Verfahren und Einrichtung zum Spritzen von Formstücken aus Kunststoff
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spritzen von Formstüeken aus Kunststoff und eine Einrichtung zur Durch- I'ührung dieses Verfahrens.
Es ist bekannt, sogenannte weichgestellte Polvvinylehloride zu Formstüeken zu spritzen.
I) as meist in granulierter Form anfallende Ausgangsmaterial wird dabei einem Plastifizie rungszylinder zugeführt, in diesem durch Erwärmen auf die erforderliehe Plastizität gebracht und anschliessend in die Form gepresst.
Ilarte Polyinylchloride, das heisst solche, die gar keinen oder nur geringe Mengen eines Weichmachers enthalten, lassen sieh jedoch nicht dureh einfaches Erwärmen in einen homogenen plastisehen Zustand bringen, so dass sie nach den bisher übliehen Verfahren nicht zu Formstücken gespritzt werden kön- nen. Solche harte Polyvinylehloride wurden bisher ausschliesslich in Strangspritzmaschinen zu endlosen Profilstäben oder Strängen v erarbeitet ; diese Profilstäbe müssen durch andere formgebende Bearbeitungsmethoden zu Gebrauchsgegenständen weiterverarbeitet werden. Diese Art der Herstellung von Werkstücken aus Kunststoff ist nicht nur zeitraubend und umständlieh, sondern auch teuer.
Zweek der vorliegenden Erfindung ist die Vermeidung des genannten Nachteils. Das er findungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeiehnet, dass das zu spritzende Rohmaterial mittels einer Strangspritzvorrichtung kontinuierlich zu einem plastisch verformbaren Strang geformt wird, von welchem Strang ein volumendosiertes Stüek in noch plastisch verformbarem Zustand dem Presszylinder einer Spritzvorrichtung derart unter Druck zugeführt wird, dass durch den Zuführdruck ein gleiches Volumen plastifizierten Materials aus dem Presszylinder in den Hohlraum einer Spritzform eingespritzt wird.
Die ebenfalls Erfindungsgegenstand bildende Einrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens besitzt eine Strangspritzvorrichtung, die zur kontinuierlichen Erzeugung eines plastisch deformierbaren Materialstranges, Heizmittel sowie Materialknetund Fördermittel aufweist, eine Abfüll-und Dosiervorrichtung zur Erzeugung volumendosierter Strangstüeke, einen beheizten, mit Verflüssigungseinsatz und Spritzdüse versehenen Presszylinder, mit welchem ein Spritzkolben zusammenwirkt, und eine der Spritzdüse naehgeordnete Form.
Dadurch wird erreicht, dal3 der zu spritzende Kunststoff, z. B. hartes Polyvinylehlorid, als homogene plastische Masse in richtiger Dosierung aus der Strangspritzvorrichtung in den Presszylinder gelangt und dort schussweise verspritzt werden kann.
In der beiliegenden Zeichnung ist ein Aus führungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung dargestellt ; an Hand dieser Zeich- nung soll im folgenden auch das ebenfalls Erfindungsgegenstand bildende Verfahren beispielsweise näher erläutert werden.
Es zeigt :
Fig. 1 im Axialsehnitt einen Teil der Strangspritzvorrichtung und der Abfüll-und Dosiervorrichtung der erfindungsgemässen Einrichtung,
Fig. 2 einen Schnitt naeh der Linie II-II in Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 1 durch die Abfüll-und Dosiervorrichtung,
Fig. 4 im Axialsehnitt die den Presszylinder mit Presskolben und das Patronenlager aufweisende Spritzvorrichtung der Einrich- tung nach der Erfindung und
Fig. 5 einen Sehnitt dureh das Patronenlager nach der Linie V-V in Fig. 4.
In Fig. 1 ist 1 das Gehäuse einer Strangspritzvorrichtung von an sich bekannter Bau- art. Als Knet-und Fördermittel besitzt die Vorrichtung zwei achsparallele zusammenwirkende Schnecken 2. Das rohrförmige Gehäuse 1 ist von einem Heizmaterial 3 umgeben. Dem Auslass des Gehäuses 1 ist eine Lochplatte 4 vorgeschaltet, welche mittels eines Kopfstüekes 5 in ihrer Lage festgehalten ist. An das Kopfstiiek 5 ist eine Materialeinlaufbüehse 6 angeschlossen, deren Durchlassquerschnitt kleiner ist als der Querschnitt der Kopfstiiekbohrung.
