DE1479583B2 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines hohlen gegenstandes aus multiaxial orientiertem kunststoff, sowie pressling fuer dieses verfahren - Google Patents

Description

Kunststoffplatte ausgeübten Preßdruck, der den Boden formt, wobei das zwischen den Stempeln ver- drängte Material einen Wulst zwischen der Matrize und den Stempeln bildet. Hierauf wird bei dem bekannten Verfahren durch relative Verschiebung der beiden Stempel gegenüber der Matrize der Wandteil des hohlen Gegenstandes aus dem Material in dem Wulst gezogen. Im Gegensatz hierzu wird bei dem Verfahren nach der Erfindung der Gegenstand aus einem Preßling gezogen, indem dieser Preßling durch zwei in entgegengesetzten Richtungen aufeinander zu bewegte Stempel so unter Druck gesetzt wird, daß das Material während des Ziehens des hohlen Gegenstandes aus dem Bereich zwischen den beiden Stempeln herausfließt. Es wird also nicht zuerst ein Randwulst gebildet, der dann nachgezogen wird, sondern das Ziehen erfolgt gleichzeitig mit der Verdrängung des Materials zwischen den beiden Preßlingen. Hierdurch wird eine Orientierung des Kunststoffs erhalten, die zu wesentlich formbeständigeren und festeren Behältern führt.

Ein Preßling zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung ist in seinem Mittelteil in der Mitte dicker als an der Peripherie, und er ist von einem Flansch umgeben. Vorzugsweise nimmt die Dicke des Mittelteils des Preßlings von der Mitte bis zum Rand kontinuierlich ab.

Eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art, mit der das Verfahren nach der Erfindung vorteilhafterweise durchgeführt wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Preßdruck der Stempel auf den Mittelteil des Preßlings während der gemeinsamen Verschiebung der Stempel auf einen bestimmten Wert einstellbar ist. Die Stempel können beispielsweise hydraulisch oder durch einen Schraubenspindeltrieb bewegbar sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung hat ein Stempel eine konkave Stirnfläche und der andere Stempel eine Fläche mit radialen Einziehungen.

Die hohlen Gegenstände nach der Erfindung haben im wesentlichen radiale Orientierung der Moleküle im Boden, welcher durch die Druckverformung und Reckung während der Verformung erzeugt wird. Der Mantelteil hat im wesentlichen multiaxiale Orientierung der Moleküle infolge der radialen Orientierung, welche in dem zur Bildung des unteren Abschnittes des Mantelteils durch Zusammendrükkung zur Seite gedrückten Material erzeugt wird, wobei eine im wesentlichen vertikale oder axiale Orientierung infolge der axialen Vorschiebung und Strekkung des Mantelteils und eine im wesentlichen in Querrichtung oder Umfangsrichtung verlaufende Orientierung infolge der Streckung während der endgültigen Verformung auftritt. So werden die Moleküle des Kunststoffs im wesentlichen längs mehreren Achsen orientiert, was hierin als multiaxiale Orientierung oder multiaxial orientiert bezeichnet wird.

Die erfindungsgemäßen hohlen Gegenstände werden infolge ihrer hohen Festigkeit und verhältnismäßig niedrigen Kosten zweckmäßig als mehrfach nutzbare Behälter verwendet. Der Verschluß für die Behälteröffnung kann als Teil des Preßlings gespritzt werden, oder es kann ein getrennter Verschluß aus Metall, Kunststoff oder anderem Material verwendet werden. Um die Festigkeit des hohlen Gegenstandes weiter zu verbessern, kann er mit einem am Umfang verlaufenden Verstärkungsband, zweckmäßig aus einaxial orientiertem Kunststoff, versehen werden, welches in Umfangsrichtung orientiert worden ist.

Da es sehr wichtig ist, daß das Material des Preßlings gleichförmig gestreckt wird und daß das Verfahren aus wirtschaftlichen Gründen so schnell wie möglich durchgeführt wird, wird der Preßling vorzugsweise über seine ganze Dicke vor der Einführung in die Matrize, zweckmäßig durch heiße Luft, öl oder andere geeignete Mittel, über eine ausreichende Zeitdauer einer gleichförmigen Temperatur ausgesetzt. Um eine Streckung des eingeklemmten und somit nicht den beträchtlichen angewendeten Drücken ausgesetzten Umfanges klein zu halten, werden die Formwerkzeuge vorzugsweise nicht erhitzt oder gekühlt, um Wärme aus denselben abzuführen.

Die angewendeten Temperaturen sollen genügend unterhalb der Schmelztemperatur des Kunststoffes liegen, so daß keine Wahrscheinlichkeit besteht, daß ein anfängliches Schmelzen während der Druckverformung infolge der in den Kunststoff wegen der in demselben bei beträchtlichen Drücken durchgeführten starken Bearbeitung eingeführten Energie auftritt. Es sind jedoch hohe Orientierungstemperaturen, die mit dem Sicherheitsfaktor verträglich sind, erwünscht, um die für die Druckverformung erforderlichen Drücke zu vermindern. Beispielsweise hat Polypropylen eine Schmelztemperatur von 165,5° C und wird im allgemeinen auf etwa 93 bis 149° C und vorzugsweise auf 121 bis 143° C erhitzt.
- Die Verschiebung des Mittelteils des Preßlings und die Zusammendrückung desselben wird durch ein Paar von. zusammenwirkenden Stempeln auf den entgegengesetzten Oberflächen des Mittelteiles bewirkt, während sich beide ins Innere der Matrize bewegen. Die angewendeten Drücke ändern sich mit der Temperatur des Kunststoffs zum Zeitpunkt der Verformung und der angewendeten Zeit. Beispielsweise wird bei der Herstellung eines Polypropylen-Preßlings, welcher auf etwa 138° C vorerhitzt wurde, ein Druck von 4,5 bis 18,11 zufriedenstellend angewendet, um die Verschiebung nach innen zu bewirken, und ein Druck von 22,6 bis 58,9 t wird zufriedenstellend angewendet, um das Fließen zu bewirken und den Preßling um etwa das Zehnfache in einem. Zeitraum von etwa drei Sekunden zu vergrößern. Um eine vorzeitige Abkühlung des Preßlings zu vermeiden, sollten wenigstens die Berührungsflächen der Stempel auf die Orientierungstemperatur erhitzt werden.

