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Fließgießverfahren und -Maschine zur Herstellung von Werkstücken aus
thermoplastischem Werkstoff Die Erfindung betrifft ein Fließgießverfahren zur Herstellung
großflächiger und verhältnismäßig dünnwandiger Werkstücke aus thermoplastischem
Werkstoff.
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Die Herstellung großflächiger und verhältnismäßig dünnwandiger Werkstücke
aus thermoplastischem Werkstoff bereitete bisher erhebliche Schwierigkeiten, weil
der in die Form einfließende Kunststoff sich an den relativ kühlen Formwandungen
anlagert und dadurch der Kanal für den nachfließenden Werkstoff in zunehmendem Maße
verengt wird. Wenn eine vollständige Füllung der Form erreicht und Lunker und Einfallstellen
vermieden werden sollen, muß die Form in relativ kurzer Zeit gefüllt werden. Es
wurde deshalb als erforderlich angesehen, zur Herstellung derartiger Werkstücke
Hochdruckpressen zu verwenden und den Werkstoff auf sehr hohe Temperaturen zu bringen.
Hochdruckpressen mit einer großen Kapazität sind sehr kostspielig, so daß ihre Verwendung
einen relativ hohen Preis für die hergestellten Werkstücke zur Folge hat. Ein weiterer
Nachteil des bekannten Verfahrens besteht darin, daß bei einer sehr starken Erwärmung
des thermoplastischen Werkstoffes wegen der schlechten wärmeleitenden Eigenschaften
dieses Werkstoffes die Gefahr einer örtlichen Überhitzung und Verbrennung des Werkstoffes
besteht.
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Es ist weiterhin bekannt, daß die Formtemperatur einen Einfluß auf
die Fließfähigkeit des Werkstoffes hat und eine warme Form den Fließvorgang verbessert.
Insbesondere ist es bekannt, die Angußkanäle der Formen zu erwärmen. Diese Erkenntnisse
und Maßnahmen haben jedoch nur dazu gedient, die Schwierigkeiten bei der Anwendung
des bekannten Verfahrens zu vermindern, konnten jedoch die grundsätzlichen Nachteile
dieses Verfahrens nicht beheben.
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Das bekannte Fließgießverfahren, bei dem ein Extruder als Spritzaggregat
Verwendung findet, wurde bisher nur zur Füllung kleiner Formen benutzt, weil hiermit
nur eine relativ geringe Fließgeschwindigkeit des Werkstoffes erzielt wird, die
zur Füllung von Formen für großflächige und verhältnismäßig dünnwandige Werkstücke
als unzureichend angesehen wurde.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftliches Verfahren
zur Herstellung großflächiger und verhältnismäßig dünnwandiger Werkstücke aus thermoplastischem
Werkstoff zu schaffen, durch das die Nachteile des bekannten Verfahrens vermieden
werden. Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das Fließgießverfahren
angewendet
wird und dabei die Fließgießform zunächst in einer Vorheizzone über die Fließtemperatur
des Werkstückes aufgeheizt, anschließend in einer Heizzone auf Fließtemperatur gehalten
und mit Werkstoff gefüllt, darauf unter Aufrechterhaltung des Fülldruckes in einer
Kühlzone auf eine Temperatur, bei der die Elltfoimung des Werkstückes möglich ist,
gebracht und der Fülldruck am Ende der Kühlzone abgeschaltet wird.
