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Vorrichtung zum Fertigen von großräumigen
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Bestandteilen aus Kunststoffmaterial Die Erfindung bezieht sich auf
eine Vorrichtung zum Fertigen von großräumigen Bestandteilen aus Kunststoffmaterial
und aus Kautschukmischungen.
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Derzeit werden zum Einspritzen von Strukturschraum, d. h. von expandierbarem
Kunststoffmaterial, das in einer Form einen einstückigen Preßling mit einem porösen
Kern und einer kompakten Oberfläche bildet, einige besondere Erzeugungsverfahren
und besonders angepaßte Vorrichtungen verwendet. Die Expansion der Schmelze wird
durch ein Blähmittel erzielt, das in die Form zusammen mit der Schmelze
eingeführt
wird. Das Blähmittel kann ein Material sein, das sich bei erhöhter Temperatur zersetzt,
z. B. Azodicarbonamid und dergleichen, oder ein komprimiertes Gas, z. B.
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Stickstoff.
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Die so vorbereitete Schmelze wird in die Form mit erhöhter Geschwindigkeit
entweder mittels eines Kolbens aus einem Vorratsbehälter nach Füllen durch eine
Plastifikationsschnecke oder direkt durch axiale Bewegung der Stirnseite der Plastifikationsschnecke
aus der Plastizierkammer eingespritzt.
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Bei den Einrichtungen, welche das Material aus der Vorratskammer
einspritzen, ist die Kammer derart gelagert, daß die Bewegung des Kolbens entweder
parallel, windschief oder senkrecht zur Achse der Form verläuft, die senkrecht gegenüber
den Spannplatten ist. Beim Einspritzen senkrecht zur Achse der Form mündet die Kammer
vorteilhaft in eine Düse, die parallel zur Achse der Kammer ist und an der Seitenwand
der Form anliegt. Die Form ist in Richtung ihrer Trennwand mit einem Einlaß versehen,
wobei die Schmelze von einer Seite des Hohlraums der Form zur zweiten vordringt.
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Diese Anordnung und dieses Verfahren werden bei einer senkrechten
Einstellung der Einspritzeinheit gegenüber einem oder mehreren Verschlüssen verwendet,
beispielsweise bei einem Verschluß mit vertikaler Achse, wo die Achse des Spritzens
horizontal ist, oder beim Einspritzen von der Seite der Presse. Eine andere Konstruktion
hat einen Auslaß in der Achse der Kammer.
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Der Auslaß teilt sich an seinem Ende in zwei Teile derart, daß beide
Enden die Form in Richtung ihrer Achse füllen. Universaleinrichtungen zum Einspritzen
von Strukturschäumen und von klassischen Kunststoffmassen sind derart aufgebaut,
daß an laufend erzeugte Maschinen ein hydraulischer Akkumulator mit den betreffenden
Verteilern angeschlossen
ist. Durch diese Anordnung werden der
große Einspritzdruck und die Geschwindigkeit des Einspritzens, d. h. die Schneckenbewegung
beibehalten, aber das maximale Volumen, das ursprünglich eingespritzt werden konnte,
erhöht sich nicht.
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Die beschriebenen bekannten Vorrichtungen, die eine Kammer mit einem
Einspritzkolben verwenden, sind lediglich für eine Niederdruck-Einspritztechnologie
bestimmt, da ihre Kammern für niedrige Einspritzdrücke und größere Volumen ausgelegt
sind. In Vergleich mit Vorrichtungen zum Einspritzen klassischer homogener Preßlinge
sind auch die Kammern an Schließeinheiten mit niedrigen Schließkräften und schwachen
Säulen angeschlossen.
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Bei üblichen Einrichtungen zum Hochdruckeinspritzen klassischer Materialien
mit einem Blähmittel, die mit hoher Geschwindigkeit und hohem Druck arbeiten, ist
die Größe der Spritzteile lediglich durch das Fassungsvermögen der Einheit begrenzt.
Die Größe dieser Spritzteile ist gleich den üblichen Spritzteilen aus klassischem
Material.
