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DE2162709A1 - Injection moulding worm screw - provided at front end with mixing attachment to accelerate plasticising - Google Patents

Injection moulding worm screw - provided at front end with mixing attachment to accelerate plasticising

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DE2162709A1
DE2162709A1 DE19712162709 DE2162709A DE2162709A1 DE 2162709 A1 DE2162709 A1 DE 2162709A1 DE 19712162709 DE19712162709 DE 19712162709 DE 2162709 A DE2162709 A DE 2162709A DE 2162709 A1 DE2162709 A1 DE 2162709A1
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teeth
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shaft
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Wilhelm Dipl Ing Elbe
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Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
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Abstract

Injection moulding machine whose output is increased by accelerating the plasticising of the thermoplastics material has the front section of the rotary and axially slidable worm screw provided with an auxiliary mixing device formed by a diametrally reduced worm screw section furnished with peripheral, axially spaced rows of teeth and a bushing surrounding the section and provided with radially inwardly directed teeth which are disposed with axial clearance between the spaced rows of teeth.

Description

Bezeichnung: Schubschneckenmaschine D-ie Erfindung betrifft eine Schubschneckenmaschine, insbesondere zum Spritzgießen von Kunststoffen. Designation: pusher screw machine The invention relates to a Screw machine, in particular for injection molding of plastics.

Die bisher bekannten Schneckenmaschinen weisen entsprechend einer geometrischen Aufteilung der Schnecke eine Einzugszone, eine konische Kompressionszone und eine Ausstoßzone auf. Die Schnecke selbst läuft um ihre eigne Achse um und ist zusätzlich axial verschiebbar. Die Ausstoßzone hat unter anderem die Aufgabe, das angelieferte geschmolzene Formgut gleichmäßig zu erwärmen und zu homogenisieren.The previously known screw machines accordingly have a geometrical division of the screw a feed zone, a conical compression zone and an ejection zone. The snail itself revolves around its own axis and is can also be moved axially. The discharge zone has, among other things, the task of to heat and homogenize the delivered molten material evenly.

Den Forderungen nach thermischer und mechanischer Homogenität, die die Qualität des Produktes wesentlich bestimme#, stehen spezifische Eigenschaften der Polymerschmelzen z.B. die Strukturviskosität und niedrige Wärmeleitfähigkeit entgegen, die sowohl die gleichmäßige Erwärmung als auch die Durchmischung erschweren.The demands for thermal and mechanical homogeneity that The quality of the product essentially determines #, there are specific properties of polymer melts e.g. the structural viscosity and low thermal conductivity against, which complicate both the uniform heating and the mixing.

Eine Durchmischung der Formmasse kommt nur durch die sich zu einer Gesamtströmung überlagernden drei Strömungsprofile, nämlich die Schleppströmung, Druckströmung und Leckströmung zustande. Wegen der hohen Schmelzviskosität liegt immer eine laminare Scherströmung vor. A thorough mixing of the molding compound comes only through the one Three flow profiles superimposed on the overall flow, namely the wake flow, Pressure flow and leakage flow come about. Because of the high melt viscosity always a laminar shear flow.

Wegen der gegebenen Strömungsverhältnisse im Schneckenkanal ist die rnischwirkung der konventionellen Schnecke gering. Because of the given flow conditions in the screw channel, the Conventional snail has little effect on mixing.

Betrachtet man einen Querschnitt durch einen gefüllten SchneckenkanaL in der Ausstoßzone, so zeigt sich eine um den Kern der Formmasse zirkulierende Strömung. Hinzu kommt, daß bei laminarer Scherströmung kein ausreichender Stoffaustausch möglich ist. Durch diese Phänomene ergibt sich eine Minderung der thermischen und mechanischen Homogenität der Schmeize. Looking at a cross-section through a filled screw channel in the ejection zone, there is a flow circulating around the core of the molding compound. In addition, a laminar shear flow does not allow adequate mass transfer is. These phenomena result in a reduction in the thermal and mechanical Homogeneity of the melt.

Infolge der heute oft g#eforderten großen Durchsätze, die geringe Verweilzeiten der Formmasse in der maschine bedingen, gelangen oft auch noch nicht aufgeschmolzene Masseteilchen in die Ausstoßzone und beeinträchtigen ebenfalls die Qualität des Produktes. As a result of the high throughputs that are often required today, the low The dwell times of the molding compound in the machine are often not achieved melted mass particles in the ejection zone and also affect the Quality of the product.