Die Einlaufbüehse 6 ist in ein Drehkolben- gehäuse 7 eingesetzt, das einen Teil der vorgesehenen Abfüll-und Dosiervorriehtung bildet. Auch dieses Gehäuse 7 ist mit einem Heizmantel 8 (zweiteilig) versehen. In das der Strangspritzvorrichtung abgekehrte Ende der Büchse 6 ragt das eine Ende eines Drehkolbens 9, dessen anderes Ende in einem am Gehäuse 7 befestigten Gehäuse 10 einer Ver stellvorriehtung drehbar gelagert ist. Das in die Büchse 6 hineinragende Ende des Drehkolbens 9 besitzt eine um einen Winkel von annähernd 120 abgewinkelte Querbohrung 11, die mit der Bohrung der Büchse 6 in Verbindung steht.
Im Bereich der Querbohrung 11 sind in der Wand der Büchse 6 zwei einander diametral gegenüberliegende Öffnungen 12a vorgesehen, welche mit entsprechenden Öffnungen 12b im Gehäuse 7 in Flucht sind. Diese Offnungen 12a, 12b finden ihre Verlängerung in den Bohrungen zweier Einlaufstutzen 13, die rechtwinklig zur Axe der Büchse 6 vom Ge häuse 7 wegragen und an diesem befestigt sind. Der vom Gehäuse 7 abgekehrte Endteil der Einlaufstutzenbohrungen ist nach aussen konisch erweitert.
Der dureh den Innenraum des Gehäuses 10 ragende, abgesetzte Teil des Drehkolbens 9 trägt ein Ritzel 14, das mit einem senkreeht zum Drehkolben 9 dureh das Gehäuse 10 ragenden Zahnbolzen 15 im Eingriff steht.
Die beiden Enden des Zahnbolzens 15 sind als Kolben untersehiedlieher Stirnfläche aus- gebildet, die in einem an eine öldruekleitung 16a bzw. 16b angesehlossenen Zylinder 17a bzw. 17b geführt sind (Fig. 2). Zur Abstüt- zung des Zahnbolzens 15 ist in einem Auf- satz 10a des Gehäuses 10 ein Gegendruek- lager 18 mittels eines Lagerbolzens 18a gelagert.
Das Gehäuse 7 wird von zwei Paaren von Führungsstangen 19 getragen (Fig. 3). Die horizontal und parallel zur Axe der Einlauf- stvtzen 13 angeordneten Führungsstangen 19 sind mit ihren vom Gehäuse 7 abgekehrten Enden paarweise am Flansch von ortsfesten, am nichtgezeichneten Maschinengestell be festigten Zylindern 20 festgeschraubt. Auf jedem der beiden seitlich vom Gehäuse 7 wegragenden Stangenpaare 19 ist ein Sehlitten 21 verschiebbar angeordnet. Die beiden Schlitten 21 besitzen eine von der-dem zugeordneten Einlaufstutzen 13 abgekehrten Schlittenseite koaxial zum Einlaufstutzen wegragende zylindrisehe Verlängerung 21a.
Die Schlittenver- längerung 21a dient als Betätigungskolben und führt durch den zugeordneten Zylinder 20.
Der Kolben 21a besitzt einen gegen die Innen- wand des Zylinders 20 anliegenden Führungsbund 21b, der den Zylinderraum in zwei Kammern unterteilt. Jede dieser Kammern steht am betreffenden Zylinderende mit einer Druekolleitung 22a bzw. 22b in Verbindung.
Der Schlitten 21 mit dem Kolben 21a besitzt eine zum zugeordneten Einlaufstutzen koaxiale Bohrung, in welcher ein Dosierkolben 23 versehiebbar gelagert ist. Der Dosierkolben 23 sitzt fest am einen Ende einer Stange 23a, deren anderes Ende Gewinde trägt und durch eine passende Gewindebohrung in der äussern Endwand des Betätigungskolbens 21a ragt ; die Stange 23a und mit ihr der Kolben 23 sind axial verstellbar. In seiner äussern Extremlage, wie sie in Fig. 3 ersichtlich ist, ragt der Dosierkolben 23 etwas über die dem Gehäuse 7 zugekehrte Stirnfläche des Schiebers 21 hinaus.
