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Verfahren und Formmaschine zur Herstellung eines endlosen Stranges
aus thermoplastischem Material Die Erfindung bezieht sich zunächst auf ein Verfahren
zur Herstellung eines endlosen Stranges aus thermoplastischem Material auf einer
Formmaschine, bei dem das zu formende Material mit Hilfe einer Förderschnecke durch
ein Formgebungswerkzeug gepreßt und während des Formvorganges auf das Formmaterial
ein der Förderbewegung entgegengerichteter Gegendruck ausgeübt wird.
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Der bei derartigen Verfahren auf das Formmaterial bzw. den erzeugten
Strang ausgeübte Gegendruck ist notwendig, um die bei dem jeweils verwendeten Material
bei dessen Verfestigung auftretende Volumenkontraktion zu kompensieren und eine
Lunkerbildung im Strang zu verhindern. Bei einem bekannten Verfahren dieser Art
wird mit Hilfe von besonderen Vorrichtungen, z. B. über Haltebacken, Seile, Gewichte
und Umlenkrollen, ständig ein konstanter Gegendruck mit dem jeweils erforderlichen
Höchstwert auf das Formmaterial ausgeübt. Mit diesem bekannten kontinuierlichen
Verfahren werden z. B. dicke Vollstäbe aus Polyamiden und Acetalharzen hergestellt.
Dieses bekannte Verfahren hat den entscheidenden Nachteil, daß die Ausstoßleistung
wegen des ständigen hohen Gegendrucks sehr gering bleiben muß; denn die für die
Verfestigung des Formmaterials erforderliche Zeit muß bei dem bekannten Verfahren
für jeden beliebig kleinen erzeugten Strangabschnitt gleich groß sein. Das ständige
Aufrechterhalten des Gegendrucks erfordert ferner eine kontinuierlich aufzubringende
zusätzliche hohe Leistung.
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Es ist ferner bei formfüllenden Maschinen bekannt, eine Form mit
Hilfe der umlaufenden Förderschnecke zu füllen und nach der Formfüllung zum Ausgleich
des Materialschwundes in der Form geschmolzenes Formmaterial mit umlaufender oder
stehender Förderschnecke durch axiale Verschiebung der Schnecke mit einstellbarem
Druck und in für den Materialschwund erforderlicher Menge nachzufüllen. Dieses bekannte
Verfahren gestattet aber natürlich nur die Herstellung von endlichen Formlingen.
Ebenso erlaubt ein bekanntes ebenfalls diskontinuierliches Verfahren, bei dem im
Formgebungswerkzeug ein unter Gegendruck stehender, dem Profil des Werkzeuges angepaßter
Stempel durch den von der Schnecke aufgebauten Druck des einströmenden Formmaterials
bis in eine Endstellung zurückbewegt wird, nur die Herstellung von Strängen begrenzter
Länge.
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Diese Nachteile der bekannten Verfahren werden nach der Erfindung
dadurch beseitigt, daß das Formmaterial während des Formvorganges schrittweise abwechselnd
einem niedrigen und einem hohen Gegendruck unterworfen wird. Dadurch wird der Vorteil
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zielt, daß das Formmaterial nur für einen Abschnitt des Formvorganges dem hohen
Gegendruck ausgesetzt zu werden braucht, d. h., daß der zur Vermeidung von Lunkern
im erzeugten Strang anzuwendende höhere Druck auf das Formmaterial und die für diesen
Schritt erforderliche Zeit für einen verhältnismäßig großen Strangabschnitt nur
noch einmal aufgebracht zu werden braucht. Dadurch wird die mit dem Verfahren nach
der Erfindung erzielbare Ausstoßleistung wesentlich erhöht und die für die Anwendung
des hohen Gegendrucks erforderliche Zusatzleistung stark verringert. Die Ausstoßleistung
läßt sich mit dem Verfahren nach der Erfindung insbesondere bei Verwendung von Formmaterialien
mit dünnflüssiger Schmelze und bei Herstellung dickwandiger Stränge wesentlich erhöhen.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird ein besonders vorteilhafter
Ablauf des Formvorganges dadurch erzielt, daß während der Anwendung des niedrigen
Gegendrucks das Formmaterial unter dem Förderdruck der Förderschnecke um eine bestimmte
Strecke, die kürzer ist als das Formwerkzeug, durch das Formgebungswerkzeug hindurchgepreßt