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Durch die Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß die erfindungsgemäße
Art, wie die Erwärmung, die Abkühlung und die Formfüllung geschieht, die Anwendung
eines für die Werkstoffplastifizierung günstigen und zugleich relativ billigen Extruders
bei der Herstellung großfiächiger Werkstücke erlaubt, was bisher als schwierig galt
und daher bisher auch nicht vorgeschlagen worden ist. Weil nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren die Fließgießform über die Fließtemperatur des Werkstoffes aufgeheizt
und bis zur vollständigen Füllung auf der Fließtemperatur gehalten wird, ist es
nicht erforderlich, den Werkstoff übermäßig stark zu erwärmen, so daß die Gefahr
einer Werkstoffverbrennung völlig ausgeschaltet ist. Dabei gewährleistet die Verwendung
eines Extruders, daß jede örtliche Überhitzung vermieden und eine sehr gleichförmige
Erwärmung des Werkstoffes erreicht wird, was zugleich zu einer besonders homogenen
Füllung der Form beiträgt. Außerdem wirkt sich aber auch der geringe Preis eines
Extruders kostensenkend für die Herstellung derartiger Werkstücke aus. Weiterhin
läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem das Vorheizen, die Erwärmung und
die Kühlung in verschiedenen Zonen erfolgt, sehr wirtschaftlich durchführen.
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Die Erfindung betrifft auch eine Fließgießmaschine zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
dieser Fließgießmaschine sind eine oder mehrere Formen auf einem die Zone verschiedener
Temperatur durchlaufenden Beförderungsmittel angeordnet, und es ist jede Form vom
Beginn der Heizzone bis zum Ende der Kühlzone mittels einer flexiblen Leitung mit
dem den fließfähigen Werkstoff ausstoß enden Fließgießaggregat verbunden. Das Beförderungsmittel
kann vorteilhaft ein Drehtisch oder ein Drehteller sein.
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Bei einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fließgießmaschine
können die Formen auch feststehend hintereinander aufgereiht und über Leitungen
mit dem den fließfähigen Werkstoff ausstoßenden Fließgießaggregat verbunden sein,
während eine Transportvorrichtung zum Längsbewegen einer Heiz-und einer Kühlvorrichtung
über diese Formen vorgesehen ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fließgießmaschine
weist der Formträger fest angeordnete Angußdüsen auf, die nach dem Aufsetzen der
Form auf den Träger die Verbindung zwischen Formhohlraum und Fließgießaggregat ermöglichen.
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Der Vorteil derartiger Maschinen liegt darin, daß mit diesen Maschinen
und mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens Werkstücke mit nahezu beliebig hohem
Gewicht hergestellt werden können, daß sehr verschiedenartige Werkstücke unmittelbar
hintereinander hergestellt werden können, daß stets mehrere Formen gleichzeitig
in den einzelnen Heiz- und Kühlzonen angeordnet sein können und daher die Wirtschaftlichkeit
einer derartigen Maschine außerordentlich groß ist. Da zum Eingießen und Verdichten
des Kunststoffes in der Form nur ein geringer Druck erforderlich ist, weil der Kunststoff
während dieser Arbeitsphasen auf Fließtemperatur erwärmt ist, können die Formen
wesentlich schwächer als bisher gebaut, beispielsweise galvanisch hergestellt und
mit Verstärkungsmaterial hintergossen sein. Derartige Formen lassen sich verhältnismäßig
billig herstellen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die eifindungsgemäßen Maschinen
zur Durchführung des Verfahrens sind zur Verarbeitung von allen thermoplastischen
Werkstoffen geeignet, insbesondere zur Verarbeitung von PVC, Polyäthylen, Polystyrol,
Polyamiden od. dgl. Die Leistung einer derartigen Maschine kann 10 bis 500 kg Gießmasse
pro Stunde betragen. Da der Arbeitsablauf kontinuierlich ist, sind auch schädliche
Erschütterungen vermieden.
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Die Aufheizung der Formen kann direkt, also durch Strahlung, oder
indirekt, also durch einen Zwischenträger wie Dampf, Heißwasser, Luft od. dgl. erfolgen.
Es kann eine elektrische Heizung (Widerstands-, Hochfrequenz- oder Infrarotheizung)
odei aber eine Ö1- oder Gasheizung vorgesehen sein.
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Weitere Merkmale einer nach der Erfindung ausgebildeten Fließgießmaschine
ergeben sich aus dei folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung
mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Die einzelnen Merkmale der Erfindung können
je für sich oder zu mehreren bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht
sein.
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In der Zeichnung sind die zum Verständnis dei Erfindung notwendigen
Teile einer Ausführungsform der Erfindung schematisch dargestellt.
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Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist mit 1 das Fließgießaggregat bezeichnet, das den spritzfähigen Kunst-
stoff aufnimmt
und aus dem mittels einer Förderschnecke der zweckmäßig vorpiastifizierte, auf Fließtemperatur
erwärmte Kunststoff in eine Verteilerleitung 2 eingedrückt wird, von der - mehrere
Metallschläuche 3 abzweigen, die an ihren Enden Absperrventile 4 besitzen und an
Zuleitungsstutzen von Formen 5 befestigt werden können. Diese Formen 5 sind auf
einem Teller 6 befestigt, der auf einer mit geringer Geschwindigkeit angetriebenen
Welle 7 befestigt ist und der von einem Ofen 8 umgeben ist.
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Der Ofen bedeckt jedoch den Teller 6 im wesentlichen nur an seiner
Oberseite und läßt auch einen Sektor 6' des -Tellers frei, innerhalb dem die Formen
5 auf den Teller 6 aufgesetzt und von ihm heruntergenommen oder aber die Formen
geöffnet und die gegossenen Werkstücke herausgenommen werden können. An der Innenseite
des Ofens sind elektrische Heizstäbe angeordnet, die die Formen auf die Fließtemperatur
des Kunststoffes erhitzen. An die Beschickungszone des Ofens, die durch den freigelassenen
Sektor 6' gebildet wird, schließt sich eine Vorheizzone 9 und hieran eine Heizzone
10 des Ofens an.
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An den Ofen schließt sich eine Kühlzone 11 an, in der die Formen wieder
abgekühlt werden. Die auf dem Teller 6 befestigten Formen weisen je einen vorzugsweise
durch Aussparungen in dem Teller 6 nach unten hindurchragenden Anschlußstutzen auf,
an den je ein den Kunststoff zuführender Schlauch angeschlossen werden kann. Der
Ofen weist unterhalb des Tellers 6 die entsprechenden Aussparungen auf, so daß die
Anschlüsse zugänglich sind und die Schläuche bei der Bewegung des Tellers um die
Achse 7 unbehindert von der Ofenwandung mitwandern können.
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Die zum Gießen vorbereitete Form wird in dem Sektor 6' auf den Teller
6 aufgesetzt und tritt dann im Zuge des langsamen Umlaufes des Tellers 6 in die
Vorheizzone 9 ein. Einer der Schläuche 3 kann entweder schon im Bereich der Beschickungszone,
also im Bereich des Sektors 6', an die Form angeschlossen werden oder aber erst
in oder am Ende der Vorheizzone 9. Beim Eintritt in die eigentliche Heizzone 10
wird das den Eintritt des Kunststoffes in die Form verhindernde Absperrventil 4
an dem Schlauch 3 entweder von Hand oder durch eine automatische Vorrichtung geöffnet,
beispielsweise durch einen Hebel, der durch eine Kurvenscheibe beim Eintritt der
Form in die Heizzone 10 betätigt wird. Hierauf tritt Kunststoff in die Form ein
und bleibt in fließendem Zustand, bis die Form 5 in die Kühlzone 11 eintritt.
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Während der ganzen Zeit steht der Kunststoff in der gefüllten Form
unter einem bestimmten Druck, der von dem Druck in dem Fließgießaggregat 1 abhängig
ist. Am Ende der Kühlzone wird der Schlauch 3 von dem Einlaßstutzen der Form 5 abgenommen,
nachdem vorher das Absperrventil 4 entweder selbsttätig oder von Hand geschlossen
wurde. Die Form kann dann im Sektor 6' geöffnet und das Werkstück herausgenommen
oder aber als Ganzes von dem Teller abgenommen und durch eine neue Form ersetzt
werden.