Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung festigkeitsgünstiger Kunststoffteile aus plastischen Massen
Gegenstand der Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung festigkeitsgünstiger Kunststoffteile, z. B. durch Spritzguss, durch Strangpressen oder nach anderen Methoden.
Es ist bekannt, dass z. B. thermoplastische Kunststoffe im thermoelastisch-thermoplastischen Zustand beim Fliessen durch lange Kanäle ein Orientierungsgefüge in Fliessrichtung erhalten. Dieses Orientierungsgefüge entsteht durch eine Ausrichtung von Molekül-Fadenketten oder sonstigen Gefügebestandteilen.
Der Grad der Orientierung ist um so grösser, je zäher und kälter die Masse beim Einströmen ist und je mehr durch Reibung der plastischen Masse an Wandungen und ähnlichen Strömungshindernissen ein Geschwindigkeits- und damit ein Schergefälle erzeugt wird. Daraus ist zu erkennen, dass besonders hohe Orientierungsgrade beispielsweise beim dünnwandigen Spritzguss entstehen Die heisse plastische Masse muss dabei meist unter hohem Druck in dünnen Schichten zwischen nahezu kalten metallischen Formflächen hindurchfliessen. Bei Spritzgiessversuchen beobachtet man, dass an der Metallfläche eine dünne Kunststoffschicht sogleich erstarrt und dort liegen bleibt. Die nachströmende heisse Kunststoffmasse wird darüber geschoben. Dabei kühlt sie sich teilweise durch Wärmeleitung ab und orientiert sich.
Bei einer näheren Untersuchung werden in den meisten Spritzlingen Orientierungsschichten festgestellt. Von der Aussenfläche beginnend, wechseln die Orientierungsgrade entsprechend den Einströmbedingungen und weisen in der Mitte häufig ein Minimum auf, weil dort die Masse zuletzt erstarrte. Die beiden Maximal können jedoch in ihrer Lage über die Formtemperatur beeinflusst werden.
Da es im Prinzip des Spritzgusses liegt, dass man in kältere Metallformen und häufig möglichst dünnwandig spritzt, treten unvermeidlich Orientierungserscheinungen auf. Materialorientierungen sind aber auch beim reinen Durchströmungsvorgang durch Spaltöffnungen bekanntgeworden, z. B. bei Breitschlitzdüsen zur Erzeugung von Platten und Folien und auch beim Auswalzen von Folien auf Kalandern.
Die Orientierung erzeugt eine Verschiebung der Festigkeit im Spritzling. Die höheren Werte entstehen in Orientierungsrichtung, senkrecht dazu fallen sie entsprechend ab. Bei einer Prüfung der Zugfestigkeit kann sich zwischen Orientierungsrichtung und senkrecht da:zu ein Verhältnis der Werte von 4:1 und mehr ergeben. Bei einer Prüfung auf Schlagfestigkeit kann ein Verhältnis von 20:1 und mehr entstehen.
Diese Festigkeitsverschiebung wirkt sich in fast allen Fällen ungünstig aus, weil es mit üblichen Mitteln nicht gelingt, die festigkeitsgünstige Orientierungsrichtung mit der Beanspruchungsrichtung des aus Kunststoff hergestellten Teiles in Einklang zu bringen.
Ausserdem erzeugt die Orientierung ungleiche Schrumpf- und Verzugsspannungen, die zu einem bedeutenden Verwerfen und ungenauen Abmessungen der Spritzlinge führen.
Die Auswirkungen der Materialorientierung kann man sehr einfach an zentral angespritzten dünnwandigen Polystyrolbechern zeigen. Bei einer geringfügigen Biegebeanspruchung senkrecht zur Orientierungsrichtung zerplatzen die Becher sehr leicht in Streifensplitter. Einen derartigen Splitter kann man jedoch mehr als 1800 in Orientierrichtung hin und her biegen, ohne dass er zerbricht.
Eine weitere bekannte Erscheinung im Spritzguss ist die Fliessnahtbildung im Spritzling. Nach allgemeiner Ansicht gilt eine Fliessnaht in einem Spritzling als eine gefürchtete Schwachstelle, die zum spröden Bruch führt.