wird und danach während der Anwendung des hohen Gegendrucks das Formmaterial mit
Hilfe der Förderschnecke dem für das jeweilige Formmaterial erforderlichen Nachdruck
unterworfen wird, so daß der unter dem niedrigen Gegendruck hergestellte Strangabschnitt
unter Kompensation der auftretenden Volumenkontraktion durch ständiges Nachpressen
von Formmaterial verfestigt wird.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Formmaterial
bzw. der geformte Strang während der Anwendung von hohem Gegendruck und Nachdruck
mit gegenüber der Fördergeschwindigkeit
bei niedrigem Gegendruck
sehr geringer Geschwindigkeit weiterbefördert. Dadurch wird eine frühzeitige schädliche
Abkühlung an der Grenzzone zwischen den einzelnen erzeugten Strangabschnitten vermieden,
da sich durch das langsame Weiterbewegen des Formmaterials an der Stirnfläche des
jeweiligen Strangabschnittes immer wieder neue, heiße Materialschichten anlagern,
die mit dem vorgeförderten Material einwandfrei verschweißen, so daß ungünstige
Nähte und Gefügeänderungen nicht auftreten können. Die geschilderte ungünstige Abkühlung
an den Grenzzonen kann nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung auch dadurch
vermieden werden, daß das Formmaterial unmittelbar an der Eintrittsstelle in das
Formgebungswerkzeug heiß gehalten wird.
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Eine einfache selbsttätige Arbeitsweise läßt sich in weiterer Ausbildung
der Erfindung dadurch erzielen, daß beim Übergang vom niedrigen auf den hohen Gegendruck
die Förderschnecke entgegen der Förderrichtung um einen einstellbaren Weg zurückbewegt
wird, wonach der an ihrem hinteren Ende wirkende Druck auf Nachdruck umgeschaltet
und gleichzeitig die Drehbewegung der Schnecke abgeschaltet wird.
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Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Formmaschine zur Ausführung
des vorstehend geschilderten Verfahrens nach der Erfindung. Dabei handelt es sich
um eine Formmaschine mit einer eine zur Erzeugung eines Nachdrucks axial verschiebbare
Förderschnecke enthaltenden Spritzeinheit, mit einem Formgebungswerkzeug und mit
Einrichtungen zur Erzeugung des der Förderbewegung entgegengerichteten Gegendrucks.
Die Formmaschine nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung
zur Erzeugung des Gegendrucks aus einer periodisch von niedrigem auf hohen Gegendruck
und umgekehrt umschaltbaren Haltevorrichtung für den geformten Strang besteht. Mit
einer solchen Haltevorrichtung läßt sich eine einfache Steuerung und Ausführung
der beiden ständig aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte ausführen.
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Nach einer Ausführungsform der Maschine nach der Erfindung besteht
die Haltevorrichtung aus einer mit dem Strang verbindbaren Klemmvorrichtung, die
gegen den Druck einer hydraulischen Stellvorrichtung verschiebbar ist und die hydraulische
Stellvorrichtung auf den jeweiligen Gegendruck umschaltbar ist. Es kann jedoch nach
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die Haltevorrichtung aus zwei abwechselnd
mit dem Strang verbindbaren Klemmvorrichtungen bestehen, von denen die eine zur
Erzeugung des niedrigen Gegendrucks gegen den Druck einer hydraulischen Stellvorrichtung
verschiebbar und nadi einer bestimmten Strecke vom Strang lösbar sowie in die Anfangslage
zurückführbar ist und von denen die andere zur Erzeugung des hohen Gegendrucks mit
dem Strang verbindbar und nach Verfestigung des erzeugten Strangabschnittes ebenfalls
vom Strang lösbar ist, wobei die Wegstrecken der Klemmvorrichtungen einander nicht
überschneiden.
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Diese Ausbildung der Haltevorrichtung hat den Vorteil, daß die Bewegung
der Haltevorrichtung in Strangrichtung auf einen verhältnismäßig geringen Raum beschränkt
werden kann, da die eine Klemmvorrichtung beim Eingriff der zweiten rückgeführt
werden kann.
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Um die vorerwähnte Verschweißung der Grenzzonen der Strangabschnitte
zu erzielen, ist nach einer iT;führungsform der Erfindung die zweite Klemm-
vorrichtung
in Förderrichtung des Stranges verstellbar und nach Verfestigung des erzeugten Strangabschnittes
in die Anfangslage rückführbar. Es kann aber auch zur Beheizung der Grenzzonen die
Stirnfläche des beheizten Förderschneckenzylinders unmittelbar die Grenze zum in
das gekühlte Formgebungswerkzeug gepreßten Formmaterial bilden. Dabei ist zweckmäßig
zur Vermeidung von Wärmeaustausch zwischen dem Formgebungswerkzeug und dem Schneckenzylinder
zwischen die aneinanderstoßenden Flächen dieser Teile eine Wärmeisolierung eingefügt.
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Das Verfahren nach der Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels
der Formmaschine nach der Erfindung ebenfalls als Ausführungsbeispiel beschrieben.
In der Zeichnung zeigt F i g. 1 eine schematische längsgeschnittene Seitenansicht
der wesentlichsten Teile der Formmaschine, F i g. 2 eine schematische Draufsicht
auf die Formmaschine nach F i g. 1.
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Die Formmaschine weist eine Spritzeinheit 1 auf, von der in der Zeichnung
zur Vereinfachung nur die drehbare und axial verschiebbare Förderschnecke 2 mit
ihrem beheizten Schneckenzylinder 3 dargestellt ist. An den Schneckenzylinder 3
schließt sich das mit Kühleinrichtungen 4 versehene Formgebungswerkzeug 5 an, das
ein dem herzustellenden Strang entsprechendes Profil aufweist.
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Die Haltevorrichtung für den erzeugten endlosen Strang 6 besteht
aus den beiden Klemmvorrichtungen 7 und 8. Beide Klemmvorrichtungen weisen durch
in Zylindern 9 hydraulisch beaufschlagbare Kolben 10 angetriebene Klemmbacken 11
und 12 auf, die für runde Profile vorzugsweise als Prismen ausgebildet sind und
den Strang 6 derart erfassen können, daß eine axiale Verschiebung des Stranges gegenüber
den Klemmvorrichtungen verhindert ist. Die Klemmvorrichtung 7 ist an einem Joch
13 angeordnet, das auf Holmen 14 gleitbar getragen ist. Mit dem Joch 13 sind die
Kolben 15 zweier hydraulischer Stellvorrichtungen 16 verbunden. Die Klemmvorrichtung
8 wird von einem Joch 17 getragen, das mittels zweier Spindeltriebe 18, die über
Getriebe 19 durch den Motor 20 angetrieben werden, in Stranglängsrichtung bewegbar
ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird in folgender Weise ausgeführt:
Durch die Förderschnecke 2 wird das im Schneckenzylinder plastifizierte Formmaterial,
z. B. ein thermoplastischer Kunststoff, durch das Formgebungswerkzeug 5 hindurchgepreßt.
Es sei die Klemmvorrichtung 7 durch Beaufschlagen ihres Kolbens 10 über die Klemmbacken
11, 12 fest mit dem vorher hergestellten Strang 6 verbunden, während die Klemmvorrichtung
8 vom Strang 6 gelöst ist. Dann wird durch den Förderdruck der umlaufenden Fördersdinecke
2 der Strang 6 und mit ihm die Klemmvorrichtung 7 in Förderrichtung weiterbewegt.
Die Klemmvorrichtung 7 muß dabei über ihr Joch 13 einen genau einstellbaren, verhältnismäßig
niedrigen hydraulischen Gegendruck in den Stellvorrichtungen 1.6 überwinden. Der
Gegendruck wird während dieses Abschnitts so niedrig gewählt, daß sich der Strang
schnell weiterbewegen kann, wobei in diesem Verfallrensschritt keine Rücksicht auf
die Volumenkontraktion und damit auf eine Lunkerbildung im Kern des Stranges keine
Rücksicht genommen wird.
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Wenn sich der Strang 6 auf diese Weise mit der Klemmvorrichtung 7
unter niedrigem Gegendruck um einen genau einstellbaren gewünschten Weg in Förderrichtung
vorbewegt
hat, wird die Klemmvorrichtung 8 durch Beaufschlagen ihres Kolbens 10 über die Klemmbacken
11, 12 mit dem Strang fest in Eingriff gebracht; gleichzeitig wird die Klemmvorrichtung
7 vom Strang 6 gelöst und durch die Kolben 15 in den Stellvorrichtungen 16 in die
Ausgangslage zurückbewegt.
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Nach Verbinden der Klemmvorrichtung 8 mit dem Strang 6 wird der Motor
20 eingeschaltet, wodurch das Joch 17 der Klemmvorrichtung 8 in Förderrichtung weiterbewegt
wird. Die Geschwindigkeit dieser Fortbewegung der Klemmvorrichtung 8 ist einstellbar
und wird sehr viel kleiner als die Geschwindigkeit der vorhergehenden Bewegung der
Klemmvorrichtung 7 bemessen. Dadurch wird der vor der Spitze der Förderschnecke
2 aufgebaute Druck größer als während der Fortbewegung der Klemmvorrichtung 7, und
die Schnecke 2 gleitet in bekannter Weise gegen den auf ihr hinteres Ende wirkenden
hydraulischen Druck um einen einstellbaren Weg zurück.
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Nach Zurücklegen dieses Weges wird der Schneckenantrieb abgeschaltet
und der Förderdruck hinter der Schnecke auf einen ebenfalls genau einstellbaren
Nachdruck, z. B. durch Betätigung eines Endschalters durch die Schnecke, umgeschaltet,
wobei sich die Förderschnecke in bekannter Weise unter Ausübung des hohen Nachdrucks
auf das Formmaterial wieder in Förderrichtung axial vorbewegt. Während dieser Nachdruckperiode
wird so viel Formmaterial in das Formgebungswerkzeug 5 gefördert, wie es der Volumenkontraktion
des vorher erzeugten Strangabschnittes und dem Vorschub der Klemmvorrichtung 8 entspricht.
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Nach Ablauf der Nachdruckperiode ist der vorher erzeugte Strangabschnitt
unter Einwirkung der Kühleinrichtungen 4 so weit abgekühlt, daß er unter Vermeidung
einer Lunkerbildung verfestigt ist. Danach kann ein neuer Strangabschnitt hergestellt
werden.
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Dazu wird die Klemmvorrichtung 8 vom Strang gelöst, während gleichzeitig
die Klemmvorrichtung 7 mit dem Strang 6 verbunden und die Förderschnecke wieder
angetrieben wird. Während der jetzt folgenden Förderperiode wird die Klemmvorrichtung
8 in ihre Ausgangslage zurückgeführt. Die möglichen Wegstrecken der zwei Klemmvorrichtungen
7 und 8 überschneiden einander dabei nicht.
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Um gegebenenfalls noch vorhandene Restwärme im Strang abzuführen,
kann hinter dem Formgebungswerkzeug 5 in an sich bekannter Weise noch ein Kühlbad
21 angeschlossen werden. Die Klemmvorrichtungen können gegebenenfalls in diesem
Kühlbad arbeiten.
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Das Verfahren nach der Erfindung könnte auch mit einer einzigen Klemmvorrichtung
ausgeführt werden, wobei dann der Gegendruck z. B. der Stellvorrichtungen 16 von
dem niedrigen Wert auf den hohen Wert des Gegendrucks und umgekehrt umgeschaltet
wird.
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Es könnte auch die zweite Klemmvorrichtung 8 feststehend ausgebildet
sein.
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Zur Vermeidung schädlicher Gefügeänderungen im Strang 6 infolge vorzeitiger
Abkühlung durch die verschiedenen Fördergeschwindigkeiten des Formmaterials kann
das Formmaterial an der Eintrittsstelle in das Formgebungswerkzeug 5 heiß gehalten
werden.
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Dazu kann gemäß F i g. 1 die Stirnfläche 22 des beheizten Schneckenzylinders
3 unmittelbar die Grenze zum in das Formgebungswerkzeug gepreßten Formmaterial bilden.
Es ist dann zweckmäßig zwischen den
aneinanderstoßenden Flächen des Schneckenzylinders
3 und des Formgebungswerkzeuges 5 eineWärmeisolierung in Form einer Isolierplatte
23 einzufügen.