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Wegen der Unterschiedlichkeit des Sortimentes der Erzeugnisse, vor
allem deren Abmessungen, können die Größe der Spannplatten und die Öffnung der Maschine
beim Verarbeiten nicht in vollem Maß ausgenutzt werden. Bei einem Sortiment, das
gleichzeitig nach Inhalt und Stückmenge unterschiedlich ist, wird ein Installieren
besonderer Einzweckmaschinen oft nicht wirtschaftlich sein, und die Maschinen können
nicht voll ausgenutzt werden.
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Die Forderung der Einführung einer billigen und schnellen Erzeugung
von Strukturschäumen mit großem Inhalt der Spritzteile für die laufende Erzeugung
stößt derzeit auf große Schwierigkeiten aus zeitlichen Gründen und vor allem wegen
untragbarer Kosten, die mit den Investitionen verbunden sind.
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Ein wesentlicher Nachteil bestehender Vorrichtungen ist, daß sie
beim Spritzen aus nicht schäumendem Material die Erzeugung wesentlich größerer Erzeugnisse
ausschließen, als die Maximalkapazität der Maschine beträgt.
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Bei der Erzeugung von Zweikomponent-Laminaterzeugnissen mit kompakter
Oberflächenschicht und geschäumtem Kern durch Spritzen ist die Fertigung derzeit
auf besondere Maschinen mit zwei Einspritzeinheiten beschränkt.
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Die bisherige Anordnung der Einspritzeinrichtungen außerhalb der
eigenen Schließeinheit in Form eines Zusatzgerätes erfordert wegen ihrer Länge und
ihres Gewichts große Räume auch deshalb, damit die Düse den Umfang der Form erreicht.
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Niederdruck-Einspritzmaschinen für Strukturschäume, welche zwar die
Fertigung großräumiger Erzeugnisse ermöglichen, können deswegen nicht zum Hochdruckeinspritzen
geschäumter Materialien verwendet werden, weil sie keine Erzeugung von Spritzteilen
mit glatter Oberfläche ermöglichen.
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Die einzelnen beschriebenen Ausführungen von Maschinen haben die
folgenden charakteristischen Eigenschaften, die ihre allgemeine technologische Anwendbarkeit
begrenzen: - bei Konstruktionen für niedrige Schließkräfte sind sie nur auf niedrige
Einspritzdrücke beschränkt; - beim Zweikomponenteinspritzen besteht eine Kompliziertheit
der Einspritzeinheit. vom Standpunkt sowohl der hydraulischen Einrichtung als auch
der Steuerkreise und des hohen Raumbedarfs; - bei Konstruktionen mit einer Zusatzeinspritzkammer
mit einem Kolben wird diese statt des ursprünglichen Schnekkeneinspritzzylinders
eingebaut, der verlegt und nach
Konstruktion nur als Plastizier-Schneckenzylinder
ohne axiale Bewegung der Schnecke angeordnet ist; - beim Beibehalten der ursprünglichen
Konstruktion der Einspritzeinheit mit einem Schnecken-Plastizierzylinder in der
Achse der Form hat dieser Plastizierzylinder keine Schnecke mit Axialbewegung, und
der Einspritzzylinder. mit Kolben, der durch einen hydraulischen Kraftzylinder gesteuert
wird, hat einen eigenen Antrieb und eine eigene Steuerung, wobei die Verbindung
des Schnecken-Plastizierzylinders und der Einspritzform über ein besonderes Verteilerorgan
erfolgt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Behebung der erwähnten
Nachteile eine Vorrichtung zum Fertigen von großräumigen Bestandteilen aus Kunststoff-
oder Kautschukmaterial und aus Kautschukmischungen, bestehend aus einem Einspritzteil
und einem Schließteil mit einem Raum für die Form, derart auszubilden, daß sie wirtschaftlicher
arbeitet und an die verschiedensten Arten der Einspritztechnologie anpaßbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Füllzylinder
des Einspritzteiles und die Form über eine mit einem Kolben versehene Überleitungskammer
in Verbindung stehen, deren Achse gegenüber der Achse des Füllzylinders unterschiedlich
ist, wobei der Kraftzylinder des Einspritzteiles mit dem Kraftzylinder der Überleitungskammer
mittels eines gemeinsamen hydraulischen Kreises verbunden ist. Die Überleitungskammer
ist vorzugsweise innerhalb einer Brücke vorgesehen, die an einer festen Spannplatte
befestigt ist.
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Die Überleitungskammer kann auch am Rahmen befestigt werden und dabei
über die Düse und ein Verbindungsglied
mittels einer öffnung in
der festen Spannplatte mit der Form verbunden sein.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der Kraftzylinder der Überleitungskammer
mittels einer Rohrleitung des hydraulischen Kreises mit dem Kraftzylinder des Einspritzteiles
verbunden, wobei im Füllzylinder durch Hub der Schnecke eine Kammer für einen Teil
der Schmelze gebildet wird.
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Die Achse des Füllzylinders führt ferner vorzugsweise durch die Stirnwand
der Überleitungskammer, in welcher wenigstens ein Verbindungskanal und wenigstens
ein Überleitungskanal vorgesehen sind, die zweckmäßig an den Füllzylinder angeschlossen
sind, wobei die Stirnwand der Überleitungskammer außerhalb der Achsen der festen
Spannplatte und einer beweglichen Spannplatte angeordnet ist.
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Hinter der Austrittsöffnung des Verbindungskanals ist zweckmäßig
ein Verbindungsglied angeschlossen, dessen Austrittsdüse durch ein Schließ- und
Drosselventil gesteuert wird.
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In der Stirnwand der Überleitungskammer ist vor der Austrittsöffnung
der Düse vorzugsweise wenigstens eine Zufuhr für modifizierende Komponenten der
Schmelze vorgesehen.
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Die Stirnwand der Überleitungskammer ist vorteilhaft zum Gleichrichten
des Stromes und zum Dosieren der Schmelze mit einem Formeintrittsventil und wenigstens
einem Austrittsventil versehen, in deren Körper eine Ausnehmung vorgesehen ist.
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Zum Andrücken des Austrittsrohres mittels des Füllzylinders an die
Form und zum Kompensieren ihrer Achsenabweichungen, z. B. durch Wärme- oder Spannungsdilatation,
ist
die Überleitungskammer vorteilhaft mit einer elastischen Lagerung versehen, die
vom elastischen Lagern des Verbindungsgliedes und des Austrittsrohres unabhängig
ist.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung werden zum Schließen der Form
drei in drei Ecken von viereckigen Spannplatten der Form angeordnete Säulen verwendet.
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In allen erwähnten Fällen kann das Einspritzgerät am Einspritzteil
eine Zweikammer-Speiseanordnung zum aufeinanderfolgenden Dosieren von zwei Arten
von Kunststoffmaterial in die Schnecke enthalten.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht ein hochgradiges und
wirtschaftlich vorteilhaftes Einspritzen großräumiger Erzeugnisse aus Kunststoff-
oder Kautschukmaterial mit verschiedensten Modifikationen der Einspritz-Technologie.
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Bei voller Ausnützung der Parameter der Vorrichtung, d. h. vor allem
der Abmessungen der Spannplatten, der maximalen öffnung der Anordnung, der Schließkraft,
des Schmelzvermögens und der Leistung der Vorrichtung können nach Abmessungen, Rauminhalt
und Gewicht mehrfach größere Erzeugnisse erzielt werden. Die erwähnten Vorteile
werden nicht nur bei der Technologie des Einspritzens der Schmelzen von Polymeren
ohne Blähmittel, sondern auch bei verschiedenen technologischen und Materialmodifikationen
erzielt. Es handelt sich vor allem um Materialmodifikationen, die sich durch Zusatz
von Blähmitteln in das Granulat in die Speiseschurre der Vorrichtung ergeben oder
möglicherweise schon von im Granulat enthaltenen Blähmitteln ausgehen, oder um ein
ständiges Zuführen von Gasen, z. B. von Stickstoff in die Schmelze im Raum in der
Stirnwand der Überleitungskammer und des Verbindungsgliedes.
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Die Konstruktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung als einer universalen
Einspritzmaschine ermöglicht eine Reihe von Modifikationen der fundamentalen Technologie
des Einspritzens von geschäumten Kunststoffmassen und einer Technologie des