AT524258B1

AT524258B1 - Schnecke für Spritzgießmaschine, Einspritzvorrichtung und Spritzgießmaschine

Info

Publication number: AT524258B1
Application number: ATA50810/2021A
Authority: AT
Inventors: KASHIWABARA Yugo; YUFU Takuya; Nakagawa Kazuma
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2020-10-13
Filing date: 2021-10-11
Publication date: 2023-12-15
Also published as: US20220111571A1; CN114347407A; AT524258A2; TW202216409A; AT524258A3; DE102021126434A1; US12172352B2; KR20220048960A; CN114347407B; JP2022063947A

Abstract

An einer Schnecke (18) einer Spritzgießmaschine (1) ist ein abgestufter Schneckengang (28) ausgebildet. Der abgestufte Schneckengang (28) ist ein Schneckengang (21), bei dem ein stufenförmiger Stufenabschnitt an seinem oberen Abschnitt (29) ausgebildet ist. Der obere Abschnitt (29) des Schneckengangs (21) umfasst einen Abschnitt (31) mit großem Durchmesser auf einer stromaufwärtigen Seite und einen Stegabschnitt (32) auf einer stromabwärtigen Seite. Wenn ein Spaltverhältnis m zwischen einem Spalt H1 zwischen dem Stegabschnitt (32) und einer Bohrung (35) des Heizzylinders (17) und einem Spalt H2 zwischen dem Abschnitt (31) mit großem Durchmesser und der Bohrung (35) als H1/H2 definiert ist, wird das Spaltverhältnis m so gewählt, dass es 2,3 ≤ m ≤ 6,4 beträgt.

Description

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Schnecke für eine Spritzgießmaschine mit einem stufenförmigen Stufenabschnitt, d.h. einem Stegabschnitt, der an einem oberen Abschnitt eines Schneckengangs ausgebildet ist, eine mit der Schnecke versehene Einspritzvorrichtung und eine mit der Schnecke versehene Spritzgießmaschine.

[0002] Eine Einspritzvorrichtung einer Spritzgießmaschine umfasst einen Heizzylinder und eine Schnecke, die in eine Bohrung des Heizzylinders eingefügt ist. An der Schnecke ist ein Schneckengang zum Schmelzen und Messen eines Einspritzmaterials ausgebildet, wobei der Schneckengang verschiedene Formen hat.

[0003] Eine Schnecke, die im japanischen Patent Nr. 4977258 (Patentliteratur 1) beschrieben ist, weist beispielsweise einen abgestuften Schneckengang auf, an dem ein stufenförmiger Stufenabschnitt im oberen Abschnitt des Schneckengangs ausgebildet ist. In dem abgestuften Schneckengang, an dem oberen Abschnitt des Schneckengangs, ist eine stromaufwärtige Seite des Stufenabschnitts, d.h. die Trichterseite, ein Abschnitt mit großem Durchmesser, und eine stromabwärtige Seite, d.h. die Seite der Einspritzdüse, ein Stegabschnitt.

[0004] Die vorliegenden Erfinder haben festgestellt, dass es ein Problem gibt, dass die Plastifizierungskapazität der Schnecke mit dem abgestuften Schneckengang in einer Einspritzvorrichtung mit der in Patentschrift 1 beschriebenen Schnecke erhöht werden sollte. Die mit dem abgestuften Schneckengang versehene Schnecke hat eine geringere Extrusionsmenge des Einspritzmaterials als eine sogenannte herkömmliche Schnecke, die keinen stufenförmigen Stufenabschnitt am oberen Abschnitt des Schneckengangs aufweist und den gleichen Durchmesser hat. Dies liegt daran, dass der Spalt zwischen dem Heizzylinder und der Bohrung im oberen Abschnitt des Schneckengangs nur im Bereich des großen Durchmessers klein ist, während der Spalt im Stegbereich groß ist. Dies liegt daran, dass die Dichtungswirkung an dem oberen Abschnitt des Schneckengangs geringer ist als bei der herkömmlichen Schnecke.

[0005] Daher geben beispielhafte Aspekte der vorliegenden Offenbarung eine Schnecke, eine Einspritzvorrichtung und eine Spritzgießmaschine mit hoher Plastifizierungskapazität an. Ein Aspekt der nicht einschränkenden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf eine Schnecke einer Spritzgießmaschine mit der folgenden Konfiguration. Das heißt, an der Schnecke ist ein abgestufter Schneckengang ausgebildet. Der abgestufte Schneckengang ist ein Schneckengang, in dem ein stufenförmiger Stufenabschnitt an einem oberen Abschnitt des Schneckengangs ausgebildet ist, wobei ein Abschnitt mit großem Durchmesser an einer stromaufwärtigen Seite und ein Stegabschnitt an einer stromabwärtigen Seite ausgebildet sind. Wenn ein Spaltverhältnis m zwischen einem Spalt H+ zwischen dem Stegabschnitt und einer Bohrung eines Heizzylinders und einem Spalt H» zwischen dem Abschnitt mit großem Durchmesser und der Bohrung des Heizzylinders als H+/H2 definiert ist, wird 2,3 < m < 6,4 gewählt.

[0006] Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann, wenn das Spaltverhältnis m so gewählt wird, dass es 2,3 oder mehr und 6,4 oder weniger für die Schnecke mit dem abgestuften Schneckengang beträgt, ein Effekt zur Erhöhung der Extrusionsmenge erzielt werden. Das heißt, die Plastifizierungskapazität wird verbessert.

[0007] JP H07 164497 A offenbart eine gattungsgemäße Schnecke für eine Spritzgießmaschine, bei der jedoch kein sich kontinuierlich über den gesamten Kompressionsbereich der Schnecke erstreckender abgestufter Schneckengang ausgebildet ist, sondern bestenfalls ein mehrfach unterbrochener abgestufter Schneckengang, der aus mehreren „Kerben“ mit über ihre Länge varijerender Breite gebildet ist. Die „Kerben“ in JP HO07 164497 A erfüllen den Zweck, eine möglichst homogene Schmelze im Einspritzbereich der Schnecke bereitzustellen. Die Schnecke gemäß JP H07 164497 A hat nicht das Ziel der Erhöhung der Extrusionsmenge bei gleichzeitiger Verbesserung der Plastifizierungskapazität.

[0008] Fig. 1 ist eine Vorderansicht einer Spritzgießmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform.

[0009] Fig. 2 ist eine Frontalschnittansicht, die eine Einspritzvorrichtung gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform zeigt.

[0010] Fig. 3 ist eine Vorderansicht, die einen Teil einer Schnecke gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform zeigt.

[0011] Fig. 4 ist eine Schnittansicht, die einen abgestuften Schneckengang in der Schnecke gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform zeigt.

[0012] Fig. 5 ist eine Schnittansicht, die den abgestuften Schneckengang in der Schnecke gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform zeigt, und ein Graph, der einen Schmierungsdruck zeigt, der an einem oberen Abschnitt des abgestuften Schneckengangs aufgrund eines Einspritzmaterials erzeugt wird, das in einen Spalt zwischen dem abgestuften Schneckengang und einer Bohrung eines Heizzylinders fließt.

[0013] Fig. 6 ist ein Diagramm, das schematisch das Verhalten einer viskosen Flüssigkeit zeigt, die in einem Spalt zwischen einem beweglichen Teil und einem feststehenden Teil fließt.

[0014] Fig. 7 ist ein Graph, der die Änderung des Lastkapazitätskoeffizienten in Bezug auf den Schmierungsdruck am oberen Abschnitt des Schneckengangs zeigt, wenn ein Formfaktor B in dem abgestuften Schneckengang geändert wird.

[0015] Fig. 8 ist ein Graph, der die Änderung des Lastkapazitätskoeffizienten in Bezug auf den Schmierungsdruck am oberen Abschnitt des Schneckengangs zeigt, wenn das Spaltverhältnis m im abgestuften Schneckengang geändert wird.

[0016] Fig. 9 ist ein Graph, der den Grad der Amplitude der Schnecke bei verschiedenen Schneckenpositionen von jeder der drei Schnecken zeigt, die abgestufte Schneckengänge mit verschiedenen Spaltverhältnissen m und eine herkömmliche Schnecke enthalten, basierend auf der Tatsache, dass, wenn die Schnecke in dem Heizzylinder gedreht wird, die Schnecke schwingt und eine Drehwelle davon exzentrisch in Bezug auf eine Mittelachse des Heizzylinders ist.

[0017] Fig. 10 ist eine Schnittansicht, die den abgestuften Schneckengang der Schnecke gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform zeigt, der in dem Heizzylinder vorgesehen ist.

[0018] Fig. 11 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Spaltverhältnis m und dem Lastkapazitätskoeffizient zeigt.

