DE1919262B2 - Einrichtung zum spritzen von duroplastischen werkstoffen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum sehr hohen spezifischen Einspritzdrücken gearbeitet

Spritzen von duroplastischen Werkstoffen mit einer werden.

in einem Zylinder drehbaren und axial verschiebbaren Der Einspritzdruck sowie der ebenfalls sehr hohe

Schnecke, die das Material in Richtung des Spritz- Nachdruck aber beaufschlagen gleichzeitig das in der

Werkzeuges transportiert und plastifiziert, wobei der 5 Plastifizierzone der Schnecke zurückbleibende Mate-

Plastifiziervorgang vom Einspritzvorgang getrennt ist. rial und versursachen in Verbindung mit der von

Bekannt ist eine Einrichtung zum Spritzgießen außen dem Plastifizierzylinder zugeführten Tempenach dem bewährten Schneckenkolbenprinzip. Ent- ratur, daß sich dieses Material bereits vor seiner Verwickelt wurde dieses Verfahren ursprünglich aus- spritzung sehr schnell dem Aushärtungspunkt nähert, schließlich für die Verarbeitung von Thermoplasten. io Um trotz der aufgeführten nachteiligen Erschei-Hierfür bietet das Spritzgießen nur Vorteile und stellt nungen eine Verarbeitung von Duroplasten durch nach dem Stand der Technik das Optimum dar. Spritzgießen zu ermöglichen, müssen im allgemeinen

Seit etwa drei bis vier Jahren wird das Spritzgießen Formmassen mit extrem weicher Fließeinstellung und

auch für die Verarbeitung von Duroplasten einge- langsamer Aushärtungsgeschwindigkeit verwendet

setzt. 15 werden. Es handelt sich hierbei um speziell für das

Bei der Verarbeitung von Thermoplasten durch- Spritzgießen entwickelte Sondermassen, die gegenläuft der Werkstoff bekanntlich einen rein physika- über den normalerweise verarbeiteten, mittel oder lischen Prozeß. Durch Druck und Temperatur wird hart eingestellten Massen Nachteile mitbringen. Sie das feste Material in einen plastischen Zustand über- benötigen eine längere Härtezeit und weisen am führt, um verformt werden zu können, wonach es 20 Formteil eine höhere Schwindung sowie eine stärkere nach der Verformung durch Erkalten erneut seinen Gasabspaltung auf, was sich auf die Maßhaltigkeit, festen Zustand einnimmt. Dieser Vorgang läßt sich den Verzug und die allgemeine äußere Qualität der ohne weiteres wiederholen. Formteile nachteilig auswirkt.

Duroplaste dagegen unterliegen jedoch darüber Trotz Verwendung dieser Sondermassen verbleiben

hinaus einer chemischen Umwandlung. Es erfolgt 25 noch Schwierigkeiten beim Einrichten der Maschine

durch Kondensation eine Vernetzung der Moleküle, auf einen bestimmten Artikel. Man stelle sich eine

d. h. das Material härtet aus und läßt sich nicht ein V-förmige Viskositätskurve vor, die den plastischen

zweites Mal in den plastischen Zustand versetzen. Zustand des Materials vor der Verspritzung wieder-

Hinzu kommt, daß der vor der Verformung erzeugte gibt. Die untere Spitze des V bzw. der Wendepunkt

plastische Zustand des Materials nur begrenzt lange 30 der Kurve stellt die niedrigste Viskosität, also den

aufrechterhalten werden kann, da der Kondensations- plastischen Zustand der Formmasse dar, während

prozeß unter Zufuhr von Druck und Temperatur un- der linke Schenkel des V den Übergang vom riesel-

aufhörlich weiter fortschreitet. fähigen zum plastischen und der rechte Schenkel den

Es ist daher sehr wichtig, duroplasisches Material Übergang vom plastischen zum ausgehärteten Zuhinsichtlich Druck und Temperatur schonend zu be- 35 stand veranschaulicht. Der Verarbeiter muß nun verhandeln; d. h., beide Faktoren sollten vor der Ver- suchen, diesen unteren Wendepunkt der Viskositätsformung nicht stärker als nötig auf die Formmasse kurve zu finden, denn sobald sich das Material in einwirken. einem Stadium befindet, wie es dem linken oder