Man versucht daher bei der Formenkonstruktion zu erwartende Fliessnahtbildungen unter allen Umständen zu vermeiden. Bei einer näheren Untersuchung von spröde gewordenen Fliessnahtstellen findet man, dass die beiden Fliessfronten senkrecht aufeinandergetroffen sind, die Verschweissung ungenügend war und eine Fliessnahtkerbe entstanden ist.
Alle diese Nachteile werden durch das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässe Vorrichtung vermieden.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung festigkeitsgünstiger Kunststoffteile aus plastischen Massen ist dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verarbeitung der plastischen Massen mehrere besonders festigkeitsgünstige Orientierungsrichtungen im Kunststoffteil planmässig gesteuert und erzeugt werden.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, welche eine planmässige Steuerung und Erzeugung festigkeitsgünstiger Orientierungsrichtungen im Kunststoffteil bei der Verarbeitung der plastischen Massen bewirken.
Die Erfindung wird nachfolgend an den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der bekannten Orientierungsverteilung einer Kunststoffschicht,
Fig. 2 das bekannte senkrechte Aufeinanderprallen der Kunststoff-Fliessfronten,
Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 2,
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer theoretisch konstruierten Fliessfront nach der Erfindung,
Fig. 5 eine Darstellung nach Fig. 4, in der jedoch die Fliessfront der Wirklichkeit entsprechend dargestellt ist,
Fig. 6 einen Querschnitt durch eine Form,
Fig. 7 einen erfindungsgemäss hergestellten Spritzling,
Fig. 8 einen Längsschnitt durch einen Formmantel,
Fig. 9 einen Schnitt entsprechend Fig. 6, jedoch bei einer anderen Ausführungsform,
Fig. 10 ein an einem Kanal angeordnetes Elektrodenpaar,
Fig. 11 eine um einen Kanal innerhalb der Formwandung angeordnete Induktionsspule,
Fig. 12 eine Teilansicht einer Breitschlitzdüse,
Fig.
13 eine schematische Darstellung eines Kalanders,
Fig. 14 einen Schnitt nach der Linie XIV-XIV der Fig. 13,
Fig. 15 einen Schnitt nach der Linie XV-XV der Fig. 14,
Fig. 16 einen Längsschnitt durch eine bekannte Form während des Einspritzvorganges,
Fig. 17 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäss als Spritzgiessform ausgebildete Vorrichtung während des Einspritzvorganges,
Fig. 18 eine in Längsrichtung aufgeschnittene Form mit noch nicht entferntem Spritzling und
Fig. 19 einen Formmantel mit Spritzling, teilweise im Schnitt.
In den Fig. 1 bis 3 ist das an sich bekannte Verhalten der Kunststoffmassen beim Spritzguss schematisch dargestellt. Die Kunststoffschicht 1 in Fig. 1 strömt in Richtung der Pfeile zwischen den Formwandungen 2 in die Form ein. Die Pfeillänge 0 gibt dabei das örtliche Ausmass der Orientierung an. Die Länge der Pfeile und entsprechend das absolute Mass der Orientierung nehmen mit wachsendem Fliessweg Wandstärke-Verhältnis zu. Das heisst also, dass sich die Molekül-Fadenketten während des Spritzvorganges in Fliessrichtung ausrichten und der Spritzling deswegen bei einer geringfügigen Biegebeanspruchung senkrecht zur Orientierung zerplatzt.
Eine ebenfalls bekannte Erscheinung im Spritzguss ist die bereits erwähnte gefürchtete Fliessnahtbildung im Spritzling. Die Kunststoffmassen 1' bzw.
1" (vgl. hierzu Fig. 2 und 3) prallen in Pfeilrichtung senkrecht aufeinander, orientieren sich entsprechend und bilden dabei die Fliessnahtkerben 3.
In Fig. 4 ist die Ausbildung einer gemäss der Erfindung theoretisch konstruierten Fliessfront schematisch dargestellt, die die vorgenannten negativen Erscheinungen im Spritzling ausschaltet. Die Kunststoffmasse 4 soll in Pfeilrichtung während des Einströmvorganges in die Form fliesstechnisch begünstigte Zonen a und fliesstechnisch benachteiligte Zonen b durchfliessen, so dass die Fliessfront der strömenden Masse nicht wie üblich vom Quellpunkt aus gleichförmig voranschreitet, sondern dabei eine zickzackförmige Fliessfront 5 entsteht. Zur Steigerung des Fliesseffektes ist es vorteilhaft, sowohl fliesstechnisch begünstigte als auch fliesstechnisch benachteiligte Zonen, beispielsweise abwechselnd, vorzusehen.
Wie Fig. 5 deutlich macht, wurde in praktisch durchgeführten Spritzversuchen gefunden, dass aber während des Einströmvorganges nicht genau die in Fig. 4 gezeigte theoretisch angenommene Orientierung entsteht. In den fliesstechnisch begünstigten Zonen a eilt die Kunststoffmasse 4 vor und orientiert sich in Fliessrichtung. Während des Voreilens strömt die Kunststoffmasse 4 auch seitlich in die fliesstechnisch benachteiligten Zonen b ab und orientiert sich entsprechend. Dabei entstehen, von der Hauptströmung 6 seitlich sich verästelnd, Nebenorientierungsrichtungen 7, welche im Bereich der Zone b unter einem Winkel (kleiner als 1800) zusammentreffen.
Beim Zusammenstossen der Nebenorientierungs- richtungen 7 weicht die Kunststoffmasse 4 in die resultierende Richtung aus und erzeugt beim Zusammentreffen im Fliessnahtbereich eine Druckentspannung und eine Voreilung der Masse 4 in der Grösse und Richtung e, wodurch die wellig-zickzackförmige Fliessfront 8 erzeugt wird.
Die bisher an Spritzlingen auftretende Sprödigkeit im Fliessnahtbereich beruhte einmal auf einer ungünstigen Orientierungsverteilung und zum anderen auf einer Drucküberladung der Masse beim senkrechten Zusammenprall.
Das zickzackförmige Voranschreiten der Fliessfront bewirkt eine fortlaufende Druckentspannung der Masse, verbunden mit einer gleichzeitigen weichgeführten Umlenkung der Nebenorientierungsrichtungen und mit einer gleichmässigen Ausspülung der Fliessnaht von Luft- und Gasblasen. Diese drei Erscheinungen verhindern gleichzeitig ein Entstehen von Fliessnahtkerben und lassen einen bisher nicht bekanntgewordenen festigkeitsgünstigen Fliessnahtbereich entstehen, der sich im Spritzling nicht mehr nachteilig bemerkbar macht. Dadurch wird die z. B. im Spritzguss allgemein wegen ihrer Sprödigkeit gefürchtete Fliessnaht zu einem wichtigen Konstruktionselement bei der Herstellung von Orientierungsgeweben.
Mit der Lösung der Fliessnahtprobleme gewinnt man in der Anordnung von fliesstechnisch begünstigten bzw. benachteiligten Zonen in einem Spritzling Freiheit, die Orientierungsströmungen soweit wie möglich den technischen Beanspruchungen an das Teil anzupassen und planmässig beispielsweise eine Art Orientierungsgewebe einzubauen. Dieses innere Orientierungsgewebe kann z. B. bei flächigen Spritzlingen die Form eines Fischgrätmusters haben, das sich als besonders festigkeitsgünstig erwiesen hat.
In hergestellten Tubenkörpern konnte man z. B. bei Farbübergängen derartige Orientierungsstrukturbildungen erkennen, die ein sehr günstiges Festigkeitsverhalten des Spritzlings ergeben.
