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Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von hohlen Gegenständen aus
thermoplastischem Kunststoff Es sind Verfahren bekannt, bei welchen der erweichte
thermoplastische Kunststoff durch eine ringförmige Düse in Form eines Schlauches
in eine dem fertigen hohlen Gegenstand entsprechende Blasform ausgepreßt und in
dieser Blasform durch Einführen eines Druckmittels aufgebläht wird. Das Druckmittel
wird dabei durch eine Einstichnadel oder eine in der Längsachse der ringförmigen
Düse liegenden Zuführleitung eingeblasen. Dieses Verfahren eignet sich gut für Werkstoffe,
die im erweichten Zustand erheblich zähflüssig sind, sind aber für die Bearbeitung
von thermoplastischen, im plastifizierten Ausgangszustand dünnflüssigen Kunststoffen,
wie Polyamidkunststoffe, ungeeignet, da der ausgepreßte Schlauch erschlafft und
unter der Wirkung des eigenen Gewichtes von sich aus abbricht.
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Die Erfindung betrifft nun ein Herstellungsverfahren sowie eine Vorrichtung
zum Durchführen dieses Verfahrens, mit dem es möglich ist, hohle Gegenstände wie
Flaschen u. dgl. auch aus im plastifizierten Ausgangszustand dünnflüssigen thermoplastischen
Kunststoffen herzustellen. Das erfindungsgemäße Verfahren geht dabei von einem Verfahren
bekannter Art aus, bei dem eine bestimmte Menge von plastifizierter Kunststoffmasse
in eine Füllform eingepreßt und in derselben ein Hohlpfropfen mit achsparalleler
Umfangsfläche und vollem Vorderende um einen Dorn erzeugt wird, worauf der auf dem
Dorn sitzende Hohlpfropfen in einem Formraum zum fertigen Hohlgegenstand aufgebläht
wird. Bei diesem bekannten Verfahren befindet sich der Dorn bereits vor dem Einpressen
der plastifizierten Masse in der Füllform, und das Bilden des Hohlpfropfens geschieht
auf die Weise, daß die plastifizierte dünnflüssige Masse am oberen Ende der Füllform
von der Seite unmittelbar in dieselbe eingespritzt wird. Im Prinzip handelt es sich
hierbei um ein Gießen des Hohlpfropfens.
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Die Einspritzung der dünnflüssigen Kunststoffmasse kann zu Luftblasen
in dem sich bildenden Hohlpfropfen führen, da die Masse während des Füllvorganges
in der Füllform in zwei Richtungen fließt, nämlich in Umfangsrichtung des Dornes
und in Richtung der Dornerstreckung. Dadurch bildet die plastifizierte Masse in
der Füllform kein in sich zusammenhängendes kompaktes Ganzes mit einer gleichmäßigen
Dichte, vielmehr sind durch die Füllbewegung der Masse in derselben Lufteinschlüsse
vorhanden, die zur Folge haben, daß bei der nachfolgenden Aufblähung des Hohlpfropfens
derselbe zerplatzt.
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Bei einem anderen bekannten, noch älteren Verfahren zum Herstellen
von hohlen Gegenständen aus thermoplastischem Kunststoff, bei dem ebenfalls in einer
Füllform ein Hohlpfropfen mit achsparalleler Umfangsfläche und vollem Vorderende
in der Füllform um einen Dorn erzeugt wird und nachfolgend der auf dem Dorn sitzende
Hohlpfropfen in einem Formraum zum fertigen Hohigegenstand aufgebläht wird, wird
der Kunststoff im pulverigen oder körnigen Zustand in die Füllform eingefüllt und
durch Erhitzen in den plastifizierten Zustand gebracht. Das Bilden des Hohlpfropfens
kann hierbei so geschehen, daß der Dorn nach dem Erhitzungsvorgang aus einer zurückgezogenen
Stellung in die in der Füllform befindliche plastifizierte Masse eingetrieben wird.
Bei diesem bekannten Verfahren, das ebenfalls auf ein Gießen des Pfropfens hinausläuft,
besteht eine noch größere Gefahr der Blasenbildung in dem Hohlpfropfen; denn die
ursprünglich im pulverigem oder körnigem Zustand in der Füllform befindliche Kunststoffmasse
schließt in sich von vornherein Luftblasen ein, die auch durch den nachfolgenden
Erhitzungsvorgang nicht aus der Füllform entfernt werden können. Außerdem stellt
bei diesem bekannten Verfahren das erforderliche Erhitzen des Kunststoffes in der
Füllform einen zusätzlichen Verfahrensschritt dar, der den Herstellungsprozeß kompliziert
und eine Serienherstellung erschwert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei dem bekannten Verfahren
zum Herstellen von hohlen
Gegenständen aus thermoplastischem Kunststoff,
bei welchem eine Menge plastifizierter Masse in eine Füllform eingepreßt, dann ein
Hohlpfropfen mit achsparalleler Umfangsfläche und vollem Vorderende in der Füllform
um einen Dorn erzeugt und anschließend der auf dem Dorn sitzende Hohlpfropfen in
einem Formraum zum fertigen Hohlgegenstand aufgebläht wird, die Blasenbildung beim
Erzeugen des Massehohlpfropfens zu verhindern und dieses bekannte Verfahren so weiterzubilden,
daß sich dasselbe zur Verarbeitung von im plastischen Zustand dünnilüssig werdenden
thermoplastischen Kunststoffen wie z. B. von Polyamiden eignet. Ein weiteres Ziel
der Erfindung besteht in der Schaffung einer Vorrichtung zum Durchführen eines derartigen
Verfahrens.
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Die genannte Aufgabe wird in bezug auf das betreffende bekannte Verfahren
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Einpressen der Masse in die Füllform durch
Strangpressen eines massiven Strangstückes im wesentlichen gleichen Querschnittes
wie desjenigen der Füllform in diese hinein erfolgt und aus dem Strangstück der
Hohlpfropfen in der Füllform erst anschließend durch Eintreiben des Dornes gebildet
wird.
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Die erfindungsgemäße Kombination des Strangpressens eines massiven
Strangstückes in die Füllform zum Füllen derselben in Verbindung mit dem anschließenden
Eintreiben des Dornes erbringt den Vorteil eines völlig blasenfreien Hohlpfropfens,
da durch das Strangpressen das in die Hohlform eingedrückte Strangstück in sich
verfestigt und kompakt ist. Dadurch wird eine Störung des inneren Zusammenhanges
der plastifizierten Masse ausgeschlossen, zumal das Füllen der Füllform nur in einer
Richtung, nämlich in der mit der Längsachse der Füllform zusammenfallenden Strangpreßrichtung
vor sich geht, so daß die in der Füllform enthaltende Luft vor dem Strangpreßstück
her vollständig aus der Form herausgedrückt wird.
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Auf Grund der Tatsache, daß bei der Erfindung die in die Füllform
eingebrachte plastifizierte Masse in sich verfestigt ist und sich deshalb selbst
zusammenhält, braucht diese Füllform während des Füllvorganges nicht, wie es bei
den bekannten Verfahren der Fall ist, an ihrem dem Blasformraum zugewandten Ende
geschlossen werden, sondern kann ständig an diesem Ende offengehalten werden. Da
außerdem das Erhitzen des thermoplastischen Werkstoffes nicht, wie es bei dem einen
bekannten Verfahren der Fall ist, in der Füllform geschieht, sondern getrennt davon
in der Strangpresse vor sich gehen kann, ist das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere
zur Anwendung bei der Serienherstellung von hohlen Gegenständen aus thermoplastischem,
in Verarbeitungszustand dünnflüssigem Kunststoff geeignet.
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Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung zum Durchführen des beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens, wie
sie in den Ansprüchen mit beansprucht ist, näher beschrieben.
