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Rückstroffimsperre an Schnecken-Spritzqießmaschinen
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Die Erfindung betrifft eine Rückströmsperre am Schneckenkopf von Schnecken-Spritzgießmaschinen,
bei denen die Förderung des Gießmaterials in einen Sammelraum vor dem Schneckenkopf
durch Drehung der Schnecke und das Einspritzen des Gießmaterials durch eine Axialbewegung
der Schnecke erfolgt, mit einem auf dem Schneckenkopf gleitend beweglichen Druckring,
der mit seiner Außenfläche dichtend an der Zylinderinnenwand geführt ist und an
seiner Innenfläche einen Durchlaß für das Gießmaterial bildet, welcher in Abhängigkeit
von der Stellung des Druckringes für den Durchfluß des Gießmaterials geöffnet oder
gesperrt ist.
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Rückströmsperren der vorstehend geschilderten Art sind in vielfältiger
Ausführung bekannt (vgl. z.B. DE-OS 25 18 219). Bei diesen bekannten Rückströmsperren
ist der Druckring mit seiner Außenfläche an der Zylinderwand geführt und in seinem
Innendurchmesser gegenüber dem abgesetzt ausgebildeten Schneckenkopf so bemessen,
daß ein den Durchlaß für das Gießmaterial bildender Ringspalt entsteht. Der Druckring
ist zwischen zwei Anschlägen, die durch Bunde oder Schultern an der Schnecke bzw.
am Schneckenkopf gebildet werden, axial verschiebbar, wobei der hintere Anschlag
als Dichtfläche ausgebildet ist. Während der Schneckenrotation, durch die eingezogenes
Material, sei es Kunststoffmaterial oder keramische Masse, durch die Schneckengänge
nach vorne
in den Sammelraum vor den Schneckenkopf gefördert wird,
wobei bei Kunststoffmaterial die notwendige Plastifizierung und Homogenisierung
stattfindet, wird der Druckring in einem durch den Förderdruck der Schnecke und
den Staudruck im Sammelraum bestimmten Gleichgewichtszustand nahe dem vorderen Anschlag
gehalten, sodaß der Durchlaß während dieser Phase des Einspritzzylklus freigehalten
ist. Führt dagegen die Schnecke zum Zweck des Einspritzens eine Axialbewegung aus,
so wird ebenfalls aufgrund des kurzzeitig zurückströmenden Gießmaterials und des
Staudruckes vor dem Schneckenkopf der Druckring nach hinten geschoben, sodaß er
zur Anlage an die Dichtfläche gelangt und den Durchlaß versperrt.
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Es sind bereits verschiedene Ausgestaltungen vorgeschlagen worden,
um einerseits die Schließzeit der Rückströmsperre möglichst gering zu halten, damit
eine Rückströmung aus dem Sammelraum in die Schneckengänge weitgehend unterbunden
werden kann, andererseits aber den Durchlaß so zu bemessen, daß möglichst geringe
Strömungswiderstände für das durchströmende Gießmaterial auftreten. Es ist bisher
jedoch nicht gelungen, diese Forderungen in wünschenswertem Masse voll zu erfüllen.
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Ein weiteres Problem der bekannten Rückströmsperren der hier behandelten
Art besteht darin, daß infolge der Gleitreibung zwischen der vorderen Stirnfläche
des Druckringes und dem vorderen Anschlag am Schneckenkopf während der Förderphase
der Schnecke ein nicht unbeträchtlicher Verschleiß auftritt, der dazu führt, daß
das den vorderen Anschlag bildende Formteil des Schneckenkopfes und der Druckring
von Zeit zu Zeit ausgewechselt werden müssen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rückströmsperre der
eingangs geschilderten Art vorzuschlagen, mittels der jegliche Rückströmung von
Gießmaterial zu Beginn des Einspritzhubes der Schnecke vermieden werden kann, ohne
daß nachteilig enge Strömungsquerschnitte für das Gießmaterial in Kauf genommen
werden müssen. Erfindungsgemäß
wird diese Aufgabe dadurch gelöst,
daß der Durchlaß sich nur über einen Teil des Innenumfanges des Druckringes erstreckt
und der Druckring auf dem Schneckenkopf in zwei Drehstellungen einstellbar ist,
in deren einer der Durchlaß zu einem im Schneckenkopf gebildeten weiteren Durchlaß
hin offen ist und in deren anderer der Druckring den weiteren Durchlaß im Schneckenkopf
versperrt.