Die planmässige Ausbildung von derartigen Orientierungsgeweben, die in dem Spritzling entstehen, hat eine ausserordentlich grosse technische und wirtschaftliche Bedeutung, denn das Orientierungsgewebe verleiht dem Spritzling eine bisher unbekannte Festigkeit und Zähigkeit in allen Beanspruchungsrichtungen. So konnten z. B. dünnwandige Tubenkörper und dünnwandige Testplatten, die aus einem von Natur aus spröden weichmacherfreien Polyvinylchlorid-Kunststoff nach dem erfindungsgemässen Verfahren gespritzt wurden, in alle Richtungen gebogen, gerollt oder verdrillt werden, ohne dass trotz der Dünnwandigkeit noch irgendeine Orientierungsrichtung oder Sprödigkeit erkennbar war. Vergleichsweise nach bisher bekannten Spritzgiessverfahren hergestellte Teile gleicher Form, Abmessungen und Kunststoffes zerplatzten bereits spröde bei geringsten Biegebeanspruchungen.
Als Fliesserleichterungen im Sinne der Erfindung sind alle Mittel anzusehen, die ein örtlich erleichtertes Einströmen der Kunststoffmassen in die Form ermöglichen. Die fliesstechnisch begünstigten bzw. benachteiligten Zonen können z. B. mechanischer, thermischer oder mechanischer und thermischer Art sein und sind vorzugsweise in einem oder auch in mehreren Formenteilen untergebracht.
Mechanisch wirkende Vorrichtungen zur Erleichterung bzw. zur Verzögerung des Einströmvorganges sind z. B. in der Form örtlich grössere bzw. kleinere Fliessquerschnitte. Örtliche grössere Fliessquerschnitte setzen den Einströmwiderstand herab, während kleinere Querschnitte den Fluss der einströmenden Masse verzögern. Die grösseren bzw. kleineren Fliessquerschnitte werden vorzugsweise abwechselnd nebeneinander angeordnet, wodurch das wellig-zickzackförmige Einströmen der Masse bewirkt wird.
Die Anordnung von Fliessrippen ist allgemein bekannt, um die Formfüllung zu erleichtern. Aus Gründen der angeblich spröden Fliessnähte hat man Fliessrippen in der Spritztechnik vermieden und verwendet sie möglichst nur zur mechanischen Versteifung von Spritzteilen. Für eine systematische Erzeugung von Orientierungsgeweben wurden sie bisher nicht eingesetzt.
Ein Ausführungsbeispiel von örtlich grösseren und örtlich kleineren Fliessquerschnitten zeigt insbesondere die Fig. 6.
Hierbei sind in dem Formrnantel 9, der zusammen mit dem Formkern 10 den Formhohlraum 11 bildet, grössere Fliessquerschnitte 12 abwechselnd neben kleineren Fliessquerschnitten 13 angeordnet.
Hierdurch wird die Masse 4 gezwungen, beim Fliessvorgang die erwünschte wellig-zickzackförmige Fliessfront zu bilden.
Die grösseren Fliessquerschnitte 12 und die kleineren Fliessquerschnitte 13 können nicht nur gerade angeordnet sein, sondern auch mäander- oder spiralförmig, wie besonders Fig. 7 deutlich macht. Die zwischen den grösseren Fliessquerschnitten liegenden Fliesswege der Masse werden so erheblich verkürzt, dass die Wandstärken von dünnwandigen Teilen bis unter den halben bisherigen Wert gesenkt werden können, was eine bedeutende Materialersparnis ergibt und gleichzeitig wegen der Erzeugung des Orientierungsgewebes eine wesentliche Steigerung der Festigkeitswerte des Spritzlings bewirkt.
Weitere mechanische Hilfsmittel, um fliesstechnisch begünstigte bzw. fliesstechnisch benachteiligte Zonen zu schaffen, sind in Fig. 8 gezeigt. Die pla- stische Masse 4 fliesst aus dem Massezylinder 14 in den Formhohlraum 15 des Formmantels 16 und des der Deutlichkeit wegen nicht gezeigten Formkernes und muss dabei die nebeneinander in den Forrnhohlraum 15 eingebrachten unterschiedlichen (feinen oder weniger feinen) Oberflächenpolituren, Oberflächenbehandlungen, z. B. Verchromungen, oder Kunststoffbeschichtungen 17 und 18 überströmen.
Diese fliesstechnisch begünstigten Zonen 18 bzw. fliesstechnisch benachteiligten Zonen 17 bewirken beim Voreilen der Masse 4 die wellig-zickzackförmige Fliessfront 8. In Verbindung mit den örtlich grösseren bzw. kleineren Fliessquerschnitten bewirkt die vorgenannte Ausbildung der Oberflächen eine weitere wesentliche Steigerung des zickzackförmigen Einströmens der Masse in die Form.
In dem Formmantel 9 oder in dem Formkern 10 (nach Fig. 6 und insbesondere nach Fig. 9) können, zur Erhöhung des angestrebten Fliesseffektes, an den fliesstechnisch begünstigten Zonen Isolationszonen vorgesehen werden, welche die Entwicklung von ört lich erhöhten Temperaturen durch nicht abgeführte Wärmemengen begünstigen. Es können aber auch, gegebenenfalls noch zusätzlich, Heizelemente, z. B. elektrische Heizstäbe 19, eingebracht sein, deren Wärme abgabe durch an sich bekannte Regelgeräte von aussen leicht regulierbar ist.
Durch in bestimmten Abständen nebeneinander angeordnete Heizelemente und Isolierzonen, von denen vorzugsweise jedes zweite Heizelement eine grössere Wärmemenge ausstrahlt als das vorhergehende, ist es möglich, die Viskosität der Masse örtlich zu differenzieren und damit die zickzackförmige Fliessfront zu erreichen.
Es ist aber auch möglich, durch die Heizelemente das Fliessvermögen der Masse in der Form je nach Wunsch zu erhalten oder gar zu erhöhen.
Weiterhin können an Angussverteilerkanälen, Angussstegen, Fliessrippen, örtlich grösseren Fliessquerschnitten usw. sich gegenüberliegende Elektroden vorgesehen werden, die durch Hochfrequenzerwärmung entsprechend auf die Viskosität der Masse in der Form einwirken.
Ein Ausführungsbeispiel hierfür ist in der Fig. 10 gezeigt. Die durch den Kanal 21 in Richtung des Pfeiles fliessende Masse 4 wird durch das Elektrodenpaar 22 in dessen Bereich kurzzeitig erhitzt, wodurch die Viskosität der Masse 4 innerhalb der strichpunktierten Linie geringer wird. Die Fliesseigenschaft der Masse wird somit in diesem Bereich planmässig erhöht.
Auch durch elektrische Induktionseinwirkung auf unterschiedlich reagierende Metalle in der Form kann die Fliessfähigkeit der Masse beeinflusst werden. Zu diesem Zwecke können geeignete Induktionsspulen, die mit von aussen leicht regulierbarem elektrischem Strom gespeist werden, rund um Angussverteilerkanäle, Angussstege, Fliessrippen, örtlich grössere Fliessquerschnitte usw. angeordnet werden.
Ein Ausführungsbeispiel hierfür veranschaulicht Fig. 11. Um den Kanal 21 ist hier die Induktionsspule 23 angeordnet, die ebenfalls im Sinne der Erfindung (siehe die strichpunktierten Linien) auf die Viskosität der in Pfeilrichtung fliessenden Masse 4 einwirkt.
Es besteht auch die Möglichkeit, Gasbrenner, Reibungserwärmung, elektrische Widerstands- und Strahlungsheizungen zu verwenden und diese mit allen vorgenannten Fliesserleichterungen, Fliessverzögerungen oder Fliesserleichterungen und Fliessverzögerungen so zu kombinieren, wie es für das jeweilige wellig-zickzackförmige Einströmen der Masse in die Form notwendig ist, um dem Spritzling ein besonders festigkeitsbegünstigtes Orientierungsgewebe zu verleihen.
In den Formwandungen vorgesehene Kanäle können auch je nach Bedarf abwechselnd mit heissen oder kalten Medien beschickt werden. Beispielsweise können die fliesstechnisch benachteiligten Zonen durch Kanäle 20 (Fig. 9), die mit entsprechend temperierten Medien beschickt werden gekühlt werden.
Die Erfindung ist nicht auf intermittierend arbeitende Formgebungsprozesse beschränkt, wie z. B. die Herstellung von technischen Teilen, Verpackungsbehältern usw. im Spritzgiessverfahren.
Die vorerwähnten mechanisch, thermisch oder mechanisch und thermisch wirkenden Mittel können beispielsweise auch bei der Konstruktion an Breitschlitzdüsen, die für das Extrudieren von Platten, Folien, Schläuchen und sonstigen Profilen im Strangpressverfahren angewendet werden, zur Erzeugung von nutzbaren Orientierungsgeweben Verwendung finden.
So können z. B. die an Breitschlitzdüsen verstellbar nebeneinander angeordneten Lippen für den entsprechenden Arbeitsgang so fixiert sein, dass vorzugsweise, wie die Fig. 12 an einer Teilansicht einer Breitschlitzdüse 24 beispielsweise zeigt, jede zweite Verstellippe 25 einen grösseren Ausflussraum frei lässt als die vorhergehende. Dadurch erreicht man, dass über die gesamte Länge der Düsenöffnung gleichmässig verteilt dem Ausfluss der Masse verschieden grosse Widerstände entgegentreten. Hierdurch erzielt man wiederum die zickzackförmige Strömung der Masse und' ein besonders festigkeitsgünstiges Orientierungsgewebe.
Natürlich ist es auch hier vorteilhaft, den angestrebten Effekt durch die schon erwähnten Oberflächenbehandlungen oder durch die mechanischen und thermischen Einwirkungen zu vergrössern.
Ebenso lässt sich hier mit den vorbeschriebenen Mitteln jede Fliesserleichterung bzw. Fliessverzögerung in den einzelnen Zonen durch'beliebige Kombinationen erreichen.
Demgemäss können die Oberflächen der Verstell Lippen 25 und auch der feststehenden Lippe 26, örtlich in einzelne Zonen aufgeteilt, unterschiedliche Oberflächenpolituren, Oberflächenbehandlungen oder Kunststoffbeschichtungen 27 und 28 aufweisen, um das Einwirken auf die Masse während des Ausflusses noch intensiver zu gestalten. Darüber hinaus können die Lippen 25 und 26 noch zusätzlich über eine elektrische Leitung 29 beheizt werden.
Gemäss der Erfindung können die vorerwähnten mechanisch, thermisch oder mechanisch und thermisch wirkenden Mittel auch zur planmässigen Erzeugung von Orientierungsgeweben im thermoelastischen Zustand, beispielsweise in Platten, Filmen, Folien und ähnlichen Teilen, die auf Walzwerken, Kalandern oder ähnlichen Vorrichtungen erzeugt werden, verwendet werden.
Die die Masse aufnehmenden Walzen (jedoch aber mindestens eine davon), z. B. eines Kalanders, können vorzugsweise über ihre ganze Länge senkrecht zur Achsrichtung in Zonen aufgeteilt werden, von welcher z. B. jede zweite einen kleineren Durchmesser aufweist als die vorhergehende, um örtlich differenzierte Schubspannungen in das thermoelastische Kunststoffmaterial einzubringen.
Über die Oberfläche der Walzen oder auch nur über einzelne Zonen derselben können geeignete Erhebungen oder Vertiefungen verteilt angeordnet sein, die ihrerseits durch Friktion im engen, verstellbaren Kalanderspalt auf die Viskosität der Masse einwirken und dadurch das erwünschte festigkeitsgünstige Orientierungsgewebe erzeugen.
Um eine weitere Steigerung des angestrebten Effektes zu erzielen, ist es ratsam, die die Masse aufnehmenden Kalanderwalzen mit den schon erwähnten Oberflächenbehandlungen, wie z. B. unterschiedlichen Polituren, Kunststoffbeschichtungen usw., zu versehen. Ausserdem kann auch hier, durch zusätzliche, von aussen beliebig regelbare thermische Mittel, wie z. B. durch in den Walzen entsprechend verlaufenden Kanälen, die je nach Belieben mit heissen oder kalten Medien beschickt werden können, durch elektrische Heizelemente, die je nach Bedarf in den einzelnen Zonen mehr oder weniger stark zur Wirkung gebracht werden können usw., gleichfalls bestimmend' auf das Gefüge der Masse eingewirkt werden.
Die Fig. 13, 14 und 15 zeigen in halbschematischer Darstellung die Wirkungsweise eines Kalanders, dessen Walzenpaar 30, 30' die Masse 31 aufnimmt und dieser durch mechanische oder thermische Einwirkungen ein festigkeitsgünstiges Orientierungsgewebe verleiht. Das Walzenpaar 32, 32' nimmt die aus dem Walzenpaar 30, 30' kommende Folie 33 auf, glättet sie oder prägt ein gewünschtes Oberflächenmuster und leitet die Folie 33 dann über die Walzen 34, 35 und 36 auf eine Sammeltrommel.
Die Walze 30 ist, wie insbesondere Fig. 14 zeigt, in einzelne Zonen 37 und 38 aufgeteilt, die örtlich unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Zusätzlich sind, abwechselnd auf die einzelnen Zonen verteilt, unterschiedliche Oberflächenpolituren, Oberflächenbehandlungen oder Kunststoffbeschichtungen 39 und 40 aufgebracht, welche auf die Masse 31 entsprechend einwirken. Geeignete, über die Oberfläche der Walze 30 verteilt angeordnete Erhebungen 41 bzw.
41' oder Vertiefungen 42 bzw. 42', wie in Fig. 15 dargestellt, bringen ebenfalls örtlich differenzierte Orientierungsspannungen und Dehnungen in das thermoelastische Kunststoffmaterial ein. Ausserdem ist es möglich, den einzelnen Zonen über die Rohrleitung 43 Kühlwasser zuzuführen, bzw. den einzelnen Zonen über die elektrische Leitung 44 eine vorbestimmte Wärmemenge zuzuteilen.
Nach einem. anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist für das Spritzgiessverfahren vorgesehen, dass mindestens eines der den Formhohlraum begrenzenden Formteile durch Antriebskräfte von au ssen bewegt wird. Dadurch erreicht man, dass sich beim Einströmen der Masse in die Form die Molekül-Fadenketten, die sich der rotierenden Formenwand am nächsten befinden, entsprechend ausrichten und hierdurch das erwünschte festigkeitsgünstige Orientierungsgewebe bilden.
Beispielsweise kann man bei einem Becher, der vom Boden aus angespritzt wird, den Formkern oder den Formmantel oder, um die angestrebte Festigkeit des Spritzlings noch zu erhöhen, beide Teile gleichzeitig während des Einspritzens gegeneinander rotieren lassen. Dadurch kann die einseitige Orientierung der dünnen Kunststoffschicht in Längsrichtung teilweise oder ganz aufgehoben und eine beliebig zwischen längs und quer zur Becherachse wählbare Orientierungsrichtung an der Aussen- oder Innenhaut des Bechers eingestellt werden.
Da die Kunststoffmasse in der kalten Form schnell erstarrt, kann der Antrieb von Formkern und Formmantel so ausgerüstet sein, dass er bei Erreichen eines bestimmten wählbaren Erstarrungsgrades des Kunststoffes rasch blockiert. Es ist auch möglich, die Formrotation so auszubauen, dass in der dünnen Kunststoffschicht durch Scher- und Reibungs- kräfte in der Masse höhere Temperaturen erzeugt werden, welche der A'bkühlung entgegenwirken und das Füllen sehr dünnwandiger Schichten mit geringerem Einspritzdruck erleichtern.
Die Drehbewegungen des Formkernes oder der Formwandung können mit allen üblichen Anordnungen erzeugt werden; beispielsweise durch einen direkt gekuppelten Elektromotor, wobei der Formkern oder die Formwandung gleichzeitig Läufer eines Elektromotors sind. Ausserdem können hydraulisch oder luftbetriebene Antriebsaggregate eingesetzt werden.
Die Bewegung der einzelnen Formelemente braucht keine Rotation zu sein, sondern kann durch Schwingungen von Elektromagneten, mechanischen oder hydraulischen Schwingern erzeugt werden, wodurch gleichfalls eine Orientierungsbeeinflussung und Fliesserleichterung gegeben ist.
Die Wirkungsweise von rotierenden Formteilen sei nachfolgend an dem in den Fig. 16, 17, 18 und 19 veranschaulichten Ausführungsbeispiel näher beschrieben.
Bei der Anordnung der Fig. 16 tritt in bekannter Weise die heisse Kunststoffmasse 45 aus der Düse 46 in den Formhohlraum 47, der von dem Formmantel 48 und dem Formkern 49 gebildet wird. Beim Einströmen orientiert sich die Kunststoffmasse 45 an der Innen- und an der Aussenfläche des Fornahohl- raumes 47 in Richtung des Pfeiles A-B.
In Fig. 17 sind der Formmantel 50 und der Formkern 51 in den z. B. als Motorgehäuse ausgebildeten Mänteln 52 bzw. 53, in welche die Wicklungen 54 bzw. 55 eingebracht sind, drehbar gelagert. Die zwi- schen den Mänteln 52 bzw. 53 und dem Formmantel 50 bzw. dem Formkern 51 angeordneten Kugellager 56 bzw. 57 verhindern während des Arbeitsvorganges grössere mechanische Reibungsverluste.
Wenn sich nur der Formkern 51 dreht, wird die Orientierung in der Randzone des Formmantels 50 gleich bleiben, während die Orientierung auf dem Formkern in der Randzone je nach Drehgeschwindigkeit eine Richtung zwischen Längs- und Querachse des Spritzlings einnehmen wird. Die Pfeilrichtung E-F der Orientierung auf dem Formkern 51 ergibt sich aus der Überlagerung der beiden Geschwindigkeitspfeile A-B für die einströmende Masse und C-D für die Umfangsgeschwindigkeit.
Wenn der Formmantel 50 gegenläufig zum Formkern 51 rotiert, nimmt die Orientierungsrichtung in der Aussenhaut des Spritzlings eine entgegengesetzte Richtung gegenüber der Orientierungsrichtung des Formkernes 51 ein. Es treten dann drei Fliessrichtungen auf (Fig. 18). Der Geschwindigkeitspfeil A-B ist der normale Massefluss, der Pfeil C-D die Umfangsrichtung des rotierenden Formkernes 51, E-F ist die Orientierungsrichtung auf dem Formkern, der Pfeil G-H die Orientierungsrichtung am Formmantel 50.
Diese Verhältnisse gelten eindeutig, wenn sich beide Oberflächen des Spritzlingsbodens während des Spritzvorganges in Ruhe befinden. Der Massefluss vom zentralen Anguss her kann gleichmässig nach allen Richtungen hin ungestört stattfinden.
Wenn nun die innere Formboden mit dem Formkern 51 und der äussere Formboden mit dem Formmantel 50 rotieren, ergeben sich die gleichen Überlagerungsfälle im Boden des Spritzlings, wie in seinen Seitenwandungen, nur dass die Orientierungen wie konzentrische Spiralen verlaufen, die sich bei Gegenläufigkeit kreuzen.
Wenn die beiden Böden bzw. die beiden Wandflächen der Form beim Einströmen der Masse gleichzeitig rotieren, wird das Material radial vororientiert und kommt so zum Beginn des senkrechten Randes 58 der Form.
Wenn in Pfeilrichtung A-C (Fig. 19) senkrecht zur Hauptfliessrichtung A-B vororientiertes Material in eine dünnwandige Form fliesst, so muss das Material zunächst die erste Orientierung aufgeben, einen Nullwert durchlaufen, um sich dann in der letzten Hälfte des Spaltes in der neuen Fliessrichtung zu orientieren. Das Einströmen des vororientierten Materials in die senkrechten Wandungen der Form ist sehr einfach, da die Vororientierung wie eine Fliessreserve wirkt und erst im oberen Bereich der Formfüllung Orientierungskräfte gebraucht werden.
Die verschiedenartigen mechanischen oder thermischen Mittel können bei den einzelnen Ausführungsbeispielen nach der Erfindung selbstverständlich je nach Bedarf miteinander beliebig kombiniert werden, um die jeweils günstigste Fliessorientierung in den Kunststoffmassen zu erhalten.