CH638716A5 - Verfahren zur herstellung eines formkoerpers aus kunststoff. - Google Patents

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäss Oberbegriff des Anspruches 1, eine Vorrichtung zur Durchführimg des Verfahrens sowie eine Anwendung des Verfahrens zur Herstellung von Verpackungstuben aus Kunststoff.
Für die Herstellung von aus Kunststoff bestehenden Formkörpern, wie Deckel oder Kappen von Behältern, und insbesondere die Herstellung von Kopfteilen von Verpak-kungstuben, ist neben dem Injektionsverfahren auch ein Pressverfahren bekannt. Im Unterschied zu dem Injektionsverfahren wird beim Pressverfahren plastifiziertes Kunststoffmaterial in einen Formhohlraum eingebracht, um darauf unter Ausübung eines begrenzten Pressdruckes verformt zu werden. Da Pressverfahren ganz allgemein mit niedrigeren Temperaturen des plastifizierten Kunststoffes arbeiten können als Injektionsverfahren, bieten sie neben geringeren aufzuwendenden Energiemengen den Vorteil kürzerer Abkühlzeiten, wodurch die Form früher geöffnet und dieser Fertigungsschritt dadurch verkürzt werden kann.
Bei dem bekannten Pressverfahren ist die Form aus einer Matrize und einem Dorn gebildet, wobei der Dorn jeweils einen rohrförmigen Tubenkörper aus Kunststoff trägt. Dieser rohrförmige Tubenkörper dringt mit seinem einen Ende zusammen mit dem Dorn in die Matrize ein und dichtet den Formhohlraum beim Schliessen der Form am Umfang des Domes ab. Der zu einem Kopfteil einer Tube verformte pla-stifizierte Kunststoff verbindet sich unter dem Einfluss seiner Schmelzwärme mit dem in die Form eindringenden Rand des rohrförmigen Tubenkörpers.
Bei den bekannten Verfahren wird der plastifizierte Kunststoff mittels eines Materialgebers von der dem Dorn entgegengesetzten Seite durch eine zentrale Öffnung in die Matrize in den noch offenen Formhohlraum eingebracht bzw. in die Form eines Ringes aus dem Materialgeber ausge-stossen. Das am Materialgeber ringförmig anhaftende plastifizierte Material wird bei dessen Rückzug aus dem Formhohlraum durch die Matrize abgestreift und bleibt nunmehr an einer den Formhohlraum begrenzenden Fläche bis zur Verpressung haften.
Bei den nach diesem Verfahren hergestellten Tubenköpfen treten in gewissen Fällen Fehler auf, die teilweise an der Oberfläche sichtbar sind. Eine Überprüfung der Vorgänge beim Verpressen hat gezeigt, dass Kunststoff, der beim Abstreifen vom Materialgeber unmittelbar mit der gekühlten Matrize in Berührung kommt und durch diese verformt wird, wobei sich der Kunststoff schon über eine relativ grosse Fläche an der Matrize anlegt, örtlich begrenzt kristallinen Zustand annehmen kann. Infolge der beim Verpressen stattfindenden weiteren Abkühlung genügt die verbleibende Schmelzwärme offenbar nicht mehr in allen Fällen, um schon kristallisierten Kunststoff wieder zu plastifizieren.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass beim Abstreifen des plastifizierten Kunststoffs vom Materialgeber ein vergleichsweise grossflächiger Kontakt mit der gekühlten
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Matrize zustande kommen kann, welche bis zum Schliessen der Form bzw. Verpressen des Kunststoffes in diesem Kontaktbereich zu einer vergleichsweise starken Abkühlung führt.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, bei welchem eine vorzeitige Kristallisierung von plastifiziertem Kunststoff ohne Erhöhung der Temperatur des aus dem Materialgeber ausgestossenen Kunststoffes weitgehend vermieden wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Durch den freien Fall des Rohlings, wobei die Fallstrek-ke möglichst kurz sein soll, wird das Abstreifen des erwärmten Kunststoffes an kalten Flächen vermieden. Dadurch lässt es sich in ausreichendem Mass verhindern, dass der aus Kunststoff gebildete Rohling örtlich zu stark abkühlt.
Bei einer bevorzugten Ausführung des angegebenen Verfahrens kann der Rohling durch einen Materialgeber ringförmig gebildet werden. Ferner kann der Rohling durch den Materialgeber vom Kunststoffstrom getrennt und durch einen Gasstrom vom Materialgeber gelöst werden. Durch die Trennung des Rohlings vom Kunststoffstrom durch den Materialgeber selbst kommt der Kunststoff vor dem freien Fall mit keiner einzigen gekühlten Fläche in Berührung, da der Materialgeber mindestens annähernd die gleiche Temperatur wie der erwärmte Kunststoff aufweisen wird. Die Trennung des Rohlings vom Kunststoffstrom durch den Materialgeber kann beispielsweise durch Abquetschen erfolgen. Der Gasstrom kann dann lediglich dazu dienen, den Rohling zu einem bestimmten Zeitpunkt vom Materialgeber zu lösen, indem der Gasstrom impulsartig einsetzt und durch diesen nur noch die letzten Fäden des Kunststoffmaterials durchtrennt werden müssen. Vorzugsweise wird der Gasstrom dabei schräg nach unten auf die Trennlinie zwischen Materialgeber und Rohling gerichtet.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann ein Schliesskörper des eine Ringdüse aufweisenden Materialgebers während des Kunststoffflusses zur Bildung einer vorbestimmten Profilierung des ringförmigen Rohlings gesteuert werden. Die Steuerung kann vorzugsweise derart erfolgen, dass der Rohling ein linsenförmiges Profil erhält. Durch ein solches, einem stehenden Oval ähnlichen Profil wird diejenige Fläche, mit welcher der Rohling auf das gekühlte Presswerkzeug auftrifft, möglichst klein gehalten.
Anhand der, eine Vorrichtung darstellende Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Pressformmaschine mit auf einem Drehtisch angeordneten Presswerkzeugen,
Fig. 2 den Drehtisch mit einem der Presswerkzeuge, teilweise im Schnitt nach der Linie II-II in der Fig. 1 und
Fig. 3 die im Schnitt dargestellte Matrize des Presswerkzeuges in einem grösseren Massstab gegenüber der Fig. 2 mit einem durch den Materialgeber gebildeten Rohling vor dem Abtrennen.
Die Fig. 1 zeigt den als Drehtisch 28 ausgebildeten Drehkörper in der Draufsicht. Auf dem Drehkörper 28 sind in Umfangsrichtung in gleichmässigen Abständen zueinander verteilt Matrizen 22 und Stempel 24 angeordnet, wobei jeder Matrize 22 ein Stempel 24 zugeordnet ist. Die Matrizen 22 sind nach oben gerichtet offen, und die Stempel 24 sind aus einer horizontalen Lage um einen Winkel von 90° in eine zu der jeweiligen Matrize 22 gleichachsigen vertikalen Lage auf dem Drehtisch 28 schwenkbar angeordnet. In der gleichachsigen Lage sind die Stempel 24 axial verschiebbar, um die zugeordnete Matrize 22 schliessen und wieder öffnen zu können.
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Mit den Ziffern 1-8 sind in der Fig. 1 beispielsweise acht Schrittstellungen angegeben, wobei der Drehtisch 28 um jeweils eine Schrittstellung in Pfeilrichtung 36 durch nicht dargestellte Mittel antreibbar ist.
Nachfolgend werden die acht Schrittstellungen, denen jeweils eine Station zugeordnet ist, im einzelnen beschrieben.
Station 1
Durch eine Ladevorrichtung 38 wird ein vorgefertigter rohrförmiger Tubenkörper 40, der hier im Schnitt dargestellt ist, auf einen den Stempel 24 enthaltenden Dorn 42 aufgeschoben. Der Dorn 42 befindet sich dabei in der horizontalen Lage, so dass das Laden in horizontaler Richtung erfolgt.
Station 2
Der Station 2 ist ein feststehender Materialgeber 14 zugeordnet, der anhand der Fig. 2 und 3 noch näher beschrieben werden wird. Durch diesen Materialgeber 14 wird platifizier-bar erwärmter Kunststoff in die durch den Materialgeber 14 verdeckte offene Matrize eingebracht. Die Lage der Matrize 22 ist aus der Stellung 7 ersichtlich. Beim Weiterschalten von Stellung 2 auf Stellung 3 wird der Dorn 42 in die zur Matrize gleichachsige vertikale Lage geschwenkt.
Station 3
Durch einen dieser Station 3 zugeordneten Kniehebel 44 wird der Dorn 42 in der zur Matrize gleichachsigen Lage mit dem Stempel 24 in die Matrize eingeführt, um den in der Station 2 in die Matrize eingefüllten plastifizierten Kunststoff zu einem Tubenkopf zu pressen, wobei dieser Tubenkopf gleichzeitig an den rohrförmigen Tubenkörper 40 angeschmolzen wird. Durch nicht dargestellte Mittel wird der Dorn 42 in dieser Pressstellung fixiert, um darin zu verbleiben, wenn der Kniehebel 44 wieder zurückgezogen wird.
Station 4
Der Dorn 42 verbleibt in der Pressstellung, damit der ge-presste Tubenkopf abkühlen und erhärten kann. Die Matrize 22 und der Dorn 42 sind über nicht dargestellte Anschlüsse durch ein Kühlmedium gekühlt.
Station 5
Der Dorn 42 bleibt zur Abkühlung des Tubenkopfes weiterhin in der Pressstellung.
Station 6
Durch eine Rückziehvorrichtung 46 wird der Dorn 42 in axial Richtung wieder zurückgezogen und damit das aus der Matrize 22 und dem Stempel 24 bestehende Presswerkzeug wieder geöffnet. Durch nicht dargestellte Mittel wird der das Gewinde enthaltende Teil der Matrize 22 unterhalb des Drehtisches 28 abgeschraubt. Beim Weiterschalten von der Stellung 6 in die Stellung 7 wird der Dorn 42 mit dem Tubenrohr 40 und dem angeformten Tubenkopf 48 wieder in die horizontale Lage zurückgeschwenkt.
Station 7
Durch eine dieser Station zugeordnete Aufschraubvorrichtung 50 wird ein Tubendeckel 52 auf den Tubenkopf 48 aufgeschraubt.
Station 8
Die aus dem rohrförmigen Tubenkörper 40, dem Tubenkopf 48 und dem Tubendeckel 52 bestehende Tube ist nun fertig und wird in Pfeilrichtung 54 ausgeworfen oder durch eine nicht dargestellte Vorrichtung vom Dorn 42 abgezogen.
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Nach dem nächsten Schritt wird der Dorn 42 in der Station 1 wieder mit einem neuen rohrförmigen Tubenkörper 40 geladen.
Obwohl im vorliegenden Ausführungsbeispiel acht Stationen beschrieben wurden, ist es auch möglich, die entsprechenden Arbeitsgänge auf eine andere Anzahl von Stationen zu verteilen, beispielsweise auf zehn Stationen. Durch die auf dem Drehtisch 28 mitlaufenden Dorne 42 und Stempel 24 kann der Abkühlvorgang bei geschlossenem Presswerkzeug 22 und 24 auf mehr als eine Station ausgedehnt werden. Eine solche Anordnung ist besonders vorteilhaft, weil dadurch die Zeit zum Weiterschalten von einer Station auf die nachfolgende nicht an den länger dauernden Abkühlvorgang gebunden ist. Aus diesem Grund ist eine solche Anordnung wirtschaftlicher, als eine solche, bei welcher die Stempel oder die Matrizen nicht mitlaufend einer festen Station zugeordnet sind.
Die Fig. 2 zeigt eine feststehende Welle 56, um welche der Drehtisch 28 drehbar gelagert und durch nicht dargestellte Mittel schrittweise angetrieben ist. In den Drehtisch 28 ist die den Formhohlraum 12 aufweisende Matrize 22 eingelassen und befestigt. Der Formhohlraum 12 entspricht der äusseren Begrenzung des Tubenkopfes 48 (Fig. 1). Unterhalb der Matrize 22 und koaxial zu dieser befindet sich ein weiteres Matrizenteil 58, in welchem ein weiterer Formhohlraum 60 zur Bildung des Gewindes auf dem Tubenkopf angeordnet ist. In dem weiteren Matrizenteil 58 ist ein durch eine Feder 62 in axialer Richtung belasteter Lochstempel 26 axial verschiebbar gelagert. Der Lochstempel 26 ist durch die Feder 62 in Richtung des Formhohlraumes 12 der Matrize 22 belastet und wird beim Einführen des Stempels 24 in die Matrize 22 entgegen der Kraft der Feder 62 zurückgedrängt. Der Lochstempel 26 dient zur Freihaltung der Tubenöffnung beim Pressen des Tubenkopfes.
Das Matrizenteil 58 ist um seine eigene Achse drehbar angeordnet, um das Gewinde des fertiggepressten Tubenkopfes freigeben zu können. Es wird hierzu durch nicht dargestellte Mittel gedreht.
Der den Stempel 24 aufweisende Dorn 42 ist um eine Achse 64 schwenkbar angeordnet. Zum Schwenken dient eine Zahnstange 66, welche mit ihren Zähnen in eine Verzahnung 68 eines Schwenkteiles 70 eingreift. Die Zahnstange 66 ist mit einem Stössel 72 verbunden, welcher in zwei auf dem Drehtisch 28 befestigten Lagerböcken 74 und 76 axial verschiebbar gelagert ist. Zwischen den Lagerböcken 74 und 76 ist der Stössel 72 mit einem Mitnehmer 78 starr verbunden, welcher eine Führungsrolle 80 aufweist, die in einer Führungsnut 82 geführt ist. Die Führungsnut 82 ist in einer nicht mitdrehbaren und daher mit der feststehenden Welle 56 verbundenen Führungsscheibe 84 angeordnet. Die Führungsnut 82 hat in der Führungsscheibe 84 einen derartigen Verlauf, dass sie den Stationen 3-6 zugeordnet (Fig. 1) einen kleineren Radius um die feststehende Welle 56 aufweist. Der in der Fig. 2 dargestellte grössere Radius der Führungsnut 82 ist den Stationen 7,8,1 und 2 zugeordnet.
Beim Übergang auf den kleineren Radius der Führungsnut 82 wird durch diese der Mitnehmer 78 sowie der Stössel 72 und die Zahnstange 66 durch die Führungsrolle 80 in Richtung der Welle 56 bewegt. Durch den Eingriff der Zahnstange 66 in die Verzahnung 68 des Schwenkteiles 70 wird dieses zusammen mit dem Dorn 42 in die vertikale Lage verschwenkt, so dass sich der Dorn 42 in einer gleichachsigen Lage zur Matrize 22 befindet. Hierbei ist zu bemerken, dass der in der Fig. 1 bereits erwähnte Materialgeber 14 nur der Station 2 zugeordnet ist.
Der der Station 3 zugeordnete Kniehebel 44 (Fig. 1) belastet in dieser Station eine Rolle 86, durch welche ein im Schwenkteil 70 achsial geführter Schaft 88 zusammen mit einem Dornträger 90 und dem daran befestigten Dorn 42 sowie dem Stempel 24 zum Schliessen des in der Matrize 22 angeordneten Formhohlraumes 12 in Richtung der Matrize 22 bewegt wird. Wie bereits in der Beschreibung zur Fig. 1 erwähnt wurde, wird der Stempel 24 zusammen mit seinem Trägerelementen 42,90,88 in der zuletzt beschriebenen Stellung durch nicht dargestellte Mittel gehalten, beispielsweise verklinkt.
Der Materialgeber 14 ist ortsfest der Station 2 zugeordnet. Er weist ein Rohrteil 92 auf, in dem sich ein Schliesskörper 20 befindet. Dieser Schliesskörper 20 ist als Ventilkegel ausgebildet und durch nicht dargestellte Mittel zum Öffnen und Schliessen in axialer Richtimg verschiebbar angeordnet.
Das Rohrteil 92 ist von einer Ringdüse 34 umgeben, die zur Erzeugung eines Gasstromes bestimmt ist, welcher anhand der Fig. 3 noch näher erläutert werden wird.
Die Schwenkachse 64 befindet sich in einem mit dem Drehtisch 28 verbundenen Lagerbock 94.
Die Fig. 3 zeigt ein Detail nach der Fig. 2 in einem grösseren Massstab. In dieser Figur ist ein Rohling 10 dargestellt, welcher durch den Materialgeber 14 gebildet wurde. Der Rohling 10 ist im Profil etwa linsenförmig. Diese Form wurde durch Steuerung des Schliesskörpers 20 bei einem konstanten Druck des Kunststoffstromes in Richtung 16 erzielt. Beim Schliessen des Schliesskörpers 20 gegen das Rohrende 30 des Rohrteiles 92 wird der Rohling 10 vom Materialstrom 16 abgetrennt, insbesondere abgequetscht. Um den Rohling 10 jedoch vollständig vom Materialgeber 14 zu lösen, wird durch die Ringdüse 34 ein Gasstrom 18 auf die Trennstelle zwischen dem Materialgeber 14 und dem Rohling 10 gerichtet. Dieser Gasstrom 18 ist vorzugsweise ein Luftstrom, welcher stossartig einsetzt, um zu einem genau festgelegten Zeitpunkt den Rohling 10 vom Materialgeber 14 zu lösen. Danach fällt der Rohling 10 in den Formhohlraum 12, wobei er den Lochstempel 26 umgibt. Das linsenförmige Profil des Rohlings 10 ist besonders vorteilhaft, weil dadurch die Berührungsfläche des Rohlings 10 mit der Matrize 22 relativ klein ist, wodurch eine grossflächige Abkühlung des Rohlings vermieden wird. Die Matrize 22 und gegebenenfalls auch der Stempel 24 (Fig. 2) werden durch eine nicht dargestellte Anordnung mittels eines Kühlmediums gekühlt, um nach dem Verpressen des Rohlings 10 eine raschmögliche Abkühlung des Tubenkopfes 48 (Fig. 1) zu erzielen.
Obwohl im angegebenen Ausführungsbeispiel die Herstellung einer Verpackungstube aus Kunststoff beschrieben wurde, ist es mit einer analogen Anordnung und in einem analogen Verfahren möglich, auch andere Formkörper aus Kunststoff in gleicher Weise herzustellen.
Durch die Anordnung der nach oben offenen Matrize 22 und des darin stehenden Lochstempels 26 ist gewährleistet, dass der Rohling 10 in eine voraussehbare Lage in den Formhohlraum 12 fällt und in dieser Lage praktisch nicht mehr verrutschen kann. Die Fallstrecke zwischen dem Materialgeber 14 und dem Formhohlraum 12 soll möglichst klein gehalten werden. Wenn ein einwandfreies Abtrennen des Rohlings vom Materialgeber gewährleistet ist, kann auch auf die Gasdüse 34 verzichtet werden.
Mit 96 ist ein Stössel des Schliesskörpers 20 dargestellt, durch welchen der als Ventilkegel ausgebildete Schliesskörper 20 durch nicht dargestellte Mittel betätigt wird.
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2 Blatt Zeichnungen

Claims (15)

638716 PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus Kunststoff, wobei plastifizierbarer, erwärmter Kunststoff in einen Formhohlraum eingebracht und zum Formkörper ver-presst wird, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem plastifi-zierbaren, erwärmten Kunststoff durch Abtrennen von einem Strom (16) ein Rohling (10) gebildet wird, welcher im freien Fall in den offenen Formhohlraum (12) eingebracht und durch Schliessen des Formhohlraumes verpresst wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling (10) durch einen Materialgeber (14) ringförmig gebildet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling (10) durch den Materialgeber (14) vom Kunststoffstrom (16) getrennt und durch einen Gasstrom (18) vom Materialgeber gelöst wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom (18) schräg nach unten auf die Trennlinie zwischen Materialgeber (14) und Rohling (10) gerichtet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2,3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schliesskörper (20) des eine Ringdüse aufweisenden Materialgebers (14) während des Kunststoffflusses zur Bildung einer vorbestimmten Profilierung des ringförmigen Rohlings (10) gesteuert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schliesskörper (20) derart gesteuert wird, dass der Rohling (10) ein linsenförmiges Profil erhält.
7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling (10) in eine einen Lochstempel (26) umgebende Lage in den Hohlraum (12) eingebracht wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die den Formhohlraum (12) umschliessenden Presswerkzeuge (22,24) gekühlt werden.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem schrittweise antreibbaren Drehkörper (28), der in Umfangsrichtung in gleichmässigen Abständen zueinander verteilt Matrizen (22) und Stempel (24) von Bearbeitungswerkzeugen trägt, wobei jeweils eine Matrize (22) und ein zugeordneter Stempel (24) in einer gleichach-sigen Lage relativ zueinander zustellbar und voneinander zurückziehbar sowie aus der gleichachsigen Lage herausschwenkbar angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungswerkzeuge Presswerkzeuge sind, von denen die Matrizen (22) auf dem als Drehtisch ausgebildeten Drehkörper (28) mit ihrer offenen Seitenach oben gerichtet angeordnet sind, dass die Stempel (24) aus der zu den jeweiligen Matrizen (22) gleichachsigen Lage herausschwenkbar angeordnet sind, um den Raum über der Matrize (22) freizugeben, dass der Materialgeber (14) mit seiner Austrittsöffnung unmittelbar über der Matrize (22) in einer Schrittstellung angeordnet ist, in welcher der zugeordnete Stempel (24) aus der gleichachsigen Lage herausgeschwenkt ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung des Materialgebers (14) eine durch ein Rohrende (30) und einen Schliesskörper (20) begrenzte Ringdüse ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schliesskörper (20) ein Ventilkegel ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stempel (24) auf dem Drehtisch (28) um einen rechten Winkel in eine horizontale Lage schwenkbar angeordnet sind, wobei ihre freien Enden (32) zum Drehtisch (28) radial nach aussen gerichtet sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine schräg nach unten im wesentlichen auf die Austrittsöffnung des Materialgebers (14) gerichtete Gasdüse (34) vorgesehen ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdüse (34) eine den Materialgeber (14) umgebende Ringdüse ist.
15. Anwendimg des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Herstellung von Verpackungstuben aus Kunststoff, unter Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (24) zur Aufnahme des vorgefertigten rohrförmigen Tubenkörpers vorgesehen ist, und der Tubenkopf als Formkörper an den Tubenkörper durch Verbesserung des Rohlings (10) angeschmolzen wird.
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