DE1236766B

DE1236766B - Verfahren und Formwerkzeug zum Herstellen hohler oder massiver Gegenstaende aus thermoplastischem Kunststoff

Info

Publication number: DE1236766B
Application number: DEK44253A
Authority: DE
Inventors: Horst Knaebel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1961-07-15
Filing date: 1961-07-15
Publication date: 1967-03-16
Also published as: GB981203A; NL280749A; BE620241A; US3192569A; CH401448A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

B 29 c

Deutsche Kl.: 39 a2 -17/02

Nummer: 1 236 766

Aktenzeichen: K 44253 X/39 a2

Anmeldetag: 15. Juli 1961

Auslegetag: 16. März 1967

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein Formwerkzeug zum Herstellen hohler oder massiver Gegenstände aus thermoplastischem Kunststoff.

Bei den bekannten Verfahren zum Herstellen von Gegenständen aus thermoplastischem Kunststoff wird das Rohmaterial durch Gießen, Spritzen, Extrudieren, Tauchen oder Aufschichten in die Form der gewünschten Gegenstände gebracht. Alle diese genannten Verfahren zum unmittelbaren Verarbeiten des Rohmaterials haben einmal den Nachteil, daß das Rohmaterial in entsprechenden Anlagen vor der eigentlichen Verarbeitung aufbereitet werden muß. Außerdem hängt es sehr von der Eigenart des herzustellenden Gegenstandes und von der Eigenart des Rohmaterials ab, ob diese Verfahren überhaupt und welches Verfahren bei der Herstellung des Gegenstandes angewendet werden kann.

Bei anderen bekannten Verfahren werden vor der Herstellung des eigentlichen Gegenstandes die thermoplastischen Kunststoffe zu Halbfabrikaten wie Fo-Ken, Platten oder Schläuchen verarbeitet, welche dann durch Verformen mit Druckluft oder Vakuum oder durch Prägen im plastischen Zustand in die Form der herzustellenden Gegenstände gebracht werden. Diese letztgenannten Verfahren, die den erstgenannten Verfahren durch höhere Stückleistung pro Zeiteinheit und durch geringeren Materialaufwand pro Erzeugnis bereits überlegen sind, haben jedoch den Nachteil, daß außer dem eigentlichen Formwerkzeug für den herzustellenden Gegenstand eine weitere Maschine, wie etwa ein Extruder, ein Kalander oder Kneter, zur Herstellung des Halbfabrikates vorgesehen werden muß. Außerdem muß bei diesen Verfahren die für die Verformung des thermoplastischen Kunststoffes erforderliche Wärme möglicherweise in zusätzlichen Heizaggregaten erzeugt werden. Bei der Herstellung der Gegenstände nach den bekannten Verfahren bleibt meist sehr viel Abfall an thermoplastischem Kunststoff übrig. Selbst wenn dieser Abfall, was bei vielen der bekannten Verfahren der Fall ist, wieder verwendet werden kann,, so bedeutet diese Wiederverwendung doch einen erneuten Energieaufwand, um die Abfälle wieder in die Form der Halbfabrikate zu bringen. Darüber hinaus ist bei der Herstellung von Hohlkörpern nach den bekannten Verfahren das Verhältnis der Höhe zur Öffnungsweite des hergestellten Hohlkörpers begrenzt. Schließlich ist noch zu bemerken, daß nicht alle bekannten thermoplastischen Kunststoffe sich nach den bekannten Verfahren wirtschaftlich verarbeiten lassen. ■ Es ist ein Verfahren zum Verpressen warmverformbarer Kunststoffe bekannt, bei dem in einer ersten Verfahren und Formwerkzeug zum Herstellen
hohler oder massiver Gegenstände aus
thermoplastischem Kunststoff

Anmelder:

Horst Knäbel,

Sieglar (RhId.), Hitzbroicher Weg 48

Als Erfinder benannt:

Horst Knäbel, Sieglar (RhId.)

