DE3603500A1 - Plastifizierzylinder fuer spritzgiessmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Plastifizierzylinder für Spritz­ gießmaschinen zum Verarbeiten von plastifizierbarem Material, der in Heiz- und/oder Kühlzonen unterteilt ist, Heizelemente und Temperatur­ fühler aufweist, die zu voneinander unabhängigen Zonen ange­ ordnet sind.

Unter plastifizierbarem Material sind im Sinne der Erfindung thermoplastische Formmassen, vernetzende Formmassen wie Duro­ plaste, Elastomere zu verstehen.

Bei hohen Qualitätsanforderungen an die Spritzgußartikel, ins­ besondere an die Einhaltung von Materialeigenschaften sowie ihre Maßhaltigkeit, sind an die Steuerungen erhebliche Forderun­ gen gestellt.

Ein wesentliches, bisher noch nicht gelöstes Problem besteht darin, daß Spritzgießmaschinen nach einer Anlaufphase des Be­ triebes nicht in dem Sinne stationär arbeiten, daß praktisch nur noch vernachlässigbare Temperaturschwankungen in der Plastifizier- und Spritzeinheit, d.h. in dem plastifizierten Material auftreten. Temperaturschwankungen des plastifizier­ ten Materials führen insbesondere zu Änderungen der Viskosität. Diese Viskositätsschwankungen konnten bisher nur in etwa be­ rücksichtigt werden, führen jedoch bei der Herstellung von Präzisionsteilen zu erheblichen Schwierigkeiten, die noch nicht in ausreichendem Maße gelöst werden konnten.

Die Temperaturschwankungen, die insbesondere durch die Frik­ tion in zu plastifizierendem Material verursacht werden, können dazu führen, daß die fertiggestellten Spritzgießpar­ tikel unterschiedliche Materialeigenschaften aufweisen. Auch diese Probleme konnten bisher noch nicht befriedigend gelöst werden.

Die Gründe liegen vor allem in der bisher bekannten Konstruk­ tion der Plastifizier- und Einspritzzylinder. Aufgrund der beim Injizieren auftretenden hohen Drücke, die bis zu betragen können, ist es erforderlich, die Wandstärke dieser Plastifizier- und Einspritzzylinder entsprechend zu dimensio­ nieren.

Die Plastifizier- und Einspritzzylinder weisen auf dem Außen­ mantel Heizbänder sowie Thermofühler auf, die im allgemeinen in drei Zonen unterteilt angeordnet sind.

Die volle Heizleistung ist nur während der Anlaufphase erfor­ derlich.

Diese bekannten Plastifizier- und Einspritzzylinder weisen je­ doch eine hohe Wärmekapazität auf, so daß die von den Wärme­ fühlern auf der Außenwand gemeldeten Temperaturen auch nicht in erster Näherung mit den Temperaturen des plastifizierten Materials übereinstimmen. Hinzu tritt noch die zeitliche Phasenverschiebung zwischen den in dem plastifiziertem Material auftretenden Temperaturveränderungen und den von den Tempera­ turfühlern angezeigten Temperaturänderungen.

Erschwerend tritt noch hinzu, daß die Temperatur des plasti­ fizierten Kunststoffmaterials ebenfalls Temperaturschwankungen unterliegt. Während des Plastifizierens steigt die Temperatur durch die Friktion an und fällt anschließend während des Inji­ zierens des plastifizierten Kunststoffmaterials wieder etwas ab.

Insoweit ist es verständlich, daß erhebliche zeitliche Phasen­ verschiebungen zwischen den von den Thermofühlern auf der Außenwandung der Plastifizierzylinder registrierten Tempera­ turen und den momentanen Temperaturen in dem plastifizierten Material im allgemeinen auftreten, so daß bisher aufgrund der großen Zeitkonstanten komplizierte Algorithmen bei der Tempe­ raturregelung zum Einsatz kommen mußten, um in etwa derartige Regelungen in den Griff zu bekommen.

Probleme treten insbesondere dann auf, wenn neue, von der Temperaturführung her kritische Materialien zur Verarbeitung kommen:

So ist es zum Beispiel bei der Herstellung von CD-Platten aus Polycarbonaten erforderlich, das Plastifizieren und das Homogenisieren des Materials in möglichst kurzer Zeit in der Nähe der oberen Grenze der Verarbeitungstemperatur durch­ zuführen.

Aufgrund der bisher auftretenden Regelabweichungen war es bisher erforderlich, einen hohen Sicherheitsabstand zur Zersetzungstemperatur vorzusehen und eventuelle qualitative Nachteile in Kauf zu nehmen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen heiz­ baren Plastifizierzylinder zu schaffen, der das Verarbeiten von Kunststoffmaterial möglichst nahe der oberen Verarbeitungs­ temperatur sicherstellt und der ein hinreichend genaues Temperaturverhalten aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Plastifizierzylinder einen Außenzylinder und einen Innen­ zylinder aufweist, die beiden Zylinder im Bereich des Schneckenvorraumes fest miteinander verbunden sind, der Innenzylinder die Heizelemente und die Temperaturfühler aufweist, und der vom Schneckenvorraum entlegene Endabschnitt des Außenzylinders eine Spielpassung für den Innenzylinder aufweist.

Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß der Innenzylinder und der Außenzylinder nur in dem Bereich miteinander fest verbunden sind, in dem hohe Drücke auftreten, während auf­ grund der erfindungsgemäß ausgebildeten Spielpassung im Bereich des vom Schneckenvorraum entlegenen Endabschnitts des erfindungsgemäßen Plastifizierzylinders der Innen­ zylinder ohne weiteres Längendehnungen aufgrund von Temperatur­ schwankungen folgen kann, denen der Außenzylinder aufgrund seiner erheblich größeren Wärmekapazität in diesem Maße nicht ausgesetzt ist.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist außerhalb des Bereiches des Schneckenvorraumes zwischen dem Innen­ zylinder und dem Außenzylinder eine Ringkammer ausgebildet. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß der Wärmeübergang zwischen dem Innenzylinder und dem Außenzylinder erheblich verringert ist, so daß der Innenzylinder den momentanen Temperaturänderungen des plastifizierten bzw. des zu plastifizierenden Materials ohne weiteres folgen kann.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung hat die Ring­ kammer Anschlüsse für die Zufuhr eines strömenden Mediums. Dieses Medium kann einerseits ein Kühlmedium sein, beispiels­ weise Wasser, es ist auch möglich, ein Heizmedium einzusetzen, das vor der Inbetriebnahme der Spritzgießmaschine den Plasti­ fizierzylinder auf die Betriebstemperatur aufheizt.

Um einen innigen Kontakt der Heizelemente und Temperatur­ fühler mit dem Innenzylinder zu erzielen sind in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die auf der Außen­ wandung des Innenzylinders angeordneten Heizelemente und Temperaturfühler in einer auf den Innenzylinder aufge­ spritzten Metallschicht eingebettet.

In einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung hat der Innenzylinder in axialer Richtung verlaufende Nuten für die Anschlußleitungen der Heizelemente und/oder Temperaturfühler, so daß die Anschlußleitungen für die einzelnen Zonen zum Teil unter den Heizelementen und Temperaturfühlern der anderen Zonen hindurchgeführt sind.

In einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung münden in dem vom Bereich des Schneckenvorraums entlegenen End­ abschnitts des Innenzylinders die Nuten in einen Anschluß­ bereich für eine Steckverbindung, so daß die Heizelemente und Temperaturfühler bequem angeschlossen werden können.

In einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Außenzylinder auf den Innenzylinder aufgeschrumpft, so daß im Bereich des Schneckenvorraumes ein inniger Kontakt zwischen beiden Zylindern besteht und die unterschiedlichen Längenänderungen der beiden Zylinder gegeneinander im Be­ reich der Spielpassung liegen.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Außen­ zylinder unter einer Vorspannung stehend aufgeschrumpft, die etwa dem maximalen, von dem plastifizierten Material aufgebauten Gegendruck entspricht. Durch diese Maßnahmen werden im Bereich des Schneckenvorraumes die Heizelemente und Temperaturfühler keinen unzulässig hohen Drücken während des Betriebs der Spritzgießmaschine ausgesetzt.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die An­ schlußleitungen der Heizelemente und Temperaturfühler im Bereich des Schneckenvorraumes durch in axialer Richtung verlaufende Nuten unter den Heizelementen und Temperatur­ fühlern der anderen Zonen hindurchgeführt, eine Maßnahme, die nur dadurch möglich ist, daß heutzutage Heizelemente und Temperaturfühler extrem langer Lebensdauer auch unter hohen Einsatzbedindungen verfügbar sind.

In einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist im Bereich der Spielpassung zwischen dem Außenzylinder und dem Innenzylinder eine Dichtung angeordnet, so daß ohne weiteres als strömendes Medium ein flüssiges Medium, beispielsweise Wasser, Wärmeübertragungsöl und dgl. ver­ wendet werden kann.

Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand von Ausführungs­ beispielen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 den Plastifizierzylinder im Längsschnitt,

Fig. 2 den Innenzylinder im Längsschnitt,

Fig. 3 einen Schnitt gemäß a-b in Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt gemäß c-d in Fig. 2,

Fig. 5 einen Schnitt gemäß e-f in Fig. 2.

Fig. 1 zeigt den Plastifizierzylinder, der mit 1 bezeichnet ist im Längsschnitt.

Er besteht aus dem Außenzylinder 2 und dem Innenzylinder 3.

Der Innenzylinder und der Außenzylinder sind im Bereich des Schneckenvorraumes 4 fest durch Schrumpfen miteinander verbunden, während der vom Schneckenvorraum entlegene Schneckenabschnitt 5 als Spielpassung zwischen dem Innen­ zylinder und dem Außenzylinder ausgebildet ist. Dieser vom Schneckenvorraum entlegene Endabschnitt 6 des Innen­ zylinders ist gleitend von dem Außenzylinder geführt, weist weiterhin eine Ringnut 7 auf, in der ein Schnur­ ring 8 als Dichtung eingesetzt ist.

Der Bereich zwischen dem Schneckenvorraum und der Spiel­ passung zwischen dem Außenzylinder und dem Innenzylinder ist als Ringraum 8 ausgebildet, was, wie aus Fig. 1 in einfachster Weise dadurch erreicht wird, daß der Innen­ durchmesser des Außenzylinders größer ist als im Bereich des Schneckenvorraums. Der Außenzylinder weist Anschluß­ stutzen 9 und 10 für die Zufuhr bzw. Abfuhr eines Mediums auf, für das, falls es ein flüssiges Medium ist, die Dichtung 8 erforderlich ist.

Der in Fig. 1 vereinfacht dargestellte Innenzylinder ist in Fig. 2 mit seinen Einzelheiten dargestellt.

Seine Wandung 4 ist in vier Zonen 1′, 2′, 3′ und 4′ unterteilt, in denen die Heizelemente, die generell mit 12 bezeichnet sind, sowie die Thermoelemente 13 ange­ ordnet sind.

Die Heizelemente 12 sind in an sich bekannte wendelförmige Heizbänder, deren Anschlußleitungen in axialer Richtung verlaufen. Zu diesem Zwecke sind in der Wandung des Innen­ zylinders in axialer Richtung verlaufende Nuten 15, 16, 17 und 18 angeordnet, die diese Anschlußleitungen der Heizelemente, sowie weiterhin auch die Anschlußleitungen der Temperaturfühler aufnehmen, wobei die Anschlußleitungen der Heizelemente und der Temperaturfühler in den Nuten unter den Heizzonen 3′, 2′ und 1′ hindurchgeführt sind und zu einem Steckerteil, das schematisch mit 19 (vgl. Fig. 1) bezeichnet ist, zusammengeführt sind.

Die Heizelemente und Thermofühler sind in einer auf sie aufgespritzten Metallschicht, im vorliegenden Falle aufgespritzten Nickelschicht 20 eingebettet, die nach dem Aufbringen durch Schleifen fein bearbeitet wird.

Anschließend wird der Heizzylinder mit seinen eingebetteten Heizelementen und Temperaturfühlern mit dem Außenzylinder durch Schrumpfen im Bereich des Schneckenvorraumes ver­ bunden.

Hierbei wird so vorgegangen, daß der Außenzylinder unter einer derartigen Vorspannung stehend aufgeschrumpft wird, die etwa dem maximalen, von dem plastifizierten Material aufgebauten Gegendruck entspricht.

Claims (10)

1. Plastifizierzylinder für Spritzgießmaschinen zum Verarbei­ ten von plastifizierbarem Material, der in Heiz- und/oder Kühlzonen unterteilt ist, Heizelemente und Temperaturfühler aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Plastifizierzylinder (1) einen Außenzylinder (2) und einen Innenzylinder (3) aufweist, die beiden Zylinder im Bereich des Schneckenvorraumes fest miteinander verbunden sind, der Innenzylinder die Heizelemente und die Temperaturfühler aufweist, und der vom Schneckenvorraum entlegene Endabschnitt des Außenzylinders eine Spiel­ passung für den Innenzylinder aufweist.

2. Plastifizierzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb des Bereiches des Schneckenvorraumes zwischen dem Innenzylinder und dem Außenzylinder eine Ringkammer (8) ausgebildet ist.

3. Plastifizierzylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer Anschlüsse (9, 10) für die Zufuhr eines strömenden Mediums hat.

4. Spritzzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Außenwandung des Innenzylinders angeordne­ ten Heizelemente und Temperaturfühler in einer auf den Innenzylinder aufgespritzten Metallschicht eingebettet sind.

5. Spritzzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenzylinder in axialer Richtung verlaufende Nuten (15, 16, 17, 18) für die Anschlußleitungen der Heizelemente (12) und/oder Temperaturfühler (13) hat.

6. Spritzzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten in dem vom Bereich des Schneckenvorraumes entlegenen Endabschnitt des Innenzylinders in einen An­ schlußbereich für eine Steckverbindung münden.

7. Spritzzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenzylinder auf den Innenzylinder aufgeschrumpft ist.

8. Spritzzylinder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenzylinder unter einer Vorspannung stehend aufge­ schrumpft ist, die etwa dem maximalen, von dem plastifizier­ ten Material aufgebauten Gegendruck entspricht.

9. Spritzzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 8, daß die Anschlußleitungen der Heizelemente und Temperatur­ fühler im Bereich des Schneckenvorraumes durch in axialer Richtung verlaufende Nuten unter den Heizelementen und Temperaturfühler der anderen Zonen hindurchgeführt sind.

10. Spritzzylinder nach einem der Ansprüch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Spielpassung zwischen dem Außenzylinder und dem Innenzylinder eine Dichtung (8) angeordnet ist.