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Dokumentenidentifikation DE102004015303A1 21.10.2004
Titel Plastizierende Spritzvorrichtung mit In-line-Schnecke
Anmelder The Japan Steel Works, Ltd., Tokio/Tokyo, JP;
Mazda Motor Corp., Hiroshima, JP
Erfinder Yokoyama, Kazuhisa, Hiroshima, Hiroshima, JP;
Nakashima, Hideaki, Hiroshima, Hiroshima, JP;
Tsuda, Fumiaki, Hiroshima, Hiroshima, JP;
Tochioka, Takahiro, Hiroshima, JP;
Kaneko, Mitsuharu, Hiroshima, JP
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Anmeldedatum 29.03.2004
DE-Aktenzeichen 102004015303
Offenlegungstag 21.10.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.10.2004
IPC-Hauptklasse B29C 45/47
IPC-Nebenklasse B29C 45/52   
Zusammenfassung Das Verhältnis der Länge einer Schnecke zu ihrem Durchmesser ist auf 18 bis 24 festgelegt, die Länge des Zufuhrabschnitts der Schnecke ist auf das 10- bis 14fache des Schneckendurchmessers festgelegt, die Rillentiefe des Zufuhrabschnitts der Schnecke beträgt wenigstens 13 mm, die Rillentiefe des Messabschnitts der Schnecke beträgt wenigstens 8 mm, und die Weite des aus einer Wehrplatte und einem Sperrring definierten Pfads für geschmolzenes Harz in der zur Fließrichtung des Harzes senkrechten Richtung ist auf 3 bis 6% des Schneckendurchmessers festgelegt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Spritzvorrichtungen und insbesondere eine plastizierende Spritzvorrichtung mit In-line-Schnecke, die einen Durchmesser von wenigstens 100 mm besitzt und zum Verpressen unter Erweichen von lange Glasfasern enthaltenden Pellets geeignet ist. Die Spritzvorrichtung kann größere Spritzgusserzeugnisse wie beispielsweise Kraftfahrzeugteile gleichförmig und effizient herstellen.

Diese Anmeldung basiert auf JP 2003-87161-A, die hiermit durch Literaturhinweis eingefügt ist.

Im Stand der Technik werden beim Formen von mit langen Glasfasern verstärktem Harzmaterial durch eine gewöhnliche plastizierende Spritzvorrichtung Fasern gebrochen, wesalb die dem Material zugedachten Eigenschaften nicht erzielt werden können. Deshalb ist eine plastizierende Spritzvorrichtung, die einen Schneckenkopf mit einem den Rückfluss verhindernden Ring besitzt, geschaffen worden, wie sie in JP 6-246802-A beschrieben ist, um mittels eines verbesserten Schneckenkopfs ein Brechen von langen Fasern zu verhindern (JP 6-246802-A).

Bei der aus JP 6-246802-A bekannten plastizierenden Spritzvorrichtung, die in den 5 und 6 gezeigt ist, ist durch einen hohlen Heizzylinder 12, einen auf der rückwärtigen Seite eines Schneckenkopfs 20 vorgesehenen Schaft 24, eine der rückwärtigen Seite des Schafts 24 vorgesehene Wehrplatte 22, die als Ventilsitz dient, und eine ringförmige Sperre 26, die am Umfang des Schafts 24 verschieblich angebracht ist, um sich zwischen dem Schneckenkopf 20 und der Wehrplatte 22 in dem Raum zwischen dem Schaft 24 und dem Heizzylinder 12 hin- und herbewegen zu können, ein Pfad 34 für geschmolzenes Harz definiert.

Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Pfad 34 für geschmolzenes Harz, der von der Wehrplatte 22 zum Schneckenkopf 20 führt, nicht in einem spitzen Winkel gebogen ist, dass das Verhältnis der Weite des Pfads 34 in der zur Fließrichtung senkrechten Richtung zum Schneckendurchmesser im Bereich von 8 bis 20 % liegt, dass das Verhältnis des Freiraums zwischen der Wehrplatte 22 und dem Heizzylinder 12 zum Schneckendurchmesser im Bereich von 4 bis 10 % liegt und dass in den Pfad 34 für geschmolzenes Harz hervorstehende Abschnitte der oben genannten Bestandteile in Fließrichtung abgerundet sind, wobei der Radius eines abgerundeten Abschnitts wenigstens 0,8 mm beträgt.

Als Nächstes wird ihre Funktionsweise erläutert.

Gemäß 5 werden lang gestreckte Pellets 28, die das mit langen Glasfasern verstärkte Harzmaterial bilden, durch den Angriff eines am Außenumfang einer Schnecke 14 vorgesehenen Schraubengangs 32 von einer Zufuhröffnung 30 in Richtung des Schneckenkopfs 20 zugeführt. Hierbei werden die lang gestreckten Pellets 28 durch den Heizzylinder 12 erwärmt, so dass sie schmelzen und dadurch weich werden, und im geschmolzenen Zustand einer Kammer 15 am vorderen Ende des Zylinders zugeführt, wobei sie den Pfad 34 durchlaufen, der durch den Heizzylinder 12, die Wehrplatte 22, den Sperrring 26 und den Schneckenkopf 20 sowie eine Kerbe 36 (6) definiert ist. Wenn die Zufuhr einer konstanten Menge des geschmolzenen Harzes abgeschlossen ist, drückt ein Pressmechanismus 16 die Schnecke 14 nach vorn. Hierbei schließt der Sperrring 26 den Pfad 34 zwischen der Wehrplatte 22 und dem Heizzylinder 12, weshalb dem geschmolzenen, erweichten Harz der Rückweg, d. h. der Weg in Richtung der Zufuhröffnung 30, verschlossen ist. Die zugeführten lang gestreckten Pellets 28 werden geschmolzen und dadurch weich gemacht, aus einer Düse 18 am vorderen Ende in eine (nicht gezeigte) Gießform gespritzt und zu der gewünschten Form gegossen.

Wenn unter Einsatz einer Spritzgussmaschine mit einer Presskraft von 1470 kN und einem Schneckendurchmesser von 50 mm mittels der plastizierenden Spritzvorrichtung nach JP 6-246802-A Polypropylen-Pellets, die Glasfasern mit einer Länge von 12 mm enthalten, verpresst werden, ist die mittlere Faserlänge gegenüber der 2,5 mm betragenden mittleren Faserlänge der Glasfasern bei einer gewöhnlichen Plastiziervorrichtung um bis zu 6 mm größer, und wenn Polypropylen-Pellets mit Glasfasern von 48 mm bei einem Schneckendurchmesser von 100 mm mit einer Presskraft von 7845 kN verpresst werden, um bis zu 17 mm größer als die mittlere Faserlänge von 4,5 mm bei einer gewöhnlichen Plastiziervorrichtung, wobei ein Gusserzeugnis hergestellt wird, das im Hinblick auf das mit langen Glasfasern verstärkte Harzmaterial ausgezeichnete Eigenschaften wie beispielsweise Festigkeit, Steifigkeit, Schlagbiegewiderstand aufweist.

Obwohl Polypropylen-Pellets aus mit Glasfasern von etwa 48 mm Länge verstärktem Harzmaterial verarbeitet werden können, ist das volumenbezogene Gewicht in Anbetracht der eigentlichen Produktion kleiner, was im Hinblick auf die Verpackung und den Transport nachteilig ist. Außerdem wird die Zufuhr des Materials von der Zufuhröffnung zur Schnecke durch eine Trichterbrücke bewerkstelligt, so dass der normale Plastizier- und Abmessvorgang kritisch ist, weshalb dieses Material bei der heutigen Produktion genommen normalerweise nicht verwendet wird, sondern Pellets mit einer Glasfaserlänge von etwa 10 bis 12 mm werden.

Obwohl sich das oben Gesagte hauptsächlich auf den Aufbau des Schneckenkopfs mit der den Rückfluss verhindernden Funktion, um das Brechen der langen Glasfasern zu umgehen, bezieht, ist ein wichtiger Faktor beim Schmelzen und Erweichen des Materials während der Zufuhr des Materials von der Zufuhröffnung auch die Schneckenform an sich.

Beispielsweise wird es wie in der aus JP 6-292008-A bekannten Vorrichtung als wirksam angesehen, die Rillenlänge nicht kleiner als 5 mm auszulegen oder das Verhältnis der Länge (L) der Schnecke zu ihrem Durchmesser (D) auf 7 bis 15 zu begrenzen und das Kompressionsverhältnis der Schnecke so zu begrenzen, dass es gleich oder kleiner als 1,8 ist. Bei jener Vorrichtung liegt das Verhältnis der Länge (L) der Schnecke zu ihrem Durchmesser (D) zwischen 7 und 15, weshalb die Länge (Lm) des Messabschnitts der Schnecke das 2- bis 3fache des Durchmessers (D) betragen muss und die Länge (Lc) ihres Kompressionsabschnitts das 3- bis 5fache des Durchmessers (D) betragen muss, wodurch die Länge (Lf) ihres Zufuhrabschnitts das 2- bis 7fache des Durchmessers (D) ergibt, um das mit langen Fasern verstärkte Harz zum Erweichen zu schmelzen.

Hier gibt der Zufuhrabschnitt der Schnecke mit der Länge (Lf) einen Abschnitt an der Schneckenwurzel (Trichterseite) an, der eine tiefe Schneckenrille aufweist und das aus dem Trichter in den Heizzylinder fallende Gießmaterial durch die Drehung der Schnecke vorwärts transportiert, wobei die Schneckenrille dieses Abschnitts tiefer als bei anderen Abschnitten gehalten ist, um den Transport wirksam auszuführen. Der Kompressionsabschnitt mit der Länge (Lc) gibt einen Abschnitt an, in dem die Rillentiefe allmählich abnimmt und wobei das Gießmaterial, wenn es den Abschnitt passiert, unter Kompression erweicht wird, weshalb Luft zwischen den Materialteilchen herausgedrückt wird und der erforderliche Druck aufgebaut wird. Der Messabschnitt mit der Länge (Lm), gibt einen Abschnitt am vorderen Ende der Schnecke an, der eine konstante Schneckenrillentiefe besitzt, wobei dieser Abschnitt zum Transport des durch das Durchlaufen des Kompressionsabschnitts (Lc) gleichmäßig erweichten Materials mit einer konstanten Geschwindigkeit erforderlich ist. Nebenbei bemerkt wird das Verhältnis des Raumvolumens der Schneckenrille am Zufuhrabschnitt (Lf) zu jenem des Messabschnitts (Lm) als Kompressionsverhältnis bezeichnet.

Im Hinblick darauf, das Brechen von Fasern zu verhindern, wird es als wirksam angesehen, unter Begrenzung der Schneckendrehzahl auf 20 bis 50 min–1 und Begrenzung des Schneckengegendrucks auf 0 bis 5 MPa bei einer vergleichsweise niedrigen Geschwindigkeit von 0,2 bis 1,0 m/min so wenig wie möglich des durch eine solche Schnecke plastizierten und bemessenen Materials in eine Form einzufüllen.

Inzwischen hat die Größe der Formen beim Gießen eines größeren Kraftfahrzeugteils aus einem Grundmaterial für Frontseitenmodule, Türfüllungen, Hecktürmodule oder derleichen in den letzten Jahren zugenommen, wobei eine groß ausgelegte Maschine mit einer Presskraft von wenigstens 9606 kN benötigt wird und eine Schnecke mit einem Durchmesser von wenigstens 100 mm eingesetzt wird. Ferner führt beim Formen durch die große Maschine mit einem Schneckendurchmesser von wenigstens 100 mm im Fall eines mit langen Glasfasern verstärkten Materials unter Verwendung von Polypropylen mit einem niedrigen Fließvermögen und einer niedrigen Viskosität die Zunahme der Scherbeanspruchung, die die wesentliche Erweiterung des Schneckendurchmessers und der Öffnung mit sich bringt, zu einem starken Brechen von Glasfasern, weshalb es schwierig ist, ein Gusserzeugnis zu fertigen, das hinsichtlich der Festigkeit, der Steifigkeit und des Schlagbiegewiderstands ausgezeichnet ist.

Nun wurde festgestellt, dass bei einer Vorrichtung, die aus JP 2002-220538-A bekannt ist, durch die Verwendung eines Polypropylenharzes mit einem hohen Fließvermögen, bei dem der Durchsatz von Schmelze MFR (melt flow rate) im Bereich von 100 bis 300 g/10 min liegt, als Matrix- oder Grundpolymer eines mit langen Glasfasern verstärkten thermoplastischen Harzes, die auf die Glasfasern einwirkende Scherbelastung abnimmt, das Brechen (Zerschneiden) von Glasfasern auch in einer großen Maschine wirksam verhindert wird und die physikalischen Eigenschaften gefördert werden.

Hier bildet der Durchsatz von Schmelze MFR einen Index für die Viskosität eines Polymers im geschmolzenen Zustand und die Grammzahl der pro 10 Minuten verpressten Menge des Polymers in einem zylindrischen, extrudierten Strom auf der Grundlage von JIS K7210 (ASTEM D1238). Als Bedingung für die zylindrische Extrusion werden eine Testtemperatur und eine Testlast ausgewählt, die von den jeweiligen Polymeren abhängen. MFR wird in der Anwendung bei einer Testtemperatur von 230 °C und einer Testlast von 21,18 N gemessen.

Um ein Polypropylenharz mit einem Fließvermögen in einem solch hohen Viskositätsbereich anwenden zu können, wird folglich eine plastizierende Spritzvorrichtung benötigt, die eine Schnecke oder einen Schneckenkopf mit einem den Rückfluss verhindernden Ventil aufweist, was mit dem Verhindern des Brechens von Glasfasern und der Gleichmäßigkeit des Gießens im Einklang steht.

Wenn das Prinzip der Schnecke oder des Schneckenkopfs nach JP 6-246802-A oder JP 2-292008-A, die bereits erwähnt worden sind, auf eine Schnecke für eine Maschine mittlerer Größe angewandt wird, die einen Schneckendurchmesser von weniger als 100 mm aufweist, kann das Formen problemlos vor sich gehen. Wenn das Prinzip der Schnecke oder des Schneckenkopfs jedoch auf eine große Maschine mit einem Schneckendurchmesser von über 100 mm angewandt wird, entsteht insofern ein Problem, dass das Produktgewicht schwankt und keine stetige Produktion durchgeführt werden kann, ein Fehler im Aussehen entsprechend dem Fehler bei der Dissoziation von langen Fasern verursacht wird und ferner die plastizierende Wirkung gering ist, weshalb der Gießzyklus länger wird, was einen großen Nachteil bei der heutigen Produktion darstellt.

Genauer gesagt wird dann, wenn die plastizierende Spritzvorrichtung, die durch den bei JP 6-246802-A gezeigten Pfad für geschmolzenes Harz gebildet ist, bei einer groß ausgelegten Maschine, die eine Schnecke mit einer großen Öffnung und einem Durchmesser von über 100 mm, besitzt, eingesetzt wird, beträgt die Weite (B) (d. h. der Abdichtungshub) des durch die Wehrplatte 22 und den Sperrring 26 definierten Pfads für geschmolzenes Harz (siehe 4) in der zur Fließrichtung des Harzes senkrechten Richtung 8 bis 20 % des Schneckendurchmessers, weshalb die Pfadweite (B) beispielsweise bei einem Schneckendurchmesser von 100 mm 8 bis 20 mm, bei einem Schneckendurchmesser von 130 mm 10,4 bis 26 mm und bei einem Schneckendurchmesser von 160 mm 12,8 bis 32 mm beträgt. Wenn ein Pfad mit einer solchen Weite (B) eingesetzt wird, nimmt die Harzmenge, die bis zum Schließen des Sperrrings 26 und der Wehrplatte 22 zu Beginn des Spritzens aus der Kammer 15 in Richtung der Schnecke 14 zurückfließt, zu, wobei auch der Zeitpunkt des Abdichtens nicht konstant ist, da er unter anderem von die Viskosität des geschmolzenen Harzes stark beeinflusst wird. Als Ergebnis wurde festgestellt, dass insofern ein Nachteil entsteht, dass sehr leicht Grate und Kurzpressungen enttehen und eine stetige Produktion nicht durchgeführt werden kann, was für die praktische Umsetzung ein großes Hindernis darstellt.

Vor allem wurde erkannt, dass es beim Formen mit einer groß ausgelegten Maschine schwierig ist, das Gewicht des Gusses bei einem mit langen Glasfasern verstärkten Harzmaterial unter Verwendung von Polypropylenharz als Grundpolymer mit einem hohen Fließvermögen, bei dem der Durchsatz im Bereich von 100 bis 300 g/10 min liegt, gleichmäßig zu halten.

Bei einer plastizierenden Spritzvorrichtung mit In-line-Schnecke nach JP 6-292008-A wird das geschmolzene und erweichte Material, das in der Kammer abgemessen und angesammelt worden ist, gespritzt und die Schnecke daraufhin um einen vorgegebenen Messhub zurückgefahren. Da der durch Dividieren des Rückfahrhubs (S) durch den Schneckendurchmesser (D) gebildete Wert (S/D) normalerweise im Bereich von 2 bis 5 liegt, verringert sich somit bei einer Schnecke, deren Länge (Lf) des Zufuhrabschnitts gleich dem 2–7fachen des Durchmessers (D) beträgt, die effektive Länge (Lf) des Zufuhrabschnitts entsprechend dem Rückzug der Schnecke, weshalb sich die Materialzufuhrfunktion verschlechtert und das folgende Problem entsteht.

Wenn die Länge (Lf) des Zufuhrabschnitts der Schnecke kurz ist, ergibt sich nämlich das Problem, dass sich neben der Verschlechterung des Materialtransports die Abmesszeitperiode verlängert und ungleichmäßig wird (sozusagen ein Pumpphänomen), die Produktivität abnimmt und ein gleichmäßiges Gießen schwierig ist. Ferner erfährt bei einem kurzen Zufuhrabschnitt (Lf) das Pelletmaterial in der Kompressionszone, wenn die ihm von der äußeren Heizeinrichtung zugeführte Wärme unzureichend wird, eine große Scherkraft, wodurch sich das Problem ergibt, dass die langen Glasfasern zum Zerbrechen neigen und ihr Schmelzen unzureichend wird, was zu einem Fehler im Aussehen führt, der von einem Fehler der Dissoziation von gebündelten langen Glasfasern begleitet ist, wobei im Extremfall ungeschmolzenes Harz in einem Gusserzeugnis enthalten ist und sich dadurch die physikalischen Eigenschaften verschlechtern.

Obwohl es denkbar ist, den Schneckengegendruck oder die Schneckendrehzahl zu erhöhen, um diesem Nachteil zu begegnen, wie es auch in JP 6-292008-A beschrieben ist, nimmt dann das Brechen von langen Glasfasern zu, weshalb es im Fall einer Schnecke mit kleinem Länge-Durchmesser-Verhältnis (L/D) eine Obergrenze bei der Veränderung der Gießbedingungen durch solche Maßnahmen gibt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine plastizierende Spritzvorrichtung mit In-line-Schnecke zu schaffen, die zur Herstellung eines großen Spritzgusserzeugnisses als Kraftfahrzeugteil oder dergleichen aus einem mit langen Glasfasern verstärkten Harzmaterial geeignet ist, indem das Brechen von langen Glasfasern verhindert wird und die Abdichtfunktion eines Sperrrings verbessert wird, indem die Plastizierfunktion stabilisiert wird und die Form des Sperrrings und der Pfad für geschmolzenes Harz durch richtige Bereiche gestaltet werden, indem die technischen Abmessungen (das Verhältnis L/D, die Länge des Zufuhrabschnitts, die Rillentiefe usw.) einer Schnecke mit großer Öffnung (insbesondere mit einem Schneckendurchmesser von über 100 mm) durch optimale Werte für mit langen Glasfasern verstärktes Harz gebildet werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist es möglich, ein mit langen Glasfasern verstärktes Harzmaterial als Fertigprodukt zu gießen, wobei verschiedene Eigenschaften erzielt werden, insbesondere physikalische Eigenschaften gefördert werden, und eine sehr gleichmäßige Art des Gießens bei Verwendung eines mit langen Glasfasern verstärkten Polypropylenharzes mit einem hohen Fließvermögen, bei dem der Durchsatz von Schmelze im Bereich zwischen 100 bis 300 g/10 min liegt, als Grundpolymer zur Entwicklung eines großen Teils für ein Kraftfahrzeug erreicht wird.

Die erfindungsgemäße plastizierende Spritzvorrichtung mit In-line-Schnecke umfasst eine Schnecke mit einem Durchmesser von über 100 mm, wobei durch einen hohlen Heizzylinder, einen auf der rückwärtigen Seite eines Schneckenkopfs vorgesehenen Schaft, eine auf der rückwärtigen Seite des Schafts vorgesehene Wehrplatte, die als Ventilsitz dient, und eine ringförmige Sperre, die am Umfang des Schafts verschieblich angebracht ist, um sich zwischen dem Schneckenkopf und der Wehrplatte in dem Raum zwischen dem Schaft und dem Heizzylinder hin- und herbewegen zu können, ein Pfad für geschmolzenes Harz definiert ist, um ein thermoplastisches Harzpellet, das lange Glasfasern, deren Länge gleich der Länge des Pellets ist, enthält, die in Längsrichtung des Pellets ausgerichtet sind, weich zu machen und zu verpressen, wobei das Verhältnis der Länge der Schnecke zu ihrem Durchmesser auf 18 bis 24 festgelegt ist, die Länge des Zufuhrabschnitts der Schnecke auf das 10- bis 14fache des Schneckendurchmessers festgelegt ist, die Rillentiefe des Zufuhrabschnitts wenigstens 13 mm beträgt, die Rillentiefe des Messabschnitts der Schnecke wenigstens 8 mm beträgt und die Weite des durch die Wehrplatte und den Sperrring definierten Pfads für geschmolzenes Harz in der zur Fließrichtung des Harzes senkrechten Richtung auf 3 bis 6 % des Durchmessers der Schnecke festgelegt ist.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel &dgr; der Stirnflächen der Wehrplatte und des Sperrrings zur vertikalen Achse auf 70° bis 90° festgelegt ist.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sich ein an der Vorderseite des Sperrrings vorgesehener Vorsprung in eine Kerbe des Schneckenkopfs einfügt und sich der Sperrring beim Drehen der Schnecke mitdreht.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Weite des Sperrrings auf das 0,3–0,4fache des Schneckendurchmessers (D) festgelegt ist.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Grundpolymer des mit langen Glasfasern verstärkten, aushärtenden Harzes durch ein Polypropylenharz mit einem hohen Fließvermögen gebildet ist, bei dem der Durchsatz von Schmelze, im Bereich zwischen 100 und 300 g/10 min liegt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen, die auf die Zeichnung Bezug nimmt; es zeigen:

1 eine teilweise Querschnittsansicht einer plastizierenden Spritzvorrichtung mit In-line-Schnecke, die eine Ausführungsform der Erfindung darstellt;

2 eine Seitenansicht einer Schnecke der plastizierenden Spritzvorrichtung mit In-line-Schnecke, die eine Ausführungsform der Erfindung darstellt;

3 eine vergrößerte Ansicht des vorderen Abschnitts der Schnecke mit einem sich mitdrehenden Sperrring, die eine Ausführungsform der Erfindung darstellt;

4 eine vergrößerte Ansicht des vorderen Abschnitts der Schnecke mit einem sich nicht mitdrehenden Sperrring einer plastizierenden Spritzvorrichtung mit In-line-Schnecke des Standes der Technik;

5 eine bereits beschriebene schematische Schnittansicht der plastizierende Spritzvorrichtung mit In-line-Schnecke des Standes der Technik; und

6 eine bereits beschriebene vergrößerte Ansicht eines wichtigen Abschnitts der Vorrichtung von 5.

Der grundlegende Aufbau der plastizierenden Spritzvorrichtung mit In-line-Schnecke, die in den 1 bis 3 gezeigt ist, gleicht jenem der in 5 gezeigten plastizierenden Spritzvorrichtung mit In-line-Schnecke gemäß JP 6-246802-A. Deshalb sind an Abschnitten mit einem ähnlichen Aufbau und einer ähnlichen Funktion dieselben Bezugszeichen angebracht.

Wie in 5 gezeigt ist, ist die plastizierende Spritzvorrichtung mit In-line-Schnecke für lang gestreckte Pellets hauptsächlich aus dem Heizzylinder 12, der Schnecke 14, die sich drehen und innerhalb des Heizzylinders 12 hin- und herbewegen kann, der Düse 18 des Heizzylinders 12 zum Spritzen eines thermoplastischen geschmolzenen und erweichten Harzes zwischen dem Heizzylinder 12 und der Schnecke 14 in eine (nicht gezeigte) Gießform und dem Schnecken-Dreh- und Pressmechanismus 16, der an derjenigen Seite vorgesehen ist, die zur der am vorderen Ende vorgesehenen Düse 18 entgegengesetzt ist. Der Kopfabschnitt der Schnecke 14 ist mit einem Schneckenkopf 20 versehen, der eine konische Form mit mehreren Kerben 36 (wovon in 5 nur ein Teil gezeigt ist), die den Pfad 34 für geschmolzenes Harz des Kopfabschnitts bilden, besitzt. Die Wehrplatte 22, die als Ventilsitz dient, ist an der rückwärtigen Seite (der Seite, die der Düse 18 entgegengesetzt ist) angeordnet, während die ringförmige Sperre 26, die sich zwischen dem Schneckenkopf 20 und der Wehrplatte 22 hin- und herbewegen kann, am Umfang des Schafts 24 zwischen dem Schneckenkopf 20 und der Wehrplatte 22 angebracht ist. Der obere Abschnitt des Heizzylinders 12 ist mit einer Pelletzufuhröffnung 30 versehen, um die lang gestreckten Pellets 28, die das mit langen Glasfasern verstärkte Harzmaterial bilden, zuzuführen.

Zunächst wird ein Merkmal des Schneckenkopfs dieser Ausführungsform der Erfindung erläutert. In dem Pfad 34 für geschmolzenes Harz, der nach JP 6-246802-A gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform gebildet ist, kann durch Begrenzen des Verhältnisses der Pfadweite (B) in der zur Fließrichtung des Harzes senkrechten Richtung zum Schneckendurchmesser (D) auf 3 bis 6 % und Bilden eines Winkels &thgr; zwischen den Stirnflächen des Sperrrings 26 und der Wehrplatte 22 und der vertikalen Achse von 70° bis 90° die Abdichtfunktion bei der Verpressung begünstigt werden, wobei verschiedene, durch eine Langfaser-Harz-Mischung erbrachte Eigenschaften, die für Kunststoffe gefordert werden, beibehalten werden.

Der Winkel &thgr; der Stirnflächen des Sperrrings 26 und der Wehrplatte 22 zur vertikalen Achse ist im Bereich zwischen 70° und 90° gebildet, da das geschmolzene Harz bei einem Winkel, der kleiner als 60° ist, anders als bei einem Winkel von 70° bis 90° zum Fließen neigt, wobei dies insofern einen Nachteil darstellt, dass in der Zeitspanne, bis der Sperrring 26 beim Beginn der Verpressung schließt, ein Rückfluss des geschmolzenen Harzes von der Kammer 15 in Richtung der Schnecke 14 über den Harzfließpfad 34 entstehen kann, wobei es um diesem Problem zu begegnen, erforderlich ist, die Pfadweite (B) so weit zu verkleinern, bis sie gleich oder kleiner als 3 % des Schneckendurchmessers (D) ist, womit wiederum das Brechen von Glasfasern zunimmt. Indem durch Bilden eines Winkels &thgr; zwischen den Stirnflächen des Sperrrings 26 und der Wehrplatte 22 und der vertikalen Achse von 70° bis 90° der Fließwiderstand von der Kammer 15 in Richtung der Schnecke 14 erhöht wird, kann die Stärke des Rückflusses in der Zeitspanne bis zum Verschließen der Pfadweite (B) durch das Inkontaktbringen des Sperrrings 26 mit der Wehrplatte 22 verringert und die Gleichmäßigkeit des Gießens gefördert werden.

Ferner beträgt die Pfadweite (B) in der zur Fließrichtung des geschmolzenen Harzes senkrechten Richtung 3 bis 6 des Schneckendurchmessers. Bei einem Schneckendurchmesser von 100 mm beträgt die Pfadweite (B) beispielsweise 3 bis 6 mm, bei einem Schneckendurchmesser von 130 mm 3,9 bis 7,8 mm und bei einem Schneckendurchmesser von 160 mm 4,8 bis 9,5 mm. Indem ein solcher Bereich gebildet wird, kann ein beim Beginn der Verpressung durch einen verzögerten Abdichtzeitpunkt hervorgerufenes Schwanken des Gewichts des verpressten Materials verhindert werden und das Brechen von Glasfasern begrenzt werden, so dass eine für die Praxis ausgezeichnete Faserlänge erhalten bleibt. Hierbei wird hinsichtlich des Abdichtzeitpunkts beim Plastizieren und Bemessen des Materials der Sperrring 26 in Richtung des Schneckenkopfs 20 gedrückt, das geschmolzene Material unter Durchlaufen des Harzfließpfads 34 der Kammer 15 an der Vorderseite zugeführt und dabei eine vorgegebene Materialmenge abgemessen. In einem nachfolgenden Zyklus wird das geschmolzene Material gespritzt, wobei die Zeitspanne vom Beginn der Verpressung bis zum vollständigen Verschließen des Harzfließpfads als Abdichtzeit bezeichnet wird. Je größer die Pfadweite (B) ist, desto stärker verändert sich die Abdichtzeit, unter anderem wegen einer spürbaren Schwankung der Harztemperatur (Viskosität im geschmolzenen Zustand), weshalb zum gleichmäßigen Gießen eine passende Pfadweite (B) erforderlich ist. Obwohl beispielsweise bei der Plastiziervorrichtung für lange Fasern nach JP 6-246802-A die Pfadweite (B) in der zur Fließrichtung des geschmolzenen Harzes senkrechten Richtung 8 bis 20% des Schneckendurchmessers beträgt, ist im Fall einer Schnecke mit einer großen Öffnung und einem Durchmesser von über 100 mm eine Pfadweite (B) von 3 bis 6 % geeignet. Dies bedeutet, dass das Übersteigen einer Pfadweite (B) von 6 % zu einer Veränderung des Abdichtzeitpunkts und zu dem Problem, dass Kurzpressungen und Grate entstehen können und eine stetige Produktion schwierig wird, führen kann. Umgekehrt kann dann, wenn die Pfadweite (B) weniger als 3 % beträgt und äußerst schmal ist, das Problem einer verlängerten Abmesszeitperiode entstehen, wodurch die Produktivität abnimmt und die vorgegebenen physikalischen Eigenschaften nicht erzielt werden können.

Unterdessen ist den Sperrring betreffend, von dem es im Großen und Ganzen zwei Typen gibt, wovon der eine sich beim Drehen der Schnecke nicht mitdreht und der andere sich beim Drehen der Schnecke mitdreht, erfindungsgemäß, wie durch 3 gezeigt ist, ein sich mitdrehender Typ konstruiert worden, bei dem Vorderseite des Sperrrings 26 mit mehreren Vorsprüngen 26' versehen ist, die in die mehreren Kerben 36 des Schneckenkopfs 20 passen, wobei beim Drehen der Schnecke der Sperrring 26 gemeinsam mit dem Schneckenkopf 20 mitgedreht wird. Da dadurch bei einem Harzpfad 34b in der vertikalen Richtung, dessen Weite (B) durch die Wehrplatte 22 und den Sperrring 26 begrenzt ist, und einem Harzpfad 34a in der horizontalen Richtung, dessen Weite (A) durch den Sperrring 26 und den Schaft 24 des Schneckenkopfs 20 begrenzt ist, die bei der Drehung der Schnecke auf das Harz einwirkende Scherkomponente in Drehrichtung beseitigt ist, kann das Brechen langer Glasfasern verringert werden. Der Grund, weshalb die Scherkomponente beseitigt werden kann, liegt darin, dass sich der Sperrring 26, wenn er wie in JP 6-246802-A durch einen sich nicht mitdrehenden Typ gebildet ist, siehe 4, beim Drehen der Schnecke kaum mitdreht und deshalb in einem Harzpfad 34b in der senkrechten Richtung und einem Harzpfad 34a in der horizontalen Richtung eine stärkere Scherkomponente zwischen der Wehrplatte 22 und dem Schaft 24 des Schneckenkopfs 20 erzeugt wird. Im Gegensatz dazu dreht sich der Sperrring 26 des sich mitdrehenden Typs der Erfindung von 3 beim Drehen der Schnecke mit derselben Geschwindigkeit wie die Wehrplatte 22 und der Schneckenkopf 20 (bzw, der Schaft 24), so dass in der Drehrichtung keine Scherkomponente erzeugt wird.

Ferner greifen die mehreren (3 bis 4) Vorsprünge 26' des Sperrrings 26 alle gleichzeitig in die mehreren Kerben 36 des Schneckenkopfs 20.

Ferner wirkt dem Brechen von Glasfasern im Harzpfad 34a in der horizontalen Richtung entgegen, dass die Weite W des Sperrrings 26 bis auf den Vorsprung 26' das 0,3- bis 0,4fache des Schneckendurchmessers (D) beträgt und somit in einem Bereich ausgebildet ist, der das Entweichen von Harz am Außenumfang des Sperrrings 26 die eigentliche Produktion nicht behindert. Das heißt, dass der Sperrring 26 deshalb mit einer Weite W, die das 0,3- bis 0,4fache des Schneckendurchmessers (D) beträgt, ausgebildet ist, weil bei einer Weite, die kleiner als das 0,3fache des Schneckendurchmessers (D) ist, die Stärke des Rückflusses aus den Zwischenraum zwischen dem Außenumfang des Sperrrings 26 und der Innenwand des Heizzylinders 12 zunimmt und die Strecke, um die die Schnecke 14 während des Schritts zum Aufrechterhalten des Drucks nach Beendigung der Materialbeschickung vorwärts bewegt wird, größer wird, was dann, wenn der Druck, nachdem die Schnecke 14 die vorderste Position erreicht hat, nicht aufrechterhalten werden kann, zu einer fehlerhaften Einsinkstelle und einer verschlechterten Maßgenauigkeit führt. Zum anderen wird dann, wenn die Weite W größer als das 0,4fache des Durchmessers (D) beträgt, zwar der oben beschriebene Nachteil nicht herbeigeführt, jedoch eine Zunahme des Brechens von langen Glasfasern bewirkt, da die Weite (A) des Harzpfads 34a in der horizontalen Richtung größer ist. Wenn die Weite W dem 0,3- bis 0,4fachen des Schneckendurchmessers (D) entspricht, kann gleichzeitig das Entweichen von Harz am Außenumfang des Sperrrings 26 und das Brechen von Fasern im Harzpfad 34a an der Innenfläche des Sperrrings 26 verhindert werden. Durch diesen synergetischen Effekt kann ein Aufbau geschaffen werden, der die Plastizierfunktion und die Abdichtfunktion fördert und das Brechen von langen Glasfasern vermindert.

Als Nächstes wird das Merkmal der erfindungsgemäßen Schneckenform erläutert. Wie in 2 gezeigt ist, ist das Verhältnis (L/D) der Länge der Schnecke zu ihrem Durchmesser auf 18 bis 24 festgelegt, wobei die Länge (Lf) des Zufuhrabschnitts das 10- bis 14fache des Durchmessers (D) beträgt, die Länge (Lc) des Kompressionsabschnitts das 5- bis 6fache des Durchmessers (D) beträgt und die Länge (Lm) des Messabschnitts das 3- bis 4fache des Durchmessers (D) beträgt. Je größer der Schneckendurchmesser (D) ist, desto größer ist die Rillentiefe (hf) des Zufuhrabschnitts und desto schwieriger ist das Durchführen des Vorheizens durch die äußere Heizeinrichtung, weshalb es sinnvoll ist, durch Erweitern der Länge (Lf) des Zufuhrabschnitts eine lange Vorheizzone vorzusehen.