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Fig. 1 zeigt einen senkrechten Schnitt durch die Hauptteile des Ausführungsbeispieles;
F i g. 2 und 3 zeigen Schnittdarstellungen verschiedener in F i g. 1 dargestellter
Teile bei zwei verschledenen Arbeitsstufen, während Fig. 4 in größerem Maßstab einen
Teil der verwendeten Blasform mit eingeführter Hohlnadel zeigt.
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Wie Fig.1 zeigt, ist eine Stahlwelle 10 um ihre serllcrecht verlaufende
Längsachse X-X drehbar gelagert. Auf der Welle 10 sitzt ein Zahnrad 11, mit welchem
ein Ritzel 12 kämmt, welches über die das Ritzel tragende Welle 13 mit einem nicht
dargestellten Motor verbunden ist. Der die Welle 13 des Ritzels 12 antreibende Motor
hat einen Regler, durch den der Motor derart gesteuert wird, daß die Welle 10 ruckweise
stets um gleiche Winlcelabstände um die Achse X-X gedreht wird. Am oberen Ende der
Welle 10 ist ein kreisrunder Drehtisch 14 befestigt, der aus zwei aufeinanderliegenden,
waagerecht angeordneten Scheiben 15 und 16 besteht.
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In F i g. 1 ist nur derjenige Teil des Drehtisches 14 im Schnitt
gezeichnet, welcher links von der Achse X-X liegt. Die Scheibe 15 des Drehtisches
hat am Umfang. einen senkrecht nach oben gerichteten etwa zylindrischen Flansch
17, während die Scheibe 16 einen ähnlichen, nach unten gerichteten Flansch 18 besitzt,
welcher radial nach außen abgebogen ist, um über den ganzen Umfang der Scheibe 16
einen Radialflansch 19 zu bilden. Längs dieses Radialflansches 19 ist eine Anzahl
von zylinderförmigen Naben im Kreis angeordnet, welche Füllformen 20 bilden und
von dem Radialflansch 19 nach unten abstehen. Die Füllformen 20 umschließen im Inneren
jeweils eine zylindrische, in senkrechter Richtung verlaufende Füllkammer 21 und
sind in gleichen Winkelabständen, wie die Welle durch den Antriebsmotor ruckweise
gedreht wird, um die Achse X-X verteilt. Jede Füllkammer 21 ist an ihrem oberen
und unteren stirnseitigen Ende ständig offen, wobei die obere Mündung jeder Füllkammer
21 in einen ringförmigen Wulst 22 ausmündet, der an der Oberseite des Radialfiansches
19 ausgebildet ist und sich längs des gesamten Umfanges dieses Flansches erstreckt.
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Ferner ist eine Strangpresse 23 mit einem Strangpreßkanal 24 vorgesehen,
welcher an seinem vorderen Ende in den sich waagerecht erstreckenden Strangpreßkanal
25 einer Strangpreßdüse 26 übergeht. Die Strangpreßdüse 26 ist mittels einer Gewindebüchse
27 an der ortsfesten Strangpresse 23 befestigt und weist ein nach unten abgewinkeltes
Endteil auf, dessen kreisförmiger Öffnungsquerschnitt dem Innenquerschnitt der Füllkammern
21 entspricht und das durch das ruckweise Drehen des Tisches 14 nacheinander mit
der oberen Mündung jeder Füllkammer 21 in Verbindung gebracht werden kann. Um dabei
eine gute Abdichtung zwischen der Strangpreßdüse 26 und den die Füllkammern 21 begrenzenden
Wänden zu erhalten, besitzt das nach unten abgebogene Düsenende ein dem Profil des
Wulstes 22 komplementäres Profil, so daß bei Drehung des Tisches 14 die einander
zugewandten Stirnflächen der Strangpreßdüse 26 und des Wulstes 22 unter dichter
Anlage aneinander vorbeigleiten.
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Jeder Füllform 20 ist ein Halter 32 für einen axial in ihm geführten
Dornträger 36 sowie eine Blasform 40 zugeordnet, die beide an dem Drehtisch 14 befestigt
sind und mit der zugehörigen Füllform 20 eine gleichachsige Einheit bilden. Der
Halter 32 ist dabei im Abstand oberhalb der betreffenden Füllform 20 angeordnet,
so daß das abgewinkelte Endteil der Strangpreßdüse 26 in Querrichtung zwischen die
Füllform und den Halter 32 hineinragt, während die Blasform 40 im Abstand unterhalb
der zugeordneten Füllform 20 liegt und aus zwei Formhälften 41 und 42 besteht, welche
quer verschieblich sind und
im geschlossenen Zustand einen den äußeren
Abmessungen der herzustellenden Gegenstände entsprechenden Formraum 43 umschließen.
Zum Verschieben der beiden Formhälften 41 und 42 sind dieselben an Kolbenstangen
45 von in Hydraulikzylindern 44 verschiebbaren Kolben befestigt. Die Zylinder 44
sind dabei an einem jeder Blasform zugeordneten Haltearm 46 angebracht, der mittels
einer Schraube 47 an dem Drehtisch 14 festgehalten ist.
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Die in den Haltern 32 in sich in axialer Richtung erstreckenden Führungsbohrungen
35 geführten Dornträger 36 weisen an ihrem unteren Ende jeweils einen Eintreibdorn
38 auf, der zusammen mit dem betreffenden Dornträger einen axialen Kanal für die
steuerbare Zuführung von Blasdruckluft aufweist.
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Der Eintreibdorn 38 kann dabei über den Dornträger 36 aus einer zurückgezogenen
Stellung oberhalb der Strangpreßdüse 26 so weit durch die zugehörige Füllkammer
21 hindurch vorgeschoben werden, daß er in ganzer Länge in den gleichachsig zur
Füllkammer angeordneten Formraum 43 der Blasform 40 hineinragt. Zu diesem Zweck
ist an der Außenseite jedes Dornträgers 36 ein Antriebskolben 34 befestigt, der
im Inneren eines Zylinderraumes 33 des betreffenden Halters 32 untergebracht ist
und durch Einführen eines Druckmittels in diesen Zylinderraum nach unten verstellt
werden kann. Außerdem weist der Halter 32 an seiner Außenseite einen gleichfalls
fest angebrachten Antriebskolben 31 auf, der im Inneren eines den Halter 32 in axialer
Richtung verschiebbar haltenden und am Drehtisch 14 fest angebrachten Lagerkörpers
30 untergebracht und durch Einleiten eines Druckmittels in dem Lagerkörper gleichfalls
in axialer Richtung verstellt werden kann. Dadurch ist es möglich, nach einer ruckweisen
Bewegung des Drehtisches 14, die eine Trennung der betreffenden Füllform 20 von
der Strangpreßdüse 26 zur Folge hat, den Lagerkörper 30 mit seiner nach unten weisenden
Stirnfläche 39, die wie die Strangpreßdüse 26 ein dem Wulst 22 entsprechendes Querschnittsprofil
besitzt, auf die obere Mündung der betreffenden Füllform aufzusetzen und im Anschluß
daran den Eintreibdorn 38 aus seiner zurückgezogenen Stellung durch die Füllform
nacl unten hindurchzubewegen.
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Wie ferner Fig. 1 erkennen läßt, wird jede Füllform 20 jeweils von
einem Heizkörper 50 umschlossen, der beispielsweise ein elektrischer Widerstand
sein kann und sicherstellt, daß das in die betreffende Füllform eingeführte Material
auf die gewünschte Verarbeitungstemperatur erhitzt wird bzw. diese Temperatur beibehält.
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Im folgenden wird die Arbeitsweise der beschriebenen Vorrichtung
erläutert: Die Vorrichtung soll infolge einer Schwenkung des Tisches 14 um die Achse
X-X in die in F i g. 1 dargestellte Stellung gelangt sein. In dieser Stellung befinden
sich die Kolben 31 und 34 in ihrer oberen Endstellung, und die Formhälften sind
vollständig geöffnet. Die Strangpreßdüse 26 liegt mit ihrer Mündung an der oberen
Mündung der Füllkammer 21 an.
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In dieser Stellung, in der die Vorrichtung eine bestimmte Zeitspanne
bleibt, wird in einer ersten Arbeitsstufe mittels der Strangpresse 23 ein Strangabschnitt
aus erhitztem Kunststoff durch die Düse 26 unmittelbar in die Füllkammer 21 hineingedrückt,
und zwar z. B. bis zu der durch den gestrichelten Meniskus in Fig. 1 angegebenen
Tiefe. Danach erfolgt
die Drehung des Tisches 14 um einen Arbeitsschritt.
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Dadurch schleift die Mündung der Düse 26 längs des Wulstes 22, und
der in die Füllkammer 21 ausgepreßte Strangabschnitt wird vom übrigen, in der Strangpresse
verbleibenden Werkstoff abgetrennt, wobei die Mündungen der Strangpreßdüse 26 und
der betreffenden Füllform 20 als Scherkanten wirken.
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Dies hat zur Folge, daß der Strangabschnitt nicht länger dem Druck
der Strangpresse ausgesetzt wird, und der Strangabschnitt stützt sich von selbst
durch Anhaften an den Wänden der Füllkammer 21 in diesem Raum ab.
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Infolge der Teildrehung des Tisches 14 kommt dabei die Düse 26 vor
die nächstfolgende Füllform, worauf sich die oben beschriebenen Vorgänge wiederholen.
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Nachdem die Füllform 20 gleichzeitig mit dem Auspreßvorgang durch
die Heizung 50 erwärmt worden ist, wird die in die Füllkammer 21 dieser Füllform
ausgepreßte Werkstoffportion mit der zu ihrer weiteren Verarbeitung erforderlichen
Dünnflüssigkeit dem nächsten Arbeitsschritt unterzogen. Dieser nächste Arbeitsschritt
besteht darin, daß auf die den Strangabschnitt enthaltende Füllform, die nicht mehr
mit der Strangpreßdüse 26 in Verbindung steht und somit an ihrem oberen Ende offen
ist, der den Eintreibdorn 38 in seiner zurückgezogenen Stellung enthaltende Halter
32 mit seiner nach unten weisenden Stirnfläche 39 aufgesetzt wird, wie es in Fig.
2 gezeigt ist. Dies wird durch Einleiten eines Druckmittels in das Innere des Lagerkörpers
30 bewirkt.
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Im Anschluß daran wird dem Zylinderraum 33 des Halters 32 Druckluft
zugeführt, so daß der Dornträger 36 nach unten bewegt wird und der Eintreibdorn
38 in die im Inneren der Füllform 30 befindliche Werkstoffportion 60 eindringt,
ohne dieselbe ganz zu durchbohren. Durch die weitere Abwärtsbewegung des Dornträgers
36, der einen der Füllkammer 21 gleichen Querschnitt besitzt, wird die Werkstoffportion
mittels des unteren stirnseitigen Endes 36 a (F i g. 4) des Dornträgers 36 aus der
Füllkammer 21 herausgedrückt und in den Formraum 43 der offenen Blasform 40 eingebracht,
wie es in F i g. 3 dargestellt ist.
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Der Eintreibdorn 38 wird bei diesem Vorgang verhältnismäßig kühl
gehalten, so daß dessen Eindringen in die Werkstoffportion 60 ohne nennenswertes
Ankleben des Werkstoffes an den Dorn erfolgt.
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Sobald der Eintreibdorn 38 in die in Fig. 3 gezeigte Stellung gebracht
worden ist, werden die beiden Formhälften 41 und 42 geschlossen. Die Formhälften
sind dabei derart ausgebildet, daß sie in der geschlossenen Stellung mit ebenen
Flächen aneinanderstoßen, abgesehen von einem Abschnitt an der Oberseite 40a der
Blasform, welcher ausgespart ist, um einen zylindrischen Abschnitt 38 a (Fig. 4)
des von oben in die Blasform hineinragenden Eintreibdornes 38 zu umschließen und
den auf diesem Abschnitt befindlichen Werkstoff zwischen sich luftdicht einzuspannen.
Der zylindrische Abschnitt 38 a bildet den Übergang des Eintreibdornes 38 zu dem
Dornträger 36 und hat im Vergleich zu diesem einen kleineren Durchmesser.
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Nach dem Schließen der Blasform 40 wird dann durch den Kanal 37 in
den Dornträger 36 und den Dorn 38 Druckluft hindurchgeführt, wodurch die Portion
60 aufgebläht und der thermoplastische Werkstoff an die Wandung des Formraumes 43
angepreßt
wird. Dieser Vorgang erfordert besondere Sorgfalt, da
der Anfangsdruck der eingeblasenen Luft niedrig genug gehalten werden muß, damit
der an der Spitze des Dornes befindliche Teil 60a nicht durchbohrt wird. Bei entsprechender
Druckeinstellung löst die Luft den Werkstoff allmählich von der Spitze und Umfangsfläche
des Dornes 38 ab. Nach erfolgtem Ablösen des Werkstoffes von dem Dorn kann der Druck
der Druckluft auf dem üblicherweise bei der Herstellung von Hohlgegenständen mittels
eines Hohldornes verwendeten Wert erhöht werden.
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Die oben beschriebenen Arbeitsschritte erfolgen bei sich um die Achse
X-X drehenden Tisch 14, wobei sämtliche Bewegungen selbsttätig, z. B. mittels eines
feststehenden Nockens bzw. eines elektrischen Wahlschalters od. dgl. gesteuert werden
können, und zwar so, daß bestimmte Arbeitsschritte auf Grund der jeweils durch den
Tisch bei seiner Drehung erreichten Winkelstellung gesteuert werden. Bei Steuerungen
dieser Art läßt sich die Ausdehnungsluftzufuhr zum Dorn 38 leicht unter Kühlung
der Blasform 40, z. B. durch Wasser bzw. umlaufendes Wasser, während einer ausreichenden
Teildrehung des Tisches aufrechterhalten, damit der in die Form ausgedehnte Werkstoff
zwecks Herausnahme aus der Form sich entsprechend verfestigen kann. Im allgemeinen
beträgt die Größe dieser Teildrehung des Tisches ungefähr 270 bis 3000.
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Nach erfolgtem Aufblähen und Erhärten des Werkstoffes in Berührung
mit der Wandung des Formraumes 43 gelangt die Form LBO dann in unmittelbare Nähe
der Abstreifstelle, an welcher das Druckmittel für den Lagerkörper 30 und den Zylinderraum
33 ohne Öffnen der Form umgesteuert wird, wodurch die Kolben 31, 34 in ihre in F
ig. 1 dargestellte Anfangsstellung zurückkehren. Da die Blasform geschlossen ist,
löst sich der geformte Hohlgegenstand von dem Dorn 38 ab und verbleibt in der Form.
Bei einer weiteren Teildrehung des Tisches t4 gelangt schließlich die Form zur Abstreifstelle,
an welcher die Form geöffnet wird und der fertige Gegenstand in einen Aufnahmekorb
od. dgl. herunterfällt. Der Abstreifstelle kann eine Entgratungsstelle vorangehen,
bei welcher ein Messer längs der Oberfläche 40 a der Blasform 40 geführt wird, um
den Grad 60 b (F ig. 4) scharf abzuschneiden. Das Messer kann am Gestell der Vorrichtung
fest angeordnet sein, so daß die Grate bei Vorbeibewegen der Form vom Messer abgeschnitten
werden. Diese vorteilhafte Anordnung wird dadurch ermöglicht, daß die Teildrehungen
des Tisches fast ruckweise erfolgen, wodurch ein scharfer Schnitt entsteht.