Diese Umstände führten zur Entwicklung einer Vielzahl von mehr oder weniger aufwendigen Sonderbauformen der Schneckenausstoßzone, wobei im wesentlichen durch eine intensive Knet-, Scher- oder Waizwirkung die Homogenität der Schmeize verbessert werden soll. So gibt es Systeme mit im Bereich der Ausstoßzone vorgesehenen Stromaufteilungen durch Schlitzen von ein-- oder mehrgängigen, gleich- oder oegenläufig geschnittenen Schneckenstegen sowie mit Einbauten in den Schn#ckenkanälen.. mit diesen Bauarten wird zwar eine gewisse Verbesserung der Homogenität der Schmelze erzielt, doch ist diese noch nicht befriedigend, insbesondere bei schwer verarbeitbaren Formmassen. These circumstances led to the development of a variety of more or less complex special designs of the screw ejection zone, with essentially through an intense Kneading, shearing or Waiz effect the homogeneity the melt should be improved. There are systems in the area of the discharge zone intended flow divisions by slitting single or multiple, equal or continuously cut screw flights as well as with fixtures in the screw channels .. With these types of construction there is a certain improvement in the homogeneity of the melt achieved, but this is not yet satisfactory, especially with difficult to process Molding compounds.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schubschneckenmaschine zu schaffen, die eine über das bisher bekannte maß hinausgehende Verbesserung des Stoff- und Wärmeaustausches ermöglicht, eine schnelle Plastifizierung unaufgeschmolzener Anteile bewirkt und eine# wesentliche Qualitätsverbesserung der Schmelze herbeiführt.The invention is therefore based on the object of a screw conveyor machine to create an improvement in the Mass and heat exchange enables rapid plasticization of unmelted Causes proportions and brings about a # significant improvement in the quality of the melt.

Die Lösung der Aufgabe ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch mindestens eine mit der Schubschnecke axial verschiebbare und zusammenwirkende mischeinrichtung bestehend aus einem mit radialen Zähnen besetzten Abschnitt des Schubschneckenschaftes und einer diesen Abschnitt umgebenden, im Plastifizierzylinder längs geführten Büchse mit radial nach innen ragenden Zähnen, die gegenüber den Zähnen des Schubschneckenschaftes mit Spiel axial versetzt sind.The solution to the problem is characterized according to the invention by at least a mixing device that is axially displaceable and cooperating with the pusher screw consisting of a section of the screw shaft with radial teeth and a sleeve that surrounds this section and is guided lengthways in the plasticizing cylinder with teeth protruding radially inwards, opposite to the teeth of the pushrod shaft are axially offset with play.

mit dieser Ausführungsform wird ein intensiver mischprozeß erzielt, wobei die Formmasse vielfach aufgeteilt wird. Durch die sich ergebenden Teilströme werden durch abwechselnde Beschleunigungen und Verzögerungen zusammenhängende massebereiche, die unaufgeschmdzene. Teilchen sowie Zonen unterschiedlicher Temperatur, Viskosität, molekulargewichtes und Konzentration von Zuschlagstoffen enthalten können, zerrissen.With this embodiment, an intensive mixing process is achieved, whereby the molding compound is divided up many times. Through the resulting partial flows alternating accelerations and decelerations create related mass ranges, the unsanitary one. Particles as well as zones of different temperature, viscosity, molecular weight and concentration of aggregates may contain torn.

Dabei wird durch Umlagern selbst kleiner Teilbereiche ein intensiver Stoff- und Wärmeaustausch erzielt, so daß bereits auf relativ kurzen Längen des Schneckenschaftes eine derart gute Durchmischung erzielt wird, daß die ausgetragene Schmelze selbst bei hohen Durchsätzen eine bei Verwendung üblicher langer Schnecken bisher unerreichte Homogenität besitzt.By moving even small parts of the area, it becomes more intensive Mass and heat exchange achieved, so that even on relatively short lengths of the The screw shaft is so thoroughly mixed that the discharged Even with high throughputs, melt using standard long screws has unprecedented homogeneity.

In dieser Qualitätssteigerung ist es vorteilhafterweise auch möglich, -kürzere Schnecken als b-isher einzusetzen, was sich nicht zuletzt auch auf die Invenstitionskosten positiv auswirkt. Behält man dagegen die bisherige Schneckenlänge bei, so kann dabei der Dosierung der Schnecke bei ausreichender Homogenität der Schmelze erheblich vergrößert werden. Es können somit größere Schußgewichte als bisher mit der gleichen Plastifiziereinheit erzielt werden, wodurch die Anlagekosten der gesamten maschine gemindert werden.With this increase in quality, it is advantageously also possible -to use shorter augers than b-isher, which not least affects the Investment costs have a positive effect. On the other hand, if you keep the previous screw length at, so can the dosage of the screw with sufficient homogeneity of the Melt can be increased significantly. It can thus larger shot weights than so far can be achieved with the same plasticizing unit, reducing the investment costs of the entire machine.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen maschine besteht darin, daß die Zähne der Büchse und die Zähne des Schubschneckenschaftes jeweils in #uerschnit;tsebenen senkrecht zur Achse der Schubschnecke angeordnet sind.There is an advantageous embodiment of the machine according to the invention in that the teeth of the sleeve and the teeth of the screw shaft, respectively are arranged in #uerschnit; tsebenen perpendicular to the axis of the screw conveyor.

Eine weitere besondere erfindungsgemäße Ausgestaltung wird darin gesehen, daß eine mit Zähnen besetzte Büchse als Sperrring der Rückstromsperre ausgebildet ist.Another particular embodiment according to the invention is seen in that a bushing with teeth is designed as a locking ring of the non-return valve is.

Hierdurch wird der ohnehin vorhandenen Rückstromsperre sehr nutzbringend eine zusätzliche Aufgabe übertragen. Darüberhinaus ist gerade die Rückstromsperrs besonders geeignet, kurz vor dem Eintritt der Formmasse in die Spritzdüse noch eine intensive Durchmischung herbeizuführen.This makes the non-return valve, which is already present, very beneficial assigned an additional task. In addition, the non-return valve is right now particularly suitable shortly before the molding compound enters the spray nozzle bring about intensive mixing.

Weitere Besonderheiten ergeben sich aus dem weiteren Schutzbegehren.Further particularities result from the further protection request.

In der Zeichnung ist die Erfindung an Ausführungsbeispiaen näher erläutert und zwar zeigen: Fig. 1 eine erste Ausführung einer als Mischkammer ausgebildeten Rückstromsperre und Fig. 2 eine andere Ausführungsform Fig. 1 zeigt den vorderen Teil der Schnecke 1 einer Schubschneckenmaschine, deren Plastifizierzylinder mit 2 bezeichnet ist. Der Schaft 3 der Schnecke ist an seinem vorderen Ende abgesetzt und trägt eine undrehbar mit ibm verbundene Hülse 4, deren rückwärtiger Teil konisch erweitert ist und an eine Schulter 5 des Schaftes 3 anschließt.In the drawing, the invention is explained in more detail using exemplary embodiments namely show: FIG. 1 a first embodiment of a mixing chamber designed as a mixing chamber Non-return valve and FIG. 2 shows another embodiment Fig. 1 shows the front part of the screw 1 of a pusher screw machine, its plasticizing cylinder is denoted by 2. The shaft 3 of the worm is offset at its front end and carries a non-rotatably connected to ibm sleeve 4, the rear part of which is conical is expanded and adjoins a shoulder 5 of the shaft 3.

Die Hülse 4 trägt über ihren Umfang verteilt zwei oder mehr Ringe oder Reihen mit Zähnen 6, die radial nach-außen ragen.The sleeve 4 carries two or more rings distributed over its circumference or rows with teeth 6 that protrude radially outward.

Diese Zähne können einstückig mit der Hülse verbunden oder als eingesetzte Stifte ausgebildet sein.These teeth can be integrally connected to the sleeve or as inserted Be formed pins.

Die Hülse 4 ist von einer Büchse 7 umgeben, die undrehbar axial verschiebbar im Plastifizierzylinder 2 geführt ist.The sleeve 4 is surrounded by a sleeve 7 which is non-rotatably axially displaceable is guided in the plasticizing cylinder 2.

Die Büchse 7, die einstückig oder aus einzelnen, miteinander verbundenen Ringen ausgebildet sein kann, weist eine konische Einsenkung 9 sowie zwei oder mehr Ringe oder Reihen radialer Zähne 10 auf.The sleeve 7, in one piece or from individual, interconnected Rings can be formed, has a conical depression 9 and two or more Rings or rows of radial teeth 10.

Die Zahnringe 6 und 10 sind mit beträchtlichem axialen Spiel 11 voneinander entfernt angeordnet. Dieses Spiel 11 ist größer als der ringförmige konische Durchtrittskanal 12 zwischen der konischen Erweiterung der Hülse 4 #und der ihr zugeordneten konischen Einsenkung der Büchse 7.The toothed rings 6 and 10 are with considerable axial play 11 from one another remotely located. This game 11 is larger than the annular conical passage channel 12 between the conical extension of the sleeve 4 # and the conical one assigned to it Lowering of the bush 7.

In Betrieb vermag sich der Schaft 3 mit den Zähnen 6 zwischen den 7ähneln 10 der Büchse 7 zu drehen und bewirkt dabei eine intensive mischung der Formmasse durch Zertrennung der Förderströme.In operation, the shaft 3 with the teeth 6 between the 7 similar to 10 of the sleeve 7 to rotate and thereby causes an intensive mixing of the Molding compound by separating the flow rates.

Eine andere Ausführungsform einer Rückstromsperre, die zugleich eine mischvorrichtung ist, zeigt Fig. 2.Another embodiment of a non-return valve, which is also a mixing device, Fig. 2 shows.

Der Schaft 13 der Schnecke 1 weist hierbei einen dbppelkegeligen Kopf 14 auf, dessen vordere mantelfläche 15 formschlüssig von einem konischen Kragen 17 einer im Plastifizierzylinder axial verschieblichen undrehbaren Büchse 16 eingefaßt ist. Zwischen der mantelfläche 15 und dem Kragen 17 ist ein Spalt vorhanden.The shaft 13 of the worm 1 here has a double-conical head 14, the front jacket surface 15 of which is positively locked by a conical collar 17 enclosed in an axially displaceable non-rotatable sleeve 16 in the plasticizing cylinder is. There is a gap between the jacket surface 15 and the collar 17.

Hinter dem Kopf 14 trägt der. Schaft 13 einige Ringe mit radialen Zähnen 6>, wobei jeweils einer dieser. Ringe mit einem Ring mit Zähnen 10 der Büchse 16 abwechselt.Behind the head 14 carries the. Shank 13 some rings with radial Teeth 6>, each one of these. Rings with a ring with teeth 10 of the Bush 16 alternates.

Diese mischeinrichtung wird abgeschlossen von einem Flansch 18 des Schaftes 13. Der Flansch wird von radialen von der Büchse 16 nach innen ragenden Stiften 19 hintergriffen. Auch hier ist die Anordnung der Stifte 19 und des konischen Kragens 17 so getroffen, daß der ringförmige konische Kanal 20 zwischen Kragen 17 und Mantelfläche 15 axial eine geringere Ausdehnung hat als der Abstand der Zähne 6 des Schaftes 13 von den Zähnen 10 der Büchse 16.This mixing device is completed by a flange 18 of the Shank 13. The flange is protruding from the sleeve 16 radially inward Pins 19 reached behind. Again, the arrangement of the pins 19 and the conical Collar 17 taken so that the annular conical channel 20 between Collar 17 and lateral surface 15 axially have a smaller extension than the distance of the teeth 6 of the shaft 13 of the teeth 10 of the sleeve 16.

Der Vorteil dieser Ausführung besteht darin, daß das kompressible Volumen vor der Spitze geringer ist als bei herkömmlichen Rückstromsperren.The advantage of this design is that the compressible Volume in front of the tip is less than with conventional non-return valves.

Erfindungsgemäß können außer diesen Rückstromsperren oder anstelle dieser Rückstromsperren zusätzliche Bereiche des Schaftes der Schnecke zusammen mit einer entsprechenden axial verschiebbaren Büchse als Mischkammer ausgebildet sein.According to the invention, in addition to these non-return valves, or instead this backflow block additional areas of the screw shaft together designed as a mixing chamber with a corresponding axially displaceable sleeve be.

Die Anzahl der Zahnringe, die Zahntiefe und Anzahl der Zähne ist beliebig und zweckmäßig der zu verarbeitenden Formmasse und den Qualitätserfordernissen angepaßt.The number of toothed rings, the tooth depth and number of teeth is arbitrary and suitably adapted to the molding compound to be processed and the quality requirements.

Claims (8)

Patentan#prUch# Patent application Schubschneckenmaschine, insbesondere zum Spritzgießen von Kunststoffen, g e k e n n z e i c h n e t durch mindestens eine mit der Schubschnecke (1) axial verschiebbare und zusammenwirkende Mischeinrichtung bestehend aus einem mit radialen Zähnen (6) besetzten Abschnitt (4) des Schubschneckenschaftes (3, 13) und einer diesen Abschnitt (4) umgebenden, im Plastifizierzylinder (&) längs geführten Büchse (7, 16) mit radial nach innen ragenden Zähnen (10), die gegenüber den Zähnen (6) des Schubschneckenschaftes (3,#13) mit Spiel axial ve-rsetzt sind.Screw machine, especially for injection molding of plastics, e k e k e n n n n z e i c h n e t by at least one with the thrust screw (1) axially displaceable and interacting mixing device consisting of a radial Teeth (6) occupied section (4) of the screw screw shaft (3, 13) and one surrounding this section (4), guided lengthways in the plasticizing cylinder (&) Bush (7, 16) with radially inwardly projecting teeth (10) opposite the teeth (6) of the screw shaft (3, # 13) are axially offset with play. 2. Schubschneckenmaschine nach Anspruch 1, d -a d u r c h gek e n n z e i c h n e t, daß die Zähne (10) der Büchse (7, 16) und die Zähne (6) des Schubschneckenschaftes (3,13) jeweils in Querschnittsebenen senkrecht zur Achse der Schubschnecke (1) angeordnet sind. 2. Pushrod screw machine according to claim 1, d -a d u r c h gek e n nz e i c h n e t that the teeth (10) of the bushing (7, 16) and the teeth (6) of the screw shaft (3,13) each arranged in cross-sectional planes perpendicular to the axis of the screw conveyor (1) are. 3. Schubschneckenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r ch g e k e n n z e i c h n e t, daß eine mit Zähne (10) besetzte Büchse 7, 16) als Sperring der Rückstromsperre ausgebildet ist. 3. pusher screw machine according to claim 1 or 2, d a d u r ch g e k e n n n e i c h n e t that a bush 7, 16) fitted with teeth (10) as a locking ring the non-return valve is formed. 4. Schubschneckenmaschine nach Anspr-uchc3, d a d u r c h gek e n n z e i c h n e t, daß ein Ende der Büchse (7, 16) mit einem, einen ringförmigen Durchtrittskanal (12, 20) für die Formmasse bildenden Axialspiel von einer zugeordneten Schulter des Schubschneckenschaftes (3, 13) entfernt angeordnet ist und daß dieses Axialspiel kleiner ist als das Axialspiel zwischen den Zahnringen (6) des Schubschnekkenschaftes (3) und den Zahnringen (10) der Büchse (7). 4. Pusher screw machine according to claims 3, d a d u r c h gek e n nz e i c h n e t that one end of the sleeve (7, 16) with one, an annular Passage channel (12, 20) for the axial play forming the molding compound arranged away from an associated shoulder of the pushrod shaft (3, 13) is and that this axial play is smaller than the axial play between the toothed rings (6) of the thrust screw shaft (3) and the toothed rings (10) of the sleeve (7). 5. Schubschneckenmaschine nach einem der Ansprüche 1-4, d a d u r c h g e k a n n z e i c h n e t, daß jede mischeinrichtung aus mindestens zwei Paar Zahnringen (6, 10) besteht.5. pusher screw machine according to any one of claims 1-4, d a d u r c h g e k a n n n z e i c h n e t that every mixing device consists of at least two pairs Toothed rings (6, 10) consists. 6. Schubschneckenmaschine nach einem der Ansprüche 1-5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Büchse (7, 16) aus miteinander undrehbar verbundenen Ringen gebildet ist.6. pusher screw machine according to one of claims 1-5, d a d u r c h g e k e n n n z e i c h n e t that the bushing (7, 16) cannot be rotated with one another connected rings is formed. 7. Schubschneckenmaschine- nach einem der Ansprüche 1-6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Zähne (6,. 10) aus eingesetzten Stiften bestehen.7. pusher screw machine according to any one of claims 1-6, d a d u r c h e k e k e nn n n e i c h n e t that the teeth (6, 10) from inserted pins exist. 8. Schubschneckenmaschine nach einem der Ansprüche 1-7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß Zahnringe mit unterschiedlicher Zahnhöhe vorgesehen sind.8. screw conveyor machine according to any one of claims 1-7, d a d u r c h g e k e n n n n e i c h n e t that toothed rings are provided with different tooth heights are.
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