Auf diesen vorspringenden Kolbenteil wird beim Betrieb der Einrichtung jeweils eine abnehmbare, zylindrische Füllpatrone 24 aufgesteckt, die zwei mit Abstand voneinander angeordnete Umfangsflanschen 24a aufweist.
Der Innenumfang der beiderends offenen Füllpatrone 24 ist gleich dem Aussendurchmesser des Dosierkolbens 23 und des Einlauf- stutzens 13. Ein Klemmhebel 25 dient zum Fixieren der Patrone 24 auf dem Dosierkolben 23.
Fig. 4 zeigt die eigentliche Spritzvorrich- tung. Sie besitzt eine vom Maschinengestell getragene düsenseitige Formplatte 26, gegen welche in bekannter Weise die düsenseitige Spritzformhälfte 27 anliegt. In eine zentrale durchbrechung der Formplatte 26 ragt eine Spritzdüse 28 mit Heizmantel 29. Das von der Formhälfte 27 abgekehrte Ende der Spritz clüse 8 ist in bekannter Weise in einen koaxial zur Düse in einem Presszylinder 30 angeord neten Verflüssigungseinsatz 31 eingeschraubt.
Der glattwandige Innenkanal des Verflüssigungseinsatzes @ungseinsatzes 31 besitzt einen in die Spritzdüse 28 mündenden, sieh koniseh verengenden Teil und einen zylindrischen Teil. Der Presszylinder 30 ist mit einem Heizmantel 32 umge- ben. An dem von der Düse 28 abgekehrten Ende des Presszylinders 30 ist ein Patronenlager vorgesehen, das einen in einem zylindrischen Lagerkorper 33 gebildeten, oben und unten offenen Schacht 34 aufweist. Der gegenseitige Abstand der zueinander parallelen Schacht- wände ist gleich dem Aussendurchmesser der Umfangsflanschen 24a der Füllpatronen 24.
Zwei an den Sehachtwänden befestigte Füh rungsplatten 35, deren gegenseitigen Abstand gleich dem Aussendurchmesser der Füllpatronen 24 ist, erleichtern das Einführen der Patronen 24 in den Schacht 34. Durch die Wandung des Lagerkörpers 33 ragen zwei untere und zwei obere Paare von radialen Lagerstiften 36 (Fig. 5). Jeder Lagerstift ist an seinem auswärts ragenden Ende als Kolben 36a ausgebildet, der in einem am Lagerkorper 33 befestigten Zylinder 37 versehiebbar angeordnet ist.
Jeder Lagerstiftkolben 36a ist im Sinne des radialen Auswärtsbewegens durch eine im Zylinder 37 angeordnete Feder 38 belastet, während der auf der freien Stirnseite des Kolbens 36a liegende Zylinderraum durch eine Oldruckleitung 39 an eine nicht gezeichnete Druckolquelle angeschlossen ist.
Auf der einen Seite der Patronenlageraxe ragt zwischen den obern und untern Lagerstiften 36 der beiden Stiftpaare ein radialer Fühlstift 40 durch den Lagerkörper 33, der durch eine Feder 41 einwärtsgedrückt wird. Ein ähnlicher durch eine'Feder 41 belasteter Fühlstift 40 ragt auf der andern Seite der Lageraxe horizontal durch den Lagerkorper 33.
Jeder Fühlstift 40 dient der Betätigung eines elektrischen Schalters 42, welche zum Öffnen und Schliessen von Stromkreisen dienen, welche ihrerseits zur Betätigung von nicht gezeichneten, den Öldurchfluss in den Leitungen 39 steuernden Ventilen dienen. An dem beschriebenen Patronenlager ist ein Führungszylinder 43 vorgesehen, der mittels eines Spannflansches 44 und einer mehrteiligen Überwurfmutter 45 an einem zylindrisehen Maschinenkopf 46 befestigt ist. Im Zylinder 43 ist eine Führungsbüchse 47 axial verschieb- bar gelagert.
