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Die Erfindung betrifft eine lösbare Zusatzeinrichtung für Spritzgussmaschinen zum Einspritzen grosser Volumina von Kunststoffschmelze od. dgl. in Formen.
Derzeit werden zum Einspritzen von Strukturschaum, d. i. von plastischem Material mit expansivem Charakter, welches in einer Form einen integralen Pressling mit einem porösen Kern und einer kompakten Oberfläche bildet, einige besondere Erzeugungsverfahren und besonders angepasste Anordnungen verwendet. Die Expansion der Schmelze wird durch ein Blähmittel erzielt, das in die Form zusammen mit der Schmelze eingeführt wird. Das Blähmittel kann ein Material sein, das sich bei erhöhter Temperatur zerlegt, z. B. Azodicarbonamid u. dgl., oder ein komprimiertes Gas, z. B.
Stickstoff.
Die so vorbereitete Schmelze wird in die Form mit erhöhter Geschwindigkeit entweder mittels eines Kolbens aus einem Vorratsbehälter nach Füllen durch eine Plastifikationsschnecke, oder direkt durch axiale Bewegung der Stirnseite der Plastifikationsschnecke aus der Plastifizierkammer eingespritzt.
Die Anordnungen, welche das Material aus der Vorratskammer einspritzen, haben die Kammer derart gelagert, dass die Bewegung des Kolbens entweder parallel, windschief oder senkrecht zur Achse der Form verläuft, die senkrecht gegenüber den Spannplatten ist. Beim Einspritzen senkrecht zur Achse der Form, d. h. in die Trennungsebene der Form mündet die Kammer vorteilhaft in eine Düse, die parallel ist mit der Achse der Kammer und die sich gegen die Seitenwand der Form lehnt. Die Form ist in Richtung ihrer Trennwand mit einem Einlass versehen, wobei die Schmelze von einer Seite des Hohlraums der Form zur zweiten vordringt. Diese Anordnung und dieses Verfahren werden bei einer senkrechten Anordnung der Einspritzeinheit gegenüber einem oder mehr Verschlüssen verwendet, z.
B. bei einem Verschluss mit vertikaler Achse, wo die Achse des Spritzens horizontal ist oder beim Einspritzen von der Seite der Presse. Eine andere Konstruktion hat einen Ausfluss in der Achse der Kammer.
Der Ausfluss teilt sich-an seinem Ende zu zwei Teilen derart, dass beide Enden die Form in Richtung ihrer Achse füllen. Universalanordnungen zum Einspritzen von Strukturschäumen und von klassischen plastischen Massen sind derart gelöst, dass an laufend erzeugte Maschinen ein hydraulischer Akkumulator mit den betreffenden Verteilern angeschlossen ist. Durch diese Anordnung wird der grosse Einspritzdruck und die Geschwindigkeit des Einspritzens, d. i. die Schneckenbewegung beibehalten, aber das maximale Volumen, das ursprünglich eingespritzt werden konnte, erhöht sich nicht.
Die beschriebenen bekannten Anordnungen, die eine Kammer mit einem Einspritzkolben verwenden, sind lediglich für eine Niederdruck-Einspritztechnologie bestimmt, da ihre Kammern für niedrige Einspritzdrücke und grössere Volumen bestimmt sind. In Vergleich mit Anordnungen zum Einspritzen klassischer homogener Presslinge sind auch die Kammern an Schliesseinheiten mit niedrigen Schliesskräften und schwachen Säulen angeschlossen.
Bei üblichen Anordnungen für Hochdruckeinspritzen klassicher Materialien mit einem Blähmittel, die mit hoher Geschwindigkeit und Druck arbeiten, ist die Grösse und das Gewicht der Spritzgussteile (bzw. Spritzlinge) lediglich durch das Fassungsvermögen der Einheit begrenzt. Die Grösse dieser Spritzgussteile ist gleich den üblichen Spritzgussteilen aus klassischem Material.
