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Preßform zum Kaltformen von Hohlgegenständen, insbesondere Verschlußkapseln,
aus thermoplastischen Kunststoffen Die Erfindung betrifft eine Preßform zum Kaltformen
von Hohlgegenständen, insbesondere Verschlußkapseln mit im wesentlichen zylindrischem
Mantel, aus thermoplastischen Kunststoffen, wie z. B.
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Polyäthylen, Polyvinyl od. dgl., durch Zerquetschen einer im allgemeinen
flachen, zylindrischen Kunststoffplatine.
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Es sind Preßformen bekannt, die aus zwei koaxialen, von und zueinander
beweglichen Stempeln und einer rohrförmigen, über beide Stempel greifenden und auf
ihnen längsverschiebbaren Matrize bestehen. Diese Preßformen sind zum Warmformen
von Kunststoffgegenständen z. B. im Spritzgießverfahren bestimmt. Bei diesen Preßformen
haben die beiden koaxialen Stempel den gleichen Durchmesser, und die auf diesen
Stempeln längsverschiebbare, rohriörmige Matrize besteht aus einem einzigen Stück.
Die Bohrung dieser Matrize weist einen gleichbleibenden Durchmesser auf. Außerdem
wird die Matrize während der Formung nicht relativ zu den Stempeln verschoben, sondern
erfährt eine solche Verschiebung erst nach beendetem Gießvorgang, um den fertigen
Formling langsam unter gleichzeitiger Abkühlung in den Bereich einer seitlichen
Auswurföffnung der Matrize zu bringen.
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Es sind auch Warmformverfahren für Kunststoffe bekannt, bei denen
eine Kunststoffplatine zwischen dem Boden einer zylindrischen Preßform und einem
darin eindrückbaren Stempel geringeren Durchmessers zerquetscht wird, wobei die
herausgedrückte und in den fließfähigen Zustand übergeführte Kunststoffmasse seitlich
zwischen Preßform und Stempel vordringt und den etwa zylindrischen Mantel des Formlings
bildet.
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Die Verwendung dieser bekannten Warmformpressen zum Kaltformen von
Hohlgegenständen aus Kunststoff stößt in der Praxis auf folgende Schwierigkeiten.
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Der aus der zerquetschten Platine um den Stempel in der Preßform
hochgedrückte Kunststoff fließt zwischen zwei feststehenden Begrenzungsflächen (Außenfläche
des Stempels und Innenwandung der Preßform) und muß deshalb einen großen äußeren
Reibungswiderstand überwinden. Dieser große äußere Reibungswiderstand, in Verein
mit der im Falle der Kaltfonnung sehr großen inneren Reibung im Fließen den Kunststoff,
erfordert außerordentlich hohe Preßdrücke zwischen Preßform und Stempel und bedingt
feiner unerwünschte Fließ- und Strukturunregelmäßigkeiten in dem um den Stempel
hochgedrückten Kunststoff. Außerdem ist es mit den bekannten Preßformen unmöglich,
mit derselben Vorrichtung (Stempel und Preßform) verschieden hohe, zylindrische
oder etwa kegelförmige Hohlgegenstände aus Kunststoff, etwa Verschlußkapseln mit
verschieden hohem seitlichem Mantel, ohne weiteres herzustellen. Es wäre zwar denkbar,
den Stempel nur so weit bzw. so lange in die Preßform einzudrücken, bis der aus
der dazwischen zerquetschten Platine herausgedrückte und um den Stempel hochfließende
Kunststoff die angestrebte Höhe in der Preßform erreicht hat. In der Praxis hat
es sich aber herausgestellt, daß der um den Stempel nach oben fließende Kunststoff
- nicht zuletzt wegen des hohen und praktisch nie gleichförmigen äußeren Reibungswiderstandes
- bei der Kaltverformung einen sehr unregelmäßigen, z. B. gewellten oberen Rand
bildet, wenn er auf keine obere Begrenzungsfläche trifft. Diese obere Begrenzung
des seitlich hochfließenden Kunststoffes wird bei den bekannten Vorrichtungen durch
den Anschlag eines umlaufenden, äußeren Stempelvorsprunges am Ende des Stempelhubes
gegen die obere Kante der Preßform erzielt. Für die Herstellung von verschieden
hohen, aber sonst gleichwertigen Hohlgegenständen mit den bekannten Vorrichtungen
wäre also die Auswechselung sowohl der Preßform als auch des Stempels erforderlich.
