<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, ein Einsatzstück und ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffprofilen, -stäben und dergl., wobei die Vorrichtung eine Form mit einem Formenhohlraum mit einer Längserstreckung von im wesentlichen konstanter lichter Weite umfasst, wobei der For- menhohlraum an einem Ende seiner Langserstreckung eine Abgabeöffnung aufweist und an oder nahe dem anderen Ende seiner Längserstreckung einen Einlass zur Zufuhr warmflüssigen oder pastösen Kunststoffmaterials aufweist.
Solche Vorrichtungen werden auch als Intrusionsvorrichtungen bezeichnet. Mit ihnen werden Kunststoffprofile hergestellt, indem Kunststoff warmflüssig in die Form eingebracht und darin erkalten gelassen wird. Dabei entstehen, insbesondere bei dickwandigen Profilen, weil die Um- fangsabschnitte der Profile früher erstarren als die Kernregion, durch Materialschwund beim Erkal- ten der Kernpartien in der bereits erstarrten Aussenhaut der Profile Hohlräume, sogenannte Lunker.
Diese Lunker können eine erhebliche Schwächung der Festigkeit der Kunststoffgegenstände darstellen. Um lunkerlose Kunststoffprofile herzustellen, ist es bekannt, aus einem Extruder Kunst- stoff in pastöser Form in eine mit dem Extruder über ein Rohr oder dergleichen verbundene Form einzubringen und die ganze Masse solange unter erhöhtem Druck durch fortgesetzte Materialzu- fuhr aus dem Extruder zu halten, bis der gesamte Profilquerschnitt erkaltet und erstarrt ist. Dazu wird bei bekannten Formen das vom Extruder abgewandte offene Ende der Form mit einem Ge- gendruckelement, wie z. B. einem Druckhaltekolben, verschlossen. Nach der Erstarrung des Kunst- stoffprofils wird das Gegendruckelement aus der Form entfernt, der Kunststoffgegenstand ent- nommen und daraufhin das Gegendruckelement wieder in die Form eingesetzt.
Mit diesem bekannten Verfahren ist es zwar möglich, lunkerfreie Kunststoffprofile herzustellen, die Ausbeute ist aufgrund der langen Dauer bis zur vollständigen Erstarrung des Kunststoffprofils in der Form sehr gering. Um rationeller zu arbeiten ist es beispielsweise aus der WO 97/12747 A1 bekannt, nach der Erzeugung eines ersten Kunststoffprofils anstelle eines Gegendruckelements dieses noch in der Form befindliche erstarrte Kunststoffprofil des vorhergegangenen Formungsvor- gangs als Gegendruckelement zu benützen, indem der noch in der Form befindliche erstarrte Kunststoffkörper durch das Einbringen von Kunststoff in die Form für den nächsten herzustellen- den Kunststoffkörper zumindest teilweise aus dem offenen Ende der Form herausgepresst wird.
Bei guter Einstellung der Prozessparameter sollte sogar eine kontinuierliche Fertigung eines Endlos- Profilstrangs möglich sein, indem das Kunststoffprofil, wahrend es in der Form durch nachdrän- gendes Kunststoffmaterial vorgeschoben wird, erkaltet und noch in der Form erstarrt. In der Praxis stösst man dabei jedoch auf zweierlei Probleme. Zum einen werden durch die erforderliche grosse Lange der Form die Reibungskräfte zwischen der Kunststoffprofilaussenfläche und der Forminnen- fläche sehr gross, sodass der pastöse Kunststoff unter grossem Druck eingebracht werden muss, um das Kunststoffprofil vorwärts schieben zu können.
Zum anderen führt dieser grosse Druck in Ver- bindung mit der Tatsache, dass das Kunststoffprofil von der Aussenfläche zum Kern hin erstarrt, dazu, dass die weicheren Kernregionen schneller weitergeschoben werden als die Randbereiche, sodass je nach Aushärtungsgrad zumindest Materialspannungen im Kunststoffprofil auftreten, bei grossen Härtungsunterschieden jedoch sogar ein rohrförmiger Aussenbereich des Profils in der Form hängenbleibt und nur mehr der Kernbereich des Kunststoffprofils aus der Form herausbefor- dert wird. Um dieses Phänomen zu lindern, ist in der FR 2 403 359 A offenbart, die Kunststoffzu- fuhr exzentrisch zur Längsachse des Profils, also in Mantelnähe der Form, anzuordnen und somit den Druck primär auf den schneller härtenden Randbereich des Profils und nicht auf den noch weichen Kern auszuüben.
Aufgrund des flüssigkeitsähnlichen Druck-Verhaltens von pastosem Kunststoffmaterial verteilt sich der Druck dennoch über die gesamte Stirnfläche des Kunststoffpro- fils und führt daher zu keiner echten Lösung des geschilderten Problems.
Die vorliegende Erfindung bietet jedoch eine Losung für das Problem an, wie erstarrte bzw. er- starrende Kunststoffprofilkorper, die sich noch in der Form befinden, durch fortgesetzte Zufuhr von Kunststoffmaterial aus der Form geschoben werden können, ohne dass in den Kunststoffprofilen Materialspannungen oder Verwerfungen erzeugt werden oder nur ein Teil des Kunststoffprofils aus der Form befordert wird.
Um diese Aufgabe zu lösen, wird erfindungsgemäss eine Vorrichtung zur Herstellung von Kunststoffprofilen, -stäben und dergl. bereitgestellt, die eine Form mit einem Formenhohlraum mit einer Längserstreckung von im wesentlichen konstanter lichter Weite umfasst, wobei der Formen- hohlraum an einem Ende seiner Langserstreckung eine Abgabeöffnung aufweist und an oder nahe
<Desc/Clms Page number 2>
dem anderen Ende seiner Langserstreckung einen Einlass zur Zufuhr warmflüssigen oder pastösen Kunststoffmaterials aufweist Die erfindungsgemässe Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Form an oder nahe dem Einlass für Kunststoffmaterial mit einem durch die lichte Weite des Formenhohlraums hindurch beweglichen Schieber versehen ist.
Durch Hindurchführen des Schie- bers durch die lichte Weite des Formenhohlraums im Betrieb wird aus dem Kunststoffmaterial, das den Formenhohlraum füllt, eine Scheibe herausgestanzt, die durch einen Einsatz aus einem star- ren Material, z. B. eine Stahlplatte, mit den Umrissen der lichten Weite des Formenhohlraums ersetzt werden kann. Wird nun durch weiteres Einbringen von Kunststoffmaterial in die Form Druck auf die Hinterseite des Einsatzes ausgeübt, so wird der Einsatz vorgeschoben und schiebt dabei selbst das vor ihm liegende Kunststoffmaterial, d. h. das erzeugte und zumindest teilweise ausge- härtete Kunststoffprofil, aus der Form, wobei der Einsatz über die gesamte Querschnittsfläche einen gleichmässigen Druck auf das Kunststoffprofil ausübt.
Somit wird verhindert, dass im Kunst- stoffprofil Materialspannungen oder Verwerfungen entstehen, oder nur ein Kernstück des Profils aus der Form befordert wird.
Um nicht eine Kunststoffscheibe mit der gesamten Grösse der lichten Weite des Formenhohl- raums ausstanzen zu müssen, kann gemäss einer Fortbildung der erfindungsgemässen Vorrichtung der Schieber ein durch seine Dicke verlaufendes Durchgangsloch oder einen Durchgangskanal aufweisen, das bzw. der zumindest über einen Teil des Schieberbewegungswegs mit dem Einlass zur Zufuhr von Kunststoffmaterial kommuniziert. Somit kann der Schieber während des Einspritz- vorgangs im Formenhohlraum verbleiben und quasi als ein Formenbestandteil wirken, der eine Aussparung im Kunststoffprofil freihält, sodass anstelle einer ganzen Kunststoffscheibe nur der nicht ausgesparte Teil ausgestanzt werden muss.
Um den Einsatz aus starrem Material in den Formenhohlraum einzubringen, ist es zweckmä- #ig, den Schieber zumindest mit einem Fenster auszubilden, dessen Aussenränder im wesentlichen mit der lichten Weite des Formenhohlraums korrespondieren. Das Fenster kann eine Aufnahme fur einen in den Formenhohlraum einbringbaren Einsatz aufweisen.
In einer weiteren Fortbildung wird vorgeschlagen, dieses Fenster mit dem Durchgangsloch oder Durchgangskanal im Schieber kommunizieren zu lassen, wodurch die einzelnen Bewegungs- schritte des Schiebers zumindest teilweise kontinuierlich ablaufen können, wie weiter unten aus- führlich erklärt wird.
