DE1479583C - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines hohlen Gegenstandes aus multiaxial orientiertem Kunststoff, sowie Pressling für dieses Verfahren - Google Patents

Description

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Kunststoffplatte ausgeübten Preßdruck, der den Bo- einaxial orientiertem Kunststoff, versehen werden, den formt, wobei das zwischen den Stempeln ver- - welches in Umfangsrichtung orientiert worden ist.
drängte Material einen Wulst zwischen der Matrize Da es sehr wichtig ist, daß das Material des Preß- und den Stempeln bildet. Hierauf wird bei dem be- lings gleichförmig gestreckt wird und daß das Verkannten Verfahren durch relative Verschiebung der 5 fahren aus wirtschaftlichen Gründen so schnell wie beiden Stempel gegenüber der Matrize der Wandteil möglich durchgeführt wird, wird der Preßling vordes hohlen Gegenstandes aus dem Material in dem zugsweise über seine ganze Dicke vor der Einführung Wulst gezogen. Im Gegensatz hierzu wird bei dem in die Matrize, zweckmäßig durch heiße Luft, öl Verfahren nach der Erfindung der Gegenstand aus oder andere geeignete Mittel, über eine ausreichende einem Preßling gezogen, indem dieser Preßling durch io Zeitdauer einer gleichförmigen Temperatur ausgezwei in entgegengesetzten Richtungen aufeinander zu setzt. Um eine Streckung des eingeklemmten und sobewegte Stempel so unter Druck gesetzt wird, daß mit nicht den beträchtlichen angewendeten Drücken das Material während des Ziehens des hohlen Gegen- ausgesetzten Umfanges klein zu halten, werden die Standes aus dem Bereich zwischen den beiden Stem- Formwerkzeuge vorzugsweise nicht erhitzt oder gepeln herausfließt. Es wird also nicht zuerst ein Rand- 15 kühlt, um Wärme aus denselben abzuführen,
wulst gebildet, der dann nachgezogen wird, sondern Die angewendeten Temperaturen sollen genügend das Ziehen erfolgt gleichzeitig mit der Verdrängung unterhalb der Schmelztemperatur des Kunststoffes des Materials zwischen den beiden Preßlingen. Hier- liegen, so daß keine Wahrscheinlichkeit besteht, daß durch wird eine Orientierung des Kunststoffs erhal- ein anfängliches Schmelzen während der Druckverten, die zu wesentlich fonnbeständigeren und festeren 20 fonnung infolge der in den Kunststoff wegen der in Behältern führt. ^: ■ V ^;f ; demselben bei beträchtlichen Drücken durchgeführ- ; Ein Preßling zum Durchführen 'des Verfahrens ten starken Bearbeitung eingeführten Energie aufnach der Erfindung ist in seinem Mittelteil in der tritt. Es sind jedoch höhe Orientierungstemperaturen, Mitte dicker als an der Peripherie, und er ist von die mit dem Sicherheitsfaktor verträglich sind, ereinem Flansch umgeben. Vorzugsweise nimmt die 25 wünscht, um die für die Druckverformung erforderli-Dicke des Mittelteils des Preßlings von der Mitte bis chen Drücke zu vermindern. Beispielsweise hat PoIyzum Rand kontinuierlich ab. propylen eine Schmelztemperatur von 165,5° C und

Eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art, wird im allgemeinen auf etwa 93 bis 149° C und vormit der das Verfahren nach der Erfindung vorteilhaf- zugsweise auf 121 bis 143° C erhitzt,
terweise durchgeführt wird, ist dadurch gekennzeich- 30 '"> Die Verschiebung des Mittelteils des Preßlings und net, daß der Preßdruck der Stempel auf den Mittel- die Zusammendrückung desselben wird durch ein teil des Preßlings während der gemeinsamen Ver- Paar von. zusammenwirkenden Stempeln auf den entschiebung der Stempel auf einen bestimmten Wert gegengesetzten Oberflächen des Mittelteiles bewirkt, einstellbar ist. Die Stempel können beispielsweise hy- während sich beide ins Innere der Matrize bewegen, draulisch oder durch einen Schraubenspindeltrieb be- 35 Die angewendeten Drücke ändern sich mit der Temwegbar sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform peratur des Kunststoffs zum Zeitpunkt der Verfornach der Erfindung hat ein Stempel eine konkave mung und der angewendeten Zeit. Beispielsweise Stirnfläche und der andere Stempel eine Fläche mit wird bei der Herstellung eines Polypropylen-Preßradialen Einziehungen. lings, welcher auf etwa 138° C vorerhitzt wurde, ein