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Die Erfindung hat nun die Aufgabe, die vorstehend angeführten Schwierigkeiten
zu beseitigen und eine
Preßform zu schaffen, die das Kaltformen
von Hohlgegenständen mit im wesentlichen zylindrischem Mantel aus thermoplastischen
Kunststoffen durch Zerquetschen einer im allgemeinen flachen, zylindrischen Kunststoffplatine
zwischen zwei koaxialen Stempeln in einer rohrförmigen, über beide Stempel greifenden
und auf ihnen längsverschiebbaren Matrize gestattet. Dieses Kaltpreßverfahren von
Hohlgegenständen aus Kunststoff besitzt dabei gegenüber den bekannten Warmformverfahren
ganz allgemein den Vorteil, daß alle Heizvorrichtungen wegfallen und die Gesamtanlage
sowohl baulich als auch betriebstechnisch wesentlich vereinfacht wird.
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Die Erfindung besteht darin, daß die zwei koaxialen Stempel, zwischen
denen die Kunststoffplatine zerquetscht wird, verschiedene Durchmesser aufweisen
und die aus mindestens zwei untereinander lösbaren Teilen zusammengesetzte und sich
während der Formung in Richtung auf den kleineren Stempel entsprechend dem zwischen
den Stempeln ausgepreßten Kunststoff fortschreitend verschiebende Matrize eine Bohrung
aufweist, die aus zwei koaxialen und zu den Stempeln passenden Bohrungsabschnitten
verschiedenen Durchmessers gebildet ist.
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Der bei dieser Preßform aus der Platine zwischen den beiden Stempeln
herausgequetschte und in axialer Richtung um den kleineren Stempel fließende Kunststoff
gleitet nur auf einer einzigen feststehenden Begrenzungsfläche, d. h. nur auf der
Außenfläche des kleineren Stempels. Auf der Außenseite ist dieser ausgepreßte Kunststoff
durch die mitbewegte und gegebenenfalls von dem fließenden Kunststoff selbst verschobene,
rohrförmige Matrize begrenzt. Zwischen der Matrize und dem ausgepreßten, um den
kleineren Stempel fließenden Kunststoff entstehen also praktisch keine Relativbewegungen.
Demzufolge wird der äußere Reibungswiderstand, den der kalte und in den fließfähigen
Zustand übergeführte Kunststoff bei seiner Formung überwinden muß, ganz bedeutend
gegenüber den bisher bekannten Warmformpressen herabgesetzt. Gleichzeitig wird stets
die einwandfreie, seitliche Führung des fließenden Kunststoffes und die erforderliche
dauernde Begrenzung des Formraumes gewährleistet. Dadurch kann das Kaltformen von
Hohlgegenständen aus Kunststoff mit der erforderlichen Präzision und mit verhältnismäßig
geringen, in der Praxis leicht erzielbaren Preßdrücken zwischen den beiden Stempeln
erzielt werden. Gleichzeitig ist es mit der erfindungsgemäß ausgebildeten Preßform
ohne irgendwelche Abänderungen bzw. ohne Auswechselungen von Teilen möglich, gleichwertige
Hohlgegenstände aus Kunststoff mit verschieden hohem zylindrischem Seitenmantel
im Kaltpreßverfahren herzustellen. Es genügt dazu, die Ausgangsplatine entsprechend
dick und/oder breit zu bemessen und den Preßdruck der zusammenwirkenden Stempel
bzw. die Längsverschiebung der Matrize auf einen gegebenen Wert zu begrenzen bzw.
in dem geeigneten Augenblick aufhören zu lassen. Der obere Rand des erhaltenen,
hohlzylindrischen Formlings wird dabei stets die erforderliche, regelmäßige und
glatte Form aufweisen, da der Formraum, der sich um den kleineren Stempel bildet
und durch den ausgepreßten Kunststoff ausgefüllt wird, während des Formvorganges
dauernd kopfseitig durch den inneren Absatz der Matrize zwischen den zwei verschieden
weiten Bohrungen derselben begrenzt wird und sich dabei in axialer Richtung in Abhängigkeit
von dem zwischen
den Stempeln herausgequetschten Kunststoff und der entsprechenden
Längsverschiebung der Matrize verlängert.
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Bei hohlzylindrischen Gegenständen aus Kunststoff, die an dem oberen
Rand ihres Mantels einen kleinen Wulst oder Flansch aufweisen müssen oder dürfen,
kann die Regelmäßigkeit des oberen Randes noch dadurch wesentlich gefördert werden,
daß die Matrize eine innere Ringnut aufweist, in welche der Randteil der zwischen
den Stempeln zerquetschten Kunststoffplatine eingreift. In diesem Fall wird der
obere Rand des hohlzylindrischen Formlings durch einen Teil der Ausgangsplatine
gebildet, der durch den Formungsprozeß nicht beeinflußt wird und also seine ursprüngliche,
regelmäßige Gestalt beibehält.
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Bei der Verarbeitung von Kunststoffen, die sich nach Aufhören des
im kalten Zustand ausgeübten Preßdruckes beträchtlich elastisch zusammenziehen und
dadurch das Abheben des fertigen Formlings von dem kleinen Stempel erschweren, ist
es nach einem weiteren Merkmal der Erfindung zweckmäßig, im Kopfteil des kleineren
Stempels einen axial verschiebbaren Ausstoßer einzubauen. Auf den Stirnflächen der
Stempel und/oder auf den seitlichen, mit dem Kunststoff in Berührung kommenden Flächen
der Matrize und/oder des kleineren Stempels können ringförmige und quer zu der Fließrichtung
des Kunststoffes verlaufende Unebenheiten (Rippen und/oder Rillen) vorgesehen sein.
Dadurch wird ein gleichförmiges Fließen des kaltgepreßten Kunststoffes und eine
regelmäßigere und beständigere Verformung desselben erzielt.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind aus nachstehender Beschreibung
eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles zu ersehen. Es zeigt
Fig. 1 eine Preßform nach der Erfindung im Längsschnitt und in ihrer zum Einsetzen
der Kunststoffplatine geöffnete Stellung, Fig. 2 dieselbe Preßform in geschlossener
Stellung nach dem Einsetzen der Kunststoffplatine und vor Beginn des Preßvorganges,
Fig. 3 die Preßform nach Beendigung des Preßvorganges.
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Die dargestellte Preßform ist zur Herstellung von Verschlußkapseln
C aus thermoplastischen Kunststoffen, wie Polyäthylen, Polyvinyl od. dgl. im Kaltformverfahren
bestimmt. Sie besteht aus zwei koaxialen Stempeln 1, 2, die verschiedene Durchmesser
aufweisen und in axialer Richtung von- und zueinander beweglich sind. Die Radiendifferenz
der Stempel 1, 2 entspricht im wesentlichen der Dicke, die der seitliche Mantel
F der herzustellenden Verschlußkapsel C haben muß.
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Auf den Stempeln 1, 2 ist längsverschiebbar eine rohrförmige Matrize
3 gelagert, die aus zwei koaxialen, kopfseitig aufeinanderpassenden Matrizenhälften
103, 203 zusammengesetzt ist. Die eine Matrizenhälfte 103 sitzt auf dem größeren
Stempel 1 und weist eine zu diesem passende breitere Bohrung 5 auf. Die andere Matrizenhälfte
203 sitzt dagegen auf dem kleineren Stempel 2 und besitzt eine entsprechende engere
Bohrung 6. Diese zwei Matrizenhälften 103, 203 können durch beliebige, in der Zeichnung
durch einen Bolzen 4 veranschaulichte, in der Praxis aber vorzugsweise aus Schnellspannvorrichtungen
od. dgl. bestehende Kupplungsmittel fest miteinander verbunden bzw. voneinander
gelöst werden.
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Die Bohrung 6 der Matrizenhälfte 203, die dem kleineren Stempel 2
zugeordnet ist, mündet gegen die andere Matrizenhälfte 103 mit einer flachen koaxialen
Ausweitung 7 aus. Der Durchmesser dieser Ausweitung 7 ist größer als die Bohrung
5 der Matrizenhälfte 103, die dem größeren Stempel 1 zugeführt ist.
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Die aus den Hälften 103, 203 zusammengesetzte Matrize 3 weist demnach
eine innere, der Ausweitung 7 entsprechende Ringnut und einen anschließenden, durch
den Durchmesserunterschied der Bohrungen 5, 6 entstehenden inneren Absatz auf.
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Zum Kaltpressen der Verschlußkapseln C mit der vorstehend beschriebenen
Vorrichtung geht man von flachen, im allgemeinen zylindrischen Platinen P aus thermoplastischem
Kunststoff aus und verfährt folgendermaßen: Die Matrize 3 wird geöffnet, d. h.,
die zwei Matrizenhälften 103, 203 werden gelöst und zusammen mit den zugeordneten
Stempeln 1, 2 voneinander entfernt, wobei der innere Absatz der Matrizenhälfte 203
fluchtend mit der Kopffläche des zugeordneten kleineren Stempels 2 eingestellt wird
(Fig. 1). Die Kunststoffplatine P wird in die Ausweitung 7 der Bohrung 6 in der
Matrizenhälfte 203 auf die Kopffläche des kleineren Stempels 2 gelegt, wobei sie
vorzugsweise diese Ausweitung 7 ganz ausfüllt. Die Matrize 3 wird dann geschlossen,
d. h., die Matrizenhälften 103, 203 werden zusammengelegt und fest untereinander
verbunden, wobei sich der Randteil der Kunststoffplatine P in der entstehenden inneren
Ringnut der geschlossenen Matrize 3 zwischen dem inneren Absatz der Matrizenhälfte
203 und der Kopffläche der entgegengesetzten Matrizenhälfte 103 festklemmt (Fig.
2). Die zusammengesetzte Matrize 3 ist frei oder entgegen Federkraft in Richtung
auf den kleineren Stempel 2 hin verschiebbar.
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Der eigentliche Preßvorgang besteht darin, daß die Kunststoffplatine
P im kalten Zustand zwischen den Stempeln 1, 2 zerquetscht wird, wobei der seitlich
zwischen den Stempeln heraustretende Kunststoff in axialer Richtung auf den inneren
Absatz der Matrizenhälfte 203 drückt und infolgedessen die Matrize 3 gegen den kleineren
Stempel 2 verschiebt (Fig. 3). Dadurch wird die breitere Bohrung 5 der Matrizenhälfte
103 auf den kleineren Stempel 2 geschoben und bildet um diesen herum einen zylindrischen
Hohlraum, in den sich der zwischen den Stempeln austretende Kunststoff ergießt.
Diese Verschiebung der Matrize 3 fährt selbsttätig fort, solange Kunststoff zwischen
den Stempeln 1, 2 herausgepreßt wird, so daß sich der um den kleineren Stempel 2
herum gebildete und mit Kunststoff ausgefüllte zylindrische Hohlraum mit fortschreitender
Quetschung der Kunststoffplatine selbsttätig in axialer Richtung verlängert.
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Die Zusammendrückung der Kunststoffplatine P wird so weit getrieben,
bis zwischen den Stempeln 1,2 eine Schicht P 1 übrigbleibt, die den Boden der Verschlußkapsel
C bildet. Der um den kleineren Stempel 2 herum herausgequetschte Kunststoff stellt
den seitlichen Mantel F der Verschlußkapsel C dar, während der in der inneren Ringnut
der Matrize 3 zwischen den Matrizenhälften 103, 203 festgeklemmte Randteil der Kunststoffplatine
einen kleinen äußeren Flansch B am unteren Kapselrand bildet.
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Es ist selbstverständlich möglich, mit der vorbeschriebenen Preßform
auch Verschlußkapseln C ohne Randflansch B herzustellen. Zu diesem Zweck
wird eine
Matrizenhälfte 203 benutzt, dessen Bohrung 6 keine kopfseitige Ausweitung 7 besitzt,
sondern durchgehend denselben Durchmesser wie der zugeordnete kleinere Stempel 2
aufweist. Der innere Absatz der Matrize 3 wird auch in diesem Fall durch die Durchmesserdifferenz
der Bohrungen 5 und 6 gebildet, und die Matrizenhälfte 203 wird anfänglich mit ihrer
der anderen Matrizenhälfte 103 zugekehrten Kopffläche fluchtend mit der Kopffläche
des zugeordneten kleineren Stempels 2 oder etwas unterhalb derselben eingestellt.
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Die fertige Kapsel C wird nach Öffnen der Matrize 3, d. h. nach Lösen
und Auseinanderschieben der Matrizenhälften 103, 203 und nach Trennen der Stempel
1, 2, abgetragen. Dabei kann die Kapsel C vom kleineren Stempel 2 durch die Matrizenhälfte
203 selbst oder durch einen in dem Stempel 2 eingebauten längsverschiebbaren Ausstoßer
9, 109 abgestreift werden (Fig. 3).
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Während des Preßvorganges wird vorzugsweise zwischen dem Kunststoff
und den damit in Berührung kommenden Flächen der Stempel 1, 2 und der Matrize 3
ein Schmierfilm aus Öl, Wasser oder einer Öl-Wasser-Emulsion eingeschaltet. Diese
Schmierung kann in beliebiger Weise erfolgen, z. B. indem man vor der Verformung
die Kunststoffplatine P einschmiert und/oder während der Verformung die Innenflächen
der Matrize 3 und die Außenflächen der Stempel 1, 2 mit Schmierflüssigkeit benetzt.
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Um mit der vorstehend beschriebenen Kaltpreßvorrichtung Verschlußkapseln
C von regelmäßiger und beständiger Form zu erhalten, ist es in manchen Fällen zweckmäßig,
die mit dem Kunststoff in Berührung kommenden Flächen der Matrize 3 und/oder der
Stempel 1, 2 mit kleinen Unebenheiten, z. B. mit Rillen oder Rippen, zu versehen,
die das freie Fließen des Kunststoffes während des Kaltpressens hemmen und dadurch
eine rein laminare Verformung verhindern. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
weist zu diesem Zweck die Bohrung 5 der Matrizenhälfte 103 in ihrem sich während
des Verformungsvorganges um den kleineren Stempel 2 legenden Bereich eine kleine
innere Ringnut 8 auf. Ähnliche ring förmige Rillen oder Rippen können auch seitlich
auf dem kleineren Stempel 2 und/oder in konzentrischer Anordnung auf den Kopfflächen
des einen oder beider Stempel 1, 2 vorgesehen werden. Diese letztere Anordnung erscheint
besonders dann zweckmäßig, wenn die Kunststoffplatine P einen kleineren Durchmesser
als denjenigen des kleineren Stempels 2 aufweist bzw. wenn sie nicht mit ihrem Randteil
zwischen den Matrizenhälften 103, 203 eingespannt wird.
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Die durch Kaltpressen hergestellte Kunststoffkapsel C erfährt nach
ihrem Abstreifen vom Stempel 2 eine beträchtliche elastische Zusammenziehung, die
dazu benutzt werden kann, in der kaltgepreßten Kapsel starre ringförmige Versteifungskörper,
z. B. metallische Gewindehülsen od. dgl., einzulassen. Diese ringförmige Versteifungskörper
werden einfach auf dem Kopfteil des kleineren Stempels 2 angeordnet und zusammen
mit der kaltgepreßten Kapsel C abgestreift.
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Die Verschiebung der Matrize 3 relativ zu den Stempeln 1, 2 während
des Preßvorgangs kann nicht nur selbsttätig durch den Druck des zwischen den Stempeln
herausgequetschten Kunststoffes, sondern auch zwangläufig durch ein beliebiges Getriebe
erhalten
werden. Es ist auch gleichgültig, ob die gegeneinandergepreßten
Stempel 1, 2 feststehen und sich nur die Matrize 3 in bezug auf diesen verstellt
oder umgekehrt, oder ob sich sowohl beide Stempel als auch die Matrize gleichzeitig
in entgegengesetzten Richtungen bewegen. Anstatt in Querrichtung in zwei kopfseitig
zueinander passenden Hälften 103, 203 zerlegt zu werden, kann die Matrize 3 in Längsrichtung
in zwei oder mehreren Rohrsektoren unterteilt sein. Schließlich können die Stempel
1, 2 und/oder die entsprechenden Bohrungen 5, 6 der Matrize 3 sowohl zylindrisch
als auch etwas kegelförmig ausgebildet werden.