Der Stempel auf der Innenfläche des Preßlings besitzt eine geringere Breite als die Matrize, so daß sich der Mantelteil des Preßlings vom eingeklemmten Umfang nach innen verjüngt und so einen Abstand von der Wand der Matrize aufweist. Dadurch wird die Reibung möglichst klein gemacht, und eine vorzeitige Abkühlung und Aushärtung des Kunststoffs durch Berührung mit der Matrizenwand wird beseitigt.

Die endgültige Verformung des Preßlings nach vollständiger Verschiebung des Mittelteiles nach innen wird durch Einrichtungen bewirkt, welche im wesentlichen gleichförmigen Druck über die Innenfläche des Preßlings ausüben. Luft oder ein anderes Strömungsmittel mit verhältnismäßig hohem Druck kann direkt an den Preßling eingeleitet werden. Ein konzentriertes Auftreffen an irgendeiner Stelle muß vermieden werden. Öl oder ein anderes Strömungsmittel kann in eine dehnbar Blase aus Polyurethan

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oder einem anderen hitzebeständigen und hitzefesten von unten des in Fig. 14 dargestellten Gegenstan-Material eingeleitet und in einer Einziehung hinter des.

der Stempelfläche gehalten werden, um die Blase In den Fig. 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel .aufzublasen und den Gegenstand in Übereinstim- eines Behälters nach der Erfindung dargestellt, welmung mit der Matrizenwand zu pressen. Statt dessen 5 eher einen hohlen Körper aus Kunststoff, der mit 2 kann eine Masse aus elastisch verformbarem Mate- bezeichnet ist, und einen Deckel aufweist, der mit 4 rial, welches hitzebeständig und verhältnismäßig in- bezeichnet ist. Der Körper 2 ist zylindrisch und bekompressibel ist, in einer Einziehung hinter der sitzt einen Boden 6 und einen Mantel 8 mit einer Stempelfläche gehalten und durch mechanische Ein- Vielzahl von vertikal oder axial verlaufenden Rippen wirkung verformt werden, um den Kunststoff gegen io 10 und einem sich nach außen erstreckenden Flansch die Matrizenwand zu pressen. 12 am oberen Ende desselben. Ein sich nach außen Der Preßling besitzt vorbestimmte Formen und und unten erstreckender Umfangswulst 14 ist an der Abmessungen, um die gewünschten Wanddicken Verbindungsstelle von Boden 6 und Mantel 8 vorgebeim fertigen Gegenstand zu erzielen und die ge- sehen, bewirkt einen senkrechten Abstand des Bowünschte Druckyerformung zu ermöglichen und da- 15 dens von einer Trägerfläche und stellt einen mit dem durch eine molekulare Orientierung zu erzielen. All- Flansch 12 zusammenwirkenden Rand dar.
gemein ist der Preßling scheibenförmig mit einem Um die Festigkeit und die Widerstandsfähigkeit Umfang zum Festklemmen in der Matrize. Um die gegen vertikale Belastung zu verbessern, erstreckt Ausbildung einer gleichförmigen Wanddicke zu er- sich ein Band 16 aus Kunststoffolie um den Umfang leichtern, weist der Wandteil des Preßlings Vorzugs- 20 des Mantels 8 und ist an diesem mit Klebstoff angeweise eine etwas geringere Dicke nahe dem Mittelteil klebt. Um eine optimale Festigkeit zu erhalten, ist auf. Um die Neigung zu Lufteinschlüssen möglichst das Band 16 einaxial in Ümfarigsrichtung des Körklein zu halten und eine anfängliche Verlängerung pers 2 orientiert. Zusätzlich zur Verstärkungswirkung des Wandteils des Preßlings vor dem Fließen des ermöglicht das Band ein Vorbedrucken und eine BeKunststoff materials um den Stempel und in den 25 zeichnung der sichtbaren Seitenwand des Behälters Wandteil des Behälters zu ermöglichen, ist der Mit- entfernt von dem druckgeformten Körper. Das Band telteii des Preßlings zweckmäßigerweise dicker in sei- 16 ist gegen senkrechte Scherkräfte am oberen Ende ner Mitte. durch den Flanschteil 20 des Deckels 4, welcher um An Hand der Figuren wird die Erfindung erjäii- den Flansch 12 an dem Mantel 8 gerollt ist und mit tert. Es zeigt 30 diesem im Eingriff steht, und am unteren Ende durch

Fig. 1 einen gemäß der Erfindung hergestellten den Wulst 14 geschützt.

hohlen Gegenstand, Erfindungsgemäß werden der Mantel 8 und der F i g. 2 einen Schnitt gemäß der Linie 3-3 in F i g. 2, Boden 6 zusammen mit dem dazwischenliegenden Fig. 3 einen Schnitt eines im Spritzgußverfahren Wulst 14 während des Formvorgangs im wesentlihergestellten Preßlings, welcher zur Herstellung des 35 chen multiaxial orientiert, damit sie bei verhältnisin den F i g. 1 und 2 dargestellten Gegenstandes ver- mäßig dünnem Querschnitt eine hohe Festigkeit bewendet wird, sitzen. Diese Orientierung wird durch radiales Flie-F i g. 4 schematisch eine Vorrichtung zum Herstel- ßen oder »Strecken« des Mittelteiles bei Örientielen des Gegenstandes nach der Erfindung, rungstemperatur und das senkrechte Strecken des Fig. 5 in einem lotrechten Teilschnitt die Form- 40 Materials, welches den sich verlängernden Mantelteil werkzeuge der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung bildet, und das darauffolgende endgültige Strecken beim Beschickungsvorgang, in Umfangs- oder Querrichtung des Mantelteiles und F i g. 6 in einem ähnlichen Schnitt wie F i g. 5 die die weitere radiale Streckung des Mittelteiles wäh-Vorrichtung, nachdem die Formwerkzeuge den Preß- rend der endgültigen Verformung des verschobenen ling in seiner Lage festgeklemmt haben, 45 Preßlings bewirkt.

Fig. 7 in einem ähnlichen Schnitt wie Fig. 5 die Fig. 3 zeigt einen durch Spritzguß hergestellten Vorrichtung während der Verschiebung der Mitte Preßling 2l. Der Preßling Il hat einen Mittelteil 22, des Preßlings, einen Marttekeil 24 und einen Umfang 26, welcher F i g. 8 in einem ähnlichen Schnitt wie F i g. 5 die sich an der oberen Kante des sich allgemein senk-Endstellung der Formwerkzeuge, 50 recht erstreckenden Abschnittes 28 des Mantelteiles Fig. 9 in einem ähnlichen Schnitt wie Fig. 5 24 radial nach außen erstreckt, um das Einklemmen die Formwerkzeuge während des abschließenden in den Formwerkzeugen zu erleichtern. Es ist ersicht-Kühlvorgangs des Zyklus vor dem Herausnehmen lieh, daß der Mittelteil 22 seine größte Dicke in der des geformten Gegenstandes aus den Formwerk- Mitte aufweist und beide Oberflächen gegen die Perizeugen, 55 pherie zu leicht konvergieren, um die Vermeidung Fig. 10 einen Querschnitt längs der Linie 12-12 in von Lufteinschlüssen und ein richtiges und verzöger-Fig. 8, tes Fließen des Kunststoffs zwischen den gegenüber-F i g. 11 einen lotrechten Teilschnitt in vergrößer- liegenden Stempeln sicherzustellen, wie oben im eintem Maßstab durch den unteren Stempel, zelnen erläutert würde. Allgemein wird ein Dicken-Fig. 12 eine teilweise geschnittene Teilansicht 60 unterschied von etwa 5 bis 20 Vo und vorzugsweise eines anderen Ausführungsbeispieles der zusammen- etwa 10 bis 13 Vo angestrebt. Der Mantelteil 24 verwirkenden Formstempel, jungt sich vom Mittelteil 22 nach außen, und die Fig. 13 eine Schrägansicht von unten des oberen Oberflächen desselben konvergieren leicht zürn Stempels aus F i g. 12, Wandäbschnitt 28 hin, üni den Formvorgang zu er-Fig. 14 einen lotrechten Schnitt eines durch die in 65 leichtern und eiii zweckmäßiges Materiaivolumeri für F i g. 12, dargestellten Formstempel hergestellten Ge- die Wänddicke bei der Verminderung des Durchmesgenstandes, sers zu gewährleisten. Der Umfang 26 und der uri-Fig. 15 eine teilweise geschnittene Schrägansicht mittelbar angrenzende Teil des Waridabschmttes 28,

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welche in die Formwerkzeuge aufgenommen werden, Der obere Stempel 92 ist mit seinem oberen Ende besitzen vorzugsweise eine etwas größere Abmessung zur Ausführung einer Hin- und Herbewegung innerals diese, damit ein gewisses Druckfließen des Kunst- halb des hydraulischen Zylinders 94 gelagert, welstoffs beim Festklemmen und dadurch eine gewisse eher auf der oberen Plattform 44 ruht und eine untere Orientierung der Moleküle des darin enthaltenen 5 Fläche 96 aufweist, welche eben ist und eine ring-Materials erzeugt wird. förmige Einziehung 97 aufweist, die sich um ihre

Im folgenden wird die Wirkungsweise des in den Umfangskante erstreckt. Ein hydraulisches Mittel

Fig. 4 bis 11 dargestellten Ausführungsbeispieles wird dem Zylinder durch die Anschlüsse 98, 100 zu-

der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des Verfah- geführt und bewegt den Stempel in vertikaler Rich-

rens näher erläutert. Insbesondere in Fig. 4 ist ge- ίο tung in bezug auf die untere Stempeleinheit 60 durch

zeigt, wie die Formwerkzeuge 30, 32, welche die zy- Einwirkung auf den Kolbenflansch 102 des Stempels

lindrische Matrize 34 bilden, zur Ausführung einer 92. Absätze oder Anschläge 104 innerhalb des Zylin-

Hin- und Herbewegung in die in F i g. 4 dargestellte ders 94 begrenzen die Bewegung gegen die untere

Stellung auf der Oberfläche des Trägers 36 der Vor- Stempeleinheit 60, um eine Überkompression der da-

richtung bei Einwirkung der Halter 38, 40 und in die 15 zwischenliegenden Plastikfolie zu verhindern. Um

außerbetriebliche Stellung im Abstand voneinander, den oberen Stempel 92 gegen die untere Stempelein-

um das Beschicken und Entnehmen zu ermöglichen, heit 60 zu bewegen, kann Strömungsmittel durch das

gelagert sind. Plattformen 42, 44 sind zur Ausfüh- Ventil 106 in den oberen Teil des Zylinders entweder

rung einer gleichzeitigen parallelen Bewegung relativ aus dem Drucksteuerventil 198 oder dem Meßventil

zum Träger 36 durch vier Verbindungsstangen 46 an 20 110 zugeführt werden, welche das unter Druck von

den seitlichen Rändern derselben miteinander ver- dem Vorratsbehälter 112 durch Einwirkung der um-

bunden, welche sich gleitbar durch Öffnungen 48 im kehrbaren Pumpe 114 eingeleitete Strömungsmittel

Träger 36 erstrecken. Die untere Plattform 42 und steuern, welches Strömungsmittel gleichzeitig vom

dadurch die obere Plattform 44 sind zur Ausführung unteren Teil des Zylinders durch die Pumpe 114 ab-

einer senkrechten Hin- und Herbewegung auf einer 25 gezogen und in den Vorratsbehälter 112 zurückgelei-

Präzisions-Schraubenspindeleinrichtung gelagert, tet wird. Um den oberen Stempel 92 von der unteren

welche mit 50 bezeichnet ist und eine Schraubenspin- Stempeleinheit 60 zu entfernen, wird hydraulisches

del 52, ein Lagergehäuse 54, eine Kupplungs- und Mittel in den unteren Teil des Zylinders aus dem

Bremseinrichtung 56 und einen umkehrbaren An- Vorratsbehälter 112 durch Einwirkung der Pumpe

triebsmotor 58 aufweist. 30 114 zugeleitet, während Strömungsmittel aus dem

Auf der Oberfläche der unteren Plattform 42 ist oberen Teil durch das Ventil 106 abgezogen und zum die untere Stempe'.einheit befestigt, welche mit 60 be- Vorratsbehälter 112 zurückgeleitet wird,
zeichnet ist und einen Basisteil 62 und einen nach Wie am besten aus Fig. 11 ersichtlich ist, wird die oben stehenden zylindrischen Stempel 64 mit gerin- obere Fläche der unteren Stempeleinheit 60 durch gerer Breite als der Basisteil 62 aufweist, so daß der 35 eine Außenplatte 116 gebildet, welche eben ist und Basisteil 62 einen radial nach außen stehenden An- einen abgerundeten Umfang und einen Flansch aufschlag um denselben bildet. Der Stempel 64 erstreckt weist, welcher in einer Umfangseinziehung im Stemsich durch eine kreisförmige Öffnung 66 im Träger pel 64 sitzt. Ein Heizelement wird durch elektrische 36 mit größerem Durchmesser als der Stempel 64 Widerstandsdrähte 118 gebildet, welche in ein Genach oben, um einen radialen Abstand zwischen 4° webe aus Polytetrafluoräthylen 119 oder ein anderes denselben zu erzeugen. Durch einen Druckanschluß ähnliches hitzebeständiges Material eingewebt und 70 im Basisteil 62 wird Luft oder ein anderes Strö- vom Stempel 64 und von der Außenplatte 116 durch mungsmittel unter hohem Druck in die Hauptleitung eine Isolationsschicht aus Glasgewebe 121 und eine 72 eingeleitet, welche sich zur Mitte der Stempelan- außerordentlich dünne Isolatorfolie 123, beispielsdrdnung und von da nach oben in den Stempel 64 45 weise »Η-Film«, gehandelt von der Firma E. I. du erstreckt. Eine Vielzahl von Auslaßleitungen 74, wel- Pont de Nemours, elektrisch isoliert sind. Strom wird ehe am besten aus Fig. 10 ersichtlich sind, erstrek- dem Heizelement 118 durch nicht gezeigte Drähte im ken sich von da in radialer Richtung und münden an Stempel 64 mit vorgegebener Impulsgeschwindigkeit den Seiten des Stempels 64, gefluchtet mit den Wan- zugeführt, um die Außenplatte 116 der Stempelanden der Öffnung 66 im Träger 36. Wie aus Fig. 4 50 Ordnung 60 auf der Orientierungstemperatur des ersichtlich, wird Luft dem Anschluß 70 durch die Kunststoffes des Preßlings 21 zu halten und eine AbDruckleitung 76 von dem elektrisch betätigten Ventil kühlung des vorerhitzien Materials zu verhindern. 78 zugeführt, welches Luft unter hohem Druck aus Die polierte Stahlaußenplatte 116 kann einen Überdem Zwischenbehälter 80 entläßt, indem sie durch zug aus Tetrafluoräthylen oder Silikon aufweisen, um die Hochdruckpumpe 82 zusammengedrückt wird. 55 die Reibung und dadurch die für ein Fließen des Der Zwischenbehälter 80 wird vorzugsweise gekühlt, Kunststoffs erforderlichen Drücke zu vermindern, um zu verhindern, daß die komprimierte Luft die Die untere Fläche 96 des oberen Stempels 92 ist mit Temperatur des Kunststoffs auf die Schmelztempera- einer ähnlichen Außenplatte und einem nicht gezeigtur erhöht, wenn sie in Berührung damit kommt, und ten Heizelement versehen.

auch, um die Kühlung und Aushärtung des Preßlings 60 Die Formwerkzeuge 30, 32 sind mit nicht gezeig-

zu unterstützen, nachdem derselbe endgültig ausge- ten Kühlwasserdurchführungen versehen, um ein

dehnt ist. Um eine gute Abdichtung des am Basisteil schnelles Abkühlen und Aushärten des Kunststoffes

62 der unteren Stempelanordnung 60 gebildeten An- nach der endgültigen Verformung des darin enthalte-

schlages bei Bewegung in die Berührung mit der Un- nen Kunststoffs zu bewirken. Wie am besten in den

terfläche des Trägers 36 zu erzielen, sitzt ein O-Ring 65 F i g. 5 und 10 ersichtlich ist, besitzt die Matrize 34

oder ein anderes geeignetes Dichtungselement 84 in eine zylindrische Form und weist eine Vielzahl von

damit zusammenwirkenden Nuten 86, 88 im Basisteil axial und vertikal verlaufenden Rippen oder Wellen

62 bzw. Träger 36. 120 auf, welche im Abstand um diese angeordnet

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sind. Nahe dem oberen Ende ist die Matrize 34 mit des Preßlings 21 in bezug auf die Matrize 34 nach einer Umfangseinzichung 122 von ringförmiger Aus- innen oder oben in bezug auf seinen festgeklemmten bildung versehen, welche sich um dieselbe erstreckt Umfang bewegt wird. Gleichzeitig wird das Meßven- und mit der ringförmigen Einziehung 97 in der Vor- til 110 betätigt, um in den oberen Teil des Zylinders derfläche 96 des oberen Stempels 92 zusammenwirkt, 5 94 hydraulisches Medium mit gesteuerter und vorgeum den Wulst 14 des Gegenstandes 2 auszubilden. gebener Geschwindigkeit einzuleiten und eine Bewe-Die Matrize 34 besitzt eine Umfangseinziehung 124 gung der oberen Stempelfläche 96 gegen die untere am unteren Ende derselben am Träger 36, welche Stempeleinheitsfläche 116 zu bewirken. Die Einleitmit der nach oben stehenden Ringlippe 126 am Trä- geschwindigkeit durch das Meß ventil 110 wird genau ger 36 zusammenwirkt, die sich um die Öffnung 66 io gesteuert, um eine kontinuierliche und gleichförmige erstreckt, um den Flansch 26 des Preßlings 21 beim Zusammendrückung des Kunststoffs im Mittelwan-Schließen der Formwerkzeuge 30, 32 festzulegen. Die dungsteil 22 des Preßlings 21 über die ganze Zeit-Innenfläche der Lippe 126 erweitert sich nach außen dauer der ins Innere gerichteten oder parallelen Verin die Matrize 34. Schiebung desselben zu erhalten, wodurch anfänglich So wird beim Schließen der Formwerkzeuge 30, 32 15 eine Zusammendrückung und ein seitliches Fließen der Flansch 26 in der Einziehung 124 ergriffen, und der dickeren oder überhöhten Mitte und sodann des der Wandabschnitt 28 wird zwischen der Lippe 126 Restes des Mittelteiles 22 bewirkt wird. In dieser und den Wänden der Formwerkzeuge 30, 32 einge- Weise wird der Einschluß von Luft oder anderen Gaklemmt, welche das Material schnell abkühlen und sen vermieden, und die anfängliche Streckung des aushärten, um die Neigung möglichst klein zu ma- 20 verjüngten Mantelteiles 24 des Preßlings tritt vor chen, daß dieser Teil gestreckt wird. Wie oben ange- dem Fließen des Kunststoffs des Mittelteiles 22 um geben, sind der Umfang 26 und der Wandabschnitt den Umfang der Stempelaußenplatte 116 auf, um den 28 vorzugsweise etwas größer als die Einziehung 124 für eine gleichförmige Dicke bei der kontinuierlichen und der Abstand zwischen der Formwand und der Ausbildung des Mantels durch die Verschiebung des Lippe 126, um eine gewisse Zusammendrückung und 25 mittleren Wandteiles 22 nach innen erforderlichen ein Fließen zu bewirken und dadurch eine Steuerung Kunststoff zu erhalten.

der Abmessung und eine gewisse molekulare Aus- Wie aus den Figuren ersichtlich, besitzt der Stemrichtung zu bewirken. pel 64 der unteren Stempeleinheit 60 einen geringein bezug auf die Wirkungsweise des dargestellten ren Durchmesser als die Matrize 34, so daß der Man-Ausführungsbeispieles zeigt Fig. 5 die Vorrichtung 30 telteil des Preßlings sich nach innen verjüngt und beim Beschickungsvorgang, bei welchem der Preßling einen Abstand von den Wänden der Formwerkzeuge 21, der durch und durch gleichförmig auf die Orien- 30, 32 aufweist, um eine vorzeitige Abkühlung zu tierungstemperatur in einer nicht gezeigten Durchheiz- verhindern. Wärme wird während des Zusammenabteilung vorerhitzt worden ist, zwischen die Form- drückens des Mittelteiles 22 erzeugt, und die auf die werkzeuge 30, 32 und auf die obere Frontplatte 116 35 Heizelemente der Stempelfläche gegebenen Impulse der unteren Stempeleinheit 60 eingeführt wird. Bei werden zum Ausgleich derselben eingestellt und verdiesem Schritt sind die untere Plattform 42 und da- hindern, daß der Kunststoff die Schmelztemperatur durch die untere Stempeleinheit 60 bis zur unteren erreicht, wobei das Metall der unteren Stempeleinheit Grenze ihrer Bewegung zurückgezogen und der obere 60 und des oberen Stempels 92 als Wärmesenke Stempel 92 innerhalb des hydraulischen Zylinders 94 40 wirkt.

nach oben gezogen worden. Strom wird dem Heizele- In Fig. 8 und 10 hat die Schraubenspindel 52 die ment 118 unter der Vorderplatte 116 der unteren obere Grenze ihrer Bewegung erreicht, und der Mit-Stempeleinheit 60 zugeführt, um eine vorzeitige Ab- telteil 22 des Preßlings 21 ist vollständig nach innen kühlung des Preßlings 21 zu verhindern. verschoben. Während seiner ganzen Bewegungszeit In F i g. 6 haben die Halter 38 und 40 die Form- 45 hat das Meßventil 110 bewirkt, daß die obere Stemwerkzeuge 30, 32 zusammen bewegt und den Preßling pelfläche 96 sich gegen die untere Stempeleinheitsflä-21 in der Einziehung 124 und zwischen der Wand ehe 116 bis zum gewünschten Abstand bewegt, weider Matrize 34 und der ringförmigen Lippe 126 ein- eher im wesentlichen gleich der gewünschten Dicke geklemmt. Ein nicht gezeigter Steuerkreis öffnet das des Bodens 6 des Behälters 2 ist, wobei die Anschlä-Ventil 106 für die Strömung von hydraulischem Me- 50 ge 104 im Zylinder 94 so wirken, daß sie eine genaue dium durch das Drucksteuerventil 108, bis die untere Steuerung dieser Abmessung gewährleisten. Der geFläche 96 des oberen Stempels 92 nach unten in zogene Preßling ist vor seiner endgültigen Verfor-Kontakt mit dem Mittelteil des Preßlings 21 kommt, mung in gestrichelten Linien dargestellt, wobei sich zu welchem Zeitpunkt der Widerstand des Kunst- ein Teil des Mantelteils nach innen zur Kante der unstoffs gegen Verformung eine Druckänderung in der 55 teren Stempelanordnungsfläche 116 verjüngt.
Leitung hervorruft und das druckempfindliche Ventil Nachdem die Schraubenspindel 52 und der obere 108 schließt. Gleichzeitig werden Impulse auf das Stempel 92 die Grenze ihrer Bewegung erreicht hanicht gezeigte Heizelement auf der Stempelfläche 96 ben, wird Luft oder ein anderes Strömungsmittel ungegeben, um eine Abkühlung des Kunststoffs zu ver- ter hohem Druck vom Vorratsbehälter 80 durch den hindern. In dieser Anfangs stellung wird die dickere 60 Druckanschluß 70 in die Hauptleitung 72 und die Mitte des Mittelwandungsteiles 22 zwischen den Leitungen 74 in der unteren Stempelanordnung 60 Stempelflächen 96,116 festgehalten. eingeleitet. Wenn die Luft aus den Leitungen 74 entin F i g. 9 ist die Anordnung während des Druck- weicht, trifft sie auf die Wand der Öffnung 66 im Verformungsvorganges gezeigt. Der Motor 58 hat be- Träger 36 und wird nach oben ins Innere des gezogegonnen, die Schraubenspindel 52 und dadurch die 65 nen Preßlings abgelenkt, worin sie die Wände des obere und untere Plattform 44, 42 mit der unteren Preßlings in Übereinstimmung mit der Oberfläche Stempeleinheit 60 und dem oberen Stempel 92 anzu- der Matrize 34 und der oberen Stempelfläche 96 ausheben, wodurch bewirkt wird, daß der Mittelteil 22 dehnt, um den zylindrischen Mantel 8 und den Bo-

den 6 mit dem dazwischenliegenden Wulst 14 auszubilden, wie es in ausgezogenen Linien dargestellt ist. Das Auftreffen der Hochdruck-Luftstrahlen, welche aus den Leitungen 74 austreten, auf die Oberfläche des Trägers 36, welcher die Öffnung 66 bildet, ermöglicht einen Druckausgleich in Umfangsrichtung um dem Stempel 64 und macht die Wahrscheinlichkeit eines Reißens des Preßlings minimal. Die Hochdruckluft, welche vorgekühlt worden ist, arbeitet mit den gekühlten Formwerkzeugen 30, 32 zusammen, um den Mantel 8 des nunmehr vollständig ausgebildeten Behälters 2 zu kühlen.

Zu diesem Zeitpunkt kehrt der nicht gezeigte Steuerkreis den Antriebsmotor 58 um, um die Schraubenspindel 52 und dadurch die Fläche 116 der unteren Stempelanordnung um einen geringen Abstand vom Boden 6 nach unten zu bewegen, während die Pumpe 114 und das Ventil 106 die obere Stempelfläche 96 um einen nicht dargestellten, ausgleichenden Abstand nach oben bewegen. Die Luft tritt sodann in den Raum zwischen der Vorderplatte 116 der Stempeleinheit 60 und der Innenfläche des Bodens 6 ein, um die Abkühlung und Aushärtung desselben zu unterstützen. Die Stempel 64, 92 werden zweckmäßig gekühlt, so daß das Metall derselben Wärme aus dem Kunststoff bei Beendigung der den Heizelementen in den Flächen derselben zugeführten Impulse abzieht.

Wie in Fig. 9 gezeigt, wird die Stempelanordnung sodann in die Entnahme- und Beschickungsstellung bewegt, nachdem der Behälter 2 ausreichend gekühlt und ausgehärtet ist und die Hochdruckluft aus dem Inneren des Behälters durch das Ventil 78 in die Atmosphäre abgeleitet ist. Die Schraubenspindel 52 und dadurch die untere Stempeleinheit 60 werden durch den Motor 58 in ihre Anfangsstellung abgesenkt, der Kolbenflansch 102 und dadurch der obere Stempel 92 werden durch die Einwirkung der Pumpe 114 und des Ventils 106 in ihre Anfangsstellung gehoben, und die Formteile 30, 32 werden durch die Halter 38, 40 auseinanderbewegt. Finger oder andere mechanische, nicht dargestellte Entnahmeeinrichtungen oder der Bedienungsmann nimmt sodann den geformten Behälterkörper heraus und legt einen weiteren vorerhitzten Preßling zur Wiederholung des Zyklus ein.

In den Fig. 12 und 13 ist ein Paar von zusammenwirkenden Stempeln dargestellt, welche mit 230, 232 bezeichnet sind und zur Herstellung eines verstärkten, gegen inneren Druck widerstandsfähigen Behälters für unter Druck stehende Flüssigkeiten verwendet werden, wie sie in den Fig. 14 und 15 dargestellt sind. Insbesondere hat der untere Stempel 232 eine konkave Fläche 234, und der obere Stempel 230 weist eine Mehrzahl von diametralen, speichenartigen Einziehungen 236 auf. Der Preßling 238 ist in seiner Mitte überhöht, um die anfängliche Zusammendrükkung und geeignete Fließeigenschaften zu erzielen. Wenn das Material des Mittelteiles des Preßlings 238 zwischen den Stempeln 230, 232 zusammengepreßt wird, wird der Kunststoff desselben veranlaßt, sowohl radial als auch in Umfangsrichtung zu fließen, um die speichenartigen Einziehungen 236 zu füllen, und von da aus um die Seite des Stempels 232, um das Material für. den Mantelteil zu ergeben, welcher bei der Verschiebung des Mittelteiles des Preßlings ins Innere der Matrize 240 gebildet wird.

Ein verstärkter, gegen inneren Druck widerstandsfähiger Behälter, welcher durch diesen Vorgang hergestellt ist, ist in den Fig. 14 und 15 dargestellt und weist einen Mantel 242 mit gleichförmiger Dicke und einen Boden auf, der mit 244 bezeichnet ist und eine konvexe Innenfläche aufweist, die durch die konkave Fläche des Stempels 234 erzeugt wurde. Die Einziehungen 236 im Stempel 230 erzeugen speichenartige Rippenteile 246 mit allgemein flachen Bodenflächen, die mit dem Boden des Behälters fluchten, und dazwischenliegende bogenförmige Bandteile 248. Eine Metalldecke 250 bildet den oberen Verschluß für den Behälter. In dieser Weise hält die verstärkte konvexe Bodenwand einen inneren Druck aus, welcher eine ebene Bodenwand mit gleichförmiger Dicke verformen würde. Im wesentlichen multiaxiale Orientierung der Moleküle tritt in der Bodenwand infolge des Druckfließens in radialer und in Sehnenrichtung zur Erzeugung der dickeren speichenartigen Rippenteile 246 und der bogenförmigen Wandteile 248 dazwischen auf, und das radial um den Stempel 232 fließende Material wird anfänglich radial orientiert und sodann vertikal und in Umfangsrichtung gestreckt.

Der Ausdruck »im wesentlichen multiaxial orientiert«, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf eine beträchtliche Orientierung der Moleküle des Kunststoffes allgemein in den Hauptebenen der Wandteile, in welchen sie angeordnet sind. Diese Orientierung kann radial, im Fall des Bodens vertikal in Umfangsrichtung und allgemein diagonal im Fall des Mantels über den unteren Teil desselben, beginnend an dem Boden, und hauptsächlich vertikal und in Umfangsrichtung im restlichen oder oberen Teil des im wesentlichen orientierten Mantels sein, der durch den' ursprünglichen Mantelteil des Preßlings gebildet wird. Beim Beispiel der verdickten Rippen in einem Wandteil kann die Bemessung des Preßlings eine gewisse Orientierung der Moleküle, allgemein senkrecht zur Hauptebene des Wandteils, durch Fließen unter Druck in die Einziehungen der begrenzenden Ausnehmung in der Form ergeben.

Die Wanddicken können verhältnismäßig leicht und im wesentlichen gleichförmig durch Steuerung des Materialvolumens in den verschiedenen Abschnitten des Preßlings und durch Steuerung der relativen Kompressionsgeschwindigkeit des Mittelteiles und der Nachinnenverschiebung desselben vorherbestimmt werden. Zusätzlich kann eine im wesentlichen gleichförmige und gesteuerte Oberflächenbehandlung auf der Innenseite des Bodens durch die Stempeloberfläche erzielt werden.

Verschiedene orientierbare Thermoplasten können verwendet werden, beispielsweise Polymerisate aus Polypropylen, Polystyrol, Polyäthylen, Polycarbonat, Polyamid, Polyester sowie Mischpolymerisate derselben. Von den verschiedenen Harzen hat Polypropylen im Vergleich mit den Kosten optimale Eigenschaften, indem es die innere Gelenkwirkung erzeugt, wo diese zusammen mit einer Gelenkfestigkeit bei verhältnismäßig dünnem Querschnitt erwünscht ist.

Als spezielles Beispiel wird ein Behälter der in den F i g. 1 und 2 gezeigten Art aus dem Preßling gemäß F i g. 3 in einer Vorrichtung der in den F i g. 7 bis 11 gezeigten Art hergestellt. Der Preßling wird im Spritzgußverfahren aus Polypropylen hergestellt und besitzt eine mittlere oder Bodenwand mit einer Dicke von etwa 4,14 mm in ihrer Mitte, deren beide Oberflächen zum Umfang hin konvergieren, wo die Dicke 3,63 mm beträgt. Der Mantel ist 1,40 mm dick, und

beide Oberflächen konvergieren zur Oberkante desselben, wo die Dicke 1,27 mm beträgt. Die Gesamthöhe des Preßlings ist 14,11 mm.

Der Preßling wird gleichförmig vorerhitzt durch Erwärmung in Luft auf eine Temperatur von etwa 143° C und sodann in die Matrize eingelegt. Schraubenspindelmotor und -trieb haben eine Kapazität von 0,907 t. Die Schraubenspindel ist so übersetzt, daß sie den Mittelteil des Preßlings auf eine Gesamtbehälterhöhe von 14,05 cm in etwa 2,6 Sekunden verschiebt, während welcher Zeit das Meßventil den oberen Stempel gleichförmig in bezug auf den unteren Stempel auf einen endgültigen Abstand von 0,508 mm nach unten bewegt. Luft wird sodann ins Innere des gestreckten Preßlings eingeleitet, welche unter einem Druck von etwa 63,28 atü steht und sich auf einer Temperatur von etwa 37,8° C befindet und den verschobenen Preßling in vollen Kontakt mit der

Formwand und der oberen Stempelfläche einschließlich der Ausnehmungen oder Wellen derselben ausdehnt.

Der untere Stempel wird von der Schraubenspindel etwas abgesenkt, während der obere Stempel durch den Zylinder um einen entsprechenden Abstand angehoben wird, um eine Kühlung der Innenfläche des Bodens durch die Luft für 3 Sekunden zu ermöglichen, nach welchen die Luft aus dem Inneren des

ίο Behälters abgeleitet wird und die Stempel und Formwerkzeuge in ihre Anfangsstellung zurückgebracht werden, um eine Entnahme und neue Beschickung zu ermöglichen. Der erhaltene Behälter hat im wesentlichen eine durchgehende gleichförmige Wanddicke von etwa 0,508 mm mit einem hohen Grad an multiaxialer Orientierung der Moleküle überall, mit Ausnahme des Flansches und des an denselben angrenzenden Wandabschnittes.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

1 2 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstel- Patentansprüche: len eines hohlen Gegenstandes aus multiaxial orientiertem tiefziehbarem Kunststoff, bei dem ein Preß-

1. Verfahren zum Herstellen eines hohlen Ge- ling auf einer praktisch gleichmäßigen Temperatur genstandes aus multiaxial orientiertem tiefziehba- 5 unterhalb der Schmelztemperatur des Kunststoffs gerem Kunststoff, bei dem ein Preßling auf einer halten, an seinem Umfang festgeklemmt, auf den praktisch gleichmäßigen Temperatur unterhalb Mittelteil des Preßlings von beiden Seiten ein den der Schmelztemperatur des Kunststoffs gehalten, Kunststoff zum radialen Fließen bringender Druck an seinem Umfang festgeklemmt, auf den Mittel- ausgeübt, der Mittelteil des Preßlings gegenüber dem teil des Preßlings von beiden Seiten ein den io eingeklemmten Rand gezogen und der gezogene Kunststoff zum radialen Fließen bringender Mantelteil hierauf von innen gegen eine äußere, der Druck ausgeübt, der Mittelteil des Preßlings ge- gewünschten Gestalt des Gegenstandes entsprechende genüber dem eingeklemmten Rand gezogen und Abstützung angedrückt wird.

der gezogene Mantelteil hierauf von innen gegen Die Erfindung betrifft weiter einen Preßling sowie

eine äußere, der gewünschten Gestalt des Gegen- 15 eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens, Standes entsprechende Abstützung angedrückt welche eine die Gestalt der Außenwand des herzuwird, dadurch gekennzeichnet, daß das stellenden Gegenstandes bestimmende Matrize, eine Ziehen des Mittelteiles gleichzeitig mit der das Einrichtung zum Festklemmen eines Preßlings am Fließen des Kunststoffes bewirkenden Druckaus- Rand der Matrize und zwei in entgegengesetzten

Übung bei der Orientierungstemperatur des 20 Richtungen an die beiden Seiten des Mittelteils des Kunststoffes erfolgt. eingeklemmten Preßlings heranführbaren, sowie mit

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- einem Preßdruck gegeneinanderdrückbare Stempel |j kennzeichnet, daß der Preßling auf die Orientie- aufweist, die im gegeneinandergedrückten Zustand " rungstemperatur vor dem Festklemmen seines gemeinsam miteinander verschiebbar sind.

Umfangs erwärmt wird. 25 Es ist bekannt, daß dünne Kunststoffolien aus

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch multiaxial orientiertem Kunststoff eine große Festiggekennzeichnet, daß ein Preßling aus Polypropy- keit haben und aus solchen Folien feste Behälter aus len auf eine Temperatur von etwa 65 bis 160° C Kunststoff wirtschaftlich hergestellt werden können, erwärmt wird. Da die Folien bei der Warmverformung in vielen

4. Preßling für das Verfahren nach einem der 30 Fällen nicht gleichmäßig gezogen werden, treten unAnsprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß terschiedlich dünne Wandabschnitte auf, so daß sich sein Mittelteil (22) in der Mitte dicker als an der in den durch Tiefziehen von Folien gebildeten bePeripherie und von einem Flansch (24) umgeben kannten Behältern schwache Stellen ergeben. Um ist. diesie schwachen Stellen zu vermeiden, müssen ver-

5. Preßling nach Anspruch 4, dadurch gekenn- 35 hältnismäßig dicke Kunststoffplatten zum Herstellen zeichnet, daß die Dicke des Mittelteiles (22) von von Behältern verwendet werden, so daß in den gezoder Mitte bis zum Rand kontinuierlich ab- genen Bereichen ausreichende Wandstärken erhalten nimmt. werden. Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten bei

6. Vorrichtung zum Durchführen des Verfah- der Warmverformung werden mechanische Hilfsmitrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer 40 tel oder Blasformverfahren angewandt. Die letztgedie Gestalt der Außenwand des herzustellenden nannten Verfahren werden insbesondere zur For-Gegenstandes bestimmenden Matrize, einer Ein- mung von Behältern mit verhältnismäßig großer richtung zum Festklemmen eines Preßlings am Höhe verwendet. Bei der Blasverformung werden Rand der Matrize und mit zwei in entgegenge- jedoch keine starken molekularen Orientierungs- ^ setzten Richtungen an die beiden Seiten des Mit- 45 effekte wirksam, so daß das Material, was seine telteiles des eingeklemmten Preßlings heranführ- Festigkeit anbelangt, nicht vollständig ausgenützt baren und mit einem Preßdruck gegeneinander- wird.

drückbaren Stempeln, die im gegeneinanderge- Die Erfindung bezweckt die Verformung von

drückten Zustand gemeinsam miteinander ver- Kunststoffolien in hohle Gegenstände, wobei verhinschiebbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der 5° dert werden soll, daß der Kunststoff an verschiede-Preßdruck der Stempel (60, 92; 136, 138; 180, nen Stellen verschieden dünn ausgezogen und die 182; 230, 232) auf den Mittelteil des Preßlings hohe Festigkeit von multiaxial orientiertem Kunst-(21) während der gemeinsamen Verschiebung stoff erhalten wird. Die Wanddicke des Behälters soll derselben auf einen bestimmten Wert einstellbar dabei genau steuerbar sein, um das Material optimal ist. 55 auszunützen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge- Das eingangs beschriebene Verfahren ist nach der kennzeichnet, daß die Stempel hydraulisch be- Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Ziehen wegbar sind. des Mittelteiles gleichzeitig mit der das Fließen des

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge- Kunststoffs bewirkenden Druckausübung bei der kennzeichnet, daß die Stempel durch einen 60 Orientierungstemperatur des Kunststoffs erfolgt. Schraubenspindeltrieb bewegbar sind. Vorzugsweise wird der Preßling auf die Orientie-

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 rungstemperatur vor dem Festklemmen seines Umbis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der eine fangs erwärmt. Wenn dieser aus Polypropylen beStempel (232) eine konkave Stirnfläche (234) und steht, erfolgt beispielsweise das Erwärmen auf eine der andere Stempel (230) eine Fläche mit radia- 65 Temperatur von etwa 65 bis 160° C.

len Einziehungen (236) aufweist. Bei einem bekannten Verfahren erfolgt das Herstellen eines hohlen Gegenstandes aus Kunststoff zuerst durch einen von zwei Stempeln auf eine