Die hohlen Gegenstände nach der Erfindung ha- 40 Druck von 4,5 bis 18,11 zufriedenstellend angewenben im wesentlichen radiale Orientierung der Mole- det, um die Verschiebung nach innen zu bewirken, küle im Boden, welcher durch die Druckverformung und ein Druck von 22,6 bis 58,91 wird zufriedenstel- und Reckung während der Verformung erzeugt wird. lend angewendet, um das Fließen zu bewirken und Der Mantelteil hat im wesentlichen multiaxiale den Preßling um etwa das Zehnfache in einem Zeit-Orientierung der Moleküle infolge der radialen 45 raum von etwa drei Sekunden zu vergrößern. Um Orientierung, welche in dem zur Bildung des unteren eine vorzeitige Abkühlung des Preßlings zu vermei-Abschnittes des Mantelteils durch Zusammendrük- den, sollten wenigstens die Berührungsflächen der kung zur Seite gedrückten Material erzeugt wird, wo- Stempel auf die Orientierungstemperatur erhitzt werbei eine im wesentlichen vertikale oder axiale Orien- den.

tierung infolge der axialen Vorschiebung und Strek- 50 Der Stempel auf der Innenfläche des Preßlings be-

kung des Mantelteils und eine im wesentlichen in sitzt eine geringere Breite als die Matrize, so daß sich

Querrichtung oder Umfangsrichtung verlaufende der Mantelteil des Preßlings vom eingeklemmten

Orientierung infolge der Streckung während der Umfang nach innen verjüngt und so einen Abstand

endgültigen Verformung auftritt. So werden die Mo- von der Wand der Matrize aufweist. Dadurch wird

leküle des Kunststoffs im wesentlichen längs mehre- 55 die Reibung möglichst klein gemacht, und eine vor-

ren Achsen orientiert, was hierin als multiaxiale zeitige Abkühlung und Aushärtung des Kunststoffs

Orientierung oder multiaxial orientiert bezeichnet durch Berührung mit der Matrizenwand wird besei-

wird. tigt.

Die erfindungsgemäßen hohlen Gegenstände wer- Die endgültige Verformung des Preßlings nach den infolge ihrer hohen Festigkeit und verhältnismä- 60 vollständiger Verschiebung des Mittelteiles nach inßig niedrigen Kosten zweckmäßig als mehrfach nutz- nen wird durch Einrichtungen bewirkt, welche im bare Behälter verwendet. Der Verschluß für die Be- wesentlichen gleichförmigen Druck über die Innenhälteröffnung kann als Teil des Preßlings gespritzt fläche des Preßlings ausüben. Luft oder ein anderes werden, oder es kann ein getrennter Verschluß aus Strömungsmittel mit verhältnismäßig hohem Druck Metall, Kunststoff oder anderem Material verwendet 65 kann direkt an den Preßung eingeleitet werden. Ein werden. Um die Festigkeit des hohlen Gegenstandes konzentriertes Auftreffen an irgendeiner Stelle muß weiter zu verbessern, kann er mit einem am Umfang vermieden werden. Öl oder ein anderes Strömungsverlaufenden Verstärkungsband, zweckmäßig aus mittel 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 Stempeifläche 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 Trägerfiäche 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 riiöglichst das Band 16 eiriäxial 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 Be-Kunststoffmateriais um den Stempel und in den 25 zeichnung der sichtbaren Seitenwand des Behälters Wandteil des Behälters zu ermöglichen, ist der Mit- entfernt von dem drückgeformten Körper. Das Band telteil des Preßlings zweckmäßigerweise dicker in sei- 16 ist gegen senkrechte Scherkräfte am oberen Ende ner Mitte. durch den Flarischteil 20 des Deckels 4, welcher um An Hand der Figuren wird die Erfindung erjäu- 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. i 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 F, i g. 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 ürid F i g. 6 in einem ähnlichen Schnitt wie F i g. 5 die die weitere radiale Streckung des Mittelteiles wäh-Vorrichtüng, nachdem die Formwerkzeuge den Preß- fend 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 21. Der Preßling 21 hat einen Mittelteil 22, des Preßlings, einen Mantelteil 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-Endstelluhg 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-Kühlvorg'arigs 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 Perizeügeri, 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-Fig. ,11 einen lotrechten Teilschnitt in vergrößer- liegenden Stempeln sicherzustellen, wie oben im eintem Maßstab durch den unteren Stempel, zelneh erläutert würde. Allgemein wird ein Dicken-Fig. 12 eine teilweise geschnittene Teilansicht 60 unterschied von etwa 5 bis 20 ^ä/o und vprzugsweise eines anderen Ausführungsbeispieles der zusammen- etwa 10 bis 13 */o 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 zum Stempels aus Fig. 12, .. . Wandäbschhitt 28 hin, üni den Formvorgang zu er-Fig: 14 einen lotrechten Schnitt eines durch die in 65 leichtern und eiii zweckmäßiges Materiaivdiumeri 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. I5 eine teilweise geschnittene Schrägansicht mittelbar angrenzende Teil des Waridabschhittes 28,

welche in die Formwerkzeuge aufgenommen werden, besitzen vorzugsweise eine etwas größere Abmessung als diese, damit ein gewisses Druckfließen des Kunststoffs beim Festklemmen und dadurch eine gewisse Orientierung der Moleküle des darin enthaltenen Materials erzeugt wird.

Im folgenden wird die Wirkungsweise des in den Fig. 4 bis 11 dargestellten Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des Verfahrens näher erläutert. Insbesondere in Fig. 4 ist ge- ίο zeigt, wie die Formwerkzeuge 30, 32, welche die zylindrische Matrize 34 bilden, zur Ausführung einer Hin- und Herbewegung in die in F i g. 4 dargestellte Stellung auf der Oberfläche des Trägers 36 der Vorrichtung bei Einwirkung der Halter 38, 40 und in die außerbetriebliche Stellung im Abstand voneinander, um das Beschicken und Entnehmen zu ermöglichen, gelagert sind. Plattformen 42, 44 sind zur Ausführung einer gleichzeitigen parallelen Bewegung relativ zum Träger 36 durch vier Verbindungsstangen 46 an den seitlichen Rändern derselben miteinander verbunden, welche sich gleitbar durch öffnungen 48 im Träger 36 erstrecken. Die untere Plattform 42 und dadurch die obere Plattform 44 sind zur Ausführung einer senkrechten Hin- und Herbewegung auf einer Präzisions-Schraubenspindeleinrichtung gelagert, welche mit 50 bezeichnet ist und eine Schraubenspindel 52, ein Lagergehäuse 54, eine Kupplungs- und Bremseinrichtung 56 und einen umkehrbaren Antriebsmotor 58 aufweist.

Auf der Oberfläche der unteren Plattform 42 ist die untere Stempeleinheit befestigt, welche mit 60 bezeichnet ist und einen Basisteil 62 und einen nach oben stehenden zylindrischen Stempel 64 mit geringerer Breite als der Basisteil 62 aufweist, so daß der Basisteil 62 einen radial nach außen stehenden Anschlag um denselben bildet. Der Stempel 64 erstreckt sich durch eine kreisförmige Öffnung 66 im Träger 36 mit größerem Durchmesser als der Stempel 64 nach oben, um einen radialen Abstand zwischen denselben zu erzeugen. Durch einen Druckanschluß 70 im Basisteil 62 wird Luft oder ein anderes Strömungsmittel unter hohem Druck in die Hauptleitung 72 eingeleitet, welche sich zur Mitte der Stempelanordnung und von da nach oben in den Stempel 64 erstreckt. Eine Vielzahl von. Auslaßleitungen 74, welche am besten aus Fig. 10 ersichtlich sind, erstrekken sich von da in radialer Richtung und münden an den Seiten des Stempels 64, gefluchtet mit den Wänden der Öffnung 66 im Träger 36. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, wird Luft dem Anschluß 70 durch die Druckleitung 76 von dem elektrisch betätigten Ventil 78 zugeführt, welches Luft unter hohem Druck aus dem Zwischenbehälter 80 entläßt, indem sie durch die Hochdruckpumpe 82 zusammengedrückt wird. Der Zwischenbehälter 80 wird vorzugsweise gekühlt, um zu verhindern, daß die komprimierte Luft die Temperatur des Kunststoffs auf die Schmelztemperatur erhöht, wenn sie in Berührung damit kommt, und auch, um die Kühlung und Aushärtung des Preßlings zu unterstützen, nachdem derselbe endgültig ausgedehnt ist. Um eine gute Abdichtung des am Basisteil 62 der unteren Stempelanordnung 60 gebildeten Anschlages bei Bewegung in die Berührung mit der Unterfläche des Trägers 36 zu erzielen, sitzt ein O-Ring oder ein anderes geeignetes Dichtungselement 84 in damit zusammenwirkenden Nuten 86, 88 im Basisteil 62 bzw. Träger 36.

Der obere Stempel 92 ist mit seinem oberen Ende zur Ausführung einer Hin- und Herbewegung innerhalb des hydraulischen Zylinders 94 gelagert, welcher auf der oberen Plattform 44 ruht und eine untere Fläche 96 aufweist, welche eben ist und eine ringförmige Einziehung 97 aufweist, die sich um ihre Umfangskante erstreckt. Ein hydraulisches Mittel wird dem Zylinder durch die Anschlüsse 98, 100 zugeführt und bewegt den Stempel in vertikaler Richtung in bezug auf die untere Stempeleinheit 60 durch Einwirkung auf den Kolbenflansch 102 des Stempels 92. Absätze oder Anschläge 104 innerhalb des Zylinders 94 begrenzen die Bewegung gegen die untere Stempeleinheit 60, um eine Überkompression der dazwischenliegenden Plastikfolie zu verhindern. Um den oberen Stempel 92 gegen die untere Stempeleinheit 60 zu bewegen, kann Strömungsmittel durch das Ventil 106 in den oberen Teil des Zylinders entweder aus dem Drucksteuerventil 198 oder dem Meßventil TlO zugeführt werden, welche das unter Druck von dem Vorratsbehälter 112 durch Einwirkung der umkehrbaren Pumpe 114 eingeleitete Strömungsmittel steuern, welches Strömungsmittel gleichzeitig vom unteren Teil des Zylinders durch die Pumpe 114 abgezogen und in den Vorratsbehälter 112 zurückgeleitet wird. Um den oberen Stempel 92 von der unteren Stempeleinheit 60 zu entfernen, wird hydraulisches Mittel in den unteren Teil des Zylinders aus dem Vorratsbehälter 112 durch Einwirkung der Pumpe 114 zugeleitet, während Strömungsmittel aus dem oberen Teil durch das Ventil 106 abgezogen und zum Vorratsbehälter 112 zurückgeleitet wird.

Wie am besten aus Fig. 11 ersichtlich ist, wird die obere Fläche der unteren Stempeleinheit 60 durch eine Außenplatte 116 gebildet, welche eben ist und einen abgerundeten Umfang und einen Flansch aufweist, welcher in einer Umfangseinziehung im Stempel 64 sitzt. Ein Heizelement wird durch elektrische Widerstandsdrähte 118 gebildet, welche in ein Gewebe aus Polytetrafluoräthylen 119 oder ein anderes ähnliches hitzebeständiges Material eingewebt und vom Stempel 64 und von der Außenplatte 116 durch eine Isolationsschicht aus Glasgewebe 121 und eine außerordentlich dünne Isolatorfolie 123, beispielsweise »Η-Film«, gehandelt von der Firma E. I. du Pont de Nemours, elektrisch isoliert sind. Strom wird dem Heizelement 118 durch nicht gezeigte Drähte im Stempel 64 mit vorgegebener Impulsgeschwindigkeit zugeführt, um die Außenplatte 116 der Stempelanordnung 60 auf der Orientierungstemperatur des Kunststoffes des Preßlings 21 zu halten und eine Abkühlung des vorerhitzten Materials zu verhindern. Die polierte Stahlaußenplatte 116 kann einen Überzug aus Tetrafluoräthylen oder Silikon aufweisen, um die Reibung und dadurch die für ein Fließen des Kunststoffs erforderlichen Drücke zu vermindern. Die untere Fläche 96 des oberen Stempels 92 ist mit einer ähnlichen Außenplatte und einem nicht gezeigten Heizelement versehen.

Die Formwerkzeuge 30, 32 sind mit nicht gezeigten Kühlwasserdurchführungen versehen, um ein schnelles Abkühlen und Aushärten des Kunststoffes nach der endgültigen Verformung des darin enthaltenen Kunststoffs zu bewirken. Wie am besten in den F i g. 5 und 10 ersichtlich ist, besitzt die Matrize 34 eine zylindrische Form und weist eine Vielzahl von axial und vertikal verlaufenden Rippen oder Wellen 120 auf, welche im Abstand um diese angeordnet

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sind. Nahe dem oberen Ende ist die Matrize 34 mit einer Umfangseinziehung 122 von ringförmiger Ausbildung versehen, welche sich um dieselbe erstreckt und mit der ringförmigen Einziehung 97 in der Vorderfläche 96 des oberen Stempels 92 zusammenwirkt, um den Wulst 14 des Gegenstandes 2 auszubilden. Die Matrize 34 besitzt eine Umfangseinziehung 124 am unteren Ende derselben am Träger 36, welche mit der nach oben stehenden Ringlippe 126 am Träger 36 zusammenwirkt, die sich um die Öffnung 66 erstreckt, um den Flansch 26 des Preßlings 21 beim Schließen der Formwerkzeuge 30, 32 festzulegen. Die Innenfläche der Lippe 126 erweitert sich nach außen in die Matrize 34.

So wird beim Schließen der Formwerkzeuge 30, 32 der Flansch 26 in der Einziehung 124 ergriffen, und der Wandabschnitt 28 wird zwischen der Lippe 126 und den Wänden der Formwerkzeuge 30, 32 eingeklemmt, welche das Material schnell abkühlen und aushärten, um die Neigung möglichst klein zu machen, daß dieser Teil gestreckt wird. Wie oben angegeben, sind der Umfang 26 und der Wandabschnitt 28 vorzugsweise etwas größer als die Einziehung 124 und der Abstand zwischen der Formwand und der Lippe 126, um eine gewisse Zusammendrückung und ein Fließen zu bewirken und dadurch eine Steuerung der Abmessung und eine gewisse molekulare Ausrichtung zu bewirken.

In bezug auf die Wirkungsweise des dargestellten Ausführungsbeispieles zeigt Fig. 5 die Vorrichtung beim Beschickungsvorgang, bei welchem der Preßling 21, der durch und durch gleichförmig auf die Orientierungstemperatur in einer nicht gezeigten Durchheizabteilung vorerhitzt worden ist, zwischen die Formwerkzeuge 30, 32 und auf die obere Frontplatte 116 der unteren Stempeleinheit 60 eingeführt wird. Bei diesem Schritt sind die untere Plattform 42 und dadurch die untere Stempeleinheit 60 bis zur unteren Grenze ihrer Bewegung zurückgezogen und der obere Stempel 92 innerhalb des hydraulischen Zylinders 94 nach oben gezogen worden. Strom wird dem Heizelement 118 unter der Vorderplatte 116 der unteren Stempeleinheit 60 zugeführt, um eine vorzeitige Abkühlung des Preßlings 21 zu verhindern.

In F i g. 6 haben die Halter 38 und 40 die Formwerkzeuge 30, 32 zusammen bewegt und den Preßling 21 in der Einziehung 124 und zwischen der Wand der Matrize 34 und der ringförmigen Lippe 126 eingeklemmt. Ein nicht gezeigter Steuerkreis öffnet das Ventil 106 für die Strömung von hydraulischem Medium durch das Drucksteuerventil 108, bis die untere Fläche 96 des oberen Stempels 92 nach unten in Kontakt mit dem Mittelteil des Preßlings 21 kommt, zu welchem Zeitpunkt der Widerstand des Kunststoffs gegen Verformung eine Druckänderung in der Leitung hervorruft und das druckempfindliche Ventil 108 schließt. Gleichzeitig werden Impulse auf das nicht gezeigte Heizelement auf der Stempelfläche 96 gegeben, um eine Abkühlung des Kunststoffs zu verhindern. In dieser Anfangsstellung wird die dickere Mitte des Mittelwandungsteiles 22 zwischen den Stempelflächen 96, 116 festgehalten.

In F i g. 9 ist die Anordnung während des Druckverformungsvorganges gezeigt. Der Motor 58 hat begonnen, die Schraubenspindel 52 und dadurch die obere und untere Plattform 44, 42 mit der unteren Stempeleinheit 60 und dem oberen Stempel 92 anzuheben, wodurch bewirkt wird, daß der Mittelteil 22 des Preßlings 21 in bezug auf die Matrize 34 nach innen oder oben in bezug auf seinen festgeklemmten Umfang bewegt wird. Gleichzeitig wird das Meßventil 110 betätigt, um in den oberen Teil des Zylinders 94 hydraulisches Medium mit gesteuerter und vorgegebener Geschwindigkeit einzuleiten und eine Bewegung der oberen Stempelfläche 96 gegen die untere Stempeleinheitsfläche 116 zu bewirken. Die Einleitgeschwindigkeit durch das Meßventil 110 wird genau

ίο gesteuert, um eine kontinuierliche und gleichförmige Zusammendrückung des Kunststoffs im Mittelwandungsteil 22 des Preßlings 21 über die ganze Zeitdauer der ins Innere gerichteten oder parallelen Verschiebung desselben zu erhalten, wodurch anfänglich eine Zusammendrückung und ein seitliches Fließen der dickeren oder überhöhten Mitte und sodann des Restes des Mittelteiles 22 bewirkt wird. In dieser Weise wird der Einschluß von Luft oder anderen Gasen vermieden, und die anfängliche Streckung des verjüngten Mantelteiles 24 des Preßlings tritt vor dem Fließen des Kunststoffs des Mittelteiles 22 um den Umfang der Stempelaußenplatte 116 auf, um den für eine gleichförmige Dicke bei der kontinuierlichen Ausbildung des Mantels durch die Verschiebung des mittleren Wandteiles 22 nach innen erforderlichen Kunststoff zu erhalten.

Wie aus den Figuren ersichtlich, besitzt der Stempel 64 der unteren Stempeleinheit 60 einen geringeren Durchmesser als die Matrize 34, so daß der Mantelteil des Preßlings sich nach innen verjüngt und einen Abstand von den Wänden der Formwerkzeuge 30, 32 aufweist, um eine vorzeitige Abkühlung zu verhindern. Wärme wird während des Zusammendrückens des Mittelteiles 22 erzeugt, und die auf die Heizelemente der Stempelfläche gegebenen Impulse werden zum Ausgleich derselben eingestellt und verhindern, daß der Kunststoff die Schmelztemperatur erreicht, wobei das Metall der unteren Stempeleinheit 60 und des oberen Stempels 92 als Wärmesenke wirkt.

In F i g. 8 und 10 hat die Schraubenspindel 52 die obere Grenze ihrer Bewegung erreicht, und der Mittelteil 22 des Preßlings 21 ist vollständig nach innen verschoben. Während seiner ganzen Bewegungszeit hat das Meßventil 110 bewirkt, daß die obere Stempelfläche 96 sich gegen die untere Stempeleinheitsfläche 116 bis zum gewünschten Abstand bewegt, welcher im wesentlichen gleich der gewünschten Dicke des Bodens 6 des Behälters 2 ist, wobei die Anschlä-

so ge 104 im Zylinder 94 so wirken, daß sie eine genaue Steuerung dieser Abmessung gewährleisten. Der gezogene Preßling ist vor seiner endgültigen Verformung in gestrichelten Linien dargestellt, wobei sich ein Teil des Mantelteils nach innen zur Kante der unteren Stempelanordnungsfläche 116 verjüngt.

Nachdem die Schraubenspindel 52 und der obere Stempel 92 die Grenze ihrer Bewegung erreicht haben, wird Luft oder ein anderes Strömungsmittel unter hohem Druck vom Vorratsbehälter 80 durch den Druckanschluß 70 in die Hauptleitung 72 und die Leitungen 74 in der unteren Stempelanordnung 60 eingeleitet. Wenn die Luft aus den Leitungen 74 entweicht, trifft sie auf die Wand der Öffnung 66 im Träger 36 und wird nach oben ins Innere des gezogenen Preßlings abgelenkt, worin sie die Wände des Preßlings in Übereinstimmung mit der Oberfläche der Matrize 34 und der oberen Stempelfläche 96 ausdehnt, 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 dazwisehen 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 0,9071. 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 ge-

rem 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 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 dör 3° 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. diese schwachen Stellen zu vermeiden, müssen ver-

5. Preßling nach Anspruch 4, dadurch gekenn- 35 hältnismäßig dicke Kunststoff platten 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 Verfall- der Warmverformung werden mechanische Hilfsmitrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer 4° 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 uhd mit zwei in entgegenge- jedoch keine starken molekularen Orientierungssetzten 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 verhin-

schiebbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der 50 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 Um-

bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der eine fangs erwärmt. Wenn dieser aus Polypropylen be-

Stempcl (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