Unter Zugrundelegung dieser Erkenntnisse bein- rechten Schenkel der Kurve entspricht, treten Schwiehaltet das Spritzgießverfahren für die Verarbeitung 40 rigkeiten beim Einspritzen des Materials insofern auf, von Duroplasten zahlreiche ungünstige Voraus- als die zu geringe Fließfähigkeit ein Füllen bzw. Versetzungen, dichten der Formteile in Frage stellt. Die niedrigste

Außer das Material in den für die Verformung er- Viskosität des Materials zu finden, ist an sich kein

forderlichen plastischen Zustand zu bringen, hat die ■ Problem, wenn man das Plastifizieren allein betrach-

Plastifizierschnecke in einer Spritzgießmaschine zu- 45 tet. Es erfolgt durch Variieren der Plastifizier-Fak-

sätzlich die Aufgabe, das Einspritzen der Formmasse toren Staudruck, Schneckendrehzahl und Plastifizier-

in die Formnester zu übernehmen. Danach muß eben- temperatur. Beim Spritzgießverfahren wird es jedoch

falls von der Schnecke für eine gewisse Dauer ein dadurch zum Kriterium, daß die Einspritz-Faktoren

Nachdruck aufrechterhalten werden. Spritzdruck, Nachdruck und Spritzgeschwindigkeit

Bedingt durch das Spritzgieß-Prinzip muß die 5° als echte Störgrößen in diesen Einregulierungsvor-

plastische Formmasse während des Einspritzvor- gang einwirken. Die auftretenden Temperaturspitzen

ganges zunächst durch die relativ kleine Austrittsöff- können nur dadurch kompensiert werden, daß eine

nung des Plastifizierzylinders gedrückt werden, um in relativ teure Flüssigkeitsheizung am Plastifizierzylin-

den Angußkanal des beheizten Werkzeuges zu ge- der zum Einsatz kommt.

langen. Von hier aus wird das Material in den meisten 55 Ein weiterer Nachteil ergibt sich dadurch, daß die Fällen verteilt, und zwar erfolgt hierbei eine recht- hohen Einspritzdrücke an den Schneckengängen und winklige Umlenkung in mehrere Richtungen. Nicht in den Angußkanälen des Werkzeuges einen erhebselten werden auch diese Kanäle noch einmal verteilt. liehen Verschleiß verursachen. Am Anschnitt der Bevor die Masse die Formnester erreicht, durchläuft Formnester wirkt sich das insofern aus, als der Ansie am Anschnitt eines jeden Formnestes noch einmal 60 guß immer größer wird, wodurch sein Entfernen mehr eine erhebliche Querschnittsverengung. Hierdurch Aufwand erfordert und die Bruchfläche, auch wenn entstehen in den Angußkanälen durch Friktion ver- sie nachgearbeitet wird, die optische Wirkung des ursachte, unkontrollierbare Temperaturspitzen, die Formteiles sehr störend beeinflußt,
sich schädlich auf das Fließverhalten der Formmasse In vielen Fällen führt das dazu, daß das Formteil auswirken. 65 nicht mehr verwendet werden kann. Dieser Umstand

Außerdem entsteht in den Angußkanälen natur- wirkt sich um so stärker, d. h. in relativ kurzer Zeit,

gemäß ein erheblicher Druckabfall. Es muß also, um aus, je härter und aggressiver die Füllstoffe in der

den erforderlichen Fülldruck noch zu erreichen, mit Formmasse sind.

Grundsätzlich hat es sich gezeigt, daß bei der Verarbeitung von Duroplasten eine Leistungssteigerung zu erzielen ist, wenn das Material vor der Verformung mittels einer Schnecke plastifiziert wird.

Ausgehend von den bis hier aufgeführten Tatsachen gelangt man zu der Erkenntnis, daß es für duroplastische Werkstoffe aus technologischen Gründen besser ist, den Plastifiziervorgang vom Einspritzvorgang zu trennen, damit eine gegenseitige Beeinflussung ausgeschlossen ist.

Bekannt ist eine solche Anordnung bereits beim Spritzpreßverfahren. Zahlreiche Spritzpreßmaschinen, unabhängig davon, ob sie nach dem Injektions- oder Transferprinzip arbeiten, werden beschickt von sogenannten Vorplastifizierungseinheiten. Die aus den Ausführungen über das Spritzgießverfahren sich ergebenden Nachteile werden bei Verwendung von Vorplastifizierungseinheiten weitgehendst ausgeschaltet. Abgesehen davon, daß durch Trennung von Einspritz- und Plastifiziervorgang das Plastifizieren wesentlich weniger Probleme in bezug auf das Ausbalancieren der Einstelldaten entstehen, daß eine elektrische Beheizung völlig ausreichend ist, daß mittel oder hart eingestellte Formmassen ohne weiteres zum Einsatz kommen können, daß die Plastifizierschnecke kaum einem Verschleiß unterliegt und daß durch geringe Einspritzdrücke das Werkzeug mehr geschont wird, ergeben sich weitere Vorteile.

