DE2403481A1

DE2403481A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von formteilen aus massiven thermoplastischen kunststoffen

Info

Publication number: DE2403481A1
Application number: DE2403481A
Authority: DE
Inventors: Herbert Parr
Original assignee: RENNERODER KUNSTSTOFFWERK GmbH
Current assignee: RENNERODER KUNSTSTOFFWERK GmbH
Priority date: 1974-01-25
Filing date: 1974-01-25
Publication date: 1975-08-21
Also published as: DE2403481B2; DE2403481C3

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Forrteilen aus rassiven thermoplastischen Kunststoffen Der Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, Formteile aus massiven thermoplastischen Kunststoffen mit Teilevolumina zwischen 0,5 und 20 dm3 bei relativ großen Wanddicken bis zu 70 mm herzustellen. Die Teile müssen lunkerfrei, gas- und flüssigkeitsdicht, formbeständig in der Wärme und weitgehend einfallstellenfrei sein, damit sie auch hohen technischen Anforderungen (Druck, Temperatur, Zentrifugalkräfte) wie z.B.
als Teile für Kunststoff-Chemiepumpen genügen.
Es ist bekannt, daß auf Schneckenkolben-Spritzgußmaschinen modernster Bauart Formteile mit Schußgewichten bis zu 20 kg hergestellt werden können. Der Nachteil dieser Maschinen ist jedoch einerseits darin zu sehen, daß die Wanddicken der herzustellenden Spritzgußteile nur bis maximal 8 mm betragen dürfen, andererseits gilt ein Gesetz in der Spritzgußtechnik, wonach Werkzeug und Maschine eine Einheit öilden. Dies bedeutet, da Schließeinheit und insbesondere die Plastifizierungseinheit einer Spritzgußmaschine auf das zu fertigende opritzgußteil bezogen ausgelegt werden. Auf einer Spritzgußmaschine, die z.B. für ein Schußvolumen von 10 dm3 ausgelegt wurde, können nicht Teile mit einet ßchußvolunen von 1 ds gespritzt werden, weil infolge der langen Verweilzeit der Schmelze im Schneckenkopf thermische Zersetzung eintritt, die das Material unbrauchbar werden läßt.
Um diesen Nachteil auszuschalten, wird von den Spritzgußmaschinenherstellern häufig ein Verfahren empfohlen, bei dem mit einer unterdiinensionierten Plastifizierungseinheit die Scmelze in das Formwerkzeug intrudiert wird (Intrusionsverfahren). Da hierbei jedoch nur geringe Fließgeschwindigkeiten erzielt verden können, ist eine Werkzeugbeheizung erforderlich, um ein vorzeitiges Erkalten der Schmelze im Werkzeug zu vernindern. Dieses Verfahrenist deshal@ sehr unwirtschaftlich, .eil das Werkzeug abwechselnd beheizt und anschließend gekühlt werden muß, so daß sich sehr lange Zykluszeiten für ein Formteil ergeben.
eine weitere Möglichkeit zur herstellung dickwandiger Formteile ist im Spritzgießen treibmittelnaltiger Thermoplaste zu sehen.
Solche sogenannten Strukturschaum-Formteile haben eine 1-2 mm dicke massive Außenhaut bei einem mehr oder weniger porösen Wandungskern. Solcht Teile genügen jedoch nicht den oben beschrie@enen technischen Anforderungen. Bei Beschädigung oder Aotragung der dünnen Außenhaut, z.B. durch Abrasion, wird der poröse Kern freigelegt. Die Folge sind Undichtigkeiten gegen Luft und Flüssigkeiten sowie verminderte Abriebfestigkeiten.
Bezogen auf Teile für Kunststoff-Chemiepumpen ist darüber hinaus auch eine verminderte chemische Beständigkeit gegen aggressive Flüssigkeiten zu er.rarten.
Strukturschaum-Formteile werden deshalb vorwiegend dort eingesetzt, wo andere Anforderungen bestehen wie z.B. als Wärmedämmung oder in der Möbelindustrie.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß sehr unterschiedlichte Schmelze-Volumina in kürzester Zeit in das kalte Formwerdzeug gepreßt werden müssen, wobei Während des nachfolgenden Kühlvorganges der zwangsläufig auftretende Erkaltungsschwund durch ständiges Nachdrückenbei spezifischen Schmelze-Drücken bis zu 1500 kp/cm² weitestgehend kompensiert wird. Da die Zyklus zeit für die Herstellung dickwandiger Formteile hauptsächlich von der Kühldauer bis zum Ausformen des Teiles bestimmt ---;ird, kann diese Zeit dafür Genutzt werden, mittels einer verhältnismäßig kleinen Plastifizierungseinheit die Schmelze für den nächsten Pressvorgang zu erzeugen. Die Plastifizierungseinheit kann somit nahezu kontinuierlich arbeiten, weil für großvolumige Teile die entsprechend längere Werkzeugkühlzeit gleichzeitig dazu genutzt Md, das für den nächsten Pressvorgang benötigte Schmelze-Volumen zu erzeugen. Bei kleinvolumigen Teilen reduzieren sich Kühlzeit einerseits und Schmelzzeit andererseits in gleichetX Haße. Es ergibt sich somit in keinem Falle eine so lange Verweilzeit der Schmelze, daß eine thernische Schädigung eintritt.
Das Einpressen der Thermoplastsch-ii-'elze in kalte Formwerkzeuge bringt nicht nur den Vorteil kurzer Zykluszeiten mit sich, sondern löst in überraschender tMeise auch das bekannte Problem der Einfallstellen, die besonders bei eilen mit unterschiedlichen Wanddicken auftreten, Durch das plötzliche Abschrecken der Schmelze an den kalten Flächen des Formwerkzeugs ergibt sich in den Außenzonen des Formteils ein anIorphes -Holekulargefüge, während sich in den Wandungsmitten ein teilkristallines Gefüge einstellt. Amorphe Nolekulargefüge haben eine wesentlich geringere Nachschwindung (ca. 0,5 %) als Teilkristalline (ca. 4 - 5 ,4). Mögliche eingefrorene Spannungen werden durch Tempern vor der spangebenden Bearbeitung der Formteile ausgeglichen, wobei die Temperatur im Bereich der Einsatztemperatur der Teile liegt. Somit ergibt sich eine ausgezeichnete Formbeständigkeit in der Wärme bei einfallstellenfreien Oberflächen.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie eine hierfür geeignete Vorrichtung gemäß den Vorrichtungsunteransprüchen T;!ird an Hand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 eine schematisch dargestellte Draufsicht auf eine Vorrichtung gemäß Anspruch 5 und 6 Fig. 2 eine schematisch dargestellte Vorderansicht dieser Vorgemrichtung Anspruch 5 und 6 Fig. 3 einen schematisch dargestellten Schnitt längs der Linie A-A von Fig. 1 Fig. 4 einen in vergrößertem Maßstab dargestellten Schnitt durch einen Teil der Vorrichtung in Ausgangs- und Endstellung gemäß Anspruch 7 Die in Fig. 4 dargestellte Vorrichtung gemäß Anspruch 7 als Doppelkolben-Pressaggregat gekennzeichnet, löst auf besonders vorteilhafte Weise die aus dem Verfahren nach Anspruch 2 &ogeleitete Aufgabe, die von der Plastifizierungseinheit gelieferte Schmelze luöglichst schnell in das kalte Formwerkzeug zu fördern, urn nach dem Füllvorgang einen hohen hochdruck zu erzeugen. Ein Durchmesserverhältnis Hauttkolben (17) zu IXTachdruckstempel (18) von 3 : 1 gewährleistet einen schnellen, praktisch drucklosen Füllhub in das Bormtferkzeug mittels des Rauptkolbens (17). Durch das anschließende Nachsetzen des kleineren Nachdruckstempels (18) wird mit einer relativ geringen Kraft des Presszylinders (2) von nur 58 Mp ein Massedruck von 1500 kp/cm² erzeugt, wobei der Durchmesser des Nachdruckstempels der größten Wanddicke des Formteiles entspricht.
Ein Nachdruck bis zu 1500 kp/cm2 ist einerseits erforderlich, um eine absolute Lunkerfreiheit des Formteils zu gewährleisten und um andererseits während des Erkaltungsvorganges durch ständiges Nachdrücken den Erkaltungeschwund im Formteil aus zu gleichen.
Um einen schnellen und kontinuierlichen Arbeitshub zu gewährleisten, sind erfindungsgemäß nach Fig. 4 der Hauptkolben (17) und der Nachdruckstempel (18) durch eine mechanisch wirkende Raste in Arbeitsrichtung miteinander verbunden.
Die Kolbenkraft des Presszylinders (2) wirkt auf das hintere Ende des Nachdruckstempels (18) in Ausgangsposition, die in Fig. 4 in der unteren Schnitthälfte dargestellt ist. Der Nachdruckstempel (18) ist mit einem Einstich (34) versehen, in dem auf den gesammten Umfang verteilt mehrere Kugeln (29) zu liegen kommen.
Mehrere im Kolbenmantel (28) hintereinander angeordnete Tellerfedern (26) üben auf die im Kolbenmantel (28) geführte Druckscheibe (27) eine Kraft aus. Der Verschlußdeckel (30) ist in den Kolbenmantel (28) hineingeschraubt und somit fest mit diesem verbunden. Eine axiale Fixierung zwischen Nachdruckstempel (18) und Hauptkolben (17) ist nun dadurch gewährleistet, daß die kugeln (29) einerseits in den Einstich (34) des Stempels (18) und andererseits in die iTut zu liegen kommenj, die sich zwischen Druckscheibe (27) und Verschlu3deckel ()0) ergibt.
Durch eine auf den Nachdruckstempel (13) wirkende Kraft bewegt sich dieser gemeinsam mit dem Hauptkolben (17) im Zylinder (9) nach vorne, wodurch die Thermoplast-Schmelze durch die Bohrung des Nachdruckzylinders (9a) ausgeschoçen wird. Sobald der Hauttkolben (17) gegen den Zylinderkoden (9b) zur Anlage kommt, drückt der Nachdruckstempel (18) Der die Euge'n (29) und die Druckecheibe (27) das Tellerfederpaket zusammen. Gleichzeitig entsteht zwischen der Druckscheibe (27) und dem Yerechlußdeckel (30) ein Ringraum (33),in den die Kugeln von der schrigen Fläche des Einstiche (34) hineingedrückt werden.
Der Nachdruckstempel (18) führt also ohne Unterbrechung den Arbeitshub fort, während der Hauptkolben (17) auf dem Zylinderboden (9b) aufsitzt. Ein ungewolltes Zurückschieben des Hauptkolbens (17) im Moment des Ausrastens wird dadurch verhindert, daß der Nachdruckstempel (18) gerade dann in die Bohrung des Nachdruckzylinders (9a) eintaucht, wenn der Hauptkolben (17) gegen den Zylinderboden (9b) zur Anlage kommt.
Die Ausgangsstellung für einen neuen Arbeitshub entsteht das durch, daß die Plastifizierungseinheit die schmelze in den Kopf (36) des Doppelkolben-Pressaggregates (9) eindrückt, Wobei nach Anliegen der Distanzbüchse (35) der Nachdruckstempel (18) solange von dem Schmelzedruck zurückgeschoben wird, bis die Kugeln (29) wieder in den Stempeleinstich (34) einrasten.
Gleichzeitig wird die Plastifizierungseinheit über Endachalterbetätigung ausgeschaltet. Ein besonderer Vorteil dieses Doppelkolben-Pressaggregates ist darin zu sehen, daß durch Einsatz unterschiedlich langer Distanzbüchsen (35) innerhalb der gegebenen Grenzen jedes beliebige Schmelzevolumen und somit unterschiedliche Formteilgrößen gefahren werden können.
Zu jedem Formwerkzeug mit unterschiedlichem Formteilvolumen gehört somit eine Distanzbüchse (35) entsprechender Länge.
Um einen exakt fixierten Ausschaltpunkt für die Plastifizierungseinheit zu gewährleisten, ist zwischen Haltering (31) und ') am Kolbenmantel (28) Zylinderdeckel (37) eine Spiralf eder (32) angeordnet. Somit löst der Bolzen (38) den L?ndschalter für die Plastifizierungseinheit erst bei Erreichen einer bestimmten Kraft der Distanzbüchse (35) gegen den Haltering (31) aus.
Fig. 1 - 3 zeigen die Vorrichtung gemäß Anspruch 5 und 6 in erfindungsgemäßer Ausführung. Die beiden hydraulisch betätigten Zylinder, der Schließzylinder (1) und der Pretszylinder (2) wirken Seide gegen einen gemeinsamen Tisch (2p). Diese Anordnung ist auf die Q-'ischdurchbiegung bezogen besonders günstig, weil die Säulenkräfte der beiden Hydraulikzylinder im Tisch gegeneinanderwirken. Die beiden Doppelkolben-Pressaggregate (9) und (10) mit den am Umfang angebrachten elektrischen Heizmanschetten (15) sind an einen gemeinsamen Schwenkarm (4) montiert, der von dem Schwenkmotor (-) angetrieben nach beiden Richtungen jeweils eine Drehbewegimg über 1800 um die Säule (22) als Drehpunkt ausführt. Der hydraulisch betätigte Schiebezylinder (5) fährt hierbei den Schwenkarm (4) jeweils vor und zurück. Diese besonders vorteilhafte Anordnung der beiden Pressaggregate (9) und (10) verhindert ein Biegemoment auf die Säule (22), weil die Anpresskraft des Schiebezylinders (5) gleichmäßig auf die beiden Pressaggregate (9) und (10) übertragen wird, die jeweils gelen den Extruder (12) und das Formwerkzeug (11) zur Anlage kommen. Die Betätigung der Lochschieber (7) und (13) erfolgt über die pneumatisch betätigten Zylinder (3), (14) und (15). Der Hydraulikzylinder (20) betätigt einen Beitenkern im Formwerkzeug (11).