Wegen der Unterschiedlichkeit der Erzeugnisse, vor allem deren Abmessungen, können beim Verarbeiten die Grösse der Spannplatten und die Öffnung der Maschine nicht in vollem Masse ausgenutzt werden. Bei einem Sortiment, das in Inhalt und Stückmenge gleichzeitig unterschiedlich ist, ist ein Installieren besonderer Einzweckmaschinen oft nicht wirtschaftlich und die Maschinen können nicht voll ausgenutzt werden.
Beim Bedarf schnell und billig die Erzeugung von schweren und grossen Erzeugnissen aus Strukturschäumen einzuführen, kommt es in der jetzigen Zeit zu grossen Schwierigkeiten wegen der längeren Lieferzeiten und der oft untragbaren Finanzaufwände, die mit der wesentlich grösseren Grundrissfläche für grosse Maschinen verbunden sind. Der wesentliche Nachteil von Standardmaschinen für kompakte Materialien mit einer Einspritzschnecke ist, dass sie beim Einspritzen der kompakten Materialien oder auch der Materialien mit einem Blähmittel die Erzeugung von wesentlich schwereren und umfangreicheren Spritzgussteileh ausschliessen als dem maximalen Einspritzvolumen der Schnecke entspricht. Sie ermöglichen z.
B. nur ein um 20 bis 50% grösseres Gewicht einzuspritzen
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und die homogenen, durch einen Hochdruck einzuspritzen, der durch die Einspritzschnecke und das grosse Volumen der Niederdruck-Überleitungseinheit gegeben ist. Der hydraulische Kreis der Kolbenuberleitungskammer nützt dabei das identische Steuerorgan mit einer Schneckeneinspritzeinheit aus und verlangt kein weiteres Steuerorgan.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung sieht vor, dass die Zusatzeinrichtung mit einer zwischen der ortsfesten Spannplatte des Schliessteils der Spritzgussmaschine und der Form gelagerten Brücke ausgerüstet ist, wobei in dieser Brücke die auf ihrem Stirnteil ein Eintritts- und ein Austrittsglied mit gemeinsamer Achse aufweisende Überleitungskammer untergebracht ist.
Ferner ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass die Zusatzeinrichtung in ihrer Arbeitslage mit der Spritzgussmaschine mittels eines hydraulischen,. den Raum des Kraftzylinders der Überleitungs- kammer mit dem Raum des Kraftzylinders der Spritzgussmaschine unmittelbar verbindenden Kreises gekoppelt ist, welcher von dem die Kunststoffschmelze befördernden Kreis durch zwei Differentialkolben abgetrennt ist, wobei der auf der Seite der Spritzgussmaschine befindliche Differential-Kolben als Kolben im Kraftzylinder samt Schliessring auf einer Schnecke und der auf der Seite der Zusatzeinrichtung befindliche Kolben als Kolben im Kraftzylinder im und mit ihm verbundener Kolben in der Oberleitungskammer ausgebildet sind,
wobei der Kunststoffschmelzekreis den Raum vor dem Kolben der Oberleitungskammer und vor dem Schliessring auf der Schnecke unmittelbar koppelt.
Weiters kann erfindungsgemäss die Zusatzeinrichtung zwischen der ortsfesten Spannplatte des Schliessteils der Spritzgussmaschine und der Form untergebracht sein, wobei die Achse der Spritzgussmaschine und der Form die Stirn der Überleitungskammer schneidet.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dass die Zusatzeinrichtung zwischen der ortsfesten Spannplatte des Schliessteils der Spritzgussmaschine und der Form untergebracht ist, wobei die Achse der Spritzgussmaschine und der Form die verbindenden Eintritts- und Austrittsglieder, zwischen denen sich der Oberleitungskanal befindet, schneidet.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung sieht vor, dass im Stirnteil der Oberleitungskammer oder in den Verbindungsgliedern wenigstens ein Ventil untergebracht ist, dessen mit der Kunststoffschmelze in Berührung kommender Teil mit einer toroidförmigen Ausnehmung versehen ist.