Um das Ausstanzen der Kunststoffscheibe zu erleichtern, ist in einer Ausgestaltung der Erfin- dung vorgesehen, das Fenster und/oder das Durchgangsloch bzw. den Durchgangskanal mit Schneidrändern zu versehen.
Zweckmässig ist der Schieber von einem hydraulischen oder pneumatischen Antrieb bewegbar.
Um bei der Befüllung einen gewünschten Druck in der Form erreichen zu können, erweist es sich als günstig, wenn an der Abgabeöffnung des Formenhohlraums eine Verschliesseinrichtung, bevorzugt eine Verschlussklappe, vorgesehen ist.
Ein erfindungsgemässer Einsatz, der in der Vorrichtung zur Herstellung von Kunststoffprofilen verwendet werden kann, zeichnet sich dadurch aus, dass der Einsatz eine Umfangskontur aufweist, die mit der lichten Weite des Formenhohlraums korrespondiert oder geringfügig kleiner ist.
Wenn in einer Stirnfläche des Einsatzes eine Vertiefung, vorzugsweise von kegel-, kegel- stumpf-, pyramiden- oder pyramidenstumpfförmiger Gestalt, vorgesehen ist, kann ein Ende eines Kunststoffprofils bereits in der Form in seine erwünschte Gestalt gebracht, beispielsweise mit einer Spitze versehen werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffprofilen, -stäben oder dergl., wobei warmflüssiges oder pastöses Kunststoffmaterial unter Druck in einen Formenhohlraum mit einer Längserstreckung von im wesentlichen konstanter lichter Weite einge- bracht wird. Das Verfahren ist gekennzeichnet durch die Schritte des Ausbildens einer Aussparung im Kunststoffmaterial, wobei die Aussparung im wesentlichen die gesamte lichte Weite des For- menhohlraums umfasst, des Einfügens eines Einsatzes aus einem starren Material in die so gebil- dete Aussparung im Kunststoffmaterial, und des fortgesetzten Beaufschlagens des Formenhohl- raums mit Kunststoffmatenal unter Druck. Dadurch wird ein Herausschieben des Kunststoffprofils aus der Form im nicht vollig abgekühlten Zustand ermöglicht.
Der Schritt des Ausbildens einer Aussparung im Kunststoffmaterial umfasst vorzugsweise das Ausstanzen oder Abtragen von Kunst- stoffmaterial. Zusätzlich oder alternativ dazu kann der Schritt des Ausbildens einer Aussparung im
<Desc/Clms Page number 3>
Kunststoffmaterial das Einfügen eines Formenstücks vor der Zufuhr von Kunststoffmaterial und des Entfernens des Formenstücks nach der Zufuhr von Kunststoffmaterial umfassen.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand nicht einschränkender Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Darin zeigt Fig. 1 eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Herstellung von Kunststoffprofilen, -stäben und dergl im Längsschnitt, Fig.1a einen Querschnitt durch die Vorrichtung entlang der Linie A - A von Fig.1, die Figuren 2a bis 2e zeigen verschiedene Schieberstellungen, die im Zuge des Betriebs der Vorrichtung durchlaufen werden, Fig.3zeigt die Vorrichtung von Fig.
1 zu einem anderen Zeitpunkt wahrend des Verfahrens zur Herstellung von Kunststoffprofilen, Fig.4 zeigt ein erfindungsgemässes Beispiel eines Einsatzes zur Verwendung in der Vorrichtung zur Herstellung von Kunststoffprofilen, und die Figuren 5 bis 12 zeigen Querschnit- te verschiedener Ausführungsformen von mit der erfindungsgemässen Vorrichtung herstellbaren Kunststoffprofilen.
Zunächst auf die Figuren 1, 1a und 3 Bezug nehmend ist darin ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Herstellung von Kunststoffprofilen, -stäben und dergl. offenbart, wobei die Figuren 1 und 3 einen zentralen Längsschnitt durch die Vorrichtung darstellen und Fig.1a einen Querschnitt entlang Linie A - A von Fig. 1 zeigt. Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Her- stellung von Kunststoffprofilen umfasst eine Werkzeugform 6 mit einem Formenhohlraum 6a mit einer Längserstreckung von im wesentlichen konstanter lichter Weite, wobei der Formenhohlraum 6a an einem Ende seiner Längserstreckung eine Abgabeöffnung 6b aufweist und am anderen Ende seiner Längserstreckung einen Einlass 6c zur Zufuhr warmflüssigen oder pastösen Kunststoff- materials aufweist.
Die Abgabeöffnung 6b kann durch eine Verschlussklappe 8 verschlossen wer- den, um bei der Befüllung der Form einen vorgegebenen Enddruck des Kunststoffs im Formen- hohlraum zu ermöglichen. Die Form 6 wird durch einen Kühlmantel 7, der von einer Kühlflüssigkeit durchströmt wird, gekühlt, wodurch für die Temperierung des Kunststoffprofils in der Form gesorgt wird. Der Einlass 6c der Form 6 steht über ein druckgesteuertes Drehventil 2 mit einem beheizten Adapter 1 für die Zufuhr von Kunststoffschmelze in Verbindung. Erfindungsgemäss ist nahe dem Einlass 6c in der Form ein Schieber 3 angeordnet, der quer zur Längsachse der Form 6 durch sie hindurch beweglich ist und aus einem in der Form befindlichen Kunststoffprofil eine Querschnitts- scheibe ausschneiden kann.
Der Schieber 3 wird von einem Hydraulikzylinder 4 hin und herbe- wegt, wie durch den Doppelpfeil B in Fig.1 dargestellt. Die Betätigung des Schiebers 3 und das Drehventil 2 und damit die Kunststoffzufuhr werden in Abhängigkeit des Kunststoff-Drucks in der Form gesteuert. Der Schieber 3 weist ein Fenster 3a auf (siehe Fig.2c), dessen Umrisse im we- sentlichen der lichten Weite des Formenhohlraums 6a entsprechen. Zusätzlich ist im Schieber 3 ein Durchgangskanal 3b ausgebildet, der in das Fenster 3a mündet. In das Fenster 3a ist ein Ein- satz 5 einsetzbar.
Das Verfahren zur Herstellung von Kunststoffprofilen unter Verwendung obiger Vorrichtung wird nun unter besonderer Bezugnahme auf die Figuren 2a bis 2e beschrieben. Fig. 2a und Fig.3 zeigen den ersten Verfahrensschritt des Befüllens des Formenhohlraums mit Kunststoffmaterial bei offenem Drehventil 2. Der Schieber 3 befindet sich zu diesem Zeitpunkt in bezug auf die durch eine strichpunktierte Linie angedeutete Werkzeugmitte in einer Stellung, in der der Durchgangskanal 3b mit dem zentral in der Stirnwand der Form angeordneten Einlass 6c kommuniziert Das Fenster 3a im Schieber 3 befindet sich bereits oberhalb der Werkzeugmitte und kommunizert nur über den Kanal 3b mit dem Einlass 6c.
Durch die Kunststoffzufuhr füllt sich einerseits der Formenhohlraum mit Kunststoff 10 (wie aus Fig.3 ersichtlich), andererseits auch das Fenster 3a über den Kanal 3b, wodurch im Fenster eine Kunststoffscheibe 9 gebildet wird. Der Durchgangskanal 3b erfüllt dabei zwei Funktionen. Zum einen ermöglicht er es, dass der Schieber während der Kunststoffzufuhr nach oben bewegt wird, da die Kommunikation zwischen Einlass 6c und Formenhohlraum 6a weiterhin über den Kanal 3b gewährleistet wird, wodurch die Scheibe 9 noch im pastösen Zustand des Kunststoffs aus dem Formenhohlraum bewegt wird.
Zum anderen nimmt die Wand des Schiebers um den Kanal 3b einen beträchtlichen Teil einer Querschnittsscheibe im Formenhohlraum ein und bildet so eine Aussparung im Kunststoffprofil, sodass nach fertiger Befüllung der Form und gegebe- nenfalls Abwarten einer vorgegebenen Abkühlzeit nur mehr jener Teil des Kunststoffprofils wegge- schnitten werden muss, der sich in den Kanal 3b erstreckt. Es wäre auch möglich, den Schieber mit einem Durchgangsloch zu versehen, das nicht mit dem Fenster 3a kommuniziert, jedoch mit der Einschrankung, dass die Schieberbetatigung indexiert erfolgen müsste.
<Desc/Clms Page number 4>
In Fig.2b ist eine Schieberstellung dargestellt, in der die Kunststoffscheibe 9 bereits aus der Form herausgeführt ist, wobei der Kanal 3b zwar noch in den Formenhohlraum ragt, aber nicht mehr mit dem Einlass 6c kommuniziert.