[0019] Fig. 12 ist eine Schnittansicht, die eine obere Hälfte des abgestuften Schneckengangs der Schnecke gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt, der in dem Heizzylinder oberhalb der Mittelachse der Schnecke vorgesehen ist.

[0020] Nachfolgend wird eine bestimmte beispielhafte Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf die folgende beispielhafte Ausführungsform beschränkt. Die folgende Beschreibung und die Zeichnungen wurden vereinfacht, um die Beschreibung zu verdeutlichen. In den Zeichnungen sind dieselben Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet, wobei auf doppelte Erklärungen, je nach Bedarf verzichtet wird. Außerdem gibt es einen Abschnitt, in dem auf Schraffuren verzichtet wurde, damit die Zeichnung nicht zu kompliziert wird. Es wird die vorliegende beispielhafte Ausführungsform beschrieben.

[0021] Wie in Fig. 1 gezeigt, umfasst eine Spritzgießmaschine 1 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform eine auf einem Bett B vorgesehene Formspannvorrichtung 2 und eine Einspritzvorrichtung 3 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform, die später beschrieben wird. Die Formspannvorrichtung 2 umfasst eine feststehende Platte 7, eine beweg

[0021] Wie in Fig. 1 gezeigt, umfasst eine Spritzgießmaschine 1 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform eine auf einem Bett B vorgesehene Formspannvorrichtung 2 und eine Einspritzvorrichtung 3 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform, die später beschrieben wird. Die Formspannvorrichtung 2 umfasst eine feststehende Platte 7, eine beweg-

liche Platte 8, ein Formspanngehäuse 9, Zugstangen 10, 10, ... , die das Formspanngehäuse 9 und die feststehende Platte 7 verbinden, und einen Formspannmechanismus 11, der aus einem Kniehebelmechanismus besteht. Auf der feststehenden Platte 7 und der beweglichen Platte 8 sind Formen 13 und 14 vorgesehen. Wenn ein Formspannmechanismus 11 angetrieben wird, werden die Formen 13 und 14 gespannt.

[0022] Die Einspritzvorrichtung 3 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist derart vorgesehen, dass sie sich in Bezug auf die Formspannvorrichtung 2 vorwärts und rückwärts bewegen kann und ein Einspritzmaterial in die von der Formspannvorrichtung 2 gespannten Formen 13 und 14 einspritzt. Wie in Fig. 2 gezeigt, umfasst die Einspritzvorrichtung 3 einen Heizzylinder 17 und eine Schnecke 18 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform. In der Nähe eines hinteren Endabschnitts des Heizzylinders 17 befindet sich ein Trichter 19, wobei an einer Spitze eine Einspritzdüse 20 vorgesehen ist. Wenn das Einspritzmaterial in den Trichter 19 eingefüllt und die Schnecke 18 gedreht wird, wird das Einspritzmaterial geschmolzen, weitergeleitet und gemessen. Das heißt, in der Einspritzvorrichtung 3 ist eine Seite des Trichters 19 eine stromaufwärtige Seite und eine Seite der Einspritzdüse 20 eine stromabwärtige Seite. [0023] Die Schnecke 18 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist durch einen Teil der Form eines Schneckengangs 21 gekennzeichnet und wird im Folgenden beschrieben. Insgesamt ist die Schnecke 18 wie folgt beschaffen. Die Tiefe einer von dem Schneckengang 21 der Schnecke 18 gebildeten Rille ändert sich in jedem Teil der Schnecke 18, wobei das Innere des Heizzylinders 17 unterteilt ist. Das heißt, die Rille ist auf der stromaufwärtigen Seite der Schnecke 18 tief ausgebildet, um als Zuführabschnitt 23 zu dienen, in den das Einspritzmaterial stromabwärts geleitet wird, während es erhitzt wird. Dann ändert sich die Tiefe der Rille allmählich flach in dem mittleren Strom, um als Kompressionsabschnitt 24 zu dienen, in dem das Einspritzmaterial komprimiert wird, während es geschmolzen wird. Auf der stromabwärtigen Seite ist die Rille flach ausgebildet und dient als Messabschnitt 25, in dem das Einspritzmaterial gemessen wird. [0024] Ein Teil der Schnecke 18 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist in Fig. 3 vergrößert dargestellt, wobei die Schnecke 18 dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Teil des Schneckengangs 21 ein abgestufter Schneckengang 28 ist. Der abgestufte Schneckengang 28, dessen Querschnitt entlang der Linie A-A in Fig. 3 in Fig. 4 gezeigt ist, ist durch einen oberen Abschnitt 29 desselben gekennzeichnet. Das heißt, der abgestufte Schneckengang 28 ist als stufenförmiger Stufenabschnitt an dem oberen Abschnitt 29 ausgebildet und umfasst einen Abschnitt mit großem Durchmesser 31 auf der stromaufwärtigen Seite und einen Stegabschnitt 32 auf der stromabwärtigen Seite. Da der Stegabschnitt 32 einen um eine Stufe 33 kleineren Durchmesser hat als der Abschnitt mit großem Durchmesser 31, ist ein Spalt H; zwischen einer Bohrung 35 des Heizzylinders 17 und dem Stegabschnitt 32 größer als ein Spalt H2 zwischen dem Abschnitt mit großem Durchmesser 31 und der Bohrung 35 des Heizzylinders 17. Da der abgestufte Schneckengang 28 auf diese Weise ausgebildet ist, tritt das geschmolzene Einspritzmaterial ein, wird ein entsprechender Schmierungsdruck an dem oberen Abschnitt 29 erzeugt und wird verhindert, dass der Heizzylinder 17 und die Schnecke 18 miteinander in Kontakt kommen. [0025] In dieser beispielhaften Ausführungsform ist der abgestufte Schneckengang 28 in dem Kompressionsabschnitt 24 und in dem Messabschnitt 25 vorgesehen. Dies liegt daran, dass, wenn sich die Schnecke 18 dreht, die Schnecke 18 schwingen kann und eine Drehwelle davon exzentrisch von einer Achse des Heizzylinders 17 sein kann, wobei ein Grad der Amplitude in dem Kompressionsabschnitt 24 relativ groß ist und in dem Messabschnitt 25 neben dem Kompressionsabschnitt 24 am zweitgrößten ist. Daher ist der abgestufte Schneckengang 28 in diesen Abschnitten vorgesehen. Aber auch wenn der abgestufte Schneckengang 28 lediglich in dem Kompressionsabschnitt 24 mit einem großen Amplitudengrad vorgesehen ist, kann der Effekt der Verhinderung des Kontakts zwischen dem Heizzylinder 17 und der Schnecke 18 erzielt werden.

[0022] Die Einspritzvorrichtung 3 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist derart vorgesehen, dass sie sich in Bezug auf die Formspannvorrichtung 2 vorwärts und rückwärts bewegen kann und ein Einspritzmaterial in die von der Formspannvorrichtung 2 gespannten Formen 13 und 14 einspritzt. Wie in Fig. 2 gezeigt, umfasst die Einspritzvorrichtung 3 einen Heizzylinder 17 und eine Schnecke 18 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform. In der Nähe eines hinteren Endabschnitts des Heizzylinders 17 befindet sich ein Trichter 19, wobei an einer Spitze eine Einspritzdüse 20 vorgesehen ist. Wenn das Einspritzmaterial in den Trichter 19 eingefüllt und die Schnecke 18 gedreht wird, wird das Einspritzmaterial geschmolzen, weitergeleitet und gemessen. Das heißt, in der Einspritzvorrichtung 3 ist eine Seite des Trichters 19 eine stromaufwärtige Seite und eine Seite der Einspritzdüse 20 eine stromabwärtige Seite.

[0023] Die Schnecke 18 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist durch einen Teil der Form eines Schneckengangs 21 gekennzeichnet und wird im Folgenden beschrieben. Insgesamt ist die Schnecke 18 wie folgt beschaffen. Die Tiefe einer von dem Schneckengang 21 der Schnecke 18 gebildeten Rille ändert sich in jedem Teil der Schnecke 18, wobei das Innere des Heizzylinders 17 unterteilt ist. Das heißt, die Rille ist auf der stromaufwärtigen Seite der Schnecke 18 tief ausgebildet, um als Zuführabschnitt 23 zu dienen, in den das Einspritzmaterial stromabwärts geleitet wird, während es erhitzt wird. Dann ändert sich die Tiefe der Rille allmählich flach in dem mittleren Strom, um als Kompressionsabschnitt 24 zu dienen, in dem das Einspritzmaterial komprimiert wird, während es geschmolzen wird. Auf der stromabwärtigen Seite ist die Rille flach ausgebildet und dient als Messabschnitt 25, in dem das Einspritzmaterial gemessen wird. [0024] Ein Teil der Schnecke 18 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist in Fig. 3 vergrößert dargestellt, wobei die Schnecke 18 dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Teil des Schneckengangs 21 ein abgestufter Schneckengang 28 ist. Der abgestufte Schneckengang 28, dessen Querschnitt entlang der Linie A-A in Fig. 3 in Fig. 4 gezeigt ist, ist durch einen oberen Abschnitt 29 desselben gekennzeichnet. Das heißt, der abgestufte Schneckengang 28 ist als stufenförmiger Stufenabschnitt an dem oberen Abschnitt 29 ausgebildet und umfasst einen Abschnitt mit großem Durchmesser 31 auf der stromaufwärtigen Seite und einen Stegabschnitt 32 auf der stromabwärtigen Seite. Da der Stegabschnitt 32 einen um eine Stufe 33 kleineren Durchmesser hat als der Abschnitt mit großem Durchmesser 31, ist ein Spalt H; zwischen einer Bohrung 35 des Heizzylinders 17 und dem Stegabschnitt 32 größer als ein Spalt H2 zwischen dem Abschnitt mit großem Durchmesser 31 und der Bohrung 35 des Heizzylinders 17. Da der abgestufte Schneckengang 28 auf diese Weise ausgebildet ist, tritt das geschmolzene Einspritzmaterial ein, wird ein entsprechender Schmierungsdruck an dem oberen Abschnitt 29 erzeugt und wird verhindert, dass der Heizzylinder 17 und die Schnecke 18 miteinander in Kontakt kommen. [0025] In dieser beispielhaften Ausführungsform ist der abgestufte Schneckengang 28 in dem Kompressionsabschnitt 24 und in dem Messabschnitt 25 vorgesehen. Dies liegt daran, dass, wenn sich die Schnecke 18 dreht, die Schnecke 18 schwingen kann und eine Drehwelle davon exzentrisch von einer Achse des Heizzylinders 17 sein kann, wobei ein Grad der Amplitude in dem Kompressionsabschnitt 24 relativ groß ist und in dem Messabschnitt 25 neben dem Kompressionsabschnitt 24 am zweitgrößten ist. Daher ist der abgestufte Schneckengang 28 in diesen Abschnitten vorgesehen. Aber auch wenn der abgestufte Schneckengang 28 lediglich in dem Kompressionsabschnitt 24 mit einem großen Amplitudengrad vorgesehen ist, kann der Effekt der Verhinderung des Kontakts zwischen dem Heizzylinder 17 und der Schnecke 18 erzielt werden.

[0023] Die Schnecke 18 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist durch einen Teil der Form eines Schneckengangs 21 gekennzeichnet und wird im Folgenden beschrieben. Insgesamt ist die Schnecke 18 wie folgt beschaffen. Die Tiefe einer von dem Schneckengang 21 der Schnecke 18 gebildeten Rille ändert sich in jedem Teil der Schnecke 18, wobei das Innere des Heizzylinders 17 unterteilt ist. Das heißt, die Rille ist auf der stromaufwärtigen Seite der Schnecke 18 tief ausgebildet, um als Zuführabschnitt 23 zu dienen, in den das Einspritzmaterial stromabwärts geleitet wird, während es erhitzt wird. Dann ändert sich die Tiefe der Rille allmählich flach in dem mittleren Strom, um als Kompressionsabschnitt 24 zu dienen, in dem das Einspritzmaterial komprimiert wird, während es geschmolzen wird. Auf der stromabwärtigen Seite ist die Rille flach ausgebildet und dient als Messabschnitt 25, in dem das Einspritzmaterial gemessen wird.

[0024] Ein Teil der Schnecke 18 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist in Fig. 3 vergrößert dargestellt, wobei die Schnecke 18 dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Teil des Schneckengangs 21 ein abgestufter Schneckengang 28 ist. Der abgestufte Schneckengang 28, dessen Querschnitt entlang der Linie A-A in Fig. 3 in Fig. 4 gezeigt ist, ist durch einen oberen Abschnitt 29 desselben gekennzeichnet. Das heißt, der abgestufte Schneckengang 28 ist als stufenförmiger Stufenabschnitt an dem oberen Abschnitt 29 ausgebildet und umfasst einen Abschnitt mit großem Durchmesser 31 auf der stromaufwärtigen Seite und einen Stegabschnitt 32 auf der stromabwärtigen Seite. Da der Stegabschnitt 32 einen um eine Stufe 33 kleineren Durchmesser hat als der Abschnitt mit großem Durchmesser 31, ist ein Spalt H; zwischen einer Bohrung 35 des Heizzylinders 17 und dem Stegabschnitt 32 größer als ein Spalt H2 zwischen dem Abschnitt mit großem Durchmesser 31 und der Bohrung 35 des Heizzylinders 17. Da der abgestufte Schneckengang 28 auf diese Weise ausgebildet ist, tritt das geschmolzene Einspritzmaterial ein, wird ein entsprechender Schmierungsdruck an dem oberen Abschnitt 29 erzeugt und wird verhindert, dass der Heizzylinder 17 und die Schnecke 18 miteinander in Kontakt kommen.

[0025] In dieser beispielhaften Ausführungsform ist der abgestufte Schneckengang 28 in dem Kompressionsabschnitt 24 und in dem Messabschnitt 25 vorgesehen. Dies liegt daran, dass, wenn sich die Schnecke 18 dreht, die Schnecke 18 schwingen kann und eine Drehwelle davon exzentrisch von einer Achse des Heizzylinders 17 sein kann, wobei ein Grad der Amplitude in dem Kompressionsabschnitt 24 relativ groß ist und in dem Messabschnitt 25 neben dem Kompressionsabschnitt 24 am zweitgrößten ist. Daher ist der abgestufte Schneckengang 28 in diesen Abschnitten vorgesehen. Aber auch wenn der abgestufte Schneckengang 28 lediglich in dem Kompressionsabschnitt 24 mit einem großen Amplitudengrad vorgesehen ist, kann der Effekt der Verhinderung des Kontakts zwischen dem Heizzylinder 17 und der Schnecke 18 erzielt werden.

[0026] Wenn sich die Schnecke 18 dreht, um das Einspritzmaterial vorwärts zu befördern, wird in dem abgestuften Schneckengang 28 im Vergleich zu dem Schneckengang der herkömmlichen Schnecke der Stegabschnitt 32 ausgebildet, fließt das Einspritzmaterial aufgrund des großen Spaltes H1+ ohne Widerstand und ist die Plastifizierungskapazität geringer als die der herkömmlichen Schnecke. Die Schnecke 18 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist jedoch durch einen numerischen Bereich des Spaltverhältnisses m gekennzeichnet und weist unabhängig von der Tatsache, dass der abgestufte Schneckengang 28 vorgesehen ist, eine hohe Plastifizierungskapazität auf. Das Spaltverhältnis m ist das Verhältnis zwischen dem Spalt H; und dem Spalt H2, d.h. m = H+/H2, und wird speziell in dem folgenden Zahlenbereich gewählt.

