DE4414582C1 - Konische Mischschnecke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine konische Mischschnecke gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Schnecken und Vorrichtungen, in denen diese Schnecken eingesetzt sind, sind lange bekannt, z. B. aus der DE 37 30 782 C1.

Sie dienen dazu, die Einzelkomponenten der zwei- oder mehrkompo­ nentigen Kunstharzsysteme sowohl miteinander zu vermischen als auch die entstandenen Gemische aus der Mischkammer in eine Spritzgießform zu fördern. Zum Vermischen der Einzelkomponenten ist die Querschnittsform der einzelnen Gänge der Mischschnecke besonders ausgebildet. Die Mischschnecke weist gegenüber der In­ nenwand der Mischkammer ein bestimmtes Spiel bzw. eine Spalt­ breite auf. So wurde festgestellt, daß bei der Verwendung von Polyurethankunstharz nur ein optimaler Mischeffekt dann erreich­ bar ist, wenn diese Spaltbreite etwa 0,1 mm beträgt. Dadurch, daß sich die Mischschnecke schneller dreht als das Material durch die Förderwirkung ausgetragen werden kann, wird erreicht, daß während des Förderns immer ein Teil der Mischung von einem Gang durch den engen Spielraum zwischen der Außenwand der Misch­ schnecke und der Innenwand der Mischkammer zu dem nachfolgenden Gang zurückfließt, wodurch es zu dem Mischeffekt kommt.

Die Polyurethankomponenten, also Isocyanat und Polyol, werden jeweils über Ventile und Düsenbohrungen der Mischkammer, die in diesem Bereich zylinderförmig ausgebildet ist, zugeführt. In der Offenstellung der Ventile steht das Mundstück der Mischkammer gegen die Mündung der zugeordneten Angußbohrung einer Spritz­ gießform an. Eine dosierte Menge des Gemisches aus Isocyanat und Polyol wird jeweils der Mischkammer zugeführt, von der Schnecke gemischt und über den Angußkanal in den betreffenden Formhohl­ raum zur Bildung des Formteils gefördert.

Anschließend werden die Ventile in ihre Sperrstellung und die Vorrichtung außer Eingriff mit der betreffenden Form gebracht.

Während der Zeit, in der die Vorrichtung außer Eingriff mit der Arbeitsstation ist, schleudert die Schnecke mit hohen Drehzahlen auf ihren Stegen und dazwischen befindliches restliches Gemisch auf die Innenwandung des Zylinders, wobei jedoch in der Praxis eine geringe Restmenge auf den Schneckenstegen und zwischen ih­ nen verleibt. Das auf die Innenwandung der Mischkammer geschleu­ derte Gemisch bildet einen Film, der in den aufeinanderfolgenden Takten zum Herstellen weiterer Formteile dicker wird, und zwar solange, bis seine Dicke maximal der Spaltweite zwischen der In­ nenwandung des Mischzylinders und der Schnecke entspricht.

Im allgemeinen ist es üblich, die Schnecke und den Mischzylinder mit einer Lösung, die das zu Polyurethan ausreagierte Gemisch löst, zu reinigen. Es ergeben sich jedoch insoweit schwerwie­ gende Nachteile, da stets - wenn auch nur geringfügige - Rest­ mengen des Lösungsmittels in der Vorrichtung verbleiben, die dann mit Isocyanat und Polyol in den darauffolgenden Mischtakten vermischt werden, wodurch die Qualität der hergestellten Form­ teile nachteilig beeinflußt werden kann. Aus diesem Grunde wird die Mischschnecke konisch ausgebildet, zumindest über einen Teil ihrer Länge, und entsprechend ist auch die Mischkammer analog zum Verlauf der Mischschnecke zur Austragsseite hin konisch ver­ jüngt. Dabei ist die Schnecke in der Mischkammer axial ver­ schiebbar ausgebildet. Sobald der auf der Innenwandung des Mischzylinders sich bildende Film aus ausreagiertem Polyurethan die Spaltbreite zwischen der Schnecke und der Mischkammerinnen­ wand praktisch auf Null verringert hat, wird durch ein axiales Verschieben der Schnecke in Austragsrichtung der Polyurethanfilm durch die Schneckenstege abgetragen und ins Freie ausgetragen, und zwar während der Zeit, in der die Vorrichtung außer Eingriff mit den Arbeitsstationen steht. Dieses mechanische Beseitigen des Polyurethanfilms auf der Innenwandung des Zylinders erfolgt in regelmäßigen Zeitabständen.

Es läßt sich jedoch nicht vermeiden, daß stets geringe Mengen an zu Polyurethan ausreagierendem Gemisch auf den Schneckenstegen verbleibt, so daß es trotzdem, wenn auch in größeren Inter­ vallen, von Zeit zu Zeit erforderlich ist, entweder mit einem Lösungsmittel die Schnecke in der Vorrichtung zu reinigen oder, um die oben dargelegten Nachteile durch die verbleibenden Rest­ mengen an Lösungsmitteln zu vermeiden, die Schnecke auszubauen und sorgfältig nicht nur von dem ausreagierten Polyurethan zu reinigen, sondern etwaige Reste des Lösungsmittels zu entfernen und anschließend die Schnecke wieder einzubauen.

Um zu vermeiden, daß sich das ausreagierte Gemisch überhaupt auf der Schneckenoberfläche festsetzt, hat man zunächst versucht, die Oberfläche der Schnecke möglichst glatt zu polieren oder aber zu beschichten, beispielsweise mit einer Keramikschicht. Es wurden auch Versuche mit Teflonbeschichtungen bzw. mit Schnecken aus Vollkeramik durchgeführt. Obwohl die Keramik-Lösungen eine gewisse Verbesserung gegenüber reinen Stahlschnecken aufweisen, waren die Ergebnisse nicht befriedigend.

Darüber hinaus setzt das hohe Gewicht der Stahlschnecken bzw. der keramikbeschichteten Stahlschnecken durch starke Unwuchten den Drehzahlen beim Reinigen der Schnecke, wenn also durch be­ sonders hohe Drehzahlen das auf der Schnecke befindliche Mate­ rial auf die Mischkammerwand abgeschleudert wird, Grenzen. Ange­ strebt werden Drehzahlen im Bereich von 18 000 1/min, die jedoch mit den vorbekannten Schnecken nicht erreicht werden konnten. Außerdem ist es infolge dieser Unwuchten lediglich möglich, durch axiales Verschieben der Schnecke für das Abtragen des Polyurethanfilms von der Mischkammerwand eine Annäherung zu erreichen, die unzureichend ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Misch­ schnecke der eingangs genannten Art so auszubilden, daß zum einen hohe Drehzahlen bei ausreichender Lauf ruhe erreichbar sind und zum anderen ein Anhaften von ausreagiertem Gemisch auf der Schneckenoberfläche praktisch verhindert wird.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegen­ stand der Unteransprüche.

Dadurch, daß für die Herstellung der Schnecke eine Leichtmetall- Legierung verwendet wird, ergeben sich gegenüber den bisher üb­ lichen Stahlschnecken mit und ohne Beschichtung entscheidende Vorteile.

Zunächst einmal ist die erhebliche Gewichtsreduzierung zu nen­ nen. Da somit auch die träge Masse geringer ist als bei Stahl­ schnecken, lassen sich mit Schnecken der erfindungsgemäßen Art problemlos hohe Drehzahlen (beim Reinigungsvorgang werden 18 000 1/min angestrebt) erreichen. Das ist mit den bisher benutzten Stahlschnecken nicht möglich. Obwohl der Stand der Technik Dreh­ zahlen bis zu 20 000 1/min vermeldet, können aufgrund der nicht zu vermeidenden Unwuchten, die aber bei den geringer gewichtigen Leichtmetallschnecken weniger ins Gewicht fallen, gerade 15 000 1/min sicher erreicht und gefahren werden. Das hat damit zu tun, daß zum einen die vorhandenen Antriebe nicht in der Lage sind, die schweren Stahlschnecken auf diese Umdrehungszahl zu be­ schleunigen, und zum anderen damit, daß die erheblichen Unwuch­ ten zu starken Vibrationen führen, die zum einen die Lager in Mitleidenschaft ziehen und zum anderen zur Materialermüdung in der Schnecke selbst führen. Die erfindungsgemäßen, leichtgewich­ tigen Schnecken können somit gleichmäßiger und vibrationsärmer laufen, wodurch die Lebensdauer der gesamten Mischvorrichtung erhöht wird. Zum anderen kann eine derartig gleichmäßig und vi­ brationsarm laufende Schnecke näher an die Mischkammerwand herangefahren werden, ohne daß befürchtet werden muß, daß es zu metallischen Berührungen zwischen Schnecke und Kammerwand kommt.

Da daher eine dickere anhaftende Schicht von ausreagiertem Po­ lyurethan pro Reinigungsvorgang von der Kammerwand entfernt wer­ den kann, verlängert sich der Zeitraum zwischen zwei Reinigungs­ vorgängen, so daß der Produktionsablauf erheblich weniger ge­ stört wird. Gleichfalls verlängert sich der Zeitraum zwischen zwei Generalreinigungen, bei denen die Schnecke ausgebaut werden muß.

Beim zweiten großen Vorteilskomplex sind die vorzüglichen Ober­ flächenbehandlungs- bzw. -beschichtungsmöglichkeiten von Leicht­ metallschnecken zu nennen.

So lassen sich Körper aus Aluminiumlegierungen problemlos ver­ chromen oder vernickeln, wodurch Oberflächen erzielt werden, die gute Antihafteigenschaften aufweisen.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist allerdings als Schneckenmaterial eine Titanlegierung vorge­ sehen. Derartige Titanlegierungen, beispielsweise hat sich eine solche mit der Werkstoffnummer RT 15/3.7035 als besonders ge­ eignet erwiesen, weisen bei einem Drittel des Gewichts einer Stahlschnecke gleiche Festigkeitseigenschaften auf.

Ein wesentlicher Vorteil dieses Werkstoffs liegt darin, daß sich nach z. B. spanender Bearbeitung (die Schnecken werden aus dem Vollmaterial gefertigt) auf der Oberfläche durch Reaktion mit dem Luftsauerstoff eine Oxidschicht bildet, die bereits ohne weitere Bearbeitung so glatt ist, daß sie erheblich weniger An­ griffspunkte für anhaftendes Polyurethan bietet als polierte Stahloberflächen. Es hat sich herausgestellt, daß derartige Oberflächen auch den Keramikbeschichtungen überlegen sind. Die Folge ist eine erheblich längere Standzeit (bis zur doppelten Zeit) und damit auch eine erheblich längere Produktionszeit der Maschine.

Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand eines Ausführungsbei­ spiels näher erläutert.

Die Figur zeigt schematisch einen Schnitt durch ein Ausführungs­ beispiel der Erfindung. In dieser Figur ist mit 1 der Zylinder bezeichnet, in dem sich die Mischkammer befindet. Die Mischkam­ mer weist im Mündungsbereich zum nicht dargestellten Angußkanal einer Spritzgußform einen konischen Abschnitt 2 und auf der vom Mündungsbereich abgelegenen Seite des konischen Abschnittes einen zylindrischen Abschnitt 3 auf, in den Bohrungen 4 und 5 hineinreichen, über die über nicht eingezeichnete Düsen Isocya­ nat bzw. Polyol zugeführt wird. Die Schnecke 7 weist ebenfalls im Mündungsbereich einen konischen Abschnitt 6 auf, an den sich ebenfalls auf der vom Mündungsbereich abgelegenen Seite ein zylindrischer Abschnitt und daran die Welle 8 der Schnecke 7 an­ schließt, die in der Führung 8′ frei drehbar gelagert und mit ihr axial verschiebbar ist. Zu diesem Zweck ist die Welle 8 der Schnecke 7 in den beiden Lagern 9 und 10 gelagert. Diese sind in einem Zylinderabschnitt 11 angeordnet, der ein Außengewinde 12 aufweist. Dieses steht mit dem Innengewinde 13 des Zylinderab­ schnitts 3 in Eingriff. Über das Antriebsrad 13′ wird die Schnecke in Rotation versetzt, während ein Abtriebsritzel 14 ei­ nes nicht dargestellten Antriebes mit einem Ritzel 15 kämmt, das mit dem Zylinderabschnitt 11 verbunden ist und die axiale Ver­ schiebung der Schnecke vornimmt. Die Oberfläche der Schnecke 7 ist mit einer Schicht 17 versehen. Diese Schicht 17 kann durch Verchromen bzw. Vernickeln erzeugt sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist jedoch diese Schicht eine Oxidschicht, die sich auf einer aus einer Titanlegierung bestehenden Schnecke 7 gebildet hat. Als Titanlegierung wird vorteilhafterweise die Legierung mit der Werkstoffnummer RT 15/3.7035 gewählt.

Claims (7)

1. Konische Mischschnecke zum Mischen von mindestens zwei flüs­ sigen, miteinander zu festen Körpern ausreagierenden Stoffen wie Polyol und Isocyanat und zum Fördern des Mischproduktes in den Formhohlraum einer Spritzgießmaschine, wobei die Schnecke in einer analog zum Schneckenkonus sich verjüngenden Mischkammer in axialer Richtung zwischen einer hinteren Misch- und Austragsstellung und einer vorderen Reinigungsstellung verschiebbar angeordnet ist und auf ihrer Oberfläche eine Antihaftschicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecke (7) aus einer Leichtmetall-Legierung be­ steht.

2. Konische Mischschnecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecke (7) aus einer Aluminium-Legierung besteht.

3. Konische Mischschnecke nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneckenoberfläche verchromt ist.

4. Konische Mischschnecke nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneckenoberfläche vernickelt ist.

5. Konische Mischschnecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecke (7) aus einer Titan-Legierung besteht.

6. Konische Mischschnecke nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Titan-Legierung die Legierung mit der Werkstoffnummer RT15/3.7035 verwendet wird.

7. Konische Mischschnecke nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antihaftschicht eine sich nach der Bearbeitung der Schnecke bildende Oxidschicht ist.