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Die Erfindung löst sich mit dieser Gestaltung der Rückströmsperre
völlig von dem Prinzip der bekannten Rückströmsperren, das eine axiale Verschiebbarkeit
des Druckringes zum Zweck der Abdichtung aufgrund der beim Spritzhub einsetzenden
Drosselwirkung des Gießmaterials voraussetzt. Vielmehr ist der Druckring axial unverschieblich
auf dem Schneckenkopf gehalten und kann eine begrenzte Drehbewegung zwischen zwei
Drehstellungen ausführen, in denen der an seiner Innenfläche vorgesehene Durchlaß
mit einem weiteren Durchlaß des Schneckenkopfes entweder korrespondiert oder diesen
verschließt. Der Druckring führt somit während der Förderphase der Schnecke deren
Drehbewegung mit aus, wobei er aufgrund der zwischen seiner Außenfläche und der
Zylinderinnenwand auftretenden Reibung in der Drehstellung gehalten wird, in der
das Gießmaterial freien Durchtritt durch die Durchlässe an Druckring und Schneckenkopf
hat. Am Ende dieser Förderphase führt nun die Schnecke programmgesteuert eine kurze
Rückdrehung aus, durch die der Druckring relativ zum Schneckenkopf in Umfangsrichtung
soweit verdreht wird, daß er die zweite Drehstellung einnimmt, in der der Durchlaß
im Schneckenkopf verschlossen ist. Das Ausmaß der Rückdrehung kann sehr klein sein,
da es lediglich erforderlich ist, den Durchlaß des Druckringes außer Korrespondenz
mit dem weiteren Durchlaß im Schneckenkopf zu bringen, was je nach der Erstreckung
der Durchlässe in Umfangsrichtung schon nach einem Winkelweg von 60 bis 900 der
Fall sein kann.
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Die programmgesteuerte Rückdrehung der Schnecke bringt somit keinen
ins Gewicht fallenden Zeitverlust im Arbeitszyklus mit sich.
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Erst anschließend an die Rückdrehung führt die Schnecke dann den Spritzhub
aus. Da zu diesem Zeitpunkt unabhängig von irgendeiner Rückströmung des Gießmaterials
die Rückströmsperre bereits verschlossen ist, kann keinerlei Rückströmverlust auftreten,
der zu Veränderungen des Schußgewichts führt.
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Ein weiterer Vorteil der Rückströmsperre nach der Erfindung besteht
darin, daß während der Förderphase der Schnecke zwischen den Stirnseiten des Druckringes
und den Führungsflächen des Schneckenkopfes keine Relativbewegung auftritt, sodaß
der zu diesem Zeitpunkt auf dem Druckring durch das Gießmaterial ausgeübte Druck
nicht zu dem gefürchteten Verschleiß führen kann. Die zwischen, der Außenfläche
des Druckringes und der Zylinderinnenwand vorhandene Gleitreibung ist deshalb unproblematisch,
weil radial praktisch keine Druckbelastung auf diese Flächen wirkt und die spezifische
Flächenpressung aufgrund der im Vergleich zu den Stirnflächen erheblich grösseren
Außenfläche gering ist.
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Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
daß der Durchlaß an der Innenfläche des Druckringes sich nur über einen Teil der
axialen Länge des Druckringes erstreckt und zumindest an seinem dem weiteren Durchlaß
im Schneckenkopf zugewendeten Ende strömungsgünstig geformt ist. Grundsätzlich ist
es möglich, den Durchlaß an der Innenfläche des Druckringes axial durchlaufend auszubilden,
da in der Drehstellung, in der der weitere Durchlaß im Schneckenkopf verschlossen
ist, beide Enden des Durchlasses im Druckring den axialen Gleitflächen am Schneckenkopf
gegenüberliegen. Die vorstehend genannte bevorzugte Ausführung ist jedoch deshalb
günstiger, weil dadurch Toträume im Durchlaß des Druckringes vermieden werden.