2,3[0027] Wenn also das Spaltverhältnis m gewählt wird, verbessert sich die Plastifizierungskapazität. Diese Tatsache wurde in einem später beschriebenen Versuch nachgewiesen. Nach der theoretischen Studie, die auf einem weiter unten beschriebenen Modell beruht, liegt der ideale Bereich für das Spaltverhältnis m jedoch bei 1,65 oder mehr und 2,15 oder weniger. Dies liegt daran, dass in diesem Bereich ein hoher Schmierungsdruck erzielt werden kann. Der in der vorliegenden Ausführungsform gewählte Zahlenbereich A des Spaltverhältnisses m ist ein Wertebereich, der größer ist als der obige Idealbereich. [0028] Hier stellen sich zwei Fragen. Die erste Frage ist, ob die Plastifizierungskapazität höher ist als die der Schnecke im Idealbereich, unabhängig davon, dass der Zahlenbereich A größer ist als der Idealbereich. Je größer das Spaltverhältnis m ist, desto größer ist der Spalt H+1 in dem Stegabschnitt 32, desto leichter fließt das Harzmaterial, und desto geringer sollte die Plastifizierungskapazität sein. Dies steht jedoch im Widerspruch zu dieser Erwartung. Die zweite Frage ist, ob der erforderliche Schmierungsdruck auch dann erzeugt wird, wenn das Spaltverhältnis m außBerhalb des Idealbereichs liegt. Was die erste Frage betrifft, so wurde, wie oben beschrieben, durch den Versuch festgestellt, dass die Schnecke 18 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine höhere Plastifizierungskapazität hat als die Schnecke mit einem Spaltverhältnis m im Idealbereich. Was die zweite Frage betrifft, so wird durch den Versuch bestätigt, dass der erforderliche Schmierungsdruck erreicht werden kann. Dies wird im Folgenden beschrieben. [0029] Zunächst wird das Verhalten des Einspritzmaterials in dem abgestuften Schneckengang 28 anhand eines Modells theoretisch untersucht. [0030] Zunächst wird der Mechanismus zur Erzeugung des Schmierungsdrucks in dem abgestuften Schneckengang 28 beschrieben, wobei eine abstoßende Kraft, die verhindert, dass der obere Abschnitt 29 des abgestuften Schneckengangs 28 mit der Bohrung des Heizzylinders 17 in Berührung kommt, d.h. die Schmierungslastkapazität W, durch eine mathematische Formel ausgedrückt wird. [0031] Wenn sich die Schnecke 18 in dem Heizzylinder 17 dreht, wird der abgestufte Schneckengang 28 mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit in Bezug auf die Bohrung des Heizzylinders 17 angetrieben, wobei diese Geschwindigkeit in eine Komponente parallel zu dem abgestuften Schneckengang 28 und eine Komponente senkrecht zu dem abgestuften Schneckengang 28 unterteilt werden kann. Betrachtet man die Komponente senkrecht zu dem abgestuften Schneckengang 28, wie in Fig. 5 gezeigt, so scheint sich der abgestufte Schneckengang 28 mit einer Geschwindigkeit U' nach links in Bezug auf den Heizzylinder 17 zu bewegen. Unter der Annahme, dass der abgestufte Schneckengang 28 feststeht, kann man davon ausgehen, dass sich der Heizzylinder 17 mit einer Geschwindigkeit U nach rechts bewegt. Die Geschwindigkeit U hat dieselbe Größe wie die Geschwindigkeit U' und eine Richtung, die jener der Geschwindigkeit U' entgegengesetzt ist. [0032] Das geschmolzene Einspritzmaterial tritt in den Spalt H+ ein und wird aus dem Spalt H» ausgegeben. Zu diesem Zeitpunkt entsteht der Schmierungsdruck. Die Verteilung der Geschwindigkeit v des Einspritzmaterials in den Spalten H+ und H>2 ist in Fig. 5 schematisch dargestellt. Der Schmierungsdruck p erreicht einen Maximalwert Ps an der Grenze zwischen dem Abschnitt mit

[0028] Hier stellen sich zwei Fragen. Die erste Frage ist, ob die Plastifizierungskapazität höher ist als die der Schnecke im Idealbereich, unabhängig davon, dass der Zahlenbereich A größer ist als der Idealbereich. Je größer das Spaltverhältnis m ist, desto größer ist der Spalt H+1 in dem Stegabschnitt 32, desto leichter fließt das Harzmaterial, und desto geringer sollte die Plastifizierungskapazität sein. Dies steht jedoch im Widerspruch zu dieser Erwartung. Die zweite Frage ist, ob der erforderliche Schmierungsdruck auch dann erzeugt wird, wenn das Spaltverhältnis m außBerhalb des Idealbereichs liegt. Was die erste Frage betrifft, so wurde, wie oben beschrieben, durch den Versuch festgestellt, dass die Schnecke 18 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine höhere Plastifizierungskapazität hat als die Schnecke mit einem Spaltverhältnis m im Idealbereich. Was die zweite Frage betrifft, so wird durch den Versuch bestätigt, dass der erforderliche Schmierungsdruck erreicht werden kann. Dies wird im Folgenden beschrieben.

[0029] Zunächst wird das Verhalten des Einspritzmaterials in dem abgestuften Schneckengang 28 anhand eines Modells theoretisch untersucht.

[0030] Zunächst wird der Mechanismus zur Erzeugung des Schmierungsdrucks in dem abgestuften Schneckengang 28 beschrieben, wobei eine abstoßende Kraft, die verhindert, dass der obere Abschnitt 29 des abgestuften Schneckengangs 28 mit der Bohrung des Heizzylinders 17 in Berührung kommt, d.h. die Schmierungslastkapazität W, durch eine mathematische Formel ausgedrückt wird. [0031] Wenn sich die Schnecke 18 in dem Heizzylinder 17 dreht, wird der abgestufte Schneckengang 28 mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit in Bezug auf die Bohrung des Heizzylinders 17 angetrieben, wobei diese Geschwindigkeit in eine Komponente parallel zu dem abgestuften Schneckengang 28 und eine Komponente senkrecht zu dem abgestuften Schneckengang 28 unterteilt werden kann. Betrachtet man die Komponente senkrecht zu dem abgestuften Schneckengang 28, wie in Fig. 5 gezeigt, so scheint sich der abgestufte Schneckengang 28 mit einer Geschwindigkeit U' nach links in Bezug auf den Heizzylinder 17 zu bewegen. Unter der Annahme, dass der abgestufte Schneckengang 28 feststeht, kann man davon ausgehen, dass sich der Heizzylinder 17 mit einer Geschwindigkeit U nach rechts bewegt. Die Geschwindigkeit U hat dieselbe Größe wie die Geschwindigkeit U' und eine Richtung, die jener der Geschwindigkeit U' entgegengesetzt ist. [0032] Das geschmolzene Einspritzmaterial tritt in den Spalt H+ ein und wird aus dem Spalt H» ausgegeben. Zu diesem Zeitpunkt entsteht der Schmierungsdruck. Die Verteilung der Geschwindigkeit v des Einspritzmaterials in den Spalten H+ und H>2 ist in Fig. 5 schematisch dargestellt. Der Schmierungsdruck p erreicht einen Maximalwert Ps an der Grenze zwischen dem Abschnitt mit

[0030] Zunächst wird der Mechanismus zur Erzeugung des Schmierungsdrucks in dem abgestuften Schneckengang 28 beschrieben, wobei eine abstoßende Kraft, die verhindert, dass der obere Abschnitt 29 des abgestuften Schneckengangs 28 mit der Bohrung des Heizzylinders 17 in Berührung kommt, d.h. die Schmierungslastkapazität W, durch eine mathematische Formel ausgedrückt wird.

[0031] Wenn sich die Schnecke 18 in dem Heizzylinder 17 dreht, wird der abgestufte Schneckengang 28 mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit in Bezug auf die Bohrung des Heizzylinders 17 angetrieben, wobei diese Geschwindigkeit in eine Komponente parallel zu dem abgestuften Schneckengang 28 und eine Komponente senkrecht zu dem abgestuften Schneckengang 28 unterteilt werden kann. Betrachtet man die Komponente senkrecht zu dem abgestuften Schneckengang 28, wie in Fig. 5 gezeigt, so scheint sich der abgestufte Schneckengang 28 mit einer Geschwindigkeit U' nach links in Bezug auf den Heizzylinder 17 zu bewegen. Unter der Annahme, dass der abgestufte Schneckengang 28 feststeht, kann man davon ausgehen, dass sich der Heizzylinder 17 mit einer Geschwindigkeit U nach rechts bewegt. Die Geschwindigkeit U hat dieselbe Größe wie die Geschwindigkeit U' und eine Richtung, die jener der Geschwindigkeit U' entgegengesetzt ist.

[0032] Das geschmolzene Einspritzmaterial tritt in den Spalt H+ ein und wird aus dem Spalt H» ausgegeben. Zu diesem Zeitpunkt entsteht der Schmierungsdruck. Die Verteilung der Geschwindigkeit v des Einspritzmaterials in den Spalten H+ und H>2 ist in Fig. 5 schematisch dargestellt. Der Schmierungsdruck p erreicht einen Maximalwert Ps an der Grenze zwischen dem Abschnitt mit

dem großen Durchmesser 31 und dem Stegabschnitt 32, d.h. in der Nähe des Stufenabschnitts, und ist an beiden Stirnflächen des abgestuften Schneckengangs 28 im Wesentlichen null. Dann ändert sich der Schmierungsdruck p in jedem der Abschnitte mit großem Durchmesser 31 und dem Stegabschnitt 32 linear. Der Grund, warum sich der Schmierungsdruck p linear ändert, besteht darin, dass die Strömung des geschmolzenen Harzes mit einer hohen Viskosität eine laminare Strömung ist und die laminare Strömung den Druck im Verhältnis zur Fließstrecke verliert.

[0033] Hier wird das allgemeine Verhalten eines viskosen Fluids zwischen zwei Ebenen betrachtet, die sich relativ zueinander bewegen. Fig. 6 zeigt ein Modell mit einem feststehenden Teil 37 und einem beweglichen Teil 38, das mit einer Geschwindigkeit V relativ zu dem feststehenden Teil 37 gleitet. Zwischen dem feststehenden Teil 37 und dem beweglichen Teil 38 ist ein Newtonsches Fluid eingefüllt. Betrachtet man das Gleichgewicht der Kräfte, die auf ein winziges Element 39 des Fluids wirken, so ergibt sich die Gleichung 1 aus dem Gleichgewicht der Kräfte in Richtung der x-Achse. Dabei ist p der Druck und ı eine Scherkraft.

dp dt . ax a (Gleichung 1)

[0034] Die Scherkraft t ist durch Gleichung 2 gegeben, wobei u die Viskosität des Fluids und v die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids in x-Richtung ist.

t= u (Gleichung 2) [0035] Gleichung 3 kann aus Gleichung 1 und Gleichung 2 abgeleitet werden. dp _ 0% .

x a (Gleichung 3)

[0036] Die Gleichung 3 kann auch aus der so genannten Navier-Stokes- Gleichung abgeleitet werden, die eine stetige Strömung eines nicht komprimierbaren Fluids darstellt.

[0037] Wenn der Spalt zwischen dem feststehenden Teil 37 und dem beweglichen Teil 38 in yRichtung als h definiert ist, ist die Geschwindigkeit v des Fluids 0, wenn y=h. Wenn weiterhin y=0 ist, ist die Geschwindigkeit v des Fluids V. Wenn die Gleichung 3 mit diesen Bedingungen als Randbedingungen gelöst wird, erhält man die Gleichung 4, die einen Beziehungsausdruck zwischen der Strömungsgeschwindigkeit v und der Druckverteilung darstellt.

„yh—zy_ Lee — i v=V- u ax yh- y) (Gleichung 4) [0038] Unter Berücksichtigung der Einheitsbreite senkrecht zur Papieroberfläche ergibt sich die Strömungsrate Q des durch den Spalt h fließenden Fluids aus Gleichung 5, die man durch Integration von Gleichung 4 erhält.

_h _Vh n3 dp . Q= [ vdy = 77 Tax (Gleichung 5) [0039] Die Strömungsrate Qx des geschmolzenen Harzes, das durch den Spalt H; und den Spalt H> in dem in Fig. 5 gezeigten Modell fließt, wird mit der Gleichung 5 berechnet. Die Strömungsrate Qx ist in dem Spalt H+ und im Spalt H; gleich. Wenn die Breite des abgestuften Schneckengangs 28 als Bı und die Breite des Stegabschnitts 32 als B» definiert ist, ist der Druckgradient dp/dx im Spalt H1 durch Ps/B, und in dem Spalt H» durch (0-Ps)/(B;-B2) gegeben.

[0040] Die Strömungsrate Qx ergibt sich somit aus Gleichung 6. __ Hl Pa Hy _ He? O-Ps Hz ; Qx = 2LB, +7 U = ET +7 U (Gleichung 6) [0041] Löst man die Gleichung 6 nach dem Maximalwert Ps des Schmierungsdrucks auf, so erhält man die Gleichung 7. 12uB,(Bı-B,) 1

fs Be 2 7 Ha) =

6UUB„(B1-B,)(H1-H>,) Hi *(Bı-B,)+H,*B,

(Gleichung 7)

[0042] Die Schmierungslastkapazität W pro Längeneinheit in dem abgestuften Schneckengang 28 erhält man durch Integrieren des Schmierungsdrucks p in Breitenrichtung des abgestuften Schneckengangs 28. Wie in Fig. 5 gezeigt, ändert sich der Schmierungsdruck p wie ein Dreieck mit einer Basislänge von B; und einer Höhe von Ps. Die Lastkapazität W ist somit als die Fläche des Dreiecks gegeben. Die auf diese Weise berechnete Lastkapazität W ist in Gleichung 8 dargestellt.

MUB} = m? Ku _ 38(1-B)m-y) _ A _B, . Ku = Ran M=- ß= Br (Gleichung 8)

[0043] Kw ist ein Lastkapazitätskoeffizient, m ist das Spaltverhältnis, d.h. das Verhältnis zwischen den Spalten H+ und H;, und ß ist ein Formfaktor, d.h. ein Verhältnis zwischen der Schneckengangbreite B+; und der Breite B» des Stegabschnitts 32.

[0044] In dem abgestuften Schneckengang 28 wird zwischen dem oberen Abschnitt 29 und der Bohrung des Heizzylinders 17 aufgrund der durch Gleichung 8 dargestellten Schmierlastkapazität W eine abstoßende Kraft erzeugt, wobei der Kontakt dazwischen verhindert wird.

[0045] Die Schmierungslastkapazität W ist proportional zu dem Lastkapazitätskoeffizienten Kw, wobei sich der Lastkapazitätskoeffizient Kw in Abhängigkeit von dem Spaltverhältnis m, das das Verhältnis zwischen den Spalten H; und H>2 ist, und dem Formfaktor ß ändert, der das Verhältnis der Schneckengangbreite B+ zur Breite B» des Stegabschnitts 32 ist. Daher zeigt ein Graph in Fig. 7 eine Anderung des Lastkapazitätskoeffizienten Kw, der durch die Gleichung 8 gegeben ist, wenn sich der Formfaktor ß in Bezug auf verschiedene Spaltverhältnisse m ändert. Ferner zeigt ein Graph in Fig. 8 eine Anderung des Lastkapazitätskoeffizienten Kw, wenn sich das Spaltverhältnis m in Bezug auf verschiedene Formfaktoren ß ändert.

[0046] Der Lastkapazitätskoeffizient Kw beträgt 0,2 oder mehr, wenn das Spaltverhältnis m und der Formfaktor ß wie folgt sind.

1,65 < m <2,15 0,63 < ß < 0,79

[0047] Gleichzeitig ist die Lastkapazität W am größten, wobei ein hoher Schmierungsdruck dafür sorgt, dass der obere Abschnitt 29 des abgestuften Stegs 28 nicht mit der Bohrung 35 des Heizzylinders 17 in Berührung kommt. Dies ist die theoretische Studie für das Modell.

[0048] Wie oben beschrieben, wird bei dem abgestuften Schneckengang 28 der Schnecke 18 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform das Spaltverhältnis m in dem Zahlenbereich A gewählt.

[0049] Es wird ein erster Versuch beschrieben. [0050] Ziel des Versuchs: Klärung eines Zusammenhangs zwischen dem Spaltverhältnis m und der Plastifizierungskapazität in der Schnecke 18 einschließlich des abgestuften Schneckengangs 28. Vorbereitung für den Versuch: [0051] Ein Heizzylinder 17 mit einem Innendurchmesser von 91,8 mm und fünf Schnecken X, Y, A, Bund C mit demselben Schneckendurchmesser und derselben Schneckengangrillentiefe wurden vorbereitet. Bei der Schnecke X handelte es sich um eine herkömmliche Schnecke mit einem flachen oberen Schneckengangabschnitt, und bei den Schnecken Y und A bis C handelte es sich um die Schnecke 18 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform, bei der der abgestufte Schneckengang 28 in dem Kompressionsabschnitt 24 und in dem Messabschnitt 25 ausgebildet war. Für die Schnecken Y, A, B und C wurde das Spaltverhältnis m = H+;/H2» geändert.

[0050] Ziel des Versuchs: Klärung eines Zusammenhangs zwischen dem Spaltverhältnis m und der Plastifizierungskapazität in der Schnecke 18 einschließlich des abgestuften Schneckengangs 28.

Vorbereitung für den Versuch:

[0051] Ein Heizzylinder 17 mit einem Innendurchmesser von 91,8 mm und fünf Schnecken X, Y, A, Bund C mit demselben Schneckendurchmesser und derselben Schneckengangrillentiefe wurden vorbereitet. Bei der Schnecke X handelte es sich um eine herkömmliche Schnecke mit einem flachen oberen Schneckengangabschnitt, und bei den Schnecken Y und A bis C handelte es sich um die Schnecke 18 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform, bei der der abgestufte Schneckengang 28 in dem Kompressionsabschnitt 24 und in dem Messabschnitt 25 ausgebildet war. Für die Schnecken Y, A, B und C wurde das Spaltverhältnis m = H+;/H2» geändert.

Insbesondere wurde das Spaltverhältnis auf 2,00, 2,33, 4,33 bzw. 6,33 eingestellt. Verfahren in dem Versuch:

[0052] Die Schnecken X, Y, A, B und C wurden nacheinander in den Heizzylinder 17 eingesetzt, Polypropylen (PP) und Polyethylen (PE) wurden als Harzmaterial zugeführt und die Extrusionsmenge gemessen. Die Extrusionsmenge ist ein Index für die Bewertung der Plastifizierungskapazität, wenn die Drehzahlen der Schnecken gleich sind. Das heißt, je größer die Extrusionsmenge ist, desto höher ist die Plastifizierungskapazität. Die Extrusionsmenge wurde unter den folgenden Bedingungen 1 und 2 gemessen.

"Bedingung 1": Die Schnecke wurde 90 Sekunden lang gedreht, und das Gewicht des extrudierten Harzmaterials wurde gemessen.

"Bedingung 2": Die Schnecke wurde 10 Sekunden lang gedreht und 10 Sekunden lang angehalten, die Schnecke wurde 10 Sekunden lang gedreht und 10 Sekunden lang angehalten, ... Dieser Vorgang wurde 10 Mal wiederholt und das Gewicht des extrudierten Harzmaterials gemessen.

[0053] Die Versuchsergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Tabelle 1] Schnecke Schnecke Schnecke Schnecke Schnecke X Y A B C Spaltverhältnis m (Hut) - 2,00 2,33 4,33 6,33 yingung 4568 3996 4207 4385 4501 PP Bedingun 5 9UNg 5386 4925 5036 5148 5388 yingung 5806 5343 5410 5657 5764 PE Bedingun 5 9UNg 6838 6310 6455 6487 6769 Einheit: g

Untersuchung des Versuchs:

[0054] Das Spaltverhältnis m der Schnecke Y liegt innerhalb des idealen Zahlenbereichs, der durch eine theoretische Studie für das Modell ermittelt wurde, wobei jedoch die Extrusionsmenge kleiner ist als die der Schnecke X, die eine herkömmliche Schnecke ist. Im Gegensatz dazu ist das Spaltverhältnis m der Schnecken A, B und C größer als der ideale Zahlenbereich, wobei jedoch die Extrusionsmenge größer ist als die der Schnecke Y.

[0055] Unter Berücksichtigung der Durchflussrate Q+ des Einspritzmaterials, das durch den Spalt H- des Stegabschnitts 32 fließt, kann man auf der Grundlage der Gleichung 5 die folgende Gleichung 9 erhalten.

_ Hy _ Hı* dp Q1 = 2 12u dx

(Gleichung 9)

[0056] Ursprüngich vergrößert sich mit zunehmendem Spaltverhältnis m zwangsläufig der Spalt H+-, so dass die Strömungsrate Q:; gemäß dem ersten Term der Gleichung 9 ansteigen sollte. Da die Durchflussrate Q: als Leckage des Einspritzmaterials an dem oberen Abschnitt 29 des Schneckengangs 21 betrachtet wird, sollte die Extrusionsmenge mit zunehmendem Spaltverhältnis m abnehmen. Die Ergebnisse dieses Versuchs zeigen jedoch einen Effekt, der dieser Erwartung entgegengesetzt ist.

[0057] Es wird eine Untersuchung unter Bezugnahme auf Fig. 10 durchgeführt. Wenn das Spaltverhältnis m groß ist, d.h. wenn der Spalt H+; größer ist als der Spalt H»2, wird davon ausgegangen, dass das Einspritzmaterial in einem Bereich stagniert, der durch das Bezugszeichen 41 in der

Nähe der Stufe 33 angezeigt wird. Diese Stagnation bewirkt, dass das Einspritzmaterial zurückgedrängt wird, wobei die Dicke des Flusses des Einspritzmaterials in dem Stegabschnitt 32 dünn ist. Infolgedessen ist der scheinbare Spalt H+' kleiner als der tatsächliche Spalt H+. Daher wird davon ausgegangen, dass die in Gleichung 9 dargestellte Strömungsrate Q+; kleiner ist. Je größer das Spaltverhältnis m ist, desto größer ist der Stagnationsbereich 41 und desto kleiner ist der scheinbare Spalt H:' im Vergleich zu dem tatsächlichen Spalt H1, so dass die Strömungsrate Q; kleiner und die Extrusionsmenge größer ist.

Zusammenfassung des Versuchs:

[0058] Es hat sich gezeigt, dass bei den Schnecken 18, die jeweils den abgestuften Schneckengang 28 enthalten, die Schnecken A, B und C mit einem Spaltverhältnis m von 2,33, 4,33 und 6,33 alle eine höhere Plastifizierungskapazität aufweisen als die Schnecke Y mit einem Spaltverhältnis m von 2,00. Unter dem Gesichtspunkt der Plastifizierbarkeit kann gesagt werden, dass der obige Zahlenbereich A als Spaltverhältnis m vorzuziehen ist. Das Spaltverhältnis m ist vorzugsweise 2,3 oder mehr und 4,3 oder weniger.

[0059] Anschließend wurde ein zweiter Versuch durchgeführt um zu bestätigen, dass der erforderliche Schmierungsdruck für die Schnecke 18 mit dem Spaltverhältnis m in einem derartigen Zahlenbereich A erzeugt wird.

Ziel des Versuchs: [0060] Bestätigen, ob der Schmierungsdruck in geeigneter Weise erzeugt wird um zu verhindern, dass der obere Abschnitt 29 des Schneckengangs 21 mit der Bohrung 35 in Berührung kommt, wenn sich die Schnecke 18, deren Spaltverhältnis m im Zahlenbereich A liegt, in dem Heizzylinder 17 dreht und die Menge des Einspritzmaterials gemessen wird. Vorbereitung für den Versuch: [0061] Wie in Fig. 2 gezeigt, waren in der Einspritzvorrichtung 3 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform Sensoren zur Erfassung eines Abstands zur Schnecke an mehreren Orten G7, G8, ... , G12 des Heizzylinders 17 eingebettet. Die Orte G7 bis G9 entsprechen dem Kompressionsabschnitt 24, und die Orte G10 bis G12 entsprechen dem Messabschnitt 25. Als Schnecke wurden die in Versuch 1 verwendeten Schnecken X, A, B und C vorbereitet. Ablauf und Ergebnisse des Versuchs: [0062] In dem Heizzylinder 17 wurden die Schnecken X, A, B und C nacheinander zugeführt und gedreht, und die Menge des Einspritzmaterials wurde gemessen. Gleichzeitig wurde das Schneckenamplitudenverhältnis an jedem Ort aus dem Abstand zu der Schnecke an jedem Ort G7, G8, ..., G12 ermittelt. Die Ergebnisse sind in dem Graphen in Fig. 9 dargestellt. Die Bezugszeichen 46, 47 und 48 sind Graphen der Schnecken A, B und C, d.h. Graphen mit einem Spaltverhältnis m von 2,33, 4,33 bzw. 6,33. Das Bezugszeichen 49 ist ein Graph der Schnecke X, d.h. ein Graph der herkömmlichen Schnecke. Das Schneckenamplitudenverhältnis ist 0,0, wenn die Mittelachse der Schnecke 18 mit der Mittelachse des Heizzylinders 17 zusammenfällt, und 1,0, wenn die Schnecke 18 und die Bohrung des Heizzylinders 17 miteinander in Kontakt kommen. Aus den Graphen in Fig. 9 geht hervor, dass das Amplitudenverhältnis der Schnecke bei der vorliegenden Ausführungsform im Bereich von 0,17 bis 0,82 liegt. Untersuchung: [0063] Es bestätigt sich, dass das Schneckenamplitudenverhältnis der Schnecke C mit einem Spaltverhältnis m von 6,4 ausreichend kleiner ist als das der herkömmlichen Schnecke und der erforderliche Schmierungsdruck erreicht werden kann. Allerdings hat diese Schnecke C einen Formfaktor ß von 0,94 und einen Lastkapazitätskoeffizient Kw von 0,056 aus der theoretischen Gleichung 8 und dürfte theoretisch nicht unbedingt einen ausreichenden Schmierungsdruck liefern. In der Praxis wurde jedoch durch Versuche bestätigt, dass der erforderliche Schmierungsdruck erreicht wird. Der Grund dafür liegt wahrscheinlich darin, dass der scheinbare Spalt H+'

[0060] Bestätigen, ob der Schmierungsdruck in geeigneter Weise erzeugt wird um zu verhindern, dass der obere Abschnitt 29 des Schneckengangs 21 mit der Bohrung 35 in Berührung kommt, wenn sich die Schnecke 18, deren Spaltverhältnis m im Zahlenbereich A liegt, in dem Heizzylinder 17 dreht und die Menge des Einspritzmaterials gemessen wird.

Vorbereitung für den Versuch:

[0061] Wie in Fig. 2 gezeigt, waren in der Einspritzvorrichtung 3 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform Sensoren zur Erfassung eines Abstands zur Schnecke an mehreren Orten G7, G8, ... , G12 des Heizzylinders 17 eingebettet. Die Orte G7 bis G9 entsprechen dem Kompressionsabschnitt 24, und die Orte G10 bis G12 entsprechen dem Messabschnitt 25. Als Schnecke wurden die in Versuch 1 verwendeten Schnecken X, A, B und C vorbereitet.

Ablauf und Ergebnisse des Versuchs:

[0062] In dem Heizzylinder 17 wurden die Schnecken X, A, B und C nacheinander zugeführt und gedreht, und die Menge des Einspritzmaterials wurde gemessen. Gleichzeitig wurde das Schneckenamplitudenverhältnis an jedem Ort aus dem Abstand zu der Schnecke an jedem Ort G7, G8, ..., G12 ermittelt. Die Ergebnisse sind in dem Graphen in Fig. 9 dargestellt. Die Bezugszeichen 46, 47 und 48 sind Graphen der Schnecken A, B und C, d.h. Graphen mit einem Spaltverhältnis m von 2,33, 4,33 bzw. 6,33. Das Bezugszeichen 49 ist ein Graph der Schnecke X, d.h. ein Graph der herkömmlichen Schnecke. Das Schneckenamplitudenverhältnis ist 0,0, wenn die Mittelachse der Schnecke 18 mit der Mittelachse des Heizzylinders 17 zusammenfällt, und 1,0, wenn die Schnecke 18 und die Bohrung des Heizzylinders 17 miteinander in Kontakt kommen. Aus den Graphen in Fig. 9 geht hervor, dass das Amplitudenverhältnis der Schnecke bei der vorliegenden Ausführungsform im Bereich von 0,17 bis 0,82 liegt.

Untersuchung:

[0063] Es bestätigt sich, dass das Schneckenamplitudenverhältnis der Schnecke C mit einem Spaltverhältnis m von 6,4 ausreichend kleiner ist als das der herkömmlichen Schnecke und der erforderliche Schmierungsdruck erreicht werden kann. Allerdings hat diese Schnecke C einen Formfaktor ß von 0,94 und einen Lastkapazitätskoeffizient Kw von 0,056 aus der theoretischen Gleichung 8 und dürfte theoretisch nicht unbedingt einen ausreichenden Schmierungsdruck liefern. In der Praxis wurde jedoch durch Versuche bestätigt, dass der erforderliche Schmierungsdruck erreicht wird. Der Grund dafür liegt wahrscheinlich darin, dass der scheinbare Spalt H+'

kleiner ist als der Spalt H+ in dem Stegabschnitt 32, wenn das Spaltverhältnis m groß ist, wie in Fig. 10 im ersten Versuch untersucht. Dies liegt daran, dass zum Beispiel der Graph, der die Beziehung zwischen dem Spaltverhältnis m und dem Belastbarkeitskoeffizienten Kw zeigt, wenn der in Fig. 8 gezeigte Formfaktor ß 0,9 ist, tatsächlich so ist, wie es durch einen Graphen 50 einer Punktlinie in Fig. 11 schematisch gezeigt ist.

Zusammenfassung des Versuchs:

[0064] Es wird bestätigt, dass in den Schnecken 18, jeweils der abgestufte Schneckengang 28 enthalten ist, die Schnecken A, B und C mit einem Spaltverhältnis m von 2,33, 4,33 und 6,33 allesamt einen erforderlichen Schmierungsdruck erzielen und den Kontakt mit der Bohrung 35 des Heizzylinders 17 in geeigneter Weise verhindern. Es hat sich gezeigt, dass die Auswahl des Spaltverhältnisses m aus dem Zahlenbereich A unter dem Gesichtspunkt der Erzielung eines erforderlichen Schmierungsdrucks kein Problem darstellt.

[0065] Aus dem zweiten Versuch geht hervor, dass ein ausreichender Schmierungsdruck auch dann erreicht wird, wenn der Formfaktor ß 0,94 beträgt. Aus dem Graphen in Fig. 8 ist ersichtlich, dass der theoretische Lastkapazitätskoeffizient Kw 0,056 oder mehr beträgt, wenn der Formfaktor ß 0,5 und der Wert des Spaltverhältnisses m 4,6 oder weniger beträgt, und dass der theoretische Lastkapazitätskoeffizient Kw 0,056 oder mehr beträgt, wenn der Formfaktor ß 0,6 und das Spaltverhältnis m 5,2 oder weniger beträgt. Wenn der Formfaktor ß 0,95 und das Spaltverhältnis m 6,5 oder weniger beträgt, liegt der theoretische Lastkapazitätskoeffizient Kw bei 0,056 oder mehr. Es wird festgestellt, dass bei einem großen Spaltverhältnis m der tatsächliche Lastkapazitätskoeffizient Kw größer wird als der theoretische Wert und der erforderliche Schmierungsdruck erreicht wird. Man kann also sagen, dass der Bereich des Formfaktors ß vorzugsweise 0,5 oder mehr und 0,95 oder weniger beträgt.

[0066] Als nächstes werden bevorzugte Bedingungen für den Durchmesser der Schnecke 18 untersucht. In dem Verdichtungsabschnitt 24 werden ein Einspritzmaterial 51 in festem Zustand und ein Einspritzmaterial 52 in geschmolzenem Zustand in dem Heizzylinder 17 gemischt, wie in Fig. 12 gezeigt. Das Einspritzmaterial 51 in festem Zustand wird auf einem hinteren Abschnitt des Stegs 21, d.h. auf der stromaufwärtigen Seite, aufgeschichtet, wodurch ein Feststoffbett 54 ausgebildet wird. Zwischen dem Feststoffbett 54 und der Bohrung 35 des Heizzylinders 17 bildet sich ein Schmelzefilm 55 aus einem geschmolzenen Einspritzmaterial, und auf der stromaufwärtigen Seite des Feststoffbetts 54 bildet sich ein Schmelzevorrat 57 aus einem geschmolzenen Einspritzmaterial.

[0067] Wenn sich die Schnecke 18 dreht, wird an dem oberen Abschnitt 29 des abgestuften Schneckengangs 28, wie oben beschrieben, ein Schmierungsdruck erzeugt, wobei jedoch an dem Schmelzefilm 55 ein Unterdruck entsteht. Dieser Unterdruck bewirkt, dass die Schnecke 18 schwingt, wenn sich die Schnecke 18 dreht, wobei die Größe des Unterdrucks zunimmt, wenn die Dicke Hs des Schmelzefilms 55 kleiner wird. Das heißt, wenn die Dicke Hs des Schmelzefilms 55 klein ist, besteht die Gefahr, dass die Schnecke 18 mit der Bohrung 35 des Heizzylinders 17 in Kontakt kommt.

[0068] Die Dicke Hs des Schmelzefilms 55 ist umso größer, je größer der Durchmesser der Schnecke 18 ist. Das heißt, je größer die Einspritzvorrichtung 3 ist, desto größer ist die Dicke Hz des Schmelzefilms 55. Der Grund dafür ist, dass das Einspritzmaterial umso effizienter geschmolzen werden muss, je größer die Maschine ist, und dass der Heizzylinder 17 umso effizienter beheizt wird. Je größer die Maschine ist, desto geringer ist die Drehzahl der Schnecke 18 und desto länger dauert es, bis das Einspritzmaterial geschmolzen ist. In der Industrie ist es üblich, eine Schnecke 18 mit einem Durchmesser von 70 mm oder mehr als große Maschine zu verwenden. Bei einer Schnecke 18 mit einem Durchmesser von 70 mm oder mehr ist die Dicke Hs des Schmelzefilms 55 ausreichend groß, wobei der Einfluss des Unterdrucks durch den Schmelzefilm 55 nicht berücksichtigt werden muss. Daher beträgt der Durchmesser der Schnecke 18 vorzugsweise 70 mm oder mehr. Zum Beispiel beträgt der Durchmesser des Abschnitts 31 mit großem Durchmesser der Schnecke 18 70 mm oder mehr. Der Durchmesser des Abschnitts mit dem großen Durchmesser 31 der Schnecke 18 beträgt beispielsweise 450 mm oder weniger, vorzugs-

weise 200 mm oder weniger, und noch bevorzugter 130 mm oder weniger.

[0069] Obwohl die Erfindung des vorliegenden Erfinders oben anhand der beispielhaften Ausführungsform beschrieben wurde, ist es unnötig zu sagen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene beispielhafte Ausführungsform beschränkt ist und dass verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von dem Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die Vielzahl der oben beschriebenen Beispiele kann in geeigneter Weise kombiniert werden.

