DE2362934C3 - Spritzpresse zur Herstellung von Formkörpern aus warmevernetzbarem oder -hartbarem Werkstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Spritzpresse zur Herstellung von Formkörfirn aus wärmevernetzbarem oder -härtbarem Werkstoff, mit einer mindestens einen Formhohlraum aufweisenden Form, einer Heizplatte und einer Platte mit einem Werkstoffraum, an dessen der Form zugewandten Seite eine mindestens einen in den Formhohlraum führenden Spritzkanal aufweisende AbschluBplatte mit mindestens einer der Form zugewandten, thermisch isolierenden Schicht angeordnet ist, wobei die Abschlußplatte ein einen Teil des Spritzkanals bildendes Ringelement trägt

Eine Spritzpresse der eingangs erwähnten Ausbildung ist im wesentlichen Gegenstand des Schutzbegehrens der DE-OS 22 42 447. Gemäß dieser Offenlegungsschrift ist die Abschlußplatte für den Werkstoffraum mit einer thermisch isolierenden Schicht ausgestattet, wobei die auf diese Weise erzielte geringe Wärmeleitfähigkeit der Abschlußplatte dafür sorgt, daß zwar die im Formhohlraum befindliche Kautschukmischung und auch noch die im Angußraum befindliche Mischung vulkanisiert, nicht jedoch die im Werkstoffraum befindliche Kautschukmischung, und zwar auch dann, wenn das Einspritzaggregat beim Vulkanisieren mit dem daran befestigten Formdeckel in Anlage bleibt, so daß der Formhohlrauiji nach dem Füllvorgang nicht mehr vom Einspritzaggregat entfernt werden muß, um einen Wärmeübergang auf das Einspritzaggregat und eine Vulkanisation der dort befindlichen Kautschukmi schung zu vermeiden.

Als Folge der bei Spritzpressen der eingangs genannten Ausbildung aufrechterhaltenen, gleichmäßigen Temperatur werden alle Teile der Kautschukmischung, nämlich der geschmolzene Teil in der Form, der Angußsteg und der Angußstutzer., vollmundig während des Preßvorgangs vulkanisiert, und der Angußsteg und Angußstutzen werden als Abfall weggeworfen. Zwar schwankt der Anteil der zugeführten Kautschukmischung, welcher als Abfall anfällt offensichtlich abhängig von den jeweiligen Größen der gepreßten Teile, des Angußstegs und des Angußstutzens, jedoch sind die nachfolgend gemachten Prozentangaben bei spritzgepreßten Gummieinsätzen für Buchsen repräsentativ. Jede Datengruppe entspricht einer unterschiedli- chen Spritzpresse mit verschiedener Form und die letzte Spalte gibt den prozentualen Materialanteil, welcher vulkanisiert und als Abfall weggeworfen wurde. Die Proben entstammen dabei tatsächlichen Fabrikationsvorgängen.

Gruppe	Angußstutzen	Teilgewicht	Anzahl	Abfall
Nr.	Gewicht		je Bodenplatte	Anteil in %
	(Einheit 0,45 kg)	(Einheit 0,45 kg)
1	4,90	030	34	32,4
2	2,80	0,30	55	14,5
3	2,70	0,20	85	13.7
4	3,65	0,19	73	20,8
5	4,25	0,20	73	22,6
6	3,70	0,15	61	283
7	3,80	0,10	127	23,0
8	6.90	0.25	61	31.2

FOr die genannten Proben ergab sich ein Anteil von 23,4% an vulkanisiertem Gummi, bezogen auf die der Spritzpresse zugeführte Kautschukmischung. Dieses Ergebnis stellt ein wesentliches Hindernis für einen größeren Gebrauch des Spritzpressens dar, und zwar nicht nur wegen der unmittelbaren Werkstoffkosten des Abfalls, sondern, was sogar noch wichtiger ist, wegen der zusätzlichen, nicht ausgenützten Kapazität, die in allen vorausgehenden Verfahrensschritten erforderlich ist, beispielsweise heim Mischen und bei der Lagerung und Verarbeitung des Rohmaterials. Dabei entstehen ebenfalls sehr hohe Kosten für die Verarbeitung und Abführung des Abfalls.

Eine teilweise Verringerung des Verhältnisses des Abfallanteils zum Endprodukt kann erreicht werden, indem eine dünnere Beschickung verwendet wird, woraus sich ein dünnerer Angußstutzen ergibt. Diese Lösung ist jedoch unerwünscht, da ein dickerer Angußstutzen die nachteiligen Wirkungen von Variablen, wie das Alter der Kautschukmischung, Unterschieden von einer Beschickung zur anderen in der Härte, der Viskosität, des spezifischen Gewichts und anderen Eigenschaften auf ein Minimum verringert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spritzpresse der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß der prozentuale Anteil von vernetzten! oder gehärtetem Abfall, der an der Spritzpresse anfällt, möglichst gering gehalten wird.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Abschlußplatte kühlbar ist, die Heizplatte zwischen der thermisch isolierenden Schicht und der Form angeordnet ist und das Ringelement aus einem dem Werkstoffraum zugewandten, mit der Verschlußplatte verbundenen Oberteil mit einer länglichen, sich im wesentlichen durch das Ringelement erstreckenden Angußöffnung und einem mit dem Oberteil verbundenen und mit der Form und der Heizplatte in Verbindung stehenden Unterteil besteht, wobei zwischen dem Oberteil und dem Unterteil ein zwischen der Heizplatte und dem Oberteil wärmeisolierender Hohlraum gebildet ist.

Durch diese Ausbildung wird erreicht, daß der Angußstutzen und mindestens ein Teil des Angußstegs im nicht vernetzten bzw. gehärteten Zustand hleiben, während der spritzgepreßte Teil vernetzt bzw. aushärtet, womit ein Spritzpressen unter Verwendung eines möglichst starken Angußstutzens wirtschaftlich durchführbar ist

Die Verwendung einer zur Kühlung dienenden Abschlußplatte ist bereits aus der GB-PS 10 27 534 bekannt, wobei die Zuführung des Werkstoffs zur Form ebenfalls über ein einen Teii des Spritzkanals bildendes Ringelement erfolgt, das in einem Verbindungsblock zwischen Form und Werkstoffraum eingesetzt ist Zwar sind in der bekannten Anordnung die Ringelemente mit einem Kühlkanal geringen Querschnitts versehen und der Verbindungsblock enthält an seiner der Form zugewandten Seite eine Anzahl von Luft- oder Kühlkanälen, jedoch bilden diese Kanäle keine durchgehende Isolierschicht, ohne welche es schwierig ist, einen Wärmeübertritt von der Form zum Werkstoffraum im gewünschten Ausmaß zu verhindern. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird ein derartiger Wärmeübergang verhindert, obwohl die Heizplatte im Gegensatz zur bekannten Anordnung einen Teil der Spritzpresse und nicht der Form bildet, so daß die Ausbildung der jeweiligen Form besonders einfach wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Spritzpresse sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird anschließend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigt

-. F i g. 1 einen Querschnitt durch eine Spritzpresse gemäß einer bevorzugten Ausführungsform,

Fig.2 eine Teildraufsicht der Plattenanordnung der

Spritzpresse in einer größeren Darstellung als in F i g. 1,

Fig.3 eine Teildraufsicht der Form, wie sie in

κι Verbindung mit der Spritzpresse verwendet wird, in einer größeren Darstellung als in F i g. 2,

Fig.4 einen Querschnitt des Ringelements für die Plattenanordnung,

Fig.5 einen Teilquerschnitt, aus welchem der Materialfluß vom Werkstoffraum zur Form ersichtlich ist, und

F i g. 6 eine Kurvendarstellung, weiche die Temperatur der Form, der Angußöffnung und des Werkstoffraums während des Preßvorgangs angibt

F i g. 1 zeigt einen Querschnitt der Spritzpresse, bei welcher die einzelnen Teile in einer Z' lichenstellung eines Arbeitszyklus gezeigt sind. Die Sprirzp-esse weist einen oberen Pressentisch 10, einen unteren Pressentisch 12, eine Spritzkolbenplatte 14 und einen Spritzkolben 16 auf, welcher mit der Spritzkolbenplatte 14 durch Bolzen 18 verbunden und durch Paßstifte 20 ausgerichtet wird. Eine Platte 30 besitzt einen mittigen Werkstoffraum 32, der kreisförmig ausgebildet ist Am unteren Pressentisch 12 ist eine Form 40 angeordnet,

jo welche eine Basis 42, eine untere Formplatte 44, eine obere Formplatte 46, eine mittlere Formplatte 48 und einen Kern 50 für jeden Formhohlraum 52 aufweist Die obere Formplatte 46 bildet in Verbindung mit dem oberen Abschnitt des Formhohlraums 52 ein Paar von Spritzkanälen 54, durch welche der Werkstoff in den Formhohlraum 52 gelangt. Die obere Formplatte 46 und die untere Formplatte 44 werden durch ein Gelenkelement 56 verbunden, dessen Betätigung später beschrieben wird. Die gesamte Form 40 kann mittels eires Handgriffs aus der zu öffnenden Spritzpresse gezogen werden.

Im B-trieb werden der untere Pressentisch 12 und die Form 40 in nicht dargestellter Weise von der Spritzpresse angehoben, bis die obere Formplatte 46 in Berührung mit der Unterseite der Platte 30 gelangt, die anschließend mit der Form 40 und dein untei-en Pressentisch 12 bis zum Ende des Pressenhubs angehoben wird, wobei Federn 24 in ihren Sitzen 34 zusammengedrückt werden. Am Ende des Hubes, an dem die hydraulische Presse gewöhnlich einen Druck von etwa 14 N/mm² ausübt, wird ein Teil des Werkstoffs in die Formhohlräume S2 gedrückt, während ein Rest den Angußstutzen bildet. Da die bekannten Spritzpressen vom unteren Pressentisch 12 bis zum oberen Pressentisch 10 auf einer gleichförmigen Temperatur gehalten werden, wird dsr Angußstutzen genau wie der sich im Formhohlraum 52 befindliche Werkstoff vulkanisiert bzw. gehärtet und wird anschließend entnommen und als Abfall weggeworfen.

bo Bei Beendigung des Vulkanisier- bzw. Härtvorgangs werden der untere Pressentisch 12, die Form 40 und die Platte 30 in die in F i g. 1 dargestellten Stellungen zurückgeführt, wobei die Abwärtsbewegung der Platte 30 durch Abstreifbolzen 22 begrenzt wird, worauf die Form 40 aus der Spritzpresse auf eine benachbarte Arbeitsfläche entnommu; wird. Die obere Formplatte 45 wird um das Gelenkelement 56 verschwenkt, um die mittlere Formplatte 48 freizugeben, so daß sie mit Hilfe

eines nicht dargestellten Sat7.cs von Stiften über die Oberseite der Kerne 50 angehoben und an die benachbarte Arbeitsfläche verschoben werden kann, worauf die gepreßten Teile durch einen Satz von Ausstoßstiften ausgestoßen werden. Diese Reihenfolge kehrt sich um. wenn die Form 40 in die in F i g. ! dargestellte Lage zurückgeführt wird, um für den nächsten Spritzpreßvorgang bereitzustehen.