Das Verhältnis der Länge (L) der Schnecke zu ihrem Durchmesser (D) wird deshalb auf 18 bis 24 festgelegt, weil bei einem Verhältnis, das kleiner als 18 ist, die Wirkung des Vorheizens des Harzes abnimmt, weshalb das Harz unzureichend schmilzt, ein Fehler im Aussehen entsprechend dem Fehler bei der Dissoziation von langen Fasern verursacht wird und sich ferner die plastizierende Wirkung Gießzyklus verschlechtert und der Gießzyklus verlängert. Ferner konnte durch Versuche gezeigt werden, dass bei einem Schneckendurchmesser von 160 mm und einem Verhältnis der Länge (L) der Schnecke zu ihrem Durchmesser (D) von 24 eine ausreichende Wirkung erzielt wird, wobei dann, wenn das Länge-Durchmesser-Verhältnis (L/D) beim Entwurf mehr als notwendig vergrößert worden ist, wegen des Schervorgangs in der Schnecke die Glasfaserlänge und der Schlagbiegewiderstand abnehmen. Das unnötige Steigern von des Verhältnisses (L/D) führt ferner zu dem Nachteil, dass die Gesamtlänge der Spritzgussmaschine zunimmt, wohingegen die Länge auf das Mindestmaß begrenzt werden sollte, weshalb das Verhältnis (L/D) gleich oder kleiner als 24 gehalten wird.

Ferner ist die Länge (Lf) des Zufuhrabschnitts der Schnecke auf das 10- bis 14fache des Durchmessers (D) festgelegt, weil das Verhältnis (Smax/D) des maximalen Messhubs (Smax) zum Schneckendurchmesser (D) im Bereich von 5 bis 6 liegt, jedoch ergibt sich beim heutigen Verpressen häufig der Fall, dass ein Messhub von 1/2 bis 1/3 des maximalen Hubs verwendet wird. Bei einer plastizierenden Spritzvorrichtung mit In-line-Schnecke wird die Schnecke 14 stets zurückgefahren, um das notwendige Spritzgewicht zu garantieren, weshalb sich die substantielle Länge (Lf) des Zufuhrabschnitts dem Zurückfahren der Schnecke entsprechend verkürzt und die Materialtransportfunktion allmählich abnimmt, wobei auch die Vorheizwirkung durch die äußere Heizeinrichtung nachlässt. Auch bei einer solchen In-line-Schnecke konnte bestätigt werden, dass dann, wenn die Länge (Lf) im Bereich des 10- bis 14fachen des Durchmessers (D) gehalten wird und beispielsweise bei einer Schnecke mit einem Durchmesser von 100 mm das 10fache des Durchmessers (D) beträgt, die Länge beim gewöhnlichen Gießen auf das 7- bis 8fache des Durchmessers (D) abnimmt und selbst bei einem maximalen Hub das 4- bis 5fache des Durchmessers (D) sichergestellt ist, weshalb das extreme Pumpphänomen nicht auftaucht und das Material erweicht werden kann, obwohl die Plastizierfunktion mehr oder weniger (um 10 bis 20 %) abgeschwächt ist. Wenn die Länge (Lf) des Zufuhrabschnitts der Schnecke kleiner als das 10fache des Durchmessers (D) ausgelegt ist, bestätigt sich, dass dies durch Abschwächung der Materialzufuhrfunktion bei zunehmendem Messhub zum Pumpphänomen führt. Unterdessen wird dann, wenn der Schneckendurchmesser (D) vergrößert wird, die Rillentiefe (hf) des Zufuhrabschnitts erweitert wird, die Vorheizwirkung der äußeren Heizeinrichtung am Zufuhrabschnitt abnimmt und sich dadurch die Last auf den Kompressionsabschnitt(Lc) erhöht, die Plastizierfunktion geringer wird oder das Pumpphänomen auftritt, eine Verbesserung erzielt, indem (Lf) auf das 14fache des Durchmessers (D) verlängert wird. Andererseits wird die Länge (Lf) nicht größer als das 14fache des Durchmessers (D) gemacht, weil sonst der Nachteil entsteht, dass die Gesamtlänge der Spritzgussmaschine zunimmt, wohingegen es wichtig ist, die Länge auf das Mindestmaß zu beschränken. Somit wird die Länge (Lf) gleich oder kleiner als das 14fache des Durchmessers (D) ausgelegt.

Durch Vergrößern des Verhältnisses (L/D) der Länge der Schnecke 14 zu ihrem Durchmesser auf 18 bis 24 und Vergrößern der Länge (Lf) des Zufuhrabschnitts auf das 10- bis 14fache des Durchmessers (D) kann den Rohmaterialpellets eine ausreichende Wärmemenge mitgegeben werden, kann das Material in einem Zustand, in dem es leicht erweicht und geschmolzen werden kann, zum Kompressionsabschnitt transportiert werden, weshalb die Scherkraft abnimmt und das Brechen der gebündelten Glasfasern eingeschränkt wird. Da die Länge (Lf) des Zufuhrabschnitts das 10- bis 14fache des Durchmessers (D) beträgt, ist ferner selbst dann, wenn die Schnecke 14 zum Bemessen des geschmolzenen Materials in der Kammer 15 am vorderen Ende des Zylinders um eine Strecke des Messhubs (S), die das 2- bis 5fache des Durchmessers (D) beträgt, zurückgefahren wird, eine effektive Länge des Zufuhrabschnitts der Schnecke 14 garantiert, die das 8- bis 9fache des Durchmessers (D) beträgt, weshalb auch bei einer langsamen Umdrehung ein korrekter Messvorgang durchgeführt werden kann.

Hinsichtlich der Rillentiefe der Schnecke 14 ist es wirksam, wenn die Rillentiefe (hf) des Zufuhrabschnitts größer als die Pelletlänge (von üblicherweise 10 bis 12 mm) und nicht kleiner als 13 mm ausgelegt ist, um beim Erfassen des Materials von der Materialbeschickungsöffnung zur Schnecke 14 ein Brechen zu verhindern, während die Rillentiefe (hm) des Messabschnitts nicht kleiner als 8 mm ausgelegt ist, um eine Nichtdissotiation der Glasfasern zu verhindern und ihr Brechen so weit wie möglich zu begrenzen. Der Grund, weshalb die Rillentiefe (hf) des Zufuhrabschnitts auf wenigstens 13 mm gehalten wird und die Rillentiefe (hm) des Messabschnitts auf wenigstens 13 mm gehalten wird, ist folgender. Obwohl sich die Pelletlänge in der Langfaser-Harz-Mischung entsprechend der Art und Weise, in der die Pelletlänge bei der Herstellung der Pellets zur Verwendung für ein großes Kraftfahrzeugbauteil gewählt worden ist, im Bereich von 6 bis 24 mm bewegt, werden unter anderem wegen des angestrebten Schlagbiegewiderstands, der Formbarkeit und der einfachen Handhabung der Pellets üblicherweise Pellets von 10 bis 12 mm genommen- Beim Beschicken der Pellets, die das mit langen Glasfasern verstärkte Harzmaterial bilden, vom Trichter zur Schnecke 14 können die Pellets dann, wenn die Rillentiefe (hf) des Zufuhrabschnitts kleiner als die Pelletlänge ist, beim Zuführen der harten Pellets zur Schnecke 14, nicht glatt in die Schneckenrille geführt und zu diesem Zeitpunkt zerschnitten oder gequetscht werden, weshalb die Rillenlänge (hf) gleich oder größer als 13 mm, also tiefer als die Pelletlänge, gehalten wird, um damit das Brechen der langen Glasfasern in den Pellets zum Zeitpunkt, zu dem sie in die Schnecke 14 geführt werden, zu verhindern. Die Rillentiefe (hm) des Messabschnitts (zur Dosierung) ist auf wenigstens 8 mm gehalten, weil dann, wenn sie kleiner ausgelegt ist, das Ausmaß des Brechens der langen Glasfasern zunimmt.

Als Beispiele zeigen die Tabellen 1 und 2 einen Vergleich hinsichtlich der Plastizierfunktion, der Gewichtsstabilität und der physikalischen Produkteigenschaften anhand von Proben, die aus Produkten geschnitten worden sind, die aus Polypropylenharz mit einer ursprünglichen Glasfaserlänge von 12 mm und einem Glasfasergehalt von 40 % mit einer plastizierenden Spritzvorrichtung mit In-line-Schnecke für Langfasern, die auf JP 6-246802-A und JP 6-292008-A basierte und eine Ausführungsform der Erfindung darstellt, bei jeweiligen Schneckendurchmessern von 100 mm, 130 mm und 160 mm hergestellt wurden. Die Tabelle 1 zeigt die technischen Daten der getesteten Vorrichtungen, während die Tabelle 2 die Testergebnisse zeigt.

Anmerkungen:
  • 1) o: ausgezeichnete Gewichtsstabilität & gleichmäßiges Gießen möglich

    x: mit Kurzpressungen und Graten vermischt & wirkliche Produktion nicht möglich
  • 2) o: ohne Überzug verwendbar

    &Dgr;: durch Überzug verwendbare Qualität
  • 3) Prüfverfahren: ASTM D256
  • 4) Prüfverfahren: ASTM D790
  • 5) Prüfverfahren: ISO 06603-2

Je nach Ausführungsform ist die Länge (Lf) des Zufuhrabschnitts bei einem Schneckendurchmesser (D) von 100 mm auf das 10fache des Durchmessers (D), bei einem Schneckendurchmesser (D) von 130 mm auf das 12fache des Durchmessers (D) und bei einem Schneckendurchmesser (D) von 160 mm auf das 14fach des Durchmessers (D) festgelegt.

Je nach Ausführungsform betragen die Rillentiefe (hf) des Zufuhrabschnitts und die Rillentiefe (hm) des Messabschnitts bei einem Schneckendurchmesser (D) von 100 mm 14 mm bzw. 8 mm bei einem Schneckendurchmesser (D) von 130 mm 17 mm bzw. 10 mm und bei einem Schneckendurchmesser (D) von 160 mm 20 mm bzw. 12 mm.

Hierbei wurde festgestellt, dass bei einer groß ausgelegten Spritzgussmaschine, die die plastizierende Spritzvorrichtung mit In-line-Schnecke gemäß der Erfindung bei einem Schneckendurchmesser von über 100 mm enthält, sich die Abmesszeitperiode stabilisiert, die Plastizierfunktion um einen Faktor von etwa 1,4 bis 2 verbessert und die Produktivität stark ansteigt, wenn das Verhältnis (L/D) der Länge (L) der Schnecke zu ihrem Durchmesser (D) auf 18 bis 24 festgelegt ist und die Länge (Lf) des Zufuhrabschnitts auf das 10- bis 14fache des Durchmessers (D) festgelegt ist.

Durch Begrenzen der Weite (B) des Pfads 34 für geschmolzenes Harz in der zur Fließrichtung des Harzes senkrechten Richtung auf 3 bis 6 % des Schneckendurchmessers, das Bilden eines Winkels &thgr; zwischen den Stirnflächen des Sperrrings 26 und der Wehrplatte 22 und der vertikalen Achse von 70° bis 90° und das Vorsehen des Vorsprungs 26' an der Vorderseite des Sperrrings 26, der sich in die Kerbe des Schneckenkopfs 20 einfügt und dadurch bewirkt, dass sich der Sperrring 26 gemeinsam mit der Schnecke dreht, sowie durch Festlegen der Weite des Sperrrings 26 auf das 0,3- bis 0,4fache des Durchmessers (D) des Schneckendurchmessers, wird die Abdichtfunktion unterstützt, während das Brechen von Glasfasern auf das in der Praxis geforderte Maß begrenzt wird, was dazu führt, dass ein gleichmäßiges Gießen, ohne Fehler wie etwa Kurzpressungen, Grate und dergleichen zu erzeugen, durchgeführt werden kann.

Insbesondere bei einem großen Gussprodukt aus mit langen Glasfasern verstärktem thermoplastischen Harz unter Verwendung von Polypropylenharz mit einem hohen Fließvermögen als Grundpolymer, bei dem der Durchsatz von Schmelze im Bereich von 100 bis 300 g/10 min liegt, ist eine Auswirkung deutlich spürbar und bestätigt sich, dass in einem schnellen Zyklus ein gleichförmiges Produkt geschaffen werden kann, ohne Kurzpressungen, Grate und dergleichen zu erzeugen. Ferner wird durch Vergrößern des Verhältnisses (L/D) der Länge der Schnecke 14 zu ihrem Durchmesser dem Pelletmaterial eine ausreichende Wärmemenge von der äußeren Heizeinrichtung zugeführt, wodurch das Schmelzen erleichtert wird, ein Dissoziationsfehler von gebündelten langen Glasfasern vermieden wird und ein Produkt mit ausgezeichnetem Aussehen geliefert wird.

Wie oben erläutert worden ist, kann gemäß der Erfindung dadurch, dass ein Aufbau geschaffen ist, bei dem das Verhältnis der Länge (L) der Schnecke zu ihrem Durchmesser (D) auf 18 bis 24 festgelegt ist und die Länge (Lf) des Zufuhrabschnitts der Schnecke auf das 10- bis 14fache des Durchmessers (D) festgelegt ist, den Rohmaterialpellets eine ausreichende Wärmemenge von der äußeren Heizeinrichtung zugeführt werden und das Material in einem Zustand, in dem es leicht erweicht und geschmolzen werden kann, zum Kompressionsabschnitt transportiert werden, weshalb die Scherkraft abnimmt und das Brechen der gebündelten Glasfasern eingeschränkt wird. Da die Länge (Lf) des Zufuhrabschnitts das 10- bis 14fache des Durchmessers (D) beträgt, ist ferner selbst dann, wenn die Schnecke 14 zum Bemessen des geschmolzenen Materials in der Kammer 15 am vorderen Ende des Zylinders um eine Strecke des Messhubs (S), die das 2- bis 5fache des Durchmessers (D) beträgt, zurückgefahren wird, eine effektive Länge (Lf) des Zufuhrabschnitts der Schnecke 14 garantiert, die das 8- bis 9fache des Durchmessers (D) beträgt, weshalb auch bei einer langsamen Umdrehung ein korrekter Messvorgang durchgeführt werden kann.

Wenn die Rillentiefe (hf) des Zufuhrabschnitts wenigstens 13 mm beträgt, also tiefer als die Pelletlänge, ausgelegt ist, kann ein Brechen von langen Glasfasern zum Zeitpunkt der Beschickung der Schnecke mit den Pellets verhindert werden, und wenn die Rillentiefe (hm) des Messabschnitts wenigstens 8 mm beträgt, kann das Harz wirksam geschmolzen werden und ein Brechen von langen Glasfasern so weit wie möglich begrenzt werden.

Wenn die Weite des durch die Wehrplatte und den Sperrring definierten Pfads für geschmolzenes Harz in der zur Fließrichtung des Harzes senkrechten Richtung auf 3 bis 6 % des Schneckendurchmessers begrenzt ist, streut der Abdichtzeitpunkt nicht und wird außerdem das Brechen der langen Glasfasern vermindert, weshalb der Aufbau für eine Schnecke mit einer großen Öffnung und einem Durchmesser von über 100 mm besonders wirksam ist. Dadurch kann insbesondere ein großes Kraftfahrzeugteil gleichförmig und effizient gegossen werden.

Erfindungsgemäß wird durch Bilden eines Winkels &thgr; zwischen den Stirnflächen des Sperrrings und der Wehrplatte und der vertikalen Achse von 70° bis 90° der Fließwiderstand von der Kammer in Richtung der Schnecke erhöht, wobei im Ergebnis die Stärke des Rückflusses bis zum Verschließen des Pfads (B) für geschmolzenes Harz durch das Inkontaktbringen des Sperrrings mit der Wehrplatte verringert wird und die Gleichmäßigkeit des Gießens gefördert wird.

Dadurch dass erfindungsgemäß ein Aufbau geschaffen ist, bei dem der Schneckenkopf einen Sperrring aufweist, an dessen Vorderseite ein Vorsprung ausgebildet ist, der sich in die Kerbe des Schneckenkopfs einfügt und sich der Sperrring dadurch mit der Schnecke dreht, ist die auf das Harz einwirkende Scherkraft in Drehrichtung der Schnecke in dem Harzpfad (Harzpfad 34b mit der Weite (B)), der durch die Wehrplatte und den Sperrring definiert ist, und in dem Harzpfad (Harzpfad 34a mit der Weite (A)), der durch den Sperrring und den Schaft des Schneckenkopfs definiert ist, beseitigt und somit auch das Brechen von langen Glasfasern reduziert.

Dadurch dass erfindungsgemäß der Schneckenkopf mit dem besagten Sperrring aufgebaut ist und die Weite des Sperrrings auf das 0,3 bis 0,4fache des Schneckendurchmessers (D) festgelegt ist, kann das Brechen der langen Glasfasern in dem Harzpfad 34a mit der Weite (A) verhindert werden.

Gemäß der Erfindung kann auch dann, wenn das Grundpolymer des mit langen Glasfasern verstärkten, aushärtenden Harzes durch das Polypropylenharz mit einem hohen Fließvermögen, bei dem der Durchsatz von Schmelze im Bereich von 100 bis 300 g/10 min liegt, gebildet ist, in einem schnellen Zyklus ein gleichförmiges Produkt hergestellt werden, ohne Kurzpressungen, Grate und dergleichen zu erzeugen.

Gemäß der Erfindung kann insbesondere ein großes Bauteil, das gegenwärtig aus Stahl erzeugt wird, aus Harz gebildet werden, wodurch eine Leichtbauweise und eine Verringerung der Kosten um 20 bis 25 % erreicht werden können. Speziell bei Kraftfahrzeugteilen ist die Erfindung auf verschiedene Bauteile aus einem Grundmaterial für Frontseitenmodule, Türfüllungen, Hecktürmodule oder dergleichen anwendbar. Natürlich ist die Erfindung auch auf nicht für das Kraftfahrzeug gedachte Bauteile anwendbar.

Obwohl die Erfindung mit Bezug auf ihre bevorzugten Ausführungsformen erläutert worden ist, können selbstverständlich viele weitere mögliche Modifikationen und Abänderungen vorgenommen werden, ohne vom Erfindungsgedanken und vom Umfang der Erfindung gemäß den beigefügten Ansprüchen abzuweichen. So kann die Erfindung durch einzelne der jeweiligen Anforderungen für den Aufbau des Schneckenkopfs oder beliebige Kombinationen der Anforderungen verkörpert sein.


Anspruch[de]
  1. Plastizierende Spritzvorrichtung mit In-line-Schnecke, die ein thermoplastisches Harzpellet, das lange Glasfasern mit einer Länge, die im Wesentlichen gleich der Länge des Pellets ist, enthält, die in Längsrichtung des Pellets ausgerichtet sind, erweicht und verpresst, gekennzeichnet durch

    eine Schnecke (14) mit einem Durchmesser (D) von mehr als 100 mm;

    einen hohlen Heizzylinder (12), in dem die Schnecke (14) angeordnet ist;

    einen Schneckenkopf (20), der über einen Schaft (24) mit der Schnecke (14) verbunden ist;

    eine Wehrplatte (22), die an der rückwärtigen Seite des Schafts (24) angebracht ist, und

    einen Sperrring (26), der um den Schaft (24) verschieblich angebracht ist, um sich zwischen dem Schneckenkopf (20) und der Wehrplatte (22) in einem durch den Schaft (24) und den Heizzylinder (12) definierten Raum hin- und herbewegen zu können, derart, dass durch den Heizzylinder (12), den Schneckenkopf (20), den Sperrring (26) und die Wehrplatte (22) ein Pfad (34) für geschmolzenes Harz definiert ist;

    wobei das Verhältnis der Länge (L) der Schnecke (14) zu ihrem Durchmesser (D) auf 18 bis 24 festgelegt ist,

    die Länge (Lf) des Zufuhrabschnitts der Schnecke (14) auf das 10- bis 14fache des Schneckendurchmessers (D) festgelegt ist,

    die Rillentiefe (hf) des Zufuhrabschnitts der Schnecke (14) wenigstens 13 mm beträgt,

    die Rillentiefe (hm) des Messabschnitts der Schnecke (14) wenigstens 8 mm beträgt und

    die Weite des durch die Wehrplatte (22) und den Sperrring (26) definierten Pfads (34) für geschmolzenes Harz in der zur Fließrichtung des Harzes senkrechten Richtung auf 3 bis 6 % des Schneckendurchmessers (D) festgelegt ist.
  2. Spritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel &thgr; der Stirnflächen der Wehrplatte (22) und des Sperrrings (26) zur vertikalen Achse auf 70° bis 90° festgelegt ist.
  3. Spritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein an der Vorderseite des Sperrrings (26) vorgesehener Vorsprung (26') in eine Kerbe (36) des Schneckenkopfs (20) einfügt und sich der Sperrring (26) beim Drehen der Schnecke (14) mitdreht.
  4. Spritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Weite (W) des Sperrrings (26) auf das 0,3- bis 0,4fache des Durchmessers (D) der Schnecke (14) festgelegt ist.
  5. Spritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundpolymer des mit langen Glasfasern verstärkten, aushärtenden Harzes durch ein Polypropylenharz mit einem hohen Fließvermögen, bei dem der Durchsatz von Schmelze im Bereich von 100 bis 300 g/10 min liegt, gebildet ist.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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