Österreichisches AT 524 258 B1 2023-12-15

BEZUGSZEICHENLISTE

10 11 13 14 17 18 19 20 21 23 24 25 28 29 31 32 33 35 37 38 39 41 46 47 48 49 50

51 52

Spritzgießmaschine Formspannvorrichtung Einspritzvorrichtung feststehende Platte bewegliche Platte Formspanngehäuse Zugstangen Formspannmechanismus Form

Form

Heizzylinder

Schnecke

Trichter

Einspritzdüse Schneckengang Zuführabschnitt Kompressionsabschnitt Messabschnitt abgestufter Schneckengang oberer Abschnitt Abschnitt mit großem Durchmesser Stegabschnitt

Stufe

Bohrung

feststehendes Teil bewegliches Teil winziges Element Stagnationsbereich Graph der Schnecke A Graph der Schnecke B Graph der Schnecke C Graph der Schnecke X

Graph, der den Zusammenhang zwischen dem Spaltverhältnis m und dem Lastkapazitätskoeffizienten Kw zeigt

Einspritzmaterial in festem Zustand

Einspritzmaterial in geschmolzenem Zustand

54 Feststoffbett

55 —Schmelzefilm

57 Schmelzevorrat

B Bett

B; Schneckengangbreite

B» Breite des Stegabschnitts

G7, G8, ..., G12 Orte der Heizzylinder 17

H; Spalt H;' scheinbarer Spalt H2 Spalt

Hz Dicke des Schmelzefilms 55 Q Strömungsrate

U Geschwindigkeit

U' Geschwindigkeit

V Geschwindigkeit des Fluids

Claims

Patentansprüche

1. Schnecke (18), die in eine Bohrung (35) eines Heizzylinders (17) einer Spritzgießmaschine (1) einfügbar ist, wobei die Schnecke (18) einen Schneckengang (21) umfasst, wobei die Schnecke unterteilt ist in: einen Zuführabschnitt (23) auf einer stromaufwärtigen Seite, aus dem ein Einspritzmaterial zugeführt wird; einen Kompressionsabschnitt (24) in einem mittleren Strom, in dem das Einspritzmaterial während des Schmelzens komprimiert wird; und einen Messabschnitt (25) auf einer stromabwärtigen Seite, in dem das Einspritzmaterial in geschmolzenem Zustand gemessen wird, wobei ein stufenförmiger Stufenabschnitt an einem oberen Abschnitt (29) des Schneckengangs (21) eines Teils der Schnecke (18) ausgebildet ist und der Schneckengang (21), an dem der stufenförmige Stufenabschnitt ausgebildet ist, ein abgestufter Schneckengang (28) ist, und wobei der abgestufte Schneckengang (28) einen Abschnitt (31) mit großem Durchmesser auf der stromaufwärtigen Seite und einen Stegabschnitt (32) auf der stromabwärtigen Seite aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spaltverhältnis m = H+/H2, das ein Verhältnis eines Spaltes H1 zwischen dem Stegabschnitt (32) und der Bohrung (35) zu einem Spalt H2 zwischen dem Abschnitt (31) mit großem Durchmesser und der Bohrung (35) ist, 2,3 oder mehr und 6,4 oder weniger beträgt, dass für eine Schneckengangbreite B1 in einer Richtung senkrecht zu einem Steigungswinkel und eine Breite B2 des Stegabschnitts (32) in dem abgestuften Schneckengang die Breite B2 das 0,5-fache oder mehr und das 0,95-Fache oder weniger der Breite B1 beträgt, dass der Stegabschnitt (32) entlang des abgestuften Schneckenganges (28) von konstanter Breite B2 ist, und dass der abgestufte Schneckengang (28) kontinuierlich ausgebildet ist um sich wenigstens über den Kompressionsabschnitt (24) der Schnecke (18) zu erstrecken.

2, Schnecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser des Abschnitts (31) mit dem großen Durchmesser 70 mm oder mehr beträgt.

3. Schnecke nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der abgestufte Schneckengang (28) kontinuierlich ausgebildet ist um sich vom Kompressionsabschnitt (24) auf den Messabschnitt (25) zu erstrecken.

4. Einspritzvorrichtung, umfassend: einen Heizzylinder (17) mit einer Bohrung (35); und eine Schnecke (18), wobei die Schnecke unterteilt ist in: einen Zuführabschnitt (23) auf einer stromaufwärtigen Seite, aus dem ein Einspritzmaterial zugeführt wird; einen Kompressionsabschnitt (24) in einem mittleren Strom, in dem das Einspritzmaterial während des Schmelzens komprimiert wird; und einen Messabschnitt (25) auf einer stromabwärtigen Seite, in dem das Einspritzmaterial in geschmolzenem Zustand gemessen wird, wobei in der Schnecke (18) ein stufenförmiger Stufenabschnitt an einem oberen Abschnitt (29) eines Schneckengangs (21) eines Teils der Schnecke (18) ausgebildet ist und der Schneckengang (21) eines Teils der Schnecke (18) als abgestufter Schneckengang (28) ausgebildet ist, und wobei der abgestufte Schneckengang (28) einen Abschnitt (31) mit großem Durchmesser auf der stromaufwärtigen Seite und einen Stegabschnitt (32) auf der stromabwärtigen Seite aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spaltverhältnis m = H+/H2, das ein Verhältnis eines Spaltes H+ zwischen dem Stegabschnitt (32) und der Bohrung (35) zu einem Spalt H2» zwischen dem Abschnitt (31) mit großem Durchmesser und der Bohrung (35) ist, 2,3 oder mehr und 6,4 oder weniger beträgt, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Schneckengangbreite B1 in einer Richtung senkrecht zu einem Steigungswinkel und eine Breite B2 des Stegabschnitts (32) in dem abge-

stuften Schneckengang die Breite B2 das 0,5-fache oder mehr und das 0,95-Fache oder weniger der Breite B1 beträgt,

dass der Stegabschnitt (32) entlang des abgestuften Schneckenganges (28) von konstanter Breite B2 ist, und dass der abgestufte Schneckengang (28) kontinuierlich ausgebildet ist um sich wenigstens über den Kompressionsabschnitt (24) der Schnecke (18) zu erstrecken.

5. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser des Abschnitts (31) mit großem Durchmesser 70 mm oder mehr beträgt.

6. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der abgestufte Schneckengang (28) kontinuierlich ausgebildet ist um sich vom Kompressionsabschnitt (24) auf den Messabschnitt (25) zu erstrecken.

7. Spritzgießmaschine, umfassend: eine Formspannvorrichtung (2), die zum Spannen einer Form (13, 14) eingerichtet ist, und eine Einspritzvorrichtung (3), umfassend einen Heizzylinder (17) mit einer Bohrung (35) und einer Schnecke (18), wobei die Einspritzvorrichtung (3) dazu eingerichtet ist, ein Einspritzmaterial in die Form (13, 14) einzuspritzen, wobei die Schnecke unterteilt ist in: einen Zuführabschnitt (23) auf einer stromaufwärtigen Seite, aus dem ein Einspritzmaterial zugeführt wird; einen Kompressionsabschnitt (24) in einem mittleren Strom, in dem das Einspritzmaterial während des Schmelzens komprimiert wird; und einen Messabschnitt (25) auf einer stromabwärtigen Seite, in dem das Einspritzmaterial in geschmolzenem Zustand gemessen wird, wobei ein stufenförmiger Stufenabschnitt an einem oberen Abschnitt (31) eines Schneckengangs (21) eines Teils der Schnecke (18) derart ausgebildet ist, dass er ein abgestufter Schneckengang (28) ist, und wobei der abgestufte Schneckengang (28) einen Abschnitt (31) mit großem Durchmesser auf der stromaufwärtigen Seite und einen Stegabschnitt (32) auf der stromabwärtigen Seite aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spaltverhältnis m = H+4/H;, das ein Verhältnis eines Spalts H zwischen dem Stegabschnitt (32) und der Bohrung (35) zu einem Spalt H2 zwischen dem Abschnitt (31) mit großem Durchmesser und der Bohrung (35) ist, 2,3 oder mehr und 6,4 oder weniger beträgt, dass für eine Schneckengangbreite B1 in einer Richtung senkrecht zu einem Steigungswinkel und eine Breite B2 des Stegabschnitts (32) in dem abgestuften Schneckengang die Breite B2 das 0,5-fache oder mehr und das 0,95-Fache oder weniger der Breite B1 beträgt, dass der Stegabschnitt (32) entlang des abgestuften Schneckenganges (28) von konstanter Breite B2 ist, und dass der abgestufte Schneckengang (28) kontinuierlich ausgebildet ist um sich wenigstens über den Kompressionsabschnitt (24) der Schnecke (18) zu erstrecken.

8. Spritzgießmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser des Abschnitts (31) mit dem großen Durchmesser 70 mm oder mehr beträgt.

9. Spritzgießmaschine nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der abgestufte Schneckengang (28) kontinuierlich ausgebildet ist um sich vom Kompressionsabschnitt (24) auf den Messabschnitt (25) zu erstrecken.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen