Verfahren zur Herstellung von Formteilen und Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen und eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens.
Es gibt sowohl Spritz- als auch Strangpress-Blasverfahren. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf letzteres. Beim Strangpressen von thermoplastischen Schlauchfolien ist es meist notwendig, den geschmolzenen Kunststoff vor dem Eintritt in die Strangpressdüse an einer oder mehreren Stellen in zwei Teilströme zu teilen. Wenn die Einlassöffnung für den den Werkstoff sich beispielsweise in der Wandung des äusseren Zylinders des Spritzkopfes befindet, muss der Werkstoff sich in zwei Teilströme teilen, die schliesslich auf der anderen Seite des Spritzkopf Ringkanals zusammenkommen. Hierbei treten an denjenigen Stellen, wo die Teilströme zusammenkommen, oft Schlieren auf, die häufig als Fugen in dem fertigen Gebilde bzw. Gegenstand sichtbar sind.
Solche Fugen können nicht nur das Aussehen des Gebildes bzw. Gegenstands verderben, sondern auch Kluftlinien darstellen. Je nach Art des gebrauchten thermoplastischen Werkstoffes bereiten also diese Fugen Schwierigkeiten. Beim Strangpressblasen beispielsweise von Polyäthylen unter Anwendung eines Spritzkopfes, in welchem der geschmolzene thermoplastische Werkstoff in zwei Teilströme geteilt wird, werden Gegenstände erzielt, die meist kaum sichtbare Fugen aufweisen. Wenn man dagegen Polypropylen in der gleichen Vorrichtung verarbeitet, können Gegenstände erzeugt werden, die sehr merkliche widerwärtige Fugen besitzen.
Die Verwendung von Poly 4-methyl-penten-l in einer derartigen Vorrichtung ist mit grossen Schwierigkeiten verbunden, da die Fugen in der stranggepressten Schlauchfolie so schwach sind, dass sie häufig aufreissen, wenn Druck zum Ausformen der Schlauchfolie aufgebracht wird.
Auch andere thermoplastische Werkstoffe können sich so verhalten.
Im britischen Patent 823 066 wird ein Spritzkopf beschrieben, mit dem ein geschmolzener organischer thermoplastischer Werkstoff zu einer schlauchbildenden Spritzdüse geführt wird, um durch letztere ausgespritzt zu werden. Das Wesentliche dieses Spritzkopfes besteht in einem Kernteil und einem dieses umgebenden Zylinderteil, welches dem Kernteil gegen über festgehalten ist und mit dem Kernteil einen Kanal für den genannten Werkstoff bildet, und einer Einlassöffnung für diesen Werkstoff, wobei die Innenwandung des Zylinderteils und die Aussenwandung des Kernteils im Bereich der Einlassöffnung dicht zusammenpassen und von hier aus voneinander in Richtung des Strangpressens divergieren, um dabei einen Ringkanal zu bilden,
und wobei durch Vertiefungen in einer oder beiden der genannten Wandungen ein zur Führung des geschmolzenen Werkstoffs bestimmter schraubenförmiger Kanal gebildet wird, der etwa an der Einlassöffnung anfängt und in den Bereich des zwischen den Kern- und Zylinderteilen gebildeten Spalts erstreckt, wobei die Tiefe des schraubenförmigen Kanals mit zunehmender Breite des Ringkanals abnimmt und der Ringspalt mit der Schlauchspritzform in Verbindung steht. Ein derartiger Spritzkopf wird nachstehend als Spritzkopf mit schraubenförmigem Kanal bezeichnet. Der im britischen Patent 823 066 beanspruchte Spritzkopf weist einen ringförmigen Kernteil auf. Der Kernteil eines Spritzkopfes mit schraubenförmigem Kanal braucht aber nicht unbedingt ringförmig zu sein.
Es wurde nun gefunden, dass die Verwendung eines Spritzkopfes mit schraubenförmigem Kanal beim Blasverfahren dazu beiträgt, dass manche der oben erwähnten Schwierigkeiten vermieden werden.
Gemäss der vorliegenden Erfindung wird also ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen geschaffen, bei dem ein organischer thermoplastischer Werkstoff aus einem Spritzkopf mit schraubenförmigem Kanal und ringförmiger Düsenöffnung ausgepresst wird, wonach die so erhaltene Schlauchfolie in einer Form durch Einwirkung eines Druckmediums ausgeformt wird. Erfindungsgemäss wird auch eine Vorrichtung vorgeschlagen, die im wesentlichen eine Strangpresse für thermoplastischen Werkstoff, die einen Spritzkopf mit schraubenförmigem Kanal und ringförmiger Düsenöffnung, Formteile, Mittel zum Schliessen der Formteile, die somit eine die ausgepresste Schlauchfolie umgebende Form bilden, und Mittel zum Zuführen eines Druckmediums in das Innere der Form, um dabei den thermoplastischen Werkstoff in der Form auszuformen, aufweist.
Es werden vorzugsweise als thermoplastischer Werkstoff Polyolefine, insbesondere Polypropylen und Poly-4-methyl-penten-1 verwendet. Auch andere Werkstoffe, wie Hart-PVC können verwendet werden.
Es wird nachstehend anhand der Zeichnung eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben, die zur Herstellung von Kunststoffflaschen geeignet ist. Es zeigen
Fig. 1 eine Seitenansicht des Spritzkopfes 21 mit schraubenförmigem Kanal, teilweise im Schnitt,
Fig. 2 einen Schnitt gemäss A-A' der Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt gemäss B-B' der Fig. 1,
Fig. 4 einen senkrechten Schnitt der gesamten Einrichtung zur Blasverformung kurz vor Schluss der Blasform, wobei der Spritzkopf perspektivisch dargestellt ist,
Fig. 5 den Spritzkopf in perspektivischer Ansicht und einen senkrechten Schnitt durch die Blasform kurz nach Schluss derselben.
In der Zeichnung ist 10 der Zylinderteil (im Schnitt) und 11 der Kernteil. Der Bereich, wo der Kernteil 11 und der Zylinderteil 10 dicht ineinander passen, ist mit 13 bezeichnet, während der Bereich, in dem der Kernteil 11 in der Pressrichtung verjüngt ist, mit 14 bezeichnet ist. Es entsteht also zwischen den beiden Teilen 10 und 11 ein Ringkanal, der zu der Düsenöffnung 15 führt. Ein Einlass 16 für den geschmolzenen thermoplastischen Werkstoff führt durch die Wandung des Zylinderteils 10 und mündet in den schraubenförmigen Kanal 17, der im Kernteil geschliffen ist.
Der Anfang des schraubenförmigen Kanals 17 ist derart verjüngt, und der Querschnitt des schraubenförmigen Kanals sowie derjenige des Einlasskanals 16 sind derart gestaltet, dass ein ununterbrochener, einen im Bereich der Mündungsstelle gleichbleibenden Querschnitt aufweisender Kanal gebildet ist. Die Tiefe des schraubenförmigen Kanals 17 nimmt mit abnehmendem Querschnitt des Kernteils 11 ab, wobei der schraubenförmige Kanal 17 an der Stelle endet, wo die Verjüngung des Kernteils 11 der anfänglichen Tiefe des schraubenförmigen Kanals 17 entspricht. Der Durchmesser des Kernteils 11 nimmt bei 18 rasch zu, bis er das gewünschte Mass erreicht hat. Die Eindrehung 19 dient zum Halten und Zentrieren des Kernteils im Zylinder 10. Die Drosselung 20 dient zum Ab gleichen der durch die Düsenöffnung 15 fliessenden Strömung.
Der gesamte Spritzkopf 21 ist einer Strangpresse 22 nachgeschaltet, senkrecht mit der Düsenöffnung 15 nach unten gelagert. Die Strangpresse 22 hat einen Zylinder 23, der eine mit elektrischem Antrieb versehene Schnecke 24 umgibt. An dem dem Spritzkopf gegenüberliegenden Ende des Zylinders 23 ist ein Bunker 25 angeordnet, der zur Abgabe von festem, entsprechend feinverteiltem thermoplastischem Werkstoff in die Strangpresse 22 dient. Unterhalb des Spritzkopfes 21 ist ein Rohr 26 koaxial angeordnet, das bei 27 mit einer nicht dargestellten Pressluftleitung verbunden ist. Formhälften 28, deren Innenwandung die Gestalt einer verkehrten Flasche bestimmt, sind so unter dem Spritzkopf beweglich angeordnet, dass sie um das Rohr 26 geschlossen werden können.
Im Betrieb wird der thermoplastische Werkstoff durch die Drehung der Schnecke 24 in den Pressenzylinder 23 gezogen. Beim Durchgang durch den Zylinder 24 wird der Werkstoff durch Wärme verflüssigt, die teils durch die Scherarbeit der Schnecke und teils durch elektrische Heizung des Zylinders 23 erzeugt wird. Am Ende des Zylinders 23 wird der Werkstoff in den Spritzkopf 21 gepresst. Er tritt durch die Zufuhr 16 ein und fliesst gleichmässig durch den zwischen den beiden Teilen 10 und 11 liegenden schraubenförmigen Kanal 17. Beim Erreichen der Stelle des Kernteils, wo seine Verjüngung aufhört, nimmt die Werkstoffströmung allmählich die Form eines ununterbrochenen Hohlzylinders an, ohne dass tote Punkte und Fugen gebildet werden.
Der ganze Ringkanal wird schliesslich mit dem Werkstoff gefüllt, der sodann durch die Düsenöffnung 15 gepresst wird. Die Breite des sich unmittelbar vor der Düsenöffnung 15 befindlichen Ringraums ist grösser als diejenige der Düsenöffnung 15.
Dies trägt dazu bei, dass ein gleichbleibender Pressdruck eingehalten werden kann, nachdem das Verfahren stabilisiert ist. Nachdem eine entsprechende Länge des gespritzten Schlauchs den Spritzkopf verlassen hat, wird die Schnecke 24 stillgesetzt. Die Formhälften 28 werden dann durch bekannten hydraulischen Antrieb auf die noch weiche Schlauch folie geschlossen. Die Folie wird dabei zwischen den beiden Formhälften 28 bei 29 und zwischen den Formhälften 28 und dem Rohr 26 bis 30 abgezwickt, wobei das Rohr 26 als Dorn für den Hals der zu bildenden Flasche wirkt. Der Werkstoff wird nun durch die Einwirkung von der durch das Rohr 26 in die Form geblasenen Luft ausgeformt. Nach dem Abkühlen wird die Blasform geöffnet und die gebildete Flasche entformt. Die Schnecke 24 wird wieder in Betrieb gesetzt, wobei sich das Spiel wiederholt.
Selbstverständlich sind Abänderungen der beschriebenen Vorrichtung bzw. des beschriebenen Verfahrens möglich, ohne dass man von der Erfindung abweicht. Es kann beispielsweise eine Doppelschnecke oder eine Kolbenpresse verwendet werden.
Die Strangpresse kann mehr als einen Spritzkopf aufweisen. Das Blasen kann mit einer durch die Wandung der Schlauchfolie oder durch die Spritzform gehenden Blassonde bewerkstelligt werden. Um die Arbeitsgeschwindigkeit der Anlage zu erhöhen, kann man mehrere Blasformen benutzen, die hintereinander in einem geschlossenen Weg, z. B. auf einem Band oder Tisch befestigt, beweglich sind, so dass das Strangpressen ununterbrochen anstatt periodisch ausgeführt werden kann. Dem Fachmann werden noch viele andere Modifikationen einfallen.
Wenn man bestimmte Polymerisate, insbesondere Polypropylen, dem Blasverfahren in bekannten Vorrichtungen unterwirft, weisen die dabei erhaltenen Gegenstände häufig Fugen auf. Ein grosser Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, dass seine Verwendung zu Gegenständen führt, die im allgemeinen keine solche Fugen aufweisen und somit stärker sind sowie verbessertes Aussehen haben. Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist, dass nun das kombinierte Strangpressen und Blasen von Polymerisaten, wie Poly-4-methyl-penten-1 ohne weiteres möglich ist, was vorher schwierig oder gar unmöglich war.
Process for the production of molded parts and device for carrying out the process
The invention relates to a method for producing molded parts and an apparatus for carrying out the method.
There are both injection and extrusion blow molding processes. The present invention relates to the latter. When extruding thermoplastic tubular films, it is usually necessary to divide the molten plastic into two partial flows at one or more points before it enters the extrusion nozzle. If the inlet opening for the material is located, for example, in the wall of the outer cylinder of the spray head, the material has to split into two partial flows, which finally come together on the other side of the spray head ring channel. Here, streaks often occur at those points where the partial flows come together, which are often visible as joints in the finished structure or object.
Such joints can not only spoil the appearance of the structure or object, but also represent lines of gaps. Depending on the type of thermoplastic material used, these joints cause difficulties. In the extrusion blow molding of polyethylene, for example, using an extrusion head in which the melted thermoplastic material is divided into two partial flows, objects are obtained which usually have barely visible joints. On the other hand, when polypropylene is processed in the same apparatus, articles can be produced which have very noticeable obnoxious joints.
The use of poly 4-methyl-pentene-1 in such a device is associated with great difficulties, since the joints in the extruded tubular film are so weak that they often tear when pressure is applied to form the tubular film.
Other thermoplastic materials can also behave in this way.
In British Patent 823 066 a spray head is described with which a molten organic thermoplastic material is fed to a hose-forming spray nozzle in order to be sprayed through the latter. The essence of this spray head consists of a core part and a surrounding cylinder part, which is held against the core part and forms a channel for the said material with the core part, and an inlet opening for this material, the inner wall of the cylinder part and the outer wall of the core part fit tightly together in the area of the inlet opening and from here diverge from one another in the direction of extrusion in order to form an annular channel,
and wherein depressions in one or both of said walls form a helical channel intended to guide the molten material, which begins approximately at the inlet opening and extends into the region of the gap formed between the core and cylinder parts, the depth of the helical channel decreases with increasing width of the annular channel and the annular gap is connected to the hose injection mold. Such a spray head is referred to below as a spray head with a helical channel. The die head claimed in British Patent 823 066 has an annular core portion. The core part of an extrusion head with a helical channel does not necessarily have to be ring-shaped.
It has now been found that the use of a helical channel die head in the blow molding process helps avoid some of the difficulties noted above.
According to the present invention, a method for producing molded parts is created in which an organic thermoplastic material is pressed out of an extrusion head with a helical channel and an annular nozzle opening, after which the tubular film thus obtained is shaped in a mold by the action of a pressure medium. According to the invention, a device is also proposed, which essentially comprises an extrusion press for thermoplastic material, an extrusion head with a helical channel and an annular nozzle opening, molded parts, means for closing the molded parts, which thus form a mold surrounding the extruded tubular film, and means for supplying a pressure medium in the interior of the mold in order to shape the thermoplastic material in the mold.
Polyolefins, in particular polypropylene and poly-4-methyl-pentene-1, are preferably used as the thermoplastic material. Other materials, such as rigid PVC, can also be used.
An embodiment of the invention is described below with reference to the drawing, which is suitable for the production of plastic bottles. Show it
1 shows a side view of the spray head 21 with a helical channel, partially in section,
Fig. 2 shows a section according to A-A 'of Fig. 1,
3 shows a section according to B-B 'of FIG. 1,
4 shows a vertical section of the entire device for blow molding shortly before the end of the blow mold, the extrusion head being shown in perspective,
5 shows the injection head in a perspective view and a vertical section through the blow mold shortly after the blow mold is closed.
In the drawing, 10 is the cylinder part (in section) and 11 is the core part. The area where the core part 11 and the cylinder part 10 fit tightly into one another is denoted by 13, while the area in which the core part 11 is tapered in the pressing direction is denoted by 14. An annular channel is thus created between the two parts 10 and 11, which leads to the nozzle opening 15. An inlet 16 for the molten thermoplastic material leads through the wall of the cylinder part 10 and opens into the helical channel 17, which is ground in the core part.
The beginning of the helical channel 17 is tapered in such a way, and the cross section of the helical channel and that of the inlet channel 16 are designed in such a way that an uninterrupted channel is formed which has a constant cross section in the area of the opening. The depth of the helical channel 17 decreases as the cross section of the core part 11 decreases, the helical channel 17 ending at the point where the taper of the core part 11 corresponds to the initial depth of the helical channel 17. The diameter of the core part 11 increases rapidly at 18 until it has reached the desired dimension. The recess 19 serves to hold and center the core part in the cylinder 10. The throttle 20 is used to equalize the flow flowing through the nozzle opening 15.
The entire extrusion head 21 is connected downstream of an extruder 22 and is mounted vertically with the nozzle opening 15 facing downwards. The extruder 22 has a cylinder 23 which surrounds a screw 24 provided with an electric drive. At the end of the cylinder 23 opposite the extrusion head, a hopper 25 is arranged, which is used to deliver solid, appropriately finely divided thermoplastic material into the extrusion press 22. A pipe 26 is arranged coaxially below the spray head 21 and is connected at 27 to a compressed air line (not shown). Mold halves 28, the inner wall of which determines the shape of an inverted bottle, are movably arranged under the extrusion head in such a way that they can be closed around the tube 26.
During operation, the thermoplastic material is drawn into the press cylinder 23 by the rotation of the screw 24. When passing through the cylinder 24, the material is liquefied by heat, which is generated partly by the shear work of the screw and partly by electrical heating of the cylinder 23. At the end of the cylinder 23, the material is pressed into the extrusion head 21. It enters through the feed 16 and flows evenly through the helical channel 17 located between the two parts 10 and 11. When the core part reaches the point where its tapering ends, the material flow gradually takes on the shape of an uninterrupted hollow cylinder without dead Points and joints are formed.
The entire ring channel is finally filled with the material, which is then pressed through the nozzle opening 15. The width of the annular space located directly in front of the nozzle opening 15 is greater than that of the nozzle opening 15.
This helps ensure that a constant pressing pressure can be maintained after the process has stabilized. After a corresponding length of the sprayed hose has left the spray head, the screw 24 is stopped. The mold halves 28 are then closed by a known hydraulic drive on the flexible tube film. The film is pinched off between the two mold halves 28 at 29 and between the mold halves 28 and the tube 26 to 30, the tube 26 acting as a mandrel for the neck of the bottle to be formed. The material is now shaped by the action of the air blown through the tube 26 into the mold. After cooling, the blow mold is opened and the bottle formed is removed from the mold. The worm 24 is put back into operation, with the game repeated.
Of course, modifications of the device described and the method described are possible without deviating from the invention. For example, a twin screw or a piston press can be used.
The extruder can have more than one extrusion head. The blowing can be accomplished with a blowing probe passing through the wall of the tubular film or through the injection mold. To increase the operating speed of the system, you can use several blow molds, one behind the other in a closed path, e.g. B. mounted on a belt or table, are movable so that the extrusion can be carried out continuously rather than periodically. Many other modifications will occur to those skilled in the art.
If certain polymers, in particular polypropylene, are subjected to the blow molding process in known devices, the objects obtained in this way often have joints. A great advantage of the method according to the invention is that its use leads to objects which generally do not have such joints and are thus stronger and have an improved appearance. A particular advantage of the invention is that the combined extrusion and blowing of polymers such as poly-4-methyl-pentene-1 is now easily possible, which was previously difficult or even impossible.