Verfahren und Einrichtung zur Herstellung von Hohlkörpern, insbesondere Tuben aus
Kunststoff
Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Verfahren und eine Einrichtung zur Herstellung von Hohlkörpern, insbesondere Tuben aus Kunststoff.
Es ist bekannt, Hohlkörper aus Kunststoff, insbesondere Tuben, in der Weise herzustellen, dass zuerst ein zylindrischer Körper unter Druck, beispielsweise durch Extrudieren, geformt wird und anschlie ssend daran dieser zylindrische Körper in eine Form für einen zweiten Körper eingeführt und durch Injektion der zweite Körper geformt wird, wobei sich der zweite Körper mit dem ersten Körper durch Schweissung verbindet.
Es ist auch eine Maschine bekannt mit einer beim Spritzvorgang in die Form eintretenden Einspritzdüse, bei welcher die letztere unter dem Druck des Spritzkolbens und unter Überwindung des Gegendrucks eines im Kern der Form gleitenden, die Form normalerweise verschliessenden Stössels arbeitet. Um bei diesen bekannten Verfahren und Maschinen eine dichte Schweissung zwischen dem rohrförmigen Körper und dem Kopfteil zu errichten, müssen eine ganze Reihe von Voraussetzungen bezüglich Druck, Temperatur und Geschwindigkeit der Bewegungen erfüllt sein, um ein betriebssicheres Arbeiten zu gewährleisten.
Es sind ferner ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Gefässen aus plastischen Massen bekannt, bei welchen ein Dorn mit einem Stempel in eine Pressform eindringt und hierbei eine vorgeformte gelochte Scheibe in einem einzigen Arbeitsgang zu einem Gefäss mit Kopfpartie verformt.
Dieses Verfahren hat sich in der Praxis deshalb nicht durchgesetzt, weil infolge der sofort nach der Verformung einsetzenden Schrumpfung die Gefässe schwer vom Dorn abgezogen werden können.
Das Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern, insbesondere Tuben, aus Kunststoff gemäss der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von bekannten Verfahren dadurch, dass eine abgemessene Menge von Kunststoff in den Formenhohlraum des Kopfteiles eingeführt wird, solange dieser Formenhohlraum noch gegenüber der fertigen Form ein erweitertes Volumen besitzt, um anschliessend daran durch Bewegen mindestens eines Formenteiles den Formenhohlraum auf das Fertigmass zu verringern, wodurch der eingeführte Kunststoff unter Druck in die fertige Gestalt gebracht wird.
Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss der vorliegenden Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Dorn, auf welchen ein abgeschnittenes Stück Kunststoffrohr aufsteckbar ist und der einen Teil der Form bildet sowie an seinem vorderen Ende einen die Öffnung des Hohlkörperkopfes bildenden Gegenstempel trägt und ferner ein auf derselben Achse verschiebbarer kappenförmiger, den zweiten Teil der Form bildender Teil angeordnet ist, in dessen den Hohlkörperkopf bildenden Teil ein Einführungsstempel axial verschiebbar angeordnet ist, wobei der vordere Teil des Einführungsstempels annähernd gleichen Durchmesser wie der Gegenstempel aufweist und auf derselben Achse wie der Gegenstempel verschiebbar ist.
Der Erfindungsgegenstand ist in der Zeichnung in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform, teilweise im Schnitt,
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform, teilweise im Schnitt,
Fig. 3 eine Seitenansicht der zweiten Ausführungsform, teilweise im Schnitt.
In der Fig. 1 ist ein Einführungsstempel 1 gezeigt, welcher am vorderen Ende eines Zylinders 6 angeordnet ist. Im Zylinder 6 ist ein Kolben 13 vorgesehen, welcher die Kunststoffmasse 22 durch den Hohlraum 21 im Innern des Einführungsstempels 1 zu den Öffnungen 5 befördern kann. Mit 3 ist ein Dorn bezeichnet, auf welchen ein Stück Kunststoffschlauch 8 aufsteckbar ist. Der Dorn 3 trägt einen Gegenstempel 2, welcher den gleichen Durchmesser aufweist wie der Einführungsstempel 1 und konzentrisch auf derselben Achse angeordnet ist. 4 ist eine Kappe, deren innerer Teil Bestandteil des Formenhohlraums bzw. der Pressform bildet. Der Gegenstempel 2 und der konisch ausgebildete Teil 23 des Dornes bilden zusammen mit der Kappe 4 den Formenhohlraum 7.
Die Kappe 4 ist in einem Schlitten 16 befestigt, welcher parallel zur gemeinsamen Achse 24 des Zylinders 6 und des Dornes 3 mittels Kolben 17 verschiebbar ist. Die Kolben 17 bewegen sich in Zylindern 14, welchen Pressluft durch Leitungen 25 zugeführt werden kann. Mit 12 sind Kanäle für Kühlmittel im Schlitten 16 bezeichnet, durch welche in bekannter Weise die Temperatur des Schlittens und der Kappe 4 in gewünschten Grenzen gehalten werden kann.
Die Einrichtung gemäss Fig. 1 arbeitet wie folgt:
Auf den Dorn 3 wird zuerst ein auf die erforderliche Länge abgeschnittenes Kunststoffrohr 8 aufgeschoben und in bekannter Weise gegen Verschieben gesichert. Der Dorn 3 wird mit dem aufgeschobenen Kunststoffrohr 8 in die Öffnung der Kappe 4 eingeführt, so dass sich ein Formenhohlraum 7 bildet. In den letzteren schiebt sich von der Gegenseite her mit dem Zylinder 6 und dem Kolben 13 gemeinsam zusammen der Einführungsstempel 1 ein.
Die Einrichtung ist zur Betätigung bereit, sobald der Einführungsstempel 1 den Gegenstempel 2 berührt.
Es erfolgt nun, verursacht durch eine gesteuerte Bewegung des Kolbens 13, das Einführen einer abgemessenen Menge von Kunststoffmasse 22 durch die Öffnungen 5 in den Formenhohlraum 7. Sobald die erforderliche Menge von Kunststoffmasse 22 in den Formenhohlraum 7 eingeführt ist, wird der Schlitten 16 durch die beiden Kolben 17 in Bewegung gesetzt, und zwar in der Richtung gegen den Dorn 3. Der Formenhohlraum 7 verringert sich während der Bewegung des Schlittens 16 bis zur Endstellung, in welcher die Kappe 4, der Gegenstempel 2 und der konische Teil 23 des Dornes 3 die endgültige Pressstellung einnehmen. Die eingeführte Kunststoffmasse 22 verschweisst sich augenblicklich mit dem Kunststoffrohr 8 und erstarrt unter hohem Druck der Pressbewegung.
In der daran anschliessenden Arbeitsphase wird der Dorn 3 mit dem soeben fertiggestellten Kopfteil aus der Kappe 4 herausgeführt und in bekannter Weise in eine Stellung verbracht, in welcher das Kunststoffrohr 8 mit dem daran verschweissten Kopfteil vom Dorn abgestreift werden können. In der Zwischenzeit ist auch der Schlitten 16 wieder in die Ausgangsstellung zurückgebracht worden, so dass die Einrichtung bereit zur Herstellung eines weiteren Stückes ist.
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung. Der Einführungsstempel 31 ist im oberen Teil dieser Figur in der Ruhestellung gezeichnet. Im unteren Teil von Fig. 2 ist der Einführungsstempel 31 in der Arbeitsstellung gezeigt. Der Gegenstempel 32 ist im Dorn 33 axial verschiebbar gelagert. Ein Bund 34 begrenzt die Bewegung des Gegenstempels 32 in der Richtung gegen den Einführungsstempel 31. Die Feder 35 presst den Gegenstempel 32 in seine Grundstellung, wie im oberen Teil der Fig. 2 dargestellt. Der Gegenstempel 32 besitzt an seinem vorderen Ende eine Bohrung 36, in welche eine Zentrierspitze 37 eindringen kann.
Diese Zentrierspitze 37 bewirkt, dass die Durchmesser des Einführungsstempels 31 und des Gegenstempels 32 während der gegenseitigen Berührung genau aufeinander passen. Eine Abweichung der axialen Lage der beiden Stempel kann eine Beschädigung der Werkstücke während des Herstellungsprozesses zur Folge haben.
Der im Dorn 33 in bekannter Weise federnd gelagerte Gegenstempel 32 ragt so weit aus dem Dorn 33 hervor, dass der Gegenstempel 32 bei geschlossener Form in der Pressstellung in den verengten Teil 38 des Schlittens 43 eindringt. Der Einführungsstempel 31 befindet sich am Kopf eines Zylinders 39, in welchem ein Kolben 40 axial beweglich angeordnet ist. Mit 41 ist der Hohlraum im Zylinder 39 bezeichnet, in welchem Kunststoff in flüssigem Zustand gehalten wird. Ein Anschlag 42 begrenzt die Axialbewegung des Zylinders 39 gegenüber dem Schlitten 43. 44 sind Öffnungen am vorderen Ende des Einführungsstempels 31. Durch diese Öffnungen kann Kunststoff aus dem Hohlraum 41 in den Formenhohlraum 59 gelangen. 46 ist eine Kanne, deren innerer Teil Bestandteil der Pressform bildet. Diese Kappe 46 ist durch bekannte Mittel im Schlitten 43 befestigt.
Im Ausführungsbeispiel von Fig. 2 wird der Hals der Pressform durch zwei bewegliche Formteile 47 gebildet, welche sich ergänzen. Diese Formteile 47 sind senkrecht zur Symmetrieachse der Kappe 46 verschiebbar. Kolben 48, welche sich in Zylindern 49 bewegen und mittels Federn 50 in die Grundstellung zurückgedrückt werden, sind durch Stangen 51 mit den Formteilen 47 verbunden. Durch Anschlussleitungen 52 gelangt Druckmedium, z. B. Pressluft oder Presswasser, in die Zylinder 49. Der Schlitten 43 ist mit Bohrungen 53 versehen, in welchen Kühlflüssigkeit zur Abkühlung der Formteile, welche mit dem Schlitten 44 verbunden sind, zirkulieren kann. In den Zylindern 54 bewegen sich Kolben 55, mit deren Stangen 56 der Schlitten 43 fest verbunden ist. Die Kolben 55 sind mit dem Gestell 57 der Maschine verbunden.
Durch Leitungen 58 gelangt Druckmedium zur Betätigung der Kolben 55 in die Zylinder 54.
Die Wirkungsweise der Einrichtung gemäss Fig. 2 und 3 ist folgende:
Auf den Dorn 33 wird in bekannter Weise ein Stück Kunststoffschlauch 60 aufgeschoben und gegen Verschiebung gesichert. Der Dorn 33 und das Stück Kunststoffrohr 60 werden gemeinsam in die Öffnung der Kappe 46 eingeschoben, so dass sich ein vorläufig vergrösserter Formenhohlraum 59 bildet. Im unteren Teil der Fig. 2 ist der Formenhohlraum 59 in dieser ersten Phase des Herstellungsvorgangs gezeichnet. Als nächster Schritt der Herstellung erfolgt der Vorschub des Zylinders 39 mit dem Einführungsstempel 31 aus der im oberen Teil der Fig. 2 gezeigten Lage, bis die Anschläge 42 auf dem Schlitten 43 auftreffen. Am Ende des Vorschubs trifft der Zylinder 39 bzw. der Einführungsstempel 31 auf den Gegenstempel 32, wobei die Zentrierspitze 37 am Einführungsstempel 31 in die Bohrung 36 des Gegenstempels 32 eindringt.
Der Gegenstempel 32 kann hierbei um einen kleinen Betrag in den Dorn 33 hineingeschoben werden. Die Feder 35 sichert nun die gegenseitige Berührung des Einführungsstempels 31 mit dem Gegenstempel 32 während des darauffolgenden Pressvorganges. Spätestens mit dem Vorschub des Zylinders 39 erfolgt auch der Vorschub der Formteile 47, welche in geschlossenem Zustand die Form für die Halspartie des herzustellenden Werkstückes bilden.
Nun erfolgt als dritter Schritt des Herstellungsvorganges die Einführung einer vorbestimmten Menge von Kunststoff aus dem Hohlraum 41 durch die Öffnungen 44 in den Hohlraum 59. Der mit der höchst zulässigen Temperatur eingeführte Kunststoff sammelt sich an den Stellen 61 am Umfang des Kunststoffrohres an. Sobald die erforderliche Menge von Kunststoff im Formenhohlraum 59 eingeführt ist, bewegt sich der Schlitten 43 axial in der Richtung gegen den Dorn 33, bis sich der Formenhohlraum 59 auf den in der oberen Hälfte der in Fig. 2 dargestellten Formenhohlraum 45 verkleinert hat. Der Kunststoff füllt nun den ganzen restlich verbliebenen Formenhohlraum 45 einschliesslich der Halspartie aus und bildet nach der Erstarrung des Kunststoffes den Kopfteil eines Behälters oder Tube.
Während der vorerwähnten Herstellungsvorgänge verschweisst sich die eingeführte Kunststoffmasse mit dem Kunststoffrohr 60 über dessen ganzen Umfang.
Nach der Erstarrung der Kunststoffmasse, welche je nach der Intensität der Kühlung in einigen Sekunden erfolgen kann, wird das Druckmittel aus dem Zylinder 49 entfernt und die beiden Formteile 47 unter dem Druck der Feder 50 radial aus dem Bereich der Halspartie der Tube herausgeführt. Der Dorn 33 mit dem fertigen Werkstück, einer Tube oder einem Behälter, wird axial aus dem Bereich der Kappe 46 herausgezogen, worauf in bekannter Weise das Werkstück vom Dorn entfernt wird.
Beide Ausführungsformen der erfindungsgemässen Einrichtung können verfahrensmässig auch so arbeiten, dass beim Pressvorgang der Schlitten 16, 43 ortsfest bleibt, während der Zylinder 6, 39 und der Dorn 3, 33 sich beim Pressvorgang bewegen. Das Verfahren lässt sich aber auch in der Weise durchführen, dass beim Pressvorgang der Schlitten 16 (43) und der Zylinder 6, 39 sich bewegen, während der Dorn 3, 33 ortsfest bleibt.
Die Einrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung kann ohne weiteres so ausgebildet werden, dass sie mit einer Mehrzahl von Dornen arbeitet, wobei diese Dorne in bekannter Weise entweder auf einem Revolver, einem Karussel oder einer Fördervorrichtung angeordnet sind. Die Einrichtung kann ferner mit einer Mehrzahl von Einführungsstempeln, z. B. in Zwillings- oder Drillingsanordnung ausgerüstet sein. Die Bewegung der Schlitten und der Formteile kann pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch erfolgen. Der Ablauf der Verfahrensschritte kann in bekannter Weise durch eine Programmsteuerung oder eine Folgeschrittsteuerung vor sich gehen. In der Beschreibung der beispielsweisen Ausführungsformen sind keine Einzelheiten über die Einrichtung und die Mittel zur Einführung einer abgemessenen Menge von Kunststoff in den Formenhohlraum erwähnt.
Der Gegenstempel kann in bekannter Weise so lang bemessen sein, dass er bei zurückgezogenem Einführungsstempel mindestens die gesamte Länge der Öffnung in der Halspartie des Werkstückes als Innenformteil auskleidet. Auf diese Weise kann das Werkstück auch nach dem Zurückziehen des Einführungsstempels unter einem Nachdruck verbleiben, was sich auf die Qualität des Werkstücks vorteilhaft auswirken kann.
Als Vorteile des neuen Verfahrens können erwähnt werden:
Das heisse Kunststoffmaterial gelangt ohne Berührung mit kühlerer Wandung direkt zur Schweissstelle an dem Kunststoffrohr. Dadurch ist das Erweichen des Kunststoffrohres schneller und weitgehender möglich. Erst nach dem Erwärmen der Schweissnaht erfolgt die Formgebung beim Schliessen der Form in die Endstellung. Die beweglichen Teile, wie Schlitten, Zylinder mit Einführungsstempel und Dorn mit Gegenstempel und eventuell bewegliche Formteile in der Kappe, sind einfacher und genauer zu steuern als bei den bisher bekannten Einrichtungen. Der Druck zum Einführen des Kunststoffes in den Formenhohlraum kann niedrig gehalten werden, weil der Formenhohlraum im Moment des Einführens ein mehrfaches Volumen der fertigen Form besitzt, also weniger Widerstand gegen das Fliessen aufweist.
Mit dem neuen Verfahren kann dieselbe Form mit geringerer Temperatur hergestellt werden, um noch ein Verschweissen mit dem zylindrischen Teil des Werkstückes zu garantieren. Dadurch wird die Gefahr der Überhitzung des Kunststoffes während des Herstellungsvorganges verringert, oder umgekehrt das Verschweissen mit dem zylindrischen Teil aus Kunststoffen mit kleinerem Schmelzbereich rnög- lich. Durch die mögliche Herabsetzung der Temperatur des eingeführten Kunststoffes erleichtert sich das Problem der Kühlung der Formteile, d. h. bei gleicher Kühlleistung gegenüber einer bekannten Ma schine kann die Produktion mit dem neuen Verfahren gesteigert werden.