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Der im Druckring ausgebildete Durchlaß kann entweder durch eine oder
mehrere Axialnuten in der Innenfläche des Druckrings gebildet sein. Es ist aber
auch denkbar, ihn als eine oder mehrere von der Innenfläche bis zur Außenfläche
des Druckringes durchgehende Ausnehmung auszubilden. In letzterem Fall steht eine
besonders grosse Eintrittsöffnung in den weiteren Durchlaß des Schneckenkopfes zur
Verfügung und die Umlenkung des Gießmaterials vollzieht sich weniger abrupt.
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Auch bezüglich der Lage des Durchlasses im Druckring einerseits und
des weiteren Durchlasses im Schneckenkopf andererseits gibt es verschiedene Möglichkeiten.
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So ist nach einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß der
Durchlaß im Druckring sich ausgehend von dem der Schneckenspitze abgewendeten Ende
des Druckringes über einen Teil der axialen Länge des Druckringes erstreckt und
der weiteren Durchlaß im Schneckenkopf sich in der Offenstellung zumindest teilweise
axial mit dem Durchlaß überdeckt und zur Schneckenspitze führt. Bei dieser Ausführung
erfährt das Gießmaterial nur eine einmalige Umlenkung, da der weitere Durchlaß im
Schneckenkopf geradlinig in Form von Kanälen oder dgl. bis zur Schneckenspitze geführt
werden kann. Es ist aber auch denkbar, den Durchlaß im Druckring ausgehend von dessen
der Schneckenspitze zugewendeten Ende über einen Teil der axialen Länge verlaufen
zu lassen, sodaß der im Schneckenkopf vorgesehene weitere Durchlaß an dem der Schneckenspitze
abgewendeten Ende des Druckringes beginnt. Auch hierbei überdecken sich selbstverständlich
aie beiden Durchlässe in der Drehstellung des Druckringes, die der Offenstellung
entspricht.
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Die beiden Drehstellungen des Druckringes werden auf einfache Weise
durch Anschläge festgelegt. In einer einfachen Ausführungsform können diese Anschläge
durch die Enden einer umfänglich verlaufenden Nut gebildet sein, in die
ein
Stift eingreift. Nut bzw. Stift sind an Druckring und Schneckenkopf oder umgekehrt
vorgesehen. Die Umfangsnut kann sowohl an den Umfangsflächen als auch an den einander
gegenüberliegenden axialen Stirnflächen von Schneckenkopf bzw. Druckring vorgesehen
sein. Die geeignete Anordnung ergibt sich in Abhängigkeit von der Gestaltung des
Schneckenkopfes so, daß die einfachste Montage möglich ist. Die Länge der Umfangsnut
muß in jedem Fall so groß sein, daß in der durch das Anschlagen des Stiftes an ihrem
Ende bestimmten Drehstellung der Druckring auch tatsächlich den weiteren Durchlaß
im Schneckenkopf mit dem geschlossenen Teil seiner Innenfläche verschließt.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbcispiele anhand der beiliegenden Zeichnungen
sowie aus weiteren Unteransprüchen. In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 einen schematischen
Längsschnitt durch den Schneckenkopf einer Schnecken-Spritzgießmaschine mit einem
Teil der Zylinderwandung; Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie II-II in Fig.
1 mit Blickrichtung zur Schneckenspitze; Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie
III-III in Fig. 1 mit Blickrichtung zur Schneckenspitze; Fig. 4 einen Schnitt längs
der Linie IV-IV mit Blickrichtung zum Schneckenende. und Fig. 5 einen zu Fig. 1
analogen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform.
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Eine Schnecke 1 ist in einem Spritzzylinder 2 einer nicht dargestellten
Spritzgießmaschine drehbar und axial verschiebbar gelagert. In dem Schneckenkopf
3 ist eine Gewinderbohrung 4 ausgebildet, in welche ein die Schneckenspitze bildendes
Formteil 5 eingeschraubt ist und gegen Lösung gesichert ist.
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Der Schneckenkopf 3 ist bis zu seiner vorderen Stirnfläche abgesetzt
und bildet eine Schulter 6. Das Formteil 5 ist in seinem Durchmesser so bemessen,
daß sich fluchtend mit der vorderen Stirnfläche des Schneckenkopfes 3 eine weitere
Schulter 7 ergibt.
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In dem abgesetzten Teil des Schneckenkopfes 3 zwischen den Schultern
6 und 7 sind diametral gegenüberliegende Längsnuten 8 von etwa rechteckigem Querschnitt
mit gerundeten Kanten ausgebildet, die die vordere Stirnfläche des Schneckenkopfes
3 durchsetzen und in Durchströmkanäle 9 des die Schneckenspitze bildenden Formteiles
5 münden.
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Die Durchströmkanäle 9 sind zwischen radialen Stegen des Formteiles
5 ausgebildet und erweitern sich zur Schneckenspitze hin.
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Zwischen den durch die Schultern 6 und 7 gebildeten Gleitflächen ist
in Umfangsrichtung begrenzt drehbar ein Druckring 1o angeordnet, der mit seiner
Außenfläche in gleitender Abdichtung an der Innenwand des Zylinders 2 geführt ist.
Auch die Innenfläche des Druckringes lo bildet eine gleitende Abdichtung gegenüber
der abgesetzten Fläche des Schneckenkopfes 3. Von dem Ende des Druckringes 10 aus,
das der Schneckenspitze abgewendet ist, erstrecken sich zwei diametral gegenüberliegende
Ausnehmungen 11 über etwa die Hälfte der Länge des Druckringes lo nach vorn. Die
Breite der Ausnehmungen 11 entspricht etwa derjenigen der Nuten 8. Das vordere Ende
der Ausnehmungen 11 ist in Strömungsrichtung abgeschrägt, um eine möglichst sanfte
Umlenkung des Gießmaterials zu bewirken.
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Wie sich aus Fig. 4 ergibt, ist in die vordere Stirnfläche des Druckringes
10 eine sich umfänglich erstreckende Nut 12 eingearbeitet, in die ein in die vordere
Stirnfläche des Schneckenkopfes 3 eingesetzter Stift 13 radial hineinragt. Die Nut
12 erstreckt sich über einen Bogen von etwa 700. Ihre Enden bilden Anschläge für
den Stift 13, sodaß
hierdurch zwei Drehstellungen des Druckringes
10 fixiert sind. In der in der Zeichnung dargestellten Drehstellung liegen die Ausnehmungen
11 des Druckringe 1o über den Nuten 8 im Schneckenkopf 3, sodaß eine Verbindung
zwischen den Schneckengängen und dem vor der Schneckenspitze liegenden Sammelraum
besteht. In der um 7 entsprechend der Länge der Nut 12 in Umfangsrichtung verdrehten
Drehstellung des Druckringes 1o überdecken dagegen die zwischen den Ausnehmungen
11 befindlichen geschlossenen Innenflächen des Druckringes die Nuten 8 ulld sperren
diese gegenüber den Schneckengängen ab.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Rückströmsperre ist folgende:
Während der Förderphase der Schnecke 1, in der Gießmaterial durch die Schneckengänge
in den vor der Schneckenspitze liegenden Sammelraum gebracht wird, dreht sich die
Schnecke in Pfeilrichtung (Fig. 4). Der Druckring 10 wird infolge Anlage des Stiftes
13 am Ende der Umfangsnut 12 in Drehrichtung der Schnecke 1 mitgenommen und gleitet
somit während der Förderphase mit seiner Außenfläche an der Innenwand des Zylinders
2. Dadurch ist gewährleistet, daß die in der Zeichnung dargestellte Drehstellung
des Druckringes lo stets beibehalten wird, sodaß das Gießmaterial durch die Ausnehmungen
11 in die Nuten 8 eintreten und durch die Druchströmkanäle 9 zum Sammelraum gelangen
kann. Ist eine ausreichende Menge Gießmaterial im Sammelraum vorhanden, so vollführt
die Schnecke programmgesteuert eine Rückdrehung entgegen der Pfeilrichtung (Fig.
4), deren deren Winkelweg mindestens 70 beträgt. Da auch hierbei der Druckring 1o
infolge der an seiner Außenfläche auftretenden Reibung gegenüber der Zylinderwandung
in Ruhe bleibt, verstellt er sich relativ zum Schneckenkopf 3 in die andere Extremstellung,
in der der Stift 13 am gegenüberliegenden Ende der Umfangsnut 12 zur Anlage gelangt.