Schliesslich ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass der Kraftzylinder der Zusatzeinrichtung auf einem Rahmen befestigt ist, wobei dichte Abschliessung des den Plastifizierzylinder der Spritzgussmaschine, die Überleitungskammer und die Form umfassenden Kunststoffschmelzekreises durch eine Schubkraft der Zusatzeinrichtung infolge ihrer nachgiebigen Konstruktion ermöglicht ist, wobei die eigentliche knappe Berührung an Berührungsflächen beider Verbindungsglieder erfolgt.
Die erfindungsgemässe Zusatzeinrichtung ermöglicht ein hochgradiges und wirtschaftlich vorteilhaftes Einspritzen grossräumiger Erzeugnisse aus plastischem Material mit verschiedensten Modifikationen der Einspritz-Technologie. Bei voller Ausnutzung der Abmessungen der Spannplatten, der maximalen Öffnung der Zusatzeinrichtung, der Schliesskraft, des Schmelzvermögens und der Leistung der Zusatzeinrichtung können mehrfach grössere Erzeugnisse in Abmessungen, Rauminhalt und Gewicht erzielt werden. Die erwähnten Vorteile werden nicht nur bei der-Technologie des Einspritzens der Schmelzen von Polymeren ohne Blähmittel, als auch bei verschiedenen technologischen und Materialmodifikationen erzielt.
Es handelt sich vor allem um Materialmodifikationen, die durch Zusatz von Blähmitteln in das Granulat in die Speiseschurre der Anordnung oder allfällig schon von im Granulat enthaltenen Blähmitteln ausgehen, oder um ein durchlaufendes Zugeben von Gasen, z. B. von Stickstoff in die Schmelze im Raum in der Stirnwand der Oberleitungskammer und des Verbindungsgliedes.
Die Konstruktion der erfindungsgemässen Zusatzeinrichtung als einer universalen Einspritzmaschine ermöglicht eine Reihe von Modifikationen der fundamentalen Technologie des Einspritzens von geschäumten plastischen Massen und einer Technologie des Einspritzens ohne Blähmittel, wo die Hauptparameter der Einrichtung voll ausgenutzt werden. Bei einer Technologie des Einspritzens mit Blähmitteln wird ausser den erwähnten Vorteilen noch eine mehrfache Vergrösserung des Rauminhalts, der Abmessungen und des Gewichts erzielt.
Ein geeignetes konstruktives Verbinden der Arbeitsräume beider Einspritzanordnungen erlaubt eine gegenseitig abhängige oder unabhängige Bewegung der Arbeitskolben, wodurch wesentliche qualitative und quantitative Abänderungen der
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Einspritztechnologie erzielt werden können, inbegriffen einer Erzeugung von Sandwichkonstruktionen. Es handelt sich vor allem um Möglichkeiten eines Programmierens der Geschwindigkeit des Vorschubs der Kolben der Überleitungskammer und des Einspritzzylinders, ferner um ein Einspritzen der Schmelze zweier Polymergattungen mit Regeln der Menge der Schmelze in den Raum der Form, z. B. einer ersten Menge eines Materials ohne Blähmittel und einer folgenden Menge eines Materials mit Blähmittel.
Ferner wird ein Programmieren der Temperatur der Schmelze ermöglicht, vor allem ein Füllen der Form mit einer Schmelze mittels eines Austrittsventils in der Überleitungskammer.
Gleichzeitig wird eine Kombination eines Niederdruck- und eines Hochdruck-Einspritzens ermöglicht.
Die Konstruktion der Kanäle der Uberleitungskammer und die Konstruktion einer Zweikammer-Speiseanordnung ermöglicht auch ein zweifarbiges Einspritzen.
Das relativ geringe Gewicht, geringe Anforderungen und grosse Anpassungsfähigkeit der erfindungsgemässen Zusatzeinrichtung für übliche Einspritzpressen ermöglicht bei geringen Kosten voll kostspielige Einzweckmaschinen zu ersetzen.
Eine Verlängerung des Zyklus bestehender Pressen wegen der längeren Kühldauer ermöglicht deren bessere Ausnutzung und gleichzeitig ein Verlängern ihrer Lebensdauer. Die Wirtschaftlichkeit der Zusatzeinrichtung zeigt sich beim Erzeuger darin, dass sie aus einer üblichen Einspritzmaschine besteht, die durch eine zusätzliche Oberleitungskammer mit einem Kraftzylinder ergänzt wird und keine neuen hydraulischen Steuerorgane benötigt. Dadurch werden wesentlich auch Entwicklungs-und Konstruktionsarbeiten vereinfacht.
Die kleinen Längen der Durchflusskanäle und die minimalen Änderungen der Durchschnitte der Durchflusskanäle bilden die optimalen Bedingungen dazu, dass es zum Überhitzen der Schmelze bei hohen Geschwindigkeiten nicht komme und dass bei der wechselnden Entleerung und Füllung der Oberleitungskammer zu einem vollkommenen Ersetzen der ausgespritzten Schmelze durch die neue Schmelze komme.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Zusatzeinrichtung an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen : Fig. 1 die Gesamtanordnung, wobei die Überleitungskammer zwischen einer festen Spannplatte und der Form angeordnet ist, welche sie mit einem Füllzylinder einer üblichen Einspritzpresse verbindet, Fig. 2 ein erfindungsgemässes Ausführungsbeispiel, wobei die Überleitungskammer den Füllzylinder mit der Form bei einer Anordnung verbindet, wo die Oberleitungskammer vor der festen Spannplatte vorgesehen ist und mit einem Verbindungsglied mit einer Düse versehen ist und Fig. 3 einen Schnitt durch die Überlei- tungskammer mit Einzelheiten in einer Ausführung für einen Durchfluss der Schmelze durch die Stirnwand und den Hohlraum der Uberleitungskammer.
Das Einspritzgerät (Fig. 1) besteht aus einem Hochdruck-Einspritzteil, einem Schliessteil mit eingebauter Form-6--, einer Brücke --4-- und einer Überleitungskammer-7-mit einem Kraftzylinder --12--. Der Hochdruck-Einspritzteil, der an den Schliessteil des Einspritzgeräts ange-
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--1--,schnecke -23-- gelagert ist. Der Austrittsteil --2-- des Füllzylinders --1-- stützt sich gegen eine Eintrittsdüse --8-- der Überleitungskammer --7--. Der Schliessteil des Einspritzgeräts mit einer beweglichen Spannplatte --5-- und einer festen Spannplatte --3-- ist am Rahmen --30-- des Einspritzgeräts angeordnet.
Zwischen der beweglichen Spannplatte --5-- und der festen Spannplatte --3-- ist die form --6-- eingebaut, die sich mit ihrer Aufspannfläche --16-- gegen die Brücke - stützt. Die bewegliche Spannplatte --5-- wird entlang von Säulen --32-- geführt, die für ein Schliessen der Form --6-- Sorge tragen. Vorteilhaft sind diese Säulen --32-- an drei Ecken von viereckigen Spannplatten vorgesehen (Fig. 2).
Die Überleitungseinheit besitzt einen Kraftzylinder --12--, an dem mittels eines Verbindungsteils --11-- eine Überleitungskammer --7-- befestigt ist, deren Achse im wesentlichen parallel zur festen Spannplatte --3- liegt. Im Hohlraum der Uberleitungskammer-7-- ist ein Kolben --10--
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--7-- einen- für die Schmelze bildet. In der Stirnwand-15-der Uberleitungskammer-7-ist ein durchlaufender Verbindungskanal -17-- ausgeführt, an den ein Überleitungskanal-18-angeschlossen ist, der in den Raum --13-- für die Schmelze mündet.
Der Verbindungskanal --17-- verbindet das Ende des Füllzylinders-l-über die Austrittdüse-9-der Überleitungskammer-7-mit der
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Form-6-. In der Austrittsdüse --9-- ist ein Schliess- und Drosselventil --14-- angeordnet, das jedoch vorteilhaft auch in der Stirnwand --15-- der Überleitungskammer --7-- im Verbindungskanal - zwischen dem Überleitungskanal-18-und der Austrittdüse --9-- angeordnet sein kann.
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Uberleitungskammer--7--, in welcher der Verbindungskanal --17-- und der Überleitungskanal --18-- ausgebildet sind.
Im Falle der Unterbringung der Überleitungskammer --7-- im Raum zwischen der Spannplatte - und dem Austrittsteil --2-- (Fig. 2), ist in dem Austritt des Verbindungskanals --17-- zur Form --6-- ein Verbindungsglied --26-- angeschlossen, das mit einer Austrittsdüse --9-- beendet
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--6----33-- der Schnecke-23-- zugeführt. Beide Kraftzylinder --12 und 31-- werden über Rohrleitungen --36-- durch ein hydraulisches Steuergerät --34-- gesteuert.
Die Anordnung des Einspritzgerätes gemäss Fig. 2 und 3 zeigt eine Alternative, wo die Oberleitungskammer --7-- vor der festen Spannplatte --3-- vorgesehen ist. Diese Anordnung benötigt zum Unterschied der Anordnung gemäss Fig. 1 keine Brücke --4-- unter der Form --6--. Die Verbindung der Überleitungskammer --7-- mit der Form --6-- erfordert eine längere Austrittdüse --9--, infolge einer bedeutenden Dicke der ortsfesten Spannplatte --3--. Das Ende --2-- des Füll- zylinders --1-- ist mit der Form --6-- derart verbunden, dass die Schmelze aus der Eintrittsdüse - 8-der Überleitungskammer-7-über das Eintrittsventil --19-- der Austrittsdüse --9-- in den Raum --13-- für die Schmelze in der Überleitungskammer --7-- geführt wird.
Von hier wird die Schmelze mittels des vorteilhaft mit einer Ausnehmung am Umfang versehenen Kolbens --10-- verdrängt, welche Ausnehmung einen Durchfluss der Schmelze auch in dem Fall ermöglicht, falls der Kolben -10-- an die Stirnwand --15-- der Überleitungskammer --7-- aufsitzt. Die Schmelze strömt weiter über das Austrittsventil --20-- in die Austrittsdüse --9--. Das Eintrittsventil --19-- und das Austrittsventil --20-- werden unabhängig durch Steuerelemente --21-- gesteuert. Gemäss einer beispielsweisen Detailausführung der Uberleitungskammer-7-- sind beide Ventile - das Eintritts- ventil -19-- und das Austrittsventil --20-- - als Drehschieber mit Ausnehmungen --25-- ausgeführt, die ein vollkommenes Strömen der Flüssigkeit erlauben, deren Strom wesentlich um 900 umgeleitet wird.
Die Überleitungskammer ist von aussen mit einer Heizung --22-- ausgestattet, die eine von Regelung des Füllzylinders --2-- unabhängige Regelung besitzt. In die Stirnwand - 15-- der Überleitungskammer --7-- ist vor die Austrittsdüse --9-- eine Zufuhr --24-- zum Dosieren weiterer Modifikationskomponenten der Schmelze eingebaut z. B. für ein Gas. Zwecks Andrückens der Austrittsdüse --9-- durch den Füllzylinder --1-- an die Form --6-- ist die Überleitungskammer - mit einer elastischen Lagerung --29-- versehen.
Die erfindungsgemässe Zusatzeinrichtung ermöglicht eine Reihe von technologischen Verarbeitungen von Thermoplasten auszuführen, u. zw. sowohl von reinen Polymeren, als auch Copolymeren oder deren Modifikationen, welche mit Hilfe dieser Anordnung verwirklicht werden können von welchen als Beispiel eine Technologie beschrieben wird, die die Wirkungsweise der Anordnung erläutert.
In den Füllzylinder-l-wird ein Granulat eines Polymeren mit 0, 5% Blähmittel und 10% Glasfasern dosiert. Die Mischung wird durch die Schnecke --23-- homogenisiert, die sich im Vorderteil des Füllzylinders befindet. Im hydraulischen Kreis herrscht ein Oberdruck von 60 bar. Die Schmelze strömt über den Eintrittskanal --27-- und das Eintrittsventil --19-- der Austrittsdüse --9-- in den Raum --13-- für die Schmelze in der Überleitungskammer --7--, die eine konstante, von der Art des verarbeiteten Polymeren abhängige Temperatur besitzt. In der Oberleitungskammer zieht sich der Kolben --10-- in dessen rückwärtige Lage zurück. Bei Erzielen der geforderten Dosis der Schmelze wird die Schnecke ausgeschaltet.
Das eigentliche Einspritzen in die Form wird derart ausgeführt, dass vorerst der Druck im hydraulischen Kreis z. B. auf 150 bar erhöht wird, worauf das Austrittsventil --20-- geöffnet wird, wodurch der Schmelze der Weg in den Hohlraum der Form --6-- freigelegt wird, wohin diese mittels des Kolbens --10-- mit hoher Geschwindigkeit über den Austrittskanal --28-- eingespritzt wird. Nach Entleeren der Überleitungskammer-7-folgt augenblicklich ein Schliessen des Austrittsventils
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- -20-, worauf der weitere Zyklus des Plastifizierens mittels der Schnecke folgt.
Falls zwei verschiedene Materialien dosiert werden, wird vorerst das Material aus dem Zwei- kammerspeisegerät plastifiziert, das das Blähmittel enthält, nach Erzielen der geforderten Dosis der Schmelze in der Überleitungskammer wird das Dosieren für das andere Material umgeschaltet, das nur in geringer Menge in die Überleitungskammer verdrängt wird und das hauptsächlich die
Kammer vor der Schnecke füllt, beim Einspritzen ist der Vorgang derselbe mit dem Unterschied, dass zuerst die Schmelze aus der Kammer vor der Schnecke verdrängt wird, mit einem folgenden Strom der Schmelze aus der Überleitungskammer.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Lösbare Zusatzeinrichtung für Spritzgussmaschinen zum Einspritzen grosser Volumina von Kunststoffschmelze od. dgl. in Formen, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer mit einem Kraftzylinder (12) in Verbindung stehenden und mit einem am Stirnumfang ausgenommenen Kolben (10), einem Verbindungs- sowie Oberleitungskanal (17 bzw. 18) in ihrer Stirn und aus mindestens einem Ventil (19 ;
20) mit Formausnehmungen (25) versehenen Überleitungskammer (7) besteht, wobei die Lagerung der Überleitungskammer (7) zwischen einer Form (6) und einer Einspritzdüse (8) berührungslos ist und die Verbindung mit einer ortsfesten Spannplatte (3) von einem Schliessteil der Spritzgussmaschine mittels Verbindungsgliedern (26) nur durch Anpresskraft der Zusatzeinrichtung erzielbar ist, wobei der Kraftzylinder (12) der Überleitungskammer (7) auf einem selbständigen, der Beweglichkeit der Zusatzeinrichtung angepassten Rahmen beruht und mit einem Kraftzylinder (31) der Spritzgussmaschine mittels eines hydraulischen Kreises unmittelbar, d. h. ohne Steuerelement gekoppelt ist.