Fig.2c zeigt die obere Endstellung des Schiebers, wobei die Kunststoffscheibe bereits aus dem Fenster 3a und dem Kanal 3b entnommen wurde. Die Kunststoffzufuhr in den Formenhohlraum ist durch Betätigung des Drehventils 2 abgeschaltet worden.
Als nächstes wird nun ein Einsatz 5, beispielsweise eine Stahlplatte, lösbar in das Fenster 3a eingesetzt. Die Umnsse des Einsatzes 5 entsprechen im wesentlichen der lichten Weite des For- menhohlraums bzw. sind geringfügig kleiner.
Daraufhin wird der Schieber 3 nach unten bewegt, bis er seine untere Endstellung erreicht hat, in der der Einsatz 5 mit dem Formenhohlraum 6a fluchtet, wie in Fig. 2e zu sehen. Daraufhin wird die Kunststoffzufuhr wieder aufgenommen, wodurch der Einsatz 5 in den Formenhohlraum ge- drückt und in ihm weitergeschoben wird, wobei er seinerseits ein oder mehrere in früheren Arbeits- gängen erzeugte, noch in der Form befindliche Kunststoffprofile aus der Form herauspresst, wie in Fig. 3 anhand eines Kunststoffprofils 11demonstriert. Dieses Kunststoffprofil muss - im Gegensatz zu den Vorrichtungen nach dem Stand der Technik - noch nicht vollständig abgekühlt und ausge- härtet sein.
Sobald der Einsatz 5 sich zur Gänze aus dem Fenster 3a in den Formenhohlraum bewegt hat, kann sich unter fortgesetzter Kunststoffzufuhr der Schieber 3 bereits wieder nach oben in die Stellung von Fig.2a bewegen, wodurch ein Arbeitszyklus abgeschlossen ist.
Zwischen einzelnen der oben beschriebenen Verfahrensschritten können, soweit erforderlich, Kühlungszyklen vorgesehen werden. Es ist auch möglich, den Schieber mit mehreren Fenstern auszubilden, die sich gegebenenfalls an gegenüberliegenden Seiten der Form befinden.
Fig. 4 zeigt einen speziell ausgebildeten Einsatz 12, der sich insofern vom plattenartigen Ein- satz 5 der Figuren 1 bis 3 unterscheidet, als er in einer Stirnfläche eine kegelförmige Vertiefung 12 aufweist, die im Betrieb dem Einlass der Form zugewandt ist. Mit diesem speziellen Einsatz können beispielsweise Kunststoffprofile mit Spitzen ausgebildet werden, wobei die Vertiefung im Einsatz nicht auf die Kegelform beschränkt ist, sondern jede zweckmässige Geometrie aufweisen kann, um Spitzen, Fügungen zur Verbindung mit anderen Profilen und dergl. zu erzeugen.
Die Figuren 5 bis 12 zeigen als nicht einschränkende Beispiele verschiedene Querschnittsfor- men von Kunststoffprofilen, die mit der erfindungsgemässen Vorrichtung herstellbar sind. Diese um- fassen quadratische Grundquerschnitte, in denen diverse Längsfugen ausgebildet sind (Fig.5 bis 7), einen kreuzförmigen Querschnitt (Fig.8), rechtwinkelige Querschnitte, die mit Längsnuten und/oder Längsvorsprüngen versehen sein können (Fig.9 bis 11) oder einen runden Querschnitt (Fig.12).
PATENTANSPRÜCHE:
1 Vorrichtung zur Herstellung von Kunststoffprofilen, -stäben und dergl., umfassend eine
Form (6) mit einem Formenhohlraum (6a) mit einer Längserstreckung von im wesentlichen konstanter lichter Weite, wobei der Formenhohlraum (6a) an einem Ende seiner Längs- erstreckung eine Abgabeöffnung (6b) aufweist und an oder nahe dem anderen Ende sei- ner Längserstreckung einen Einlass (6c) zur Zufuhr warmflüssigen oder pastösen Kunst- stoffmaterials aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Form (6) an oder nahe dem Ein- lass (6c) für Kunststoffmatenal mit einem durch die lichte Weite des Formenhohlraums (6a) hindurch beweglichen Schieber (3) versehen ist.