Die bisher beschriebene Spritzpresse wird durch eine Anordnung 60 ergänzt, welche vorzugsweise fest mit der Unterseite der Platte 30 verbunden ist. Der Zweck der Anordnung 60 besteht darin, eine Angußöffnung zu liefern, welche in offener Verbindung mit dem Werkstoffraum 32 und dem Formhohlraum 52 steht und die im größten Bereich ihrer in Kontakt mit dem Werkstoff stehenden Oberfläche »kalt« statt »heiß« gehalten wird. Unter »heiß« wird eine Temperatur verstanden, welche ausreicht, um den Werkstoff innerhalb der gewünschten Alishärtzykluszeit vollständig zu vernetzen bzw. zu härten. Eine Kautschukmischung, wie sie für selbstbewegliche Ringclementc verwendet wird, könnte eine halbe Stunde lang bei etwa 149^CC vulkanisiert werden, um eine vollständige Vulkanisation zu erreichen. Unter »kalt« wird eine Temperatur verstanden, die unterhalb jener Temperatur liegt, welche für ein Vulkanisieren während der zur Verfügung stehenden Zeit benötigt wird und die dennoch hoch genug ist, damit der Werkstoff fließfähig ist und gepreßt werden kann. Bei der beschriebenen Ausführungsform und bei der verwendeten Kautschukmischung hat sich für diese bevorzugte Kompromißtemperatur ein Wert von 77°C ergeben. Standardisierte Kurvendarstellungen, welche die Vulkanisation über der Zeit für eine bestimmte Temperatur angeben, können verwendet werden, um die richtigen Temperaturen und Vulkanisationszeiten für den jeweils verwendeten Werkstoff auszuwählen.

Die Anordnung 60 besteht aus einer Plattenanordnung 70 und Ringelementen 90. Die Plattenanordnung 70 besteht aus einer Heizplatte 72, einer Verschlußplatte 74 und einer dazwischen angeordneten thermisch isolierenden Schicht 76. Wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich ist. erstrecken sich durch die Plattenanordnung 70 eine Reihe von Bohrungen 78, welche die Ringelemente 90 aufnehmen, von welchen in der dargestellten Ausführung sieben vorhanden sind, wobei ein Formhohlraum 52. wie er in Draufsicht in F i g. 3 dargestellt ist, unmittelbar unter jedem Ringelement 90 liegt. Die Plattenanordnung 70 weist ferner eine Anzahl von Bohrungen 80 für die Abstreifbolzen 22 auf. Die Heizplatte 72 hält den anliegenden Abschnitt des Ringelements 90 auf einer »heißen« Temperatur, während die Verschlußplatte 74 den anliegenden Abschnitt des Ringelements 90 auf einer »kalten« Temperatur hält. Dies wird mit Hilfe einer symmetrisch angeordenten Anzahl von verbindenden Bohrungen 82 (F i g. 2) erreicht, welche in Verbindung mit Einsatzstäben 84, die mit zylindrischen Einsätzen 86 versehen sind, wirksam sind, um Strömungswege Fdurch die Platte zu bilden, wie dies bei Preßvorrichtungen bekannt ist. Alle Bohrungen 82 sind an beiden Enden verschlossen, mit Ausnahme des nicht dargestellten Einlasses und Auslasses. Der Strömungsweg F (welcher den Pfeilen folgt) ist vorzugsweise derart angeordnet, daß eine der Bohrungen 82 und somit ein Teil des Strömungswegs F το jeder Seite eines jeden Ringelements 90 liegt. Die vorausgehend beschriebene Anordnung der Bohrungen 82 und Einsätze 86 kann in der Heizplatte 72 und der Verschlußplattc 74 gleich ausgebildet sein und wird hier in dieser Weise beschrieben. Die Heizplatte 72 kann durch Umwälzung von Dampf durch die Bohrungen 82 längs des Strömungspfades F »heiß« gehalten werden, während die Verschlußplatte 74 »kalt« gehalten wird, indem vorzugsweise heißes Wasser längs des Strömungswegs F der Verschlußplatte 74 umgewälzt wird. Es ist offensichtlich, daß für die Kühl- und Heizvorrichtung andere Medien als Wasser und Dampf verwendet werden können, beispielsweise heiße Gase und Flüssigkeiten, jedoch sind Wasser und Dampf bevorzugt, weil sie billig und leicht verfügbar sind.

Alle Einzelheiten der Anordnung 60 können, mit Ausnahme der thermisch isolierenden Schicht 76, aus den üblichen Werkstoffen für Pressenteile verwendet werden, beispielsweise aus kaltgewalztem Stahl oder aus Gußstahl.

Die Aufgabe des Ringelements 90 besteht in erster Linie darin, eine Angußöffnung zwischen dem Werkstoffraum 32 und dem Formhohlraum 52 zu bilden, wie am besten aus F i g. 5 hervorgeht, und ferner die Wärme von den anliegenden Platten 72, 74 in solcher Weise abzuführen, daß der Hauptteil des Oberflächenbereichs der Angußöffnung auf einer »kalten« Temperatur gehalten wird. Es ist ferner erwünscht, daß die Gestalt der Angußöffnung derart verläuft, daß am Ende des Spritzpreßvorganges, wenn die Anordnung 60 und die Form 40 getrennt werden, die Kautschukmischung in der Anguß-Öffnung an der Trennfläche zwischen dem vulkanisierten und dem nicht vulkanisierten Bereich gebrochen wird.

Das Ringelement 90 (Fig.4) weist ein zylindrisches Oberteil 92 und ein zylindrisches Unterteil 94 auf. Die Teile 92 und 94 besitzen eine solche Gestalt und sind derart verbunden, daß sie zwischen sich einen wärmeisolierenden Hohlraum 96 bilden, welcher als Isolierung zwischen dem »kalten« Oberteil 92 und dem »heißen« Unterteil 94 dient. Das Ringeiement 90 bildet eine Angußöffnung 100, weiche in der dargestellten Ausführung hauptsächlich durch die Innenfläche des Oberteils 92 gebildet wird und einen nach unten konvergierenden oberen Kegel 102 aufweist, der in einen nach unten divergierenden Kegel 104 übergeht. Die Durchtrittsöffnungen bildenden Kegel 102 und 104 können im allgemeinen als »kalt« angesehen werden, während der durch eine Ausnehmung gebildete Bereich 106, der an seiner Oberseite durch das Unterteil 94 begrenzt wird, einschließlich des Werkstoffs in den Spritzkanälen 54, »heiß« gehalten wird. Da die zylindrischen Teile 92 und 94 an der Verbindungsstelle 108 zusammenstoßen, erfolgt eine gewisse Wärmeübertragung vom zylindrischen Unterteil 94 zum zylind-ischen Oberteil 92 im Bereich der Verbindungsstelle 108, so daß der Temperaturverlauf an der Oberfläche der Angußöffnung 100 der in Fig.6 dargestellten Kurve entspricht. Die j-Achse gibt die relative vertikale Lage innerhalb der Angußöffnung 100, wobei jeder y-Wert der Kurve einem Punkt an der Oberfläche der Angußöffnung 100 entspricht der horizontal unmittelbar gegenüberliegt. Die Temperatur-Übergangszone entspricht dem Übergangsbereich im Bereich R der Angußöffnung 100 zwischen dem vulkanisierten und dem nicht vulkanisierten Material (Fig.5). Die Trennung zwischen dem vulkanisierten Abschnitt und dem nicht vulkanisierten Abschnitt sollte in diesem Übergangsbereich näherungsweise an einer Trennlinie 5 erfolgen, wenn die Form 4Q von der Unterseite der Anordnung 60 am Ende des Spritzpreßvorgangs

entnommen wird.

Es ist sehr wichtig, daß ein solcher Temperattirverlaiif erhalten wird, daß, wie aus F ι g. 5 ersichtlich, ein Bruch im nach unten divergierenden Kegel 104 der AnguUöffnung 100 erfolgt, bevor der Hals mit verringertem Durchmesser in den Kegel 102 übergeht, da an dieser Stelle der Angußstutzen im Bereich R am dünnsten ist und am leichtesten brechen kann. Falls sich der vulkanisiert- Gummi in den oberen Teil des Kegels 102 erstrecken würde, so würde er in seinem Durchmesser größer bemessen sein als der untere Kegel 104 und könnte nicht so leicht an der Übergangsstelle /Aischen dem vulkanisierten und nicht vulkanisierten Material getrennt und als Teil des vulkanisierten Anguüstutzens entfernt werden.

Die in der Angußöffnung 100 und im Werkstoffraum 32 verbleibende, nicht vulkanisierte Kautschukmischung steht anschließend für den nächsten Spritzpreßvorgang zur Verfügung, wobei entweder weiteres Beschickungs-

jede Beschickung für zwei oder mehr Spritzpreßvorgänge ausreicht. Die beim Spritzpressen anfallende Abfallmenge stellt nur einen B/uchteil der Menge dar.

welche bisher erhalten wurde. Der Unterschied ist leicht aus Fig. 5 ersichtlich, wenn die relativen Werkstof'fanteile unterhalb der Trennlinie 5 verglichen werden, wobei der Werkstoff unterhalb der Linie S einschließlich des Werkstoffs im Bereich 106 als Abfall anfällt, während der Werkstoff oberhalb der Trennlinie S einschließlich des gesamten Atigußstutzens im Werkstoffraum 32 wiederverwendbar ist. Das Mengenverhältnis von nicht vulkanisiertem Angußstut/en zu vulkanisiertem Angußstut/en liegt gewöhnlich im Bereich von etwa 5 : I bis etwa 10:1. wobei somit eine Verringerung des Abfalls von 80 bis 90% ermöglicht wird.

Ferner kann die Dicke ties Angußstutzeris optimal gewählt werden, ohne daß Frwägiingen bezüglich des Abfalls eine Rolle spielen, da der Angußstutzen nicht als Abfall anfällt: dies ist für das Pressen gleichmäßigerer Teile von größter Bedeutung. Bei der dargestellten Ausführungsform wies die Angußöffnung 100 etwa einen L^urcnrncsscr von 3,/6 cm aui, während der din Ende des Preßvorgangs zurückbleibende Angußstutzen lediglich eine Dicke von etwas über 0.94 cm hatte.

Hierzu 4 Hl;itt /ci

809 629/185

Claims (4)

Patentansprüche;

1. Spritzpresse zur Herstellung von Formkörpern aus wärmevernetzbarem oder -härtbarem Werk- > stoff, mit einer mindestens einen Formhohlraum aufweisenden Form, einer Heizplatte und einer Platte mit einem Werkstoffraum, an dessen der Form zugewandten Seite eine mindestens einen in den Formhohlraum fahrenden Spritzkanal aufwei- ι ο sende Verschlußplatte mit mindestens einer der Form zugewandten, thermisch isolierenden Schicht angeordnet ist, wobei die Verschlußplatte ein einen Teil des Spritzkanals bildendes Ringelement trägt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver- i> schlußplatte (74) kühlbar ist, die Heizplatte (72) zwischen der thermisch isolierenden Schicht (76) und der Form (40) angeordnet ist und das Ringelement (90) aus einem dem Werkstoffraum (32) zugewandten, mit der Verschlußplatte (74) verbundenen :o Oberteil (92) eaki einer länglichen, sich im wesentlichen durch das Ringdcmcnt (SC) erstreckenden Angußöffnung (100) und einem mit dem Oberteil (92) verbundenen und mit der Form (40) und der Heizplatte (72) in Verbindung stehenden Unterteil (94) besteht, wobei zwischen dem Oberteil (92) und dem Unterteil (94) ein zwischen der Heizplatte (72) und dem Oberteil (92) wärmeisolierender Hohlraum (96) gebildet ist

2. Spritzpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Angußöffnung (100) als vom Werkstoffraum (32) nach unten konvergierender oberer Kegel (102) ausgebildet ist, der über einen Halsabschnitt verringerter Abmessung in einen nach unten divergierenden Kegel (104) übergeht

3. Spritzpresse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß der obere Kegel (102) einen wesentlich größeren mittleren Durchmesser als der untere Kegel (104) aufweist

4. Spritzpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das Ringelement (90) im wesentlichen zylindrisch und der Hohlraum (96) im wesentlichen ringförmig ist