Der in einer Erweiterung der Zylinderbohrung liegende verdickte Büchsenendteil 47a ist an seiner Stirnseite mit einer gegenüber der Büchsenbohrung erweiterten Ausnehmung versehen, welche der jeweils in das Patronenlager eingesetzten Füllpatrone 24 als Endlager dient. Die Biiehse 47 ist durch eine Feder 48 belastet, welche die Büchse in den Zylinder 43 hineinzuziehen sucht. Der dureh den verdickten Büchsenendteil 47a abgeschlossene Teil der erweiterten Endausnehmung des Zylinders 43 steht durch einen Kanal 49 mit einer Druckolleitung 50 in Verbindung.
In der Führungsbüchse 47 ist ein Spritzkolben 51 geführt, der durch nicht gezeichnete Antricbsmittel aus der in Fig. 4 gezeigten hintern Endlage mindestens um die axiale Länge der Füllpatrone 24 in der Zeich- nung nach links versehiebbar ist.
Das hier in Frage stehende Spritzverfahren wird mit der beschriebenen Einrichtung wie folgt durehgeführt :
In der Strangspritzvorrichtung wird das zu spritzende Mateial, das der Vorrichtung in granulierter oder pulveriger Form zugeführt wird, durch den Heizmantel 3 erwärmt und mittels der Schnecken 2 in bekannter Weise zu einer homogenen plastischen Masse geknetet.
Gleinchzeitig pressen die Schnecken 2 dieses hei#e, plastische Material kontinuierlich durch die Lochscheibe 4 hindurch in die verengte Einlaufbüchse 6. Nun wird auf das aus dem Schlitten 21 vorstehende Ende des Dosierkolbens 23, der dem gewünsehten Füllungs- grad der Patrone 24 entsprechend eingestellt wurde, eine leere Patrone 24 aufgesetzt und mittels des Klemmhebels 25 in ihrer Lage festgeklemmt. Vie leicht ersiehtlieh, bestimmt die Eindringtiefe des Kolbens 23 in die Patrone 24 das zum Füllen mit platsischer Kunst stoffmasse zur Verfügung stehende Patronenvolumen.
Nun wird der Schlitten 21 durch Zufuhr von Druekol durch die Leitung 22b in den Zylinder 20 aus der in Fig. 3 reehts gezeigten Endlage axial gegen das Gehäuse 7 hin verschoben ; dabei wird die Patrone 24 so weit über den Einlaufstutzen 13 gesehoben, bis der Kolben 23 gegen die Einlassstirnseite des Einlaufstutzens 13 anliegt. Das in Fig. 3 links angeordnete Abfüllaggregat ist in dieser Lage gezeichnet. Die Steuerung des Zahn- bolzens 15 ist so vorgesehen, dass der dem die Patrone 24 tragenden Einlaufstutzen 13 zu- gekehrte Schenkel des abgewinkelten Kanals 11 über die zugeordneten Öffnungen 12a, 12b mit diesem Einlaufstutzen in Verbindung steht.
Durch die Forderwirkung der Sehneeke 2 wird der duch den Heizmantel 8 in heissem plastisch verformbarem Zustand gehaltene Mateialstrang aus der Einlaufbüchse 6 dureh den Kanal 11 in den Einlaufstutzen 13 gepresst. Nun wird der Sehlitten 21 durch Druekol das dureh die Leitung 22a dem Zylinder 20 zugeführt wird, entsprechend dem Materialvorsehub im Einlaufstutzen 13 vom Gehäuse 7 weggeschoben ; mit ihm gleitet auell die sieh füllende Patrone 24 zusammen mit dem Dosierkolben nach links (links in Fig. 3) bis unmittelbar an das Ende des Einlaufstutzens 13, worauf der Drehkolben 9 mittels des Zahnbolzens 14 umgesteuert wird.
Die Zufuhr von Material zum in der Zeichnung links- seitigen Abfüllaggregat ist damit unterbunden, und es beginnt das Füllen der in der Zwischenzeit auf den Einlaufstutzen 13 des in Fig. 3 rechtsseitigen Abfüllaggregates auf- gebrachten Patrone 24. Naeh dem vollständigen Zurüeksehieben des Schlittens 21 in die in Fig. 3 rechts gezeigte Endlage wird die gefüllte Patrone 24 nach Losen des Klemm- hebels 25 aus der Abfüllvorrichtung herausgenommen und in das Patronenlager der Spritzvorrrichtung (Fig. 4 und 5) eingesetzt.