Die Erfindung gewährleistet die Fertigung insbesondere von dick-@andigen massiven Formte ilen aus Thermoplasten. Ihre Anwendung ist jedoch nicht auf die Verarbeitung von Thermoplasten begrenzt.
Auch die Herstellung von Formteilen aus Duroplasten ist möglich, Jobei lediglich ein Austausch der Extruder-Schnecke erforderlich wäre Im Vergleich zu Schneckenkolben-Spritzgußmaschinen für Teile gleichgroßer Schußgewichte ist für die erfindungsgemäße Vorrichtung ein wesentlich geringerer Investitionsaufwand erforderlich, der bei etwa 30 °jÓ der Kosten für solche Maschinen liegt.

Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung von massiven dickwandigen Formteilen verschiedener Größen aus thermoplastischen Sunststoffen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e daß die jeweilige Schmelze von einer Plastifizierungseinheit über ein Doppelkolben-Pressaggregat in ein Formwerkzeug gelangt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoplast-Schmelze unter hohem Druck bei Gebrauchstemperatur mittels eines Doppelkolben-Pressaggregates in ein kaltes, geschlossenes Formwerkzeug gepresst wird, so daß sich relativ kurze Taktzeiten pro Formteil einhalten lassen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß zwei Pressaggregate auf einer Schwenkachse mit einem gemeinsamen Drehpunkt in einer Winkelstellung von 10° zueinander montiert sind und abwechselnd gegen die Plastifizierungseinheit einerseits und das Formwerkzeug andererseits gefahren werden.
4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Taktzeiten von Plastifizierungseinheit (12) und Pressaggregaten (9) und (10) so aufeinander abgestimmt sind, daß während des Pressens und anschließenden Kühlens eines Formteils gleichzeitig die Plastifizierungseinheit das zweite Pressaggregat (10) mit Thermoplast-Schmelze füllt.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Klein-Extruder (12) ein Pressaggregat (10) mit gebrauchsfertiger Thermoplast-Schmelze speist, während ein Hydraulik-Zylinder mit relativ geringer Kolbenkraft (2) das zweite Pressaggregat (9) betätigt, welches Schmelze bei spezifischen Enddrücken von ca. 1500 kp/cm² in ein kaltes Formwerkzeug (11) presst, wobei das Werkzeug durch einen hydraulisch betätigten Schließzylinder (1) während des Press- und Kühlvorganges unter Verschluß gehalten wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß der \Jerkieug-Schließzylinder (1) und der Preaszylinder (2) in horizontaler Lage so zueinander angeordnet sind, daß sie gegen einen gemeinsamen Tisch (21) arbeiten, wobei die Presseite mit dem Preeszylinder (2) als Zwei-Säulen-Konstruktion ausgeführt ist, so daß eine Säule (22) gleichzeitig als Drehachse für die Schwenkeinheit (4) it den beiden Doppelkoiben-Pressaggregaten (9) und (10) dient.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 - 6 als Doppelkoroen-Presaggregat dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisch beheizter Zylinder, bestehend aus den beiden Teilzylindern (9) und (9a) einen Zwei-Stufenkolben aufnimmt, der seinerseits aus dem Hauptkolben (17) und dem Nachdruckstempel (18) besteht, wobei Hauptkolben (17) und Nalidruckstempel 08) eine gemeinsame, mechanisch wirkende Raste haben, die gewährleistet, daß während eines kontinuierlichen Arbeitshubes nach Aufsitzen des Hauptkolbens (17) auf dem Zylinderboden (9b) bei Erreichen einer bestimmten Kraft des Hydraulik-Zylinders (2) der Nachdruckstempel (18) aus dem Hauptkolben (17) ausrastet, um den Arbeitshub zu Ende zu führen.