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Spritzgußmaschine zur Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe Die
Erfindung betrifft eine Spritzgußmaschine für thermoplastische Kunststoffe, bei
der mehrere Formen abwechselnd von einem einzigen Spritzaggregat versorgt werden.
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Es sind Spritzgußmaschinen mit zwei Formen bekannt, bei denen die
beiden Formen von einer Antriebsvorrichtung abwechselnd geöffnet bzw. geschlossen
werden. Jeder Form ist dabei ein eigenes Spritzaggregat zugeordnet. Durch Einsparung
eines Formantriebes ist durch diese Konstruktion eine Verringerung der Bauelemente
und eine Kürzung der Baulänge erreicht worden.
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Neuere Entwicklungen im Spritzgußmaschinenb au gehen dahin, die Totzeiten
im Arbeitszyklus der Maschine möglichst zu kürzen. Dieser Zyklus umfaßt das Plastifizieren
des Kunststoffes, das Einspritzen des plastifizierten Kunststoffes in die Form,
das Nachdrücken und das Abkühlen des Formlings in der Form und schließlich das Auswerfen
des erstarrten Formlings aus der Form.
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Zur Herstellung kleiner Formlinge, etwa solcher, die dann zu einem
großen Fertigstück zusammengesetzt werden, werden Mehrform-Spritzgußmaschinen gebaut,
bei denen mehrere Formen auf einem um eine horizontale Achse bewegbaren Drehtisch
angeordnet sind. Die Schaltschritte des Drehtisches betragen beispielsweise bei
drei Formen dreimal 1200, bei sechs Formen sechsmal 60°. Die einzelnen Abschnitte
des Arbeitszyklus werden in geeigneter Weise auf diese Schaltsehritte verteilt.
Die einzelnen Formen werden der Reihe nach an ein feststehendes Spritzaggregat herangeführt
und durchlaufen nach dem Einspritzen und Nachdrücken die einzelnen Schaltstufen
des Drehtisches, so daß sie schließlich nach dem Auswerfen des Formlings erneut
vor das Spritzaggregat gelangen.
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Zur Herstellung großer Formlinge eignet sich dieser Maschinentyp
jedoch weniger, weil das schnelle Beschleunigen und Abbremsen der schweren Formen
einen hohen maschinellen Aufwand bei der Ausbildung des Drehtischantriebes erfordern
würde. Da große Formen langsamer abkühlen als kleine Formen, müßte der Zeitabstand
zwischen den einzelnen Schaltschritten vergrößert werden. Die Kühlperiode wird zum
langsamsten Vorgang des Arbeitszyklus, und der Vorteil der Drehtischmaschinen, nämlich
mit hohen Schußzahlen je Zeiteinheit arbeiten zu können, geht verloren.
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Bei der erfindungsgemäßen Spritzgußmaschine sind mehrere Formträger
mit voneinander unabhängigen Formschließvorrichtungen um ein einziges Spritzaggregat
angeordnet, das mit mehreren durch selbst-
tätig wirkende oder gesteuerte Abschlußhähne,
Nadelventile od. dgl. verschlossenen Einspritzdüsen versehen ist.
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Die Einspritzdüsen sind beispielsweise so eingerichtet, daß sie vom
Druck der einzuspritzenden Masse geschlossen, vom Druck der Düse gegen die zu füllende
Form geöffnet werden.
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Die Spritzvorrichtung ist z. B. in der Weise beweglich, daß sie durch
eine kurze Drehung, Schwenkung oder Verschiebung mit jeweils einer ihrer Spritzdüsen
an eine der Formen herangeführt werden kann. Die Düsen sind vorzugsweise seitlich
am Ende des Spritzzylinders, also rechtwinklig zum Spritzkolben- oder Schneckenkolbentrieb
angeordnet. Außerdem kann auch eine in der Spritzzylinderachse liegende Düse vorhanden
sein.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Spritzgußmaschine liegen unter
anderem darin, daß die einzelnen Formen nur die unerläßliche Schließ- und Öffnungsbewegung
auszuführen brauchen und daß die Umschaltbewegungen vom Füllen einer Form zum Füllen
einer anderen mit einem Minimum an wegten Teilen und an Energie ausgeführt wird.