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In dieser Drehstellung besteht keine Verbindung zwischen den Ausnehmungen
11 und den Nuten 8 mehr. Diese sind vielmehr
durch die geschlossenen
Innenflächen des Druckringes abgedichtet. Nunmehr vollzieht die Schnecke programmgesteuert
ihren Eirspritzhub. Dieser findet ohne jegliche Rückströmung von Gießmaterial durch
die Nuten 8 statt, weil diese von dem Druckring 10 versperrt sind.
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Anschließend an den Einspritzvorgang beginnt die Schnecke wieder ihre
Rotation, um Gießmaterial nach vorne in den Sammelraum zu fördern. Aufgrund dieser
Rotation bewegt sich der Stift 13 wieder in die in Fig. 4 gezeigte Stellung, in
der der Druckring lo von dem Schneckenkopf bei der Drehung mitgenommen wird und
die Nuten 8 im Schneckenkopf 3 für den Durchtritt von Gießmaterial freiliegen.
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Die Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem kein den Schneckenkopf
bildendes Formteil 5 vorgesehen ist.
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Der Schneckenkopf 5' verjüngt sich vielmehr ausgehend von dem Durchmesser
des Absatzes, auf dem der Druckring lo' drehbeweglich angeordnet ist, zu einer Spitze.
Es wird dadurch allenfalls an der der Schneckenspitze abgewendeten Seite des Druckringes
lo' eine Schulter geschaffen, an der der Druckring 1o' bei der Drehbewegung gleiten
kann. Die axiale Fixierung des Druckringes 1O' erfolgt bei dieser Auführungsform
zugleich durch die in Fig. 5 nicht erkennbare Nut/Stift-Verbindung 12, 13, wobei
der Stift 13 zugleich gegebenenfalls axial wirkende Kräfte aufzunehmen hat und dadurch
eine Axialverschiebung des Druckringes 10' verhindert. Es ist zweckmässig, bei dieser
Ausführungsform die Nut/Stift-Verbindung 12, 13 doppelt vorzusehen, d.h. diametral
gegenüber je eine Nut/Stift-Verbindung, um die notwendige Festigkeit zu bewirken
und eine symmetrische Axialabstützung des Druckringes lo' zu erreichen. Es kann
im übrigen daran gedacht werden, anstelle einer Schulter an dem der Schneckenspitze
abgewendeten Ende des Druckringes 1O dort ebenfalls eine Nut/Stift-Verbindung zur
axialen Festlegung und zur Bestimmung
der beiden Drehstellungen
des Druckringes 10' vorzusehen.
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Wie sich aus Fig. 5 ergibt, verlaufen von dem der Schneckenspitze
abgewendeten Ende des Druckringes lo' ausgehend die darin vorgesehenen Ausnehmungen
11' über etwa die Hälfte der Länge des Druckringes lo' und weisen die Form von nur
auf der Innenfläche des Druckringes 10 vorgesehenen Nuten auf. Diese Ausnehmungen
11' stehen in der einen Drehstellung des Druckringes 1o' in Übereinstimmung mit
in der Schnecke selbst vorgesehenen Axialnuten 8', die in der kegeligen Schneckenspitze
auslaufen.
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Die Wirkungsweise der Ausführungsform gemäß Fig. 5 entspricht derjenigen,
die in Zusammenhang mit der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 4 geschildert worden
ist.
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Im Rahmen der Erfindung können verschiedene Abweichungen von den in
den Ausführungsbeispielen gezeigten Konstruktionen erfolgen. So erweist es sich
z.B. als zweckmässig, in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 den Druckring 1o mit
einem gewissen Axialspiel, z.B. von 1 mm, zwischen den Schultern 6 und 7 zu lagern.
Durch dieses Axialspiel wird der Druckring 10 beim Übergang von der Förderphase
zur Schußphase und umgekehrt axial um das Spiel verschoben und an die Schultern
6, 7 angepresst. Dadurch wird an den Schultern 6 und 7 befindliche Schmelze, die
sich dort abgesetzt hat, stets weggepresst, sodaß es zu einer ständigen Erneuerung
kommt und Rückstände, Verbrennungen und dgl. vermieden werden.
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