Verfahrensstufe ein Rohling hergestellt wird, der bereits annähernd die Endgestalt des gewünschten Erzeugnisses hat. Dieser Rohling wird dann mit Erweichungstemperatur in eine schnell schließende kalte Presse gebracht und nach dem sogenannten Kaltverformungsverfahren in dieser Presse so schnell in die Endgestält verpreßt, daß die im Rohling gespeicherte Erweichungswärme erst nach Erreichen der Endgestalt in die Wand der Presse abfließt. Das Verfahren arbeitet also mit einem zuvor auf Erweichungstemperatur gebrachten Kunststoff und ist durch seine Mehrstufigkeit und die in den verschiedenen Stufen erforderlichen Einrichtung aufwendig und umständlich;

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, dem die aufgezeigten Nachteile nicht anhaften.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der thermoplastische Kunststoff als Granulat in die Form eingebracht und unter der Wirkung der Schlagenergie des Stempels aufgeschmolzen und im Formraum ausgebreitet wird, woraufhin die Schmelze abgekühlt wird.

Das Formwerkzeug zur Durchführung dieses Verfahrens besteht aus einer das Granulat aufnehmenden Matrize und einem die Patrize bildenden Stempel sowie aus einem Gesenkschmiedehammer, wobei der Stempel erfindungsgemäß einen mit dem Gesenkschmiedehammer zusammenwirkenden massiven Amboßteil aufweist, der über die Matrize hinausragt, wenn der Stempel in die Matrize eingeführt ist.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird also der thermoplastische Kunststoff ohne jegliche Vorbearbeitung in Form des handelsüblichen Granulats dosiert und in das Fonnwerkzeug eingebracht. Sodann wird das Material durch unmittelbare Umwandlung Von mechanischer Energie in Wärmeenergie verflüs-

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sigt und in der Form ausgebreitet. Die in der Form am zylindrischen Teil 8 angeordneten Schnittkante

ausgebreitete Schmelze kühlt sich sofort ab und er- 20 zusammenarbeitet. Der eigentliche Herstellungs-

starrt. Etwa überdosiertes aus der Form herausge- Vorgang beginnt damit, daß aus dem Auslauf 13

tretenes Material wird sodann abgeschnitten, und das (F i g. 2) einer Dosierungsvorrichtung (nicht darge-

fertige Erzeugnis kann dem Formwerkzeug entnom- 5 stellt) eine möglichst genau dosierte Menge des ther-

men werden. moplastischen Kunststoffes in Form des handels-

Es ist zu erkennen, daß auf diese Weise nicht nur üblichen Granulats 14 in die Matrize 5 eingebracht jegliche vorbereitende Bearbeitung des Rohmaterials wird. Sodann wird der Stempel 10 mit seinem kegelentfällt, sondern zudem eine sehr hohe Produktions- stumpfförmigen Teil 7 in die Ausnehmung 18 der geschwindigkeit erreicht werden kann. Darüber hin- io Matrize 5 hinabgesenkt. Mit seinem zylindrischen aus ist es möglich, Rippen und Stege sowie Erhöhun- Teil 8 ragt der geführte Stempel 10 über die Matrize 5 gen und Warzen am hergestellten Gegenstand vorzu- heraus. Sodann wird auf das zylindrische Teil 8 des sehen, was bei den bisher bekannten Herstellungs- Stempels 10 mit einem Werkzeug (nicht dargestellt), verfahren nicht möglich war. Auch das Verhältnis wie etwa einem schweren Hammer oder einem Geder Höhe zur Öffnungsweite bei Hohlkörpern kann 15 senkschmiedehammer, ein energischer Schlag ausgebet dem neuen Verfahren wesentlich größer sein. Bei führt. Die kinetische Energie des Hammerschlages genauer Dosierung des in das Formwerkzeug einge- wird durch den Stempel 10 auf das Granulat 14 überbrachten Granulats kann die Abfallquote außer- tragen. Im Granulat 14 verwandelt sich diese kineordentlich gering gehalten werden. Zudem ist der an- tische Energie in Wärmeenergie, so daß das thermo-· fallende Abfall ohne Aufbereitung wieder verwend- 20 plastische Granulat vollständig aufschmilzt. Dieser bar. Schließlich bleibt noch zu erwähnen, daß nach Vorgang vollzieht sich außerordentlich schnell, so daß dem Verfahren gemäß der Erfindung auch bisher der geschmolzene thermoplastische Kunststoff noch wirtschaftlich nicht verwendbare Grundstoffe, wie unter der Wirkung des Hammerschlages in den Hohletwa Polyäthylen, wirtschaftlich verarbeitet werden räumen 15 zwischen der Matrize 5 und Stempel 10 können. 25 aufsteigt. Die Menge des Granulates wurde so be-;

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich messen, daß der aufgeschmolzene thermoplastische aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfüh- Kunststoff den Hohlraum 15 genau ausfüllt oder ge^ rungsbeispieles der Erfindung, wobei auf die ange- ringfügig oben aus der Form herausquillt. Der auffügten Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen geschmolzene und im Hohlraum 15 aufgestiegene die Herstellung eines dünnwandigen Hohlkörpers 30 thermoplastische Kunststoff kühlt sich an den Wan-: nach dem Verfahren und in einem Formwerkzeug düngen der Matrize 5 und des Stempels 10 sofort ab gemäß der Erfindung dargestellt ist. und erstarrt. In Fig. 3 ist weiterhin dargestellt, wie

F i g. 1 der Zeichnungen zeigt im Schnitt ein Aus- das aus der Form oben herausgetretene überschüssige

führungsbeispiel des Formwerkzeuges zur Durchfüh- Material 16 durch das Messer 9 von der mit der

rung des Verfahrens gemäß der Erfindung, und zwar 35 Schnittkante 20 zusammenarbeitenden Schnittkante¹

in derjenigen Stellung, in der sich das Formwerkzeug 19 abgeschnitten wird. In Fig. 4 ist schließlich zu

vor Beginn des Verfahrens befindet; sehen, daß der Stempel 10 nach der Abtrennung des

Fig. 2 ist ein Schnitt gemäß Fig. 1 nach dem Ein- Überschusses 16 nach oben aus der Matrize 5 herfüllen des Granulats in die Matrize; ausgehoben wurde. Der fertige Becher 17 wurde so-

F i g. 3 zeigt in einem ähnlichen Schnitt die Stel- 40 dann durch den Stab 11 aus der Matrize 5 heraus-

lung des Formwerkzeuges nach dem Absenken des gehoben und durch einen Luftstrom 21 aus dem

Stempels und nach dem Aufschmelzen und Verteilen Formwerkzeug herausbefördert. Der Stab 11 senkt

des thermoplastischen Kunststoffes in der Form, sich daran anschließend wieder ab, mit einem Ab-

und in streifer wird der Überschuß 16 vom zylindrischen'

F i g. 4 ist schließlich dargestellt, wie der herge- 45 Teil 8 entfernt, und das Formwerkzeug befindet sich

stellte Gegenstand nach Erkalten im Formwerkzeug wieder in der Stellung der Fig. 1 zum neuerlichen

und nach Anheben des Stempels aus der Matrize Beginn der Herstellung eines Bechers,

herausgehoben und zur Seite wegbefördert wird. Bei der Herstellung von Tuben oder anderen nach

Die F i g. 1 bis 4 zeigen also den Ablauf des erfin- der Formung noch weiter zu verarbeitenden Artikeln

dungsgemäßen Verfahrens in den verschiedenen Ar- 5° nach dem Verfahren gemäß der Erfindung ist es

beitsstellungen des erfindungsgemäßen Formwerkzeu- unter Umständen nicht nötig, den oberen Rand des

ges. In Fig. 1 steht die massive Matrize5 auf einer Artikels zu beschneiden, da dies zusammen mit dem

festen Unterlage 6. Da im dargestellten Ausführungs- später erfolgenden Verschweißen des Artikels erfol-.

beispiel ein kegelstumpfförmiger, dünnwandiger gen kann.

Becher aus thermoplastischem Kunststoff hergestellt 55 Die Stärke des auf den Stempel 10 geführten Ham-

werden soll, hat die Matrize 5 eine Ausnehmung 18, merschlages ist natürlich von der Eigenart des zu

die der äußeren Gestalt des herzustellenden Bechers verarbeitenden thermoplastischen Kunststoffes ebenso

entspricht. Am Boden der Ausnehmung 18 ist eine wie von der Art des herzustellenden Gegenstandes

den Boden des Bechers formende Platte 12 befestigt. abhängig. Wenn auch eventuell überschüssige Schlag-

Ein Stabil tritt durch die massive Unterlage6 hin- ^6o energie in der Matrize durch Anschläge für den

durch und ist vertikal beweglich (hierfür vorgesehene Stempel (nicht dargestellt) abgefangen wird, so ist es

Mittel nicht dargestellt). Der in Fig. 1 aus der Ma- doch aus Wirtschaftlichkeitsgründen zweckmäßig,

trize 5 nach oben herausgefahrene Stempel 10 be- nicht mehr Schlagenergie aufzuwenden, als für den

steht aus einem der inneren Hohlform des herzustel- Herstellungsvorgang erforderlich ist. lenden Hohlkörpers entsprechenden Kegelstumpf 7 ⁶5 Es kann vorteilhaft sein, das Formwerkzeug beim und einem darüber angeordneten zylindrischen Teil 8. Anlaufen der Produktion auf eine Temperatur von Am oberen Rand der Matrize 5 ist ein Schnittmesser 9 etwa 40 bis 7O⁰C zu erwärmen. Hat nämlich das angeordnet, das mit seiner Schnittkante 19 mit einer Formwerkzeug Raumtemperatur, so erstarrt der

durch den Schlag verflüssigte thermoplastische Kunststoff an der Formwandung schneller, als die Ausbreitung der Schmelze im Hohlraum 15 erfolgt. Diese Aufheizung ist jedoch nur beim Beginn der Produktion erforderlich. Bei fortlaufender Produktion nimmt das Formwerkzeug aus dem aufgeschmolzenen thermoplastischen Kunststoff Wärme auf. Die aufgenommene Wärme kann so groß werden, daß es notwendig wird, das Formwerkzeug bei fortlaufender Produktion zu kühlen. Die Heiz- und Kühlvorrichtung besteht also vorteilhafterweise aus einem Röhrensystem, durch das zu Beginn der Produktion ein heißes Medium und nach Anlaufen der Vorrichtung ein Kühlmittel geleitet werden kann.

Der Erfindungsgedanke der Erfindung ist selbstverständlich nicht durch die hier beschriebene Herstellung eines dünnwandigen Bechers nach dem erfindungsgemäßen Verfahren umgrenzt. Auch das hier beschriebene Formwerkzeug zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens umgrenzt in keiner Weise ao den Erfindungsgedanken. Die Verfahrensschritte im einzelnen ebenso wie die Ausführung des Formwerkzeuges sind sehr von der Art des herzustellenden Gegenstandes abhängig. Der eigentliche Erfindungsgedanke liegt, wie in den Ansprüchen formuliert, in der Herstellung des Gegenstandes aus thermoplastischem Kunststoff unter unmittelbarer Verwendung des handelsüblichen Granulats durch Schlag-Schmelz-Pressen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen hohler oder massiver Gegenstände aus thermoplastischem Kunststoff, bei dem der Kunststoff ohne Vorwärmung in einer als Gesenk ausgebildeten Form unter der schlagartigen Einwirkung eines Stempels verformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff als Granulat in die Form eingebracht und unter der Wirkung der Schlagenergie des Stempels aufgeschmolzen und im Formraum ausgebreitet wird, woraufhin die Schmelze abgekühlt wird.

2. Formwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einer das Granulat aufnehmenden Matrize und einem die Patrize bildenden Stempel sowie aus einem Gesenkschmiedehammer, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (10) einen mit dem Gesenkschmiedehammer zusammenwirkenden massiven Amboßteil (8) aufweist, der bei in die Matrize (5) eingeführtem Stempel (10) über die Matrize hinausragt.

3. Formwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Rand der Matrize (5) ein Schneidmesser (9) angebracht ist, das mit einer am Stempel (10) angeordneten Gegenschneide (20) zusammenarbeitet.

4. Formwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Matrize (5) ein Röhrensystem angeordnet ist, das je nach Bedarf an einen Heiz- oder Kühlmittelkreislauf anschließbar ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 752 493;

deutsche Auslegeschrift Nr. 1157 767;

USA.-PatentschriftNr. 2 399 592;

Buch von Kainer, Polyvinylchlorid und PoIyvinylchlorid-Mischpolimerisate, Springer-Verlag,
1951, S. 282.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen