wird der Schneckenzylinder 3 derart beheizt, daß seine
Temperatur vom Aufgabetrichter 4 zum Ausgang hin ansteigt. Die in den Aufgabetrichter
4 gegebenen Kunststoff-Treibmittel-Granulate werden von der Schnecke 6 mitgenommen
und erwärmt, sufgeschmolzen, durohmischt, plastifiziert und homogenisiert. Die Einstellung
der BeaufsohlaSung der Heizmansohette 2 ist so gewählt, daß am Ausgang des Schneckenzylindere
3 3 zwar eine vollkommene Plastifizierung der aufgegeben Thermoplaste erzielt ist,
die Reaktionstemper#tur der beigegebenen Treibmittel aber noch nicht erreicht ist.
Bei Treibitmitteln mit stark steuender Reaktiongtemperatur wird die Beheizung des
Schneckenzylinders 3 derart eingestellt, daß die Ausgangstemperatur so niedrig bleibt,
daß auch Teilreaktionen des Treibmittels sicher vermieden werden. Auf diese Weise
werden rUck
wärtige Gasausbrüche schon reagierten Treibmittels sicher
vermieden, und die Schnecke braucht bezüglich ihrer Länge und Steigung ausschließlich
der Aufgabe des Plastifizierens angepaßt zu werden.
-
Die weitere Aufheizung der Thermoplaste über die Reaktionstemperatur
des Treibmittels hinweg erfolgt beim Passieren des Verbindungskanales 7. Durch Einsetzen
des Rotationskörpers 9 wird der zu passierende Strömungspfad mit geringer, der des
Spaltes entsprechender Stärke ausgebildet, und es wird eine relativ große beheizte
Fläche-erzielt, die einen guten Wärmeübergang sichert. Der Spalt ist von so geringer,
zweckmäßig einigen Zehnteln Millimeter, Stärke gewählt, daß bei der gegenseitigen
Bewegung der beiden ihn begrenzenden-Wandungen, nämlich der Innenwandung des Gehäuses
und der Außenwandung des Rotationskörpers, die Kunststoffschicht in ihrer ganzen
Stärke erfaßt und innerhalb des Spaltes verwirbelt wird. Die tatsächlich vom Kunststoff
ausgeführte Bewegung setzt- sich daher aus einer achsparallelen, den Durchfluß bewirkendem
Komponente in Verbindung mit einer zweiten, in Umfangsrichtung verlaufenden Komponente
zusammen, die durch die Drehung bewirkt wird; zu diesen eigentlichen Strömungskomponenten
tritt dann noch die Verwirbelung.
-
Diese Verwirbelung erhöht die Wirkung der beheizenden Oberflächen,
da stets neues Material mit diesen Oberflächen in Kontakt kommt.
-
Die am Ausgang des Extruders erzielte Homogenität wird nicht beeinträchtigt,
da infolge der ständigen Durchwirbelung und Durchmischung Temperaturunterschiede
in vergleichbaren Strömungsbereichen des Stoffes praktisch nicht auftreten können.
-
Die hierbei auftretenden sogenannten Reibungsverluste machen sich
vorteilhaft bemerkbar: sie bewirken eine zusätzliche Erwärmung des den Verbindungskanal
durchströmenden Kunststoffes.
-
Als vortgeilhark erweist es sich wtlter, daß infolge der Drehung des
Rotationskörpers stets eine Bewegung des Kunststoffes -in Umfangsrichtung bewirkt
wird, so daß der für das Hindurchtreten
erforderlichen axialen Bewegung
ein nur geringer Strömungswiderstand entgegensteht. Der erfindungsgemäß ausgebildete
Spaltraum mit durch Rotation quer zur Strömungsrichtung sich gegeneinander bewegenden
Grenzflächen bedingt daher einen nur geringen Druckabfall beim Durchströmen, so
daß der am Ausgang des Extruders anstehende Staudruck zum Transferzylinder hin nur
geringfügig abfällt und es erleichtert, den dort zur Verhinderung des Auf schäumens
erforderlichen Druck aufzubauen.
-
Günstig wirkt sich auf die Erwärmung noch aus, daß der Kunststoff
den rohrförmigen Spalt 11 nicht nur mit der achsparallelen Komponente, sondern,
bedingt durch die in Umfangsrichtung verlaufende Komponente, etwa schraubenlinienförmig
durchströmt.
-
Hierdurch werden längere Verweilzeiten erreicht, welche es gestatten,
die zur Erwärmung notwendigen W§rmestrdme bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturdifferenzen
zu bewirken, so daß für den Kunststoff keinerlei Gefahr des Uberhitzens besteht.
-
Die Erfindung gestattet, die einzelnen Vorrichtungen der gesamten
Einrichtung jeweils einer Teilaufgabe optimal anzupassen} so dient der Transferzylinder
nur der Bemessung des Schusses und der Aufrechterhaltung eines das Aufsohäumen unterbindenden
Druckes, und das Schneckenaggregat dient ausschließlich der Plastifizierung, der
Homogenisierung sowie dem Vorschube der Thermoplaste. Die über die Reaktionstemperatur
des beigegebenen Treibmittels führende Erwärmung wird ausschließlich innerhalb des
Verbindungskanales 7, und zwar speziell im Spalt 11, bewirkt, der nicht nur die
gewünschten großen Flächen zur Wärmeübertragung liefert, sondern darüberhinaus,
durch die Drehung des Rotationskörpers bedingt, sowohl eine ständige Durchwirbelung
des Kunststoffes bewirkt als auch eine zusätzliche, in Umfangsrichtung liegende
Bewegungskomponente einführt. Hierdurch wird nicht nur die gewünschte Temperaturerhöhung
sicher erzielt, es wird gleichzeitig durch die ständige Durchmischung des Kunststoffes
die Homogenität weiterhin gesteigert,
so daß im Transferzylinder
eine praktisch vollkommen homogene Spritzmasse zur Verfügung steht.
-
Die Erfindung ist nicht auf das angegebene Ausführungsbeispiel beschränkt.
So kann der rptationssymmetrische K rper zwar in Form eines Zylinders ausgeführt
sein, er kann aber auch als Doppelkegel oder als Körper ausgeführt sein, der zwar
im mlttleren Bereiche zylinderförmig ist, nach einem Ende oder beidseitig sich verjüngt.
Auch hierbei kann die Verjüngung; in Form eines Kegels respektive Kegelstwn;pfes
erfolgen, oder aber etwa stromlinienförmig bewirkt sein. Darüberhinaus sind beliebige
Formen rotationssymmetrischer Körper und diesen angepaßter Gehäuse möglich. Zur
weiteren Steigerung der Durchwirbelung können das Gehäuse und/oder die Oberfläche
des rotationssymmetrischen Körpers zusätzlich mit vorzugsweise koaxial verlaufenden
Nuten ausgestattet sein; es hat sich jedoch gezeigt, daß eine gleichmXßige Erwärmung
und vorzügliche Homogenisierung auch ohne solche Nuten erzielt werden.