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Spritzverfahren und Einrichtung zum Herstellen von Gummiformartikeln
Die Erfindung bezieht sich auf ein Spritzverfahren zum Herstellen von Gummiformartikeln,
bei dem eine vulkanisierbare Kautschukmischung mit im wesentlichen der Raumtemperatur
entsprechender Temperatur vor dem Einspritzen in eine beheizte Form auf eine noch
nicht zur Vulkanisation führende höchstmögliche Temperatur allmählich und im wesentlichen
stufenweise vorgewärmt, in die Form eingespritzt und als Formartikel ausvulkanisiert
wird.
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Es ist bereits ein Spritzverfahren zum Herstellen von Gummiformartikeln
bekannt, bei dem die gesamte in den Spritzzylinder eingebrachte Kautschukmasse vorgewärmt
und anschließend in einem einzigen Arbeitsgang in die Form eingespritzt wird. Der
Spritzzylinder steht dabei aber schon während der ganzen Dauer des Vorwärmvorganges
mit der Form in Verbindung, was sich auf die Temperaturführung ungünstig auswirkt.
Mit dem Niederfahren trifft der Spritzkolben auf eine durch und durch erweichte
Kautschukfüllung, die infolge ihres zähflüssigen Zustandes zu großen Abdichtungsschwierigkeiten
für den von oben in den Spritzzylinder eintauchenden Kolben führt und auch beim
Rücklauf des Spritzkolbens zum Teil wieder mitgezogen wird und die Zylinderwandungen
verschmiert.
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Für die weiterhin bekannten Spritzverfahren zum Herstellen von Formartikeln
aus thermoplastischen oder härtbaren Kunststoffen liegen von vornherein gegenüber
Kautschukmischungen wesentlich andersartige Ausgangsbedingungen vor, weil diese
Kunststoffe aus einem vorgewärmten Spritzzylinder in eine kalte Form ausgeschoben
und in dieser zum Gelieren gebracht werden. Es kommt hinzu, daß nach den bekannten
Verfahren die gesamte in dem Zylinder befindliche Kunststoffmasse jeweils mit einem
einzigen Arbeitshub des Spritzkolbens in die Form eingespritzt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen,
bei dem die obengenannten Nachteile des Verschmierens der Zylinderwandungen vermieden
sind. Nach der Erfindung wird bei dem genannten Verfahren die Vorwärmung der Kautschukmischung
für den Spritzhub entsprechende Teilmengen durchgeführt.
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Eine solche stufenweise Vorwärmung der Kautschukmischung hat zur
Folge, daß sich unmittelbar vor dem Spritzkolben zu jedem Zeitpunkt eine vergleichsweise
kalte Teilmenge befindet, die mit dem nächsten Spritzhub in die erste Heizzone vorgeschoben
und nach dem Rücklauf des Spritzkolbens durch eine neue kalte Teilmenge ersetzt
wird. Da mit jedem Spritzhub jeweils nur eine Teilmenge des gesamten
Zylinderinhaltes
durch die Spritzdüse ausgeschoben wird, führt die betrachtete Teilmenge dabei stufenweise
Zustandsänderungen vom kalten Rohzustand beispielsweise in Granulatform beim Einfüllen
in den Zylinder bis zum teigigen oder pastösen Zustand beim Eintreten in die Spritzdüse
durch, wobei die höheren Temperaturen mit den entsprechenden Plastifizierungswerten
erst nach dem Verlassen des dem Spritzkolben unmittelbar vorgelagerten Zylinderbereiches
auftreten. Der Spritzkolben, der in jeder Phase des Arbeitsvorganges nur mit dem
unter Raumtemperatur eingegebenen Rohkautschuk in Berührung kommt, kann ohne die
Gefahr von Undichtigkeit mit einem gewissen Spiel in dem unbeheizten hinteren Teil
der Zylinderbohrung geführt werden, und auch die von ihm bestrichenen Bohrungswandungen
bleiben stets sauber, da sich der Kolben beim Rücklauf ohne Nachziehen von Rückständen
von der vorgeschobenen, ihrer niedrigen Temperatur wegen noch nicht klebrig gewordenen
letzten Teilmenge ablöst.
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Zweckmäßigerweise wird nach jedem Spritzhub eine dem Spritzhub entsprechende
Teilmenge der Kautschukmischung von im wesentlichen der Raumtemperatur entsprechender
Temperatur unter Druck nachgefördert. Ferner betrifft die Erfindung eine Einrichtung
zur Durchführung des Verfahrens mit einem in bezug auf die Form verschiebbaren,
eine Spritzdüse tragenden beheizbaren Spritzkopf, der einen Spritzzylinder für einen
durch ein Druckmittel beaufschlagbaren Spritzkolben enthält. Gemäß der Erfindung
ist das Arbeitsvolumen des Preßzylinders in dem Spritzkopf wesentlich größer als
das dem Hub des Spritzkolbens entsprechende Arbeitsvolumen.
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Das Verfahren und die Einrichtung sind an Hand der schematischen
Darstellung beispielsweise in der Zeichnung verdeutlicht. In der Zeichnung ist Fig.
1 eine zur Durchführung des Spritzverfahrens
verwendete Einrichtung
mit senkrechter Spritzrichtung im Schnitt, F i g. 2 eine abgeänderte Einrichtung
in gleichartiger Darstellung, F i g. 3 die Schnittdarstellung einer Einrichtung
mit waagerechter Spritzrichtung und F i g. 4 die Anordnung einer Einrichtung mit
mehreren zugeordneten Formen.
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Als Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens kann eine gemäß F
i g. 1 aufgebaute Spritzpresse Verwendung finden. Die Presse enthält als wesentlichen
Bestandteil einen Spritzkopf 1, der unter der Wirkung eines Druckmittelzylinders
2 in senkrechten Führungen 3 auf und ab bewegt werden kann. Der Spritzkopf 1 trägt
am oberen Stirnende die nach oben konisch sich verengende Spritzdüse 4 und enthält
im Inneren den als Differentialkolben ausgebildeten Spritzkolben 5, der auf seiner
der Arbeitsfläche 5' abgekehrten größeren Unterfläche mit Druckmittel beaufschlagt
werden kann. Seitlich an den Spritzkopf ist eine Fördereinrichtung in Form einer
Preßschnecke 6 mit einem Antriebsmotor 7 angesetzt, mittels deren die Kautschukmischung
in einen Preßzylinder 15 eingebracht wird. Eine Spritzform9 befindet sich zwischen
Heizplatte 10, 11 in einem Preßrahmen 12 oberhalb des Spritzkopfes 1. Sie ist in
dem gezeichneten Ausführungsbeispiel zweiplattig ausgeführt und kann durch Beaufschlagen
eines Membran-Preßkolbens 13 mit Druckmittel geschlossen werden. Die Einspritzöffnung
befindet sich in der Unterplatte der Form, an die sich die von unten in den Preßrahmen
12 einfahrende Spritzdüse 4 anlegen kann.
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Die Einrichtung ist in der Zeichnung in der beim Ausführen eines
Spritzvorganges eingenommenen Stellung dargestellt. Durch einen Einfülltrichter
8 wird das Rohmaterial zweckmäßig in Stangen- oder Bandform auf die Schnecke 6 aufgebracht
und von dieser in den Preßzylinder 15 gefördert. In der untersten Stellung des Spritzkolbens
5 ist eine seitliche Zuführungsbohrung 14 freigegeben, so daß die Kautschukmischung
in den beheizten Zylinderraum vor die Arbeitsfläche 5' des Kolbens 5 gelangt. Da
die Kautschukmischung mit im wesentlichen der Raumtemperatur entsprechender Temperatur
in den Zylinderraum eingebracht und nach jedem Spritzvorgang wieder durch kälteres
Material ersetzt wird, kann die der Arbeitsfläche 5' des Kolbens unmittelbar vorgelagerte
Mischung nicht so weit plastisch werden, daß die Abdichtung zwischen dem Kolben
und der Zylinderwand in Frage gestellt werden könnte. Zu Beginn eines Arbeitsspieles
wird zunächst durch Beaufschlagen des Membrankolbens 13 die Form 9 geschlossen.
Da der vergleichsweise großflächige Membrankolben hierzu nur einen kurzen Hub in
der Größenordnung von wenigen Millimetern zurückzulegen braucht, geht dies mit außerordentlicher
Schnelligkeit und großer Kraftwirkung vor sich, so daß die Form mit Sicherheit gegen
die später einsetzende Druckkraft des gleichzeitig durch den Zylinder 2 in die gezeichnete
Stellung angehobenen Spritzkopfes 1 geschlossen gehalten wird. Sobald die Spritzdüse
4 an der Unterplatte der Form 9 anliegt, wird der Arbeitshub des Spritzkolbens 5
ausgelöst.
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Die in der Spritzdüse befindliche vorgewärmte Kautschukmischung schießt
in die Form 9 ein und vulkanisiert in dieser aus. Der Spritzkolben 5 bewegt sich
so lange nach oben, bis Kräftegleichgewicht erreicht
ist. Dieser Vorgang kann aber
auch nach der Zeit gesteuert und schon vorher abgebrochen werden.
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Da das Hubvolumen des Preßzylinders 15 im Spritzkopf 1 wesentlich
größer als das Volumen der Form 9 bemessen ist, wird mit einem Arbeitshub des Spritzkolbens
5 nur eine Teilmenge der vorhandenen Kautschukmischung in die Form eingespritzt.
Der verbleibende Rest gelangt beim Nachrücken in Richtung nach der Spritzdüse 4
in Bereiche höherer Temperaturen, die nicht mehr durch Berührung mit dem vergleichsweise
kälteren Spritzkolben abgekühlt werden. Das schrittweise Vorschieben innerhalb des
Spritzkopfes bewirkt dabei eine intensive Durchwärmung der Kautschukmischung bis
auf den Kern, so daß mit dem Eintreten in die Spritzdüse als Endphase der Vorwärmung
eine gleichmäßige Temperaturverteilung erreicht ist.
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Nach Absenken des Spritzkopfes 1 und Zurückkehren des Spritzkolbens
5 in seine Ausgangsstellung wird der Preßzylinder 15 durch Einbringen weiteren Rohmaterials
durch die Bohrung 14 unter dem Preßdruck der Schnecke 6 wieder aufgefüllt. Gleichzeitig
wird die Form 9 von der Kraftwirkung des Membrankolbens 13 entlastet, aus dem Preßrahmen
12 herausgezogen und geleert und anschließend in den Preßrahmen zurückgefahren.
Das nächste Arbeitsspiel kann dann beginnen, wenn die in der Spritzdüse 4 befindliche
Kautschukmischung die eingestellte Grenztemperatur erreicht.
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Die einzelnen Arbeitsvorgänge werden vorteilhaft in Abhängigkeit
voneinander ausgelöst und laufen in zwangläufiger Reihenfolge automatisch nacheinander
ab. Zweckmäßig werden die Antriebsimpulse durch Thermostaten gesteuert.
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Die Einrichtung gemäß F i g. 2 entspricht in Aufbau und Wirkungsweise
der in F i g. 1 dargestellten Presse mit dem Unterschied, daß an Stelle einer kontinuierlich
arbeitenden Preßschnecke ein intermittierend arbeitender Preßkolben 6' zum Einbringen
des Rohmaterials unter Druck in den Preßzylinder 15 des Spritzkopfes 1 dient.
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Während die Spritzeinrichtungen nach F i g. 1 und 2 in senkrechter
Richtung von unten in die Form 9 spritzen, ist die in F i g. 3 gezeichnete Einrichtung
für waagerechte Spritzrichtung mit Einspritzung in der Teilungsebene der Form ausgelegt.
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Die Form 9 wird unter der Wirkung des Membrankolbens 13 ebenfalls
in senkrechter Richtung geschlossen und kann in waagerechter Richtung zum Entleeren
und Beschicken beispielsweise mittels einer Gewindespindel 16 mit einer Mutterl7
und einem Antriebsmotor 18 verfahren werden.
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Die Einrichtung nach F i g. 4 besteht aus einer Presse mit einem
Spritzkopf 1 und mehreren zugeordneten Spritzformen 9. Die Formen 9 sind am Umfang
eines drehbar gelagerten, intermittierend angetriebenen Rundtisches 19 angeordnet
und werden von diesem nacheinander in die Spritzstellung zwischen den Spritzkopf
1 und den Membranpreßkolben 13 gefördert. Die Formen können hierbei nach dem Spritzvorgang
durch Anlaufen unter eine Gleitschiene 20 noch für mehrere Arbeitstakte unter der
aufgegebenen Druckspannung gehalten werden, wobei eine Nachvulkanisation wirksam
wird.