Die obern Lagerstifte 36 sind in ihrer Normallage offen , das hei#t sie werden entgegen der Wirkung der Federn 38 aus dem Schacht herausgezogen, während die untern Lagerstifte 36 in Normallage geschlossene sind, das heisst durch die Federn 38 einwärtsgedrüekt werden. Wird nun die Patrone 24 von oben in das Lager eingesetzt, so kommt sie auf die untern Lagerstifte 36 zu liegen.
Sobald die Patrone 24 gegen den in Fig. 5 linksseitigen, mit seinem Ende in den Sehacht 34 vorstehenden Fühlstift 40 stosst und diesen radial nach aussen drückt, bewirkt das Schlie#en des zugeordneten Sehalters 42 ein radiales Ein wärtsbewegen der obern Lagerstifte 36, so dass die Patrone 24 im Schacht 34 gegen Her ansfallen gesichert ist. Durch Zufuhr von Druckol durch die Leitung 50 wird die Büehse 47 in Fig. 4 naeh links verschoben und die Patrone 24 gegen die Stirnseite des Verflüssi gungseinsatzes 31 gedrückt.
Nun erfolgt in bekannter Weise das Vorsehieben des Spritzkolbens 51, der die in der Patrone 24 ent- haltene plastische Kunststoffmasse in den Verflüssigungseinsatz 31 drüekt. Gleichzeitig wird dureh diesen Druek ein dem zugeführten Ma- terialvolumen entsprechendes Volumen von bereits im Verflüssigungseinsatz befindlichem, durch den Heizmantel 32 auf der erforder lichen Temperatur gehaltenem Material aus diesem Einsatz 31 durch die Düse 28 in die Form 27 gespritzt.
Der zurückgehende Spritzkolben bewirkt in nicht gezeichneter Weise die Freigabe der untern Lagerstifte 36, die sieh in der Folge unter der Wirkung der Federn radial auswärts bewegen. Gleichzeitig wird der Oldruck in der Leitung 50 gesenkt, so dass die unter der Wirkung der Feder 48 zurüekgleitende Büchse 4 : 7 das Herausfallen der Patrone 24 aus dem Schacht 34 ermöglieht.
Die herausfallende Patrone 24 drüekt dabei den untern, reehtsseitigen Fühlstift 40 nach aussen. Die Betätigung des zugeordneten Sehalters 42 bewirkt dabei zuerst ein das Sehliessen , das heisst Einwärtsbewegen der untern Lagerstifte 36 und anschliessend mit zeitlicher Verzögerung das Öffnen , das heisst Auswärtsbewegen der obern Lagerstifte 36.
Der kontinuierliche Betrieb der Strangspritzvorrichtung gestattet zusammen mit der doppelt vorgesehenen und wechselweise arbeitenden Dosier-und Abfüllvorrichtung das ge nügend rasche Abfüllen von Patronen, um den sehussweisen Betrieb der Spritzvorrich- tung ununterbrochen aufrechterhalten zu kön- nen.
Tm vorangehenden wurde ein Verfahren und eine zu seiner Durchführung geeignete Einrichtung beschrieben, welche die Verwendung von separaten aus einer Vorrichtung in die andere zu transportierenden Füllpatronen bedingen. Es versteht sich, dass die Anordnung aber auch so sein könnte, dass die Strangspritzvorriehtung eine unmittelbar dem Pressz, ylinder vorgeschaltete Abfiill-und Dosiervorrichtung beliefert, wobei ortsfeste, eine Verlängerung des Verflüssigungseinsatzes bildende Patronen vorgesehen sein können.
Das beschriebene Verfahren gestattet es aueh, harte Polyvinylchloride in der gleiehen Machine aufzubereiten und zu Form stüeken zu spritzen. Es versteht sich, dass nach diesem Verfahren nicht nur Polyvinylchloride, sondern auch andere ausser der Erwärmung ein Kneten verlangende Kunststoffe verspritzt werden könnten.