Nachdem das dosierte und plastifizierte Material dem Spritzkolben zugeführt wurde, kann bereits der Plastifiziervorgang für den nächsten Schuß beginnen. Beim Spritzgießen kann dieses erst dann erfolgen, wenn das Einspritzen beendet und die Nachdruckzeit abgelaufen ist. Daraus ergibt sich ein Zeitgewinn für das Spritzpressen mit Vorplastifizierung, der sich zwar kaum auf den Gesamtzyklus auswirkt, aber den entscheidenden Vorteil bringt, daß der Plastifiziervorgang bei geringerer Drehzahl durchgeführt werden kann, d. h., das Material wird gleichmäßiger aufbereitet, da es besser durchtemperiert werden kann. Dieser Faktor hat positiven Einfluß auf die Gleichmäßigkeit des Gefüges am fertigen Formteil, was zur Folge hat, daß die Gefahr der Spannungsbildung und der damit verbundene Verzug wesentlich geringer ist.

Erfindungsgegenstand ist das Spritzpreßverfahren nach dem Injektionsprinzip. Gegenüber dem Transferprinzip bietet dieses Prinzip Vorteile. Die Formteile werden hierbei bekanntlich durch konische Düsen ausgepritzt. Durch geeignete Maßnahmen wird dafür gesorgt, daß der in der Düse verbleibende Anguß zurückgezogen und direkt an der Oberfläche des Formteiles abgerissen wird. Daraus ergibt sich der wesentliche Vorteil, daß die Formteile angußlos, also gratfrei, die Maschine verlassen. Wie bei jedem Verfahren unterliegen auch beim Injektionsprinzip die Angüsse einem erhöhten Verschleiß, da die Querschnittsverengung des Angusses zu einer sehr hohen Strömungsgeschwindigkeit führt. Beim Injektionsprinzip bietet es sich an, die Anspritzdüsen auswechselbar zu gestalten, wodurch diese Hauptverschleißteile verhältnismäßig billig sind und sehr schnell und reibungslos ausgetauscht werden können.

Durch die Direktanspritzung wird weiter erreicht, daß erstens das Material während des Einspritzvorganges nicht umgelenkt wird und zweitens die Fließwege — es handelt sich lediglich um die Düsenlänge — äußerst kurz sind, so daß der Druckabfall und die naturgemäß auftretende Friktionswärme nie außer Kontrolle gerät, sondern mit einkalkuliert und ausgenutzt wird.

Beim Transferverfahren dagegen liegen hinsichtlich der Anspritzkanäle des Werkzeuges ähnliche Verhältnisse wie beim Spritzgießen vor. Auch hier wird das Material häufig umgelenkt und über relativ lange Fließwege dem Formnest zugeführt. Außerdem sind alle Formteile durch die Angüsse mit einem zentralen Teller verbunden. Die Teile müssen also noch

ίο getrennt und je nach Größe des Anschnittes entgratet werden. Diese Anschnitte müssen um so größer gewählt werden, je höher das Füllgewicht ist. Dieser Nachteil läßt sich beim Injektionsverfahren dadurch ausräumen, daß mehrere Anspritzpunkte mit kleinem Durchmesser gewählt werden.

Bei bisher bekannten Bauformen von Plastifiziereinrichtungen für Spritzpreßmaschinen ist die Schnecke parallel, schräg oder rechtwinklig zur Spritzeinrichtung der Einspritzeinheit angeordnet.

Die Beschickung erfolgt entweder durch freien Fall eines plastischen Stranges über eine Schüttrinne od. dgl. in den Spritzzylinder oder durch Koppelung des Plastifizierzylinders mit dem Spritzzylinder, wobei der plastische Strang vom Spritzkolben abgeschnitten wird. Es handelt sich also immer um zwei getrennte Aggregate.

Der Erfingung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei der die das Plastifizieren und das Einspritzen der duroplastischen Werkstoffe bewirkenden Teile völlig unabhängig voneinander bewegt werden können, so daß die beiden Arbeitsvorgänge ohne gegenseitige Beeinflussung zeitlich überlagert werden können.

Diese Aufgabe soll nach der Erfindung dadurch gelöst werden, daß der vordere Teil des von der Schnecke unabhängig axial verschiebbaren Zylinders als Spritzkolben dient, der in einen mit der die Masse-Zuführkanäle enthaltenden Werkzeughälfte verbundenen Spritzpreßzylinder einführbar ist, und daß in dem Spritzpreßzylinder ein einen Ringraum bildendes Glied vorgesehen ist, welches das von der Schnecke in Austragrichtung vorgeschobene Material in den Ringraum ableitet, wo es von dem in diesem einfahrenden Zylinder erfaßt und nach Abscherung des Massestranges durch Unterbrechung der Verbindung zwischen dem Ringraum und dem Innenraum des Zylinders in das Werkzeug gedrückt wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Glied ein Bolzen, der an dem der Schnecke zugekehrten Ende kegelstumpfförmig ausgebildet ist. Dabei kann der Bolzen als Anschlag für die Schnecke beim Vorschieben des Materials dienen.

Bei der Einrichtung nach der Erfindung braucht der Druck der Schnecke gerade nur so groß zu sein, daß der Massestrang an dem Bolzen geteilt wird. Die Schnecke ist also beim eigentlichen Spritzvorgang vollständig entlastet. Auch kann bereits während des Einspritzvorganges mit der Plastifizierung begonnen werden.

Dadurch, daß der Spritzpreßkolben als Teil des Plastifizierzylinders in seinem Querschnitt ringförmig ausgebildet ist, ergibt sich noch folgender wesentlicher Vorteil:

Eine Ringfläche hat naturgemäß einen größeren Außendurchmesser als es dem Durchmesser eines flächengleichen Kreises entspricht. Die direkt anzuspritzenden Formteile können daher im Werkzeug

auf einem größeren Düsenkreisdurchmesser angeordnet werden, wodurch zwangläufig eine größere Anzahl von Formteilen untergebracht werden können.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung für die Spritzpreßausführung ist an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 bis 5 schematische Ansichten, teilweise im Schnitt, einer Einrichtung nach der Erfindung in verschiedenen Betriebsstellungen,

F i g. 6 die als Spritzgießmaschine umgebaute Einrichtung nach der Erfindung in einer Betriebsstellung.

Mit 1, la ist ein Zylinder bezeichnet, der eine drehbare und in axialer Richtung verschiebbar gelagerte Schnecke 2 aufnimmt, die über einen geeigneten Antrieb 3 in Drehung versetzt wird. Die aus der Schnecke 2 und dem Antrieb 3 bestehende Einheit steht unter der Einwirkung eines druckmittelgesteuerten, z. B. hydraulisch gesteuerten Zylinders 4, der die axiale Verschiebung der Schnecke 2 sicherstellt.

Die Zylinder 1, la sind bei der in d&r Zeichnung dargestellten Ausführungsform zweiteilig, wobei die beiden Teile miteinander lösbar verbunden sind.

Das Material wird über den Trichter 5 in den Zylinder 1,1a eingebracht.

Der Zylinder 1, la ist von der Bewegung der Schnecke 2 unabhängig und dient als Spritzkolben, der mit einem Spritzpreßzylinder 6 zusammenarbeitet, d. h. in diesen einführbar ist. Dieser Spritzpreßzylinder 6 steht mit derjenigen Werkzeughälfte 7 & des Werkzeuges 7 in Verbindung, in der die Masse-Zuführkanäle Id in Form von Düsen eingearbeitet sind.

In dem Spritzpreßzylinder 6 ist ein vorzugsweise als Bolzen 7 c ausgebildetes Glied vorgesehen, das an dem der Schnecke 2 zugekehrten Ende kegelstumpf förmig ausgebildet ist. Dieser Bolzen 7 c bildet mit dem Spritzpreßzylinder 6 einen Ringraum 6 a, in den in der Betriebsstellung der Zylinder 1, la eingreift.

Der Spritzpreßzylinder 6 kann unabhängig von der Schnecke2 über druckmittelgesteuerte, z.B. hydraulisch gesteuerte Zylinder 8, 9 in axialer Richtung verschoben werden.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung ist die folgende:

Nach Beendigung des Einspritzvorganges nehmen die einzelnen Teile der Einrichtung die in F i g. 1 der Zeichnung dargestellte Lage ein. In dieser besonderen Stellung beginnt auch der Härtevorgang.

Innerhalb der Härtezeit setzt nach Ablauf einer einstellbaren Verzögerungsperiode der Plastifiziervorgang ein. Dabei wird die Schnecke 2 in die in Fig. 2 der Zeichnung dargestellte Lage überführt. Die Plastifizienmg erfolgt dabei gegen den Bolzen 7 c, wobei die Dosierung der Schnecke 2 nach dem an sich bekannten Schneckenkolbenprinzip erfolgt.

Nach Ablauf der Härtezeit bewegt sich der als Spritzkolben dienende Zylinder 1, la in die in F i g. 3 dargestellte Lage. Dabei wird der Teil Ta des Werkzeuges 7 in die Offenstellung überführt. In der hinteren Endstellung des Zylinders 1, la wird der an seiner Stirnfläche beispielsweise mittels schwalbenschwanzförmigen Nuten festgehaltene Angußteller 10 abgestreift, während das Werkstück 11 in der Offenstellung des Werkzeuges 7 ausgestoßen wird.

Anschließend daran wird das Werkzeug 7 wieder geschlossen, während sich der Zylinder 1, la und die Schnecke 2 in Richtung dieses Werkzeuges 7 bewegen. Während dieser Bewegung entsteht zwischen dem kegelstumpfförmigen Ende des Bolzens 7 c und der Stirnfläche des Zylinders 1, la ein Ringspalt, durch welchen die nicht rotierende, also als Kolben wirkende Schnecke 2 das plastische Material in den Ringraum 6 a des Spritzpreßzylinders 6 hineinschiebt.

ίο Dabei spreizt sich der Massestrang an dem Bolzen 7 c auf und verteilt sich gleichmäßig in dem Ringraum 6a (Fig. 4).

Im Zuge der Bewegung des Zylinders 1 nach vorne wird der Ringspalt immer kleiner, bis schließlich das in dem Ringraum 6 α befindliche Material von dem in dem Zylinder 1,1a befindlichen Material vollständig getrennt ist. In der Endstellung schlägt die Schnecke 2 gegen den Bolzen 7 c an.

Das abgescherte, plastische Material wird anschließend über Masse-Zuführkanäle 7 rf in Form von Düsen der Werkzeughälfte 7 b in die Formnester durch den Zylinder 1, la eingespritzt.

Da die Austrittsöffnung des Zylinders 1, 1 α bereits vor Beendigung des Einspritzvorganges von dem Bolzen 7 c verschlossen ist, kann bei entsprechend vorverlegtem Einschaltimpuls das Plastifizieren bereits während des Einspritzens erfolgen, was vorteilhaft ist.
Die F i g. 6 veranschaulicht, daß durch bloßes Austauschen des Teiles la des Zylinders 1, la gegen eine Spritzdüse 12 die Einrichtung in eine Spritzgießmaschine umgewandelt werden kann, die besonders für die Verarbeitung von Thermoplasten geeignet ist. Die Wirkungsweise des Spritzgießverfahrens braucht im einzelnen nicht erläutert zu werden, da es an sich bekannt ist.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Spritzen von duroplastischen Werkstoffen mit einer in einem Zylinder drehbaren und axial verschiebbaren Schnecke, welche das Material in Richtung des Spritzwerkzeuges transportiert und plastifiziert, wobei der Plastifiziervorgang vom Einspritzvorgang getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (1) als Spritzkolben dient, welcher in einen mit der die Masse-Zuführkanäle (7 d) enthaltenden Werkzeughälfte (7 b) verbundenen Spritzpreßzylinder (6) einführbar ist, und daß in dem Spritzpreßzylinder (6) ein einen Ringraum (6 α) bildendes Glied vorgesehen ist, welches das von der Schnecke (2) in Austragsrichtung vorgeschobene Material in den Ringraum (6 α) ableitet, wo es von dem in diesen einfahrenden Zylinder (1) erfaßt und nach Abscherung des Massestranges durch Unterbrechung der Verbindung zwischen dem Ringraum (6 a) und dem Innenraum des Zylinders (1) in das Werkzeug (7) gedrückt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Glied ein Bolzen (7 c) ist, der an dem der Schnecke (2) zugekehrten Ende kegelstumpfförmig ausgebildet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (7 c) als Anschlag für die Schnecke (2) beim Vorschieben des Materials dient.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen