DE2329023A1

DE2329023A1 - Vorrichtung zum schnellen einspritzen geschaeumter thermoplaste

Info

Publication number: DE2329023A1
Application number: DE19732329023
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl Ing Dr In Hartwig; Hans-Friedrich Dipl Ing Wilms
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1973-06-07
Filing date: 1973-06-07
Publication date: 1975-01-02
Also published as: DE2329023C3; DE2329023B2

Description

FRIED. KRUPP GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG IN ESSEN

Vorrichtung zum schnellen Einspritzen geschäumter Thermoplaste

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum schnellen Einspritzen geschäumter Thermoplaste, bestehend aus einem druckfesten Gehäuse, dessen Wandung mehrere verschließbare Offnungen aufweist.

Eine Sonderform der Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe ist das Spritzgießen treibmittelhaltiger Thermoplaste.

Thermoplastische Formmassen mit 1 bis 3 % chemischen Treibmitteln kann man auf normalen Spritzgießmaschinen mit Rückstromsperre und Nadelverschlußdüse bei einem Staudruck unter 100 bis 200 kp/cm aufbereiten, welcher oberhalb des Gasdruckes des entwickelten Treibgases liegt. Die Form wird dabei mit der Formmasse, welche das Treibgas unter Druck gelöst hält, teilweise gefüllt. Es ist demzufolge kein Nachdruck erforderlich.

Das Formteil entsteht durch das in der Form expandierende Treibgas. Damit dieses nicht vorzeitig entweicht, muß die Form schlagartig gefüllt werden. Abweichend von den sonst üblichen Verfahren spritzt man die Formmasse möglichst an der dicksten Stelle der Form im Freistrahl an. Der in der Form vorhandene Luftdruck darf dabei dem Schäumdruck nicht störend entgegenwirken} die Formen müssen daher mit Entlüftungskanälen versehen sein.

Das in der Form entstehende Strukturschaumformteil muß intensiv gekühlt werden, anderenfalls treibt es

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nach der Entfernung aus der Form nachφ Die vorstehend genannten Arbeitsbedingungen sind beispielsweise bei Verwendung von Rundläufermaschinen mit rasch verlaufenden Schneckenkolben gewährleistet, welche Einspritzzeiten im Bereich einer halben Sekunde und durch den Wechsel der verwendeten Formen Kühlzeiten von mehreren Minuten ermöglichen.

Da lange Fließwege infolge vorzeitiger Entg-asung und verminderter Auftreibbarkeit der zum Fließende hin abkühlenden Masse zu ungleichmäßigen Raumgewichtsverteilungen führen, findet beispielsweise Mehrfach-Anguß über Heißkanalverteiler mit kurzen Fließwegen Verwendung. Bei Wanddicken zwischen 6,5 und 15 mm wurden dabei mittlere Raumgewichte von 8O bis 50 % des Raumgewichts des massiven Kunststoffes mit Auftreibdrücken von 5 bis 10 kp/cm erreicht. Die erforderlichen Schließkräfte und die Ansprüche an die Dichtkanten der Formwerkzeuge, die aus Messing oder Leichtmetall - bei geringeren Anforderungen an die Oberflächengüte auch aus Leichtmetallguß - bestehen können, sind entsprechend niedrig.

Aus Thermoplast-Schaumguß werden beispielsweise Möbelteile oder auch Möbel mit mittleren Wanddicken um 10 mm, seitlichen Abmessungen bis zu 1 m und Gewichten bis zu mehr als 20 kg hergestellt.

Ein wesentliches Problem beim Spritzgießen geschäumter Thermoplaste stellt der mit der Größe der Formteile überproportional steigende Aufwand für die Hydraulik zum schnellen Einspritzen der Form-

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masse dar. Da auch bei großen Formteilen von beispielsweise 30 1 Volumen eine Einspritzzeit von einer halben Sekunde oder weniger erforderlich ist, um ein frühzeitiges und damit ungleichmäßiges Aufschäumen in der Form zu verhindern, müssen derartige Spritzgießmaschinen zur Erreichung dieser kurzen Einspritzzeiten mit Hydraulikeinheiten ausgestattet sein, die 60 % und mehr des gesamten Maschinenpreises ausmachen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum schnellen Einspritzen geschäumter Thermoplaste zu entwickeln, welche einfach aufgebaut und im Vergleich zu den mit Hydraulikeinheiten ausgestatteten Spritzgießmaschinen besonders preiswürdig ist.

Nach der Erfindung wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß der Innenraum des Gehäuses durch eine elastische Membran - oder mehrere elastische Membranen, deren eine Fläche jeweils Bestandteil ein- und desselben Raumes ist - in eine Anzahl Kammern unterteilt ist, deren Anzahl um den Wert eins größer ist als die Anzahl der vorhandenen Membranen. Die eine Kammer - bzw. bei Verwendung mehrerer Membranen der von diesem mitbegrenzte Raum - ist dabei als Explosionsraum für ein in diesen eingeschlossenes zündfähiges Gemisch ausgebildet! die andere Kammer - bzw. die anderen Kammern - welche die unter Druck von außen zugeführte, fließfähige, mit gelösten Treibmitteln versetzte Formmasse aufnimmt bzw. aufnehmen, ist bzw. sind jeweils mit einem Angußkanal ausgestattet, dessen äußeres Ende eine mit einem Düsenverschluß versehene Düse bildet.

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Durch den Düsenverschluß wird verhindert, daß die Formmasse vorzeitig in die Form eintritt. Durch den nach Zündung des zündfähigen Gemisches entstehenden Druck werden die vorhandenen elastischen Membranen sehr schnell aus ihrer Ruhelage verdrängt 'und fördern über den Angußkanal und den inzwischen geöffneten Düsenverschluß die Formmasse mit hoher Geschwindigkeit, d.h. in kurzer Zeit in die Form, in welcher sie nach Schließen des Düsenverschlusses aufschäumen und erstarren kann.

Das einzuspritzende Volumen wird durch die Größe der von den Membranen unterteilten Kammer exakt begrenzt, da der Bewegungsspielraum der Membran bzw. der Membranen durch die der Membran gegenüberliegende Wand der die Formmasse enthaltenden Kammer festgelegt ist. Um eine Beschädigung der vorhandenen Membranen zu verhindern, sind diese vorteilhaft zumindest auf der dem Explosionsraum zugewandten Seite durch geeignete Materialien gepanzert.

Die Regelung bzw. Begrenzung des zu verspritzenden Materialvolumens kann vorteilhaft auch durch in der Formmassen-Kammer untergebrachte Einbauten erfolgen.

Beispielsweise durch schalenähnliche Bauteile, die auf der von der Membran abgewandten Seite der Einspritzkammer in diese eingelegt werden, kann das Einspritzvolumen für das herzustellende Teil genau eingestellt werden.

In Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ist vor der dem Explosionsraum zugewandten Seite jeder Membran - vom Explosionsraum her gesehen - ein starrer Rost unbeweglich mit dem Gehäuse verbunden.

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Der Rost, gegen den sich die Membranen anlegen können, dient der Begrenzung des eingefüllten Formina s sen-Volumens.

Jede Formmassen-Kammer ist zweckmäßigerweise mit einer Einfüllöffnung versehen, in welcher ein Rückschlagventil angeordnet ist. Durch das Rückschlagventil werden die Formenmassen-Kammern nach Einfüllen der erforderlichen Menge Formmasse selbsttätig nach außen verschlossen.

In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ist der Explosionsraum mit einer Eintritts- und Austrittsöffnung sowie einer Zündeinrichtung versehen. Das durch die Eintrittsöffnung zugeführte zündfähige Gasgemisch wird nach Verschließen der genannten Öffnung bei geschlossener Austrittsöffnung beispielsweise mittels einer Zündkerze gezündet. Die verbrannten Gase werden durch die nach Öffnen der Austrittsöffnung zurückdrängende Membran ausgeschoben. Die erneute Ladung des Explosionsraumes mit zündfähigem Gemisch kann - nach Art eines Zweitakt-Motors durch Spülung mit frischem Zündgemisch erfolgen. Als Treibmittel für die vorhandenen Membranen können geeignete Gase oder Gasgemische verwendet werden. Vorteilhaft können jedoch auch Flüssigkeiten Verwendung finden, welche die beispielsweise von einem Sprengsatz ausgehende Druckwelle auf die Membranen übertragen.

Weitere wesentliche Einzelheiten des Erfindungsgegenstandes sind aus der Zeichnung ersichtlich, welche beispielhaft einen Schnitt durch eine Einspritzvorrichtung darstellt.

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Die Einspritzvorrichtung besteht aus einem druckfesten Gehäuse I₁ dessen Innenraum durch eine gummielastische Membran 2 in einen Explosionsraum 3 und eine Formmassen-Kammer k unterteilt ist. Der Explosions· raum 3 ist mit einer Eintrittsöffnung 5t einer Austrittsöffnung 6 sowie einer der Membran 2 mittig gegenüberliegenden Zündkerze 7 ausgestattet. Die Öffnungen 5 und 6 sind mittels von außen gesteuerter Ventile 8 bzw. 9 verschließbar.

Die Formmassen-Kammer 4 ist mit einer Einfüllöffnung 10 mit einem verhältnismäßig großen Querschnitt ausgestattet. Die Abdichtung der Kammer k nach außen erfolgt durch ein in der Öffnung 10 angeordnetes, federbelastetes Rückschlagventil 11. Die der Membran 2 gegenüberliegende Wandung der Formmassen-Kammer k ist so geformt, daß die Membran 2 bei ihrer Bewegung nach rechts einwandfrei an dieser zur Anlage kommt. In Verlängerung der Mittelachse der Membran 2 ist die Kammer k mit einem Angußkanal 12 versehen, dessen äußeres Ende eine Düse bildet. Diese ist mittels eines Düsenverschlusses nach Art eines Schiebers verschließbar, welcher in der Wand der Kammer k beweglich geführt ist. Der Düsenverschluß lk weist eine Bohrung l4^f geeigneter Größe auf. Das Düsenverschluß-System kann"unter Verwendung an sich bekannter Einrichtungen - auch andersartig ausgebildet sein, ohne daß der durch die Erfindung gesteckte Rahmen verlassen wird.

Zur Begrenzung des in die Kammer k eingebrachten Kunststoffvolumensbefindet sich auf der dem Explosionsraum 3 zugewandten Seite der Membran k ein starrer, mit dem Gehäuse 1 unbeweglich verbundener Rost 15, gegen den sich die Membran 2 anlehnt. Um

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eine Beschädigung der Membran beispielsweise durch heiße Brenngase zu verhindern, ist diese zweckmäßigerweise zumindest auf der dem Rost 15 zugewandten Seite mit einer widerstandsfähigen, jedoch elastischen Schutzschicht versehen. Die elastische Schutzschicht der Membran besteht auf der Seite des Explosionsraumes vorzugsweise aus einer Drahtspirale aus geeignetem Material. Die Spirale ist dabei - in der Mitte der betreffenden Membran beginnend - auf deren Oberfläche befestigt.

Die Schutzschicht kann jedoch auch aus einer ein- oder zweischichtigen Lage konzentrischer elastischer Ringe bestehen, welche auf der dem Explosionsraum zugewandten Seite der Membran befestigt sind. Eine Panzerung der Membran ist nur bei Treibgasbetrieb, nicht aber bei Betrieb der Einspritzvorrichtung durch Wasserdruckübertragung erforderlich.

Auf der der Formmassen-Kammer zugewandten Seite ist die Membran zweckmäßigerweise im Bereich der Membranzone, welche gegen die Düsenaustrittsöffnung schlägt, mit einem kreisrunden Blechbeschlag versehen.

Die Auslegung der zwischen dem Explosionsraum 3 und der Kammer k eingespannten Membran 2 hat so zu erfolgen, daß über die Dickenbemessung trotz ungleichmäßiger Wege der einzelnen Abschnitte der Membran in dieser eine gleichmäßige Spannungsverteilung gewährleistet ist.

Zur Erhöhung der Ausbringungsleistung der Einspritzvorrichtung kann der Explosionsraum 3 J^e nach Art seine· Querschnittes von zwei oder mehr Membranen begrenzt sein. Eine derartige Ausführung

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ermöglicht es, mehrere Formen gleichzeitig zu füllen.

Die Ausbringungsleistung kann jedoch auch dadurch erhöht werden, daß die Füllzeit für die Form durch eine schnelle Zündfolge, also bei schnellem Gaswechsel durch entsprechende Steuerung der Düsenverschlüsse verkürzt wird,

Selbstverständlich kann die beschriebene Einspritzvorrichtung mit mehreren Schließformen kombiniert werden, so daß der Arbeitstakt nur durch den Füllvorgang im Explosionsraum und in der Formmassen-Kammer, jedoch nicht durch den langer dauernden Abkühlvorgang in der Schließform bestimmt ist.

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Claims

232S023 -9-

Patentansprüche:

(l· I Vorrichtung zum schnellen Einspritzen geschäumter Thermoplaste, bestehend aus einem druckfesten Gehäuse, dessen Wandung mehrere verschließbare Öffnungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum des Gehäuses (l) durch eine elastische Membran (2) - oder mehrere elastische Membranen, deren eine Fläche jeweils Bestandteil ein- und desselben Raumes ist - in eine Anzahl von Kammern unterteilt ist, deren Anzahl um den Wert eins größer ist als die Anzahl der vorhandenen Membranen, wobei die eine Kammer (3) - bzw. bei Verwendung mehrerer Membranen der von diesen mitbegrenzte Raum - als Explosionsraum für ein in diesen eingeschlossenes zündfähiges Gemisch ausgebildet ist und die andere Kammer (4) bzw. die anderen Kammern - welche die unter Druck von außen zugeführte, fließfähige, mit gelösten Treibmitteln versetzte Formmasse aufnimmt bzw. aufnehmen, jeweils mit einem Angußkanal (12) ausgestattet ist bzw. ausgestattet sind, dessen äußeres Ende eine mit einem Düsenverschluß (ΐΛ) versehene Düse (13) bildet.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Membran (2) zumindest auf der dem Explosionsraum (3) zugewandten Seite gepanzert ist.

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3« Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß vor der dem Explosionsraum (3) zugewandten Seite jeder Membran (2) - vom Explosionsraum (3) hergesehen - ein starrer Rost (15) unbeweglich mit dem Gehäuse (l) verbunden ist.

k. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekjinzeichnet, daß jede Formmassen-Kammer (4) mit einer Einfüllöffnung (lO) versehen ist, in welcher ein Rückschlagventil (ll) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach den vohergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Explosionsraum (3) mit einer Eintritts- und Austrittsöffnung (5 bzw. 6) sowie einer Zündeinrichtung (7) versehen ist.

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