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Störungen an einer Form verursachen keine Betriebsunterbrechungen
der ganzen Maschine, denn die Vorrichtung kann gegebenenfalls mit nur einer Form
betrieben werden. Anders als bei der Anordnung der Formen auf einem Drehtisch kann
der Arbeitszyklus von der Bewegung des Spritzaggregats bestimmt werden. Die Größe
der Formen ist nach oben nicht begrenzt. Die Formen können verschieden groß sein
und auch verschiedene Gestalt haben. So können nebeneinander Formen, die durch die
Formtrennfuge oder durch eine zentrale Mittenöffnung in einer
Formhälfte
von der Seite oder von oben gefüllt werden, in beliebiger Kombination in Betrieb
genommen werden. Das Auswechseln einzelner Formen kann ohne Betriebsunterbrechung
der anderen Formen erfolgen.
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In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
Spritzgußmaschine beispielsweise und schematisch dargestellt.
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Abb. 1 zeigt den Grundriß einer Mehrform-Spritzgußmaschine mit zwei
horizontalen Schließvorrichtungen und einem dazwischen angeordneten vertikalen schwenkbaren
Spritzaggregat, Abb. 2 ist ein Aufriß des Spritzaggregats aus Abb. 1, teilweise
geschnittten; Abb. 3 ist der Grundriß einer Mehrform-Spritzgußmaschine, bestehend
aus einem vertikalen schwenkbaren Spritzaggregat, einer horizontalen und einer vertikalen
Schließvorrichtung; Abb. 4 ist der Aufriß eines vertikalen, um eine vertikale Achse
schwenkbaren Spritzaggregats in Verbindung mit einer vertikalen Schließvorrichtung;
Abb. 5 ist der Aufriß einer Zweiform-Spritzgußmaschine mit einem vertikalen, in
Schlitten geführten und zwischen den beiden Schließvorrichtungen angeordneten Spritzaggregat;
Abb. 6 zeigt als Ausschnitt aus Abb. 5 den Antrieb für die Hin- und Herbewegung
des Spritzaggregats; Abb. 7 ist der Aufriß einer Zweiform-Spritzgußmaschine mit
einem ortsfesten Spritzaggregat zwischen zwei unabhängig voneinander beweglichen
Formträgern.
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In Abb. 1 sind mit dem Maschinengestell 1 zwei Plattenpaare 2 und
2' starr durch Anker3 miteinander verbunden. Die Platten 2' sind als Formaufspannplatten
ausgebildet. Auf den Ankern 3 sind die verschiebbaren Formaufspannplatten 4 angeordnet,
die ihre Bewegung durch Kolben 5 der hydraulischen Antriebe 6 oder andere bekannte
Antriebe, z. B. Kniehebel, erhalten. Die beiden Antriebe 6 arbeiten unabhängig voneinander.
Auf den Formaufspannplatten 2', 4 sind die Formen 7, 8 befestigt. Zwischen den beiden
feststehenden Formaufspannplatten 2' ist ein für beide Formen 7 und 8 gemeinsamer
senkrechter oder auch waagerechter Spritzzylinder 9 um die Achse 11 schwenkbar angeordnet.
Der Spritzzylinder 9 ist in Schwenkarmen 10, die ihren Drehpunkt in der Achse 11
haben, gelagert und weist nahe seinem unteren Ende zwei seitliche Austritte mit
den Spritzdüsen 12 und 13 auf. Die senkrechte Achse 11 ist in bezug auf die Formen
so angeordnet, daß wahlweise mit der Spritzdüse 12 zentral in die geschlossene Form
7 und sofort im Anschluß an die Nachdrückperiode durch eine kleine Schwenkung des
Spritzzylinders 9 zur inzwischen geschlossenen Form 8 mittels der Düse 13 zentral
in diese gespritzt werden kann oder daß durch Schwenken des Spritzzylinders 9 außerhalb
der Formen mittels der Spritzdüse 13 in die Trennfuge der Form 7 und mittels der
Spritzdüse 12 in die Trennfuge der Form 8 gespritzt werden kann. Wie in Abb. 1 strichpunktiert
gezeichnet, können für diesen Fall die beiden Schließvorrichtungen auch in einem
rechten Winkel zueinander aufgestellt werden, um den Weg der Schwenkung zu verkürzen.
Zur richtigen Einführung der Spritzdüsen 12 und 13 in die geschlossene Form 7 oder
8 dient beispielsweise eine Führungsleiste 14.
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In Abb. 2 ist die Vorrichtung zum Bewegen des Spritzzylinders 9 mit
den Antrieben dargestellt. Der
Spritzzylinder 9 mit dem Fülltrichter 15 und der Spritzkolbenantrieb
16 sind durch die Schwenkarme 10, 10' mit einer Hülse 17 starr verbunden. Die Hülse
17 ist mittels Kugellagern 18, 19, 20 auf der Säule 21 leicht drehbar gelagert und
an den Enden mit Zahnsegmenten22 versehen, die mit einer Zahnwalze 23 im Eingriff
stehen. Die Zahnwalze 23 wird über das Zahnrad 24 von einem in seiner Drehrichtung
veränderlichen, nicht dargestellten Elektromotor angetrieben. Dadurch erhält der
Spritzzylinder 9 die notwendige Schwenkbewegung und den Anpreßdruck für die Spritzdüsen
12 und 13 an die Formen 7 und 8.
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Die Säule 21 ist an ihrem unteren Ende als Kolben 25 ausgebildet,
der in einem mittels der Pratzen 26 am Maschinengestell 1 befestigten hydraulischen
Zylinder27 geführt wird. Diese Vorrichtung dient zum Heben und Senken des Spritzzylinders
9, z. B. beim Auswechseln des Spritzzylinders oder bei der oben beschriebenen Umstellung
der Maschine vom Spritzen in die Formmitte zum Spritzen in die Formfuge.
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Der Spritzzylinder 9 kann, wie aus Abb. 2 ersichtlich, außer den
seitlichen Spritzdüsen 12 und 13 auch eine axiale Spritzdüse 28 am unteren Ende
erhalten, damit die Vorrichtung auch zum Spritzen in Formen mit vertikaler Schließbewegung
verwendet werden kann.
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Der Grundriß dieser Anordnung ist in Abb. 3 dargestellt. Der Spritzzylinder
9 steht über einer Formschließvorrichtung 29 mit vertikaler Schließbewegung und
spritzt durch die Düse 28 (Abb. 2) zentral in die obere Hälfte der Form 30. Wahlweise
kann mit der gleichen Spritzvorrichtung durch die Spritzdüse 13 in die Trennfuge
der Form 7 oder nach einer Schwenkung in entgegengesetzter Richtung durch die Spritzdüse
12 zentral in die Form 7 gespritzt werden.
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Bei größeren Formen dauert das Erkalten des Spritzlings erfahrungsgemäß
wesentlich länger als das Plastilizieren des Kunststoffes im Spritzzylinder 9.
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Um die dadurch verursachten Totzeiten auch bei neuen Spritzaggregaten,
die auch während der Nachdrückperiode im Spritzzylinder weiter plastifizieren, auszunutzen,
wird mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in zwei oder mehr verschiedene Formen
in beliebigem Wechsel gespritzt. Beispielsweise kann in die Vorrichtung gemäß Abb.
3 eine weitere horizontale Schließvorrichtung mit der Form 8 wie in Abb. 1 eingefügt
werden. Dann arbeiten die Spritzdüse 13 in die Trennfuge der Form 7, die Spritzdüse
28 zentral von oben in die Form 30 und die Spritzdüse 12 in die Trennfuge der Form
8.
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In Abb. 4 sind die den Spritzzylinder 9 mit dem Spritzkolbenantrieb
16 verbindenden Anker 31 um 900 gedreht dargestellt. Der Spritzzylinder 9 und der
Antriebszylinder 16 sind in gleicher Weise wie in Abb. 2 mittels der Schwenkarme
10, 10' mit der geschlitzten Klemm-Führungshülse 32, die auf einem drehbaren Mantelrohr
33 mittels der Spindel 34 in der Höhe verschiebbar ist, verbunden. Das Mantelrohr
33 ist auf einer Innensäule 35 mittels des Kegelrollenlagers 36 und des Rollenlagers
37 leicht drehbar gelagert. Das untere Ende des Mantelrohres 33 ist als Schneckenrad
38 ausgebildet, in das eine Schnecke 39 eingreift. Letztere wird über das Zahnradpaar
40, 41 vom Motor 42 angetrieben. Der Motor 42 ist auf einem mit dem Sockel der Innensäule
35 verbundenen Konsol 43 angeordnet. Die Spindel 34 erhält ihren Antrieb beispielsweise
über zwei Zahnradpaare 44, 45 und 46, 47 von einem Motor 48.
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Die vertikale Schließvorrichtung, bestehend aus Platten 50, 50',
Ankern 51, Formaufspannplatte 52, Kolben 53, hydraulischem Antrieb 54, Form 55,
Federn 56 und Muttern 57, ist beispielsweise so ausgebildet, daß der Kolben 53 bei
seinem Aufwärtsgang die Form 55 schließt und die Federn 56 von der oberen Formaufspannplatte
50' so zusammengedrückt werden, daß wohl die Spritzdüse 28 zur dichten Anlage an
die Form 55 kommt und beim weiteren Aufwärtsgang die Spritzdüse 28 sich öffnet,
der Hauptdruck jedoch von den Federn 56 auf die verstellbaren Muttern 57 und damit
auf die Anker 51 übertragen wird. Die Senkbewegung der Platte 50' ist begrenzt durch
einen Absatz 58 auf den Ankern 51, wodurch bei der weiteren Senkbewegung des Kolbens
53 die Form 55 geöffnet wird.
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Die Schließvorrichtungen arbeiten unabhängig voneinander, d. h.,
jede erfüllt erst ihr durch Zeituhren genau eingestelltes Programm in dem aus Spritz-und
Nachdrück-, Kühl-, Formöffnungs- und Formschließzeit je nach dem zu verarbeitenden
Kunststoff zusammengesetzten Arbeitszyklus, ehe der Impuls ausgelöst wird, durch
den die Spritzdüse plastifizierttn Kunststoff in die geschlossene Form eintreten
läßt. Die Spritzdüse 28 kann durch Senken des gesamten Spritzaggregats mittels der
Spindel 34 an der Form 55 zum Anliegen gebracht werden, während sich die Form schließt,
so daß sofort nach Schließen der Form 55 die Spritzdüse 28 geöffnet werden kann.
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Die bisher in den Abb. 1 bis 4 gezeigten verschiedenen Kombinationen
gemäß der Erfindung sind für den Bau von Spritzgußmaschinen sehr vorteilhaft.
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Da für die Einform-, Mehrform- und Vertikal-Spritzgußmaschinen viele
Teile gleich sind, können aus wenigen Maschineneinheiten nach dem bekannten Baukastensystem
vielfältige Kombinationen zus ammengestellt werden. Die senkrechte Spritzvorrichtung
einschließlich der Schwenkvorrichtung ist dabei selbständige, aber zentrale Einheit
und kann nach Abb. 2 oder auch nach Abb. 4 ausgebildet werden.
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Für die Maschinenherstellung bedeutet das größere Serien und geringere
Produktionskosten. Der Benutzer kann bei einer Einform-Spritzgußmaschine durch Hinzufügen
weiterer Formträger die Spritzvorrichtung mehrfach ausnutzen, wobei wahlweise in
die Formmitte oder in die Formfuge einzelner oder mehrerer horizontal oder vertikal
schließender Formen gespritzt werden kann.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel sind zwei Formschließvorrichtungen
in einer Achse so angeordnet, daß die Antriebe sich an den Maschinenenden befinden
und die als Formaufspannplatten ausgebildeten ortsfesten Platten in der Mitte der
Maschine solchen Abstand voneinander haben, daß dazwischen ein Spritzzylinder mit
zwei um 1800 zueinander versetzten Spritzdüsen angeordnet und an die Formen heran
bewegt werden kann. Die Maschine kann auch so gestaltet werden, daß bei feststehendem
Spritzzylinder eine Verschiebung der beiden inneren Formaufspannplatten, in der
an Hand der Abb. 4 beschriebenen Weise durch die Formschließvorrichtungen erfolgt,
so daß die Formen wechselweise an eine der beiden um 1800 zueinander versetzten
Spritzdüsen gedrückt werden und damit der Spritzvorgang eingeleitet wird.
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Wird der bezüglich der Formen ortsfeste Spritzzylinder um die Kolben-
bzw. Schneckenkolbenachse drehbar gemacht, dann genügt im Prinzip eine seit-
liche
Düse, die durch Drehung des Spritzzylinders um 1800 jeweils vor die zu füllende
Form gestellt wird.
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Praktische Bedeutung hat die Ausführungsform mit einem axial drehbaren,
mit zwei seitlichen um 1800 versetzten Spritzdüsen als Sicherheitsmaßnahme, die
den Ausfall einer Düse zeitweilig überbrücken hilft.
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In der Zweiform-Spritzgußmaschine gemäß Abb. 5 ist das zwischen den
beiden Formschließvorrichtungen angeordnete Spritzaggregat seitlich verschiebbar.
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Auf dem Maschinengestell 61 sind vier ortsfeste Platten 62, 62' angeordnet,
von denen die Platten 62' zum Aufspannen der Formen 63 und 64 dienen. Die Platten
62, 62' sind durch Anker 65 starr miteinander verbunden, auf denen die Formaufspannplatten
66 von den Kolbenstangen 67 verschoben werden.
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Die andere Formhälfte ist auf den inneren Platten 62' befestigt, zwischen
denen der Spritzzylinder 68 angeordnet ist. Dieser kann horizontal oder vertikal
angeordnet sein. Der Spritzzylinder 68 hat eine Tragscheibe 69, die im Schlitten
70 gehalten wird (s. auch Abb. 6). Der Spritzzylinder 68 hat an seinem unteren Ende
einen Zapfen 71, der in dem unteren Schlitten 72 geführt ist. Schlitten 70 ist in
der Führung 73 und Schlitten 72 in der Führung 74 gelagert. Beide Schlitten 70,
72 sind an der gleichen Seite mit Zähnen versehen, in die die Zahnräder 75 eingreifen,
die auf der gemeinsamen Welle 76 angeordnet sind. Welle 76 wird über das Schneckengetriebe
77, 78 vom Motor 79 angetrieben. Der Motor 79 wird nach beendetem Nachdrücken der
Masse in die Form eingeschaltet und reißt die Spritzdüse 80 und damit den Faden
von der Form 63 ab. Bei der weiteren Verschiebung der Spritzvorrichtung 68 gelangt
die andere Spritzdüse 81 an die inzwischen geschlossene Form 64 und spritzt plastifizierten
Kunststoff in diese Form.
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In Abb. 7 sind auf dem Maschinengestell 91 nur die beiden äußeren
Platten 92 ortsfest, während die beiden inneren als Formträger ausgebildeten Platten
93 auf den Ankern 94 beweglich und unabhängig voneinander sind. Die anderen Formaufspannplatten
95 werden von den Kolbenstangen 96, die von den hydraulischen Antrieben 97 betätigt
werden, auf den Ankern 94 verschoben. Selbstverständlich kann zum Betätigen dieser
Formschließvorrichtungen jede bekannte Antriebs art verwendet werden. Auf jedem
Anker 94 sind zwei unabhängig voneinander einstellbare Anschläge 98 angebracht,
die so eingestellt werden, daß sich die Form 99 dichtend an die Spritzdüse 100 anlegt,
wobei die Federn 101 den restlichen Schließdruck auf die Anschläge 98 übertragen.
Beim Rückzug der Kolbenstange 96 macht die innere Formaufspannplatte 93 einen kleinen
Rückhub mit - der durch Anschläge 102 einstellbar ist wobei der Anguß am Düsenmund
100 abreißt. Der zwischen den beiden unabhängig voneinander arbeitenden Formschließvorrichtungen
beispielsweise senkrecht angeordnete Spritzzylinder 103 ist mit zwei um 1800 zueinander
versetzten Spritzdüsen 100 und 104 versehen, die in der Maschinenachse zentral in
die zwei auch verschieden großen Formen einspritzen können.
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Es ist auch möglich, die beiden inneren Platten 93 starr miteinander
zu verbinden, die inneren Anschläge 98 zu entfernen und die Federn 101 zwischen
die etwas nach außen verschobenen Anschläge 102 und die inneren Platten 93 auf den
Ankern 94 anzuordnen. Damit wird die gleiche unabhängige Arbeitsweise erzielt wie
bei Abb. 7 beschrieben.
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Der Spritzzylinder 103 kann durch bekannte Mittel nach jedem Schuß
um 1800 geschwenkt werden, wenn dies bei Störungen an einer der beiden vorhandenen
Spritzdüsen erforderlich ist.
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Mit der erfindungsgemäßen Maschine können mehrere auch größere und
in ihrem Spritzvolumen unterschiedliche Kunststoffgegenstände mit nur einem einzigen
Spritzaggregat nacheinander in einem sich wiederholenden Arbeitszyklus hergestellt
werden, so daß die Spritzgußmaschine auch dann weiter betrieben werden kann, wenn
eine der Formschließvorrichtungen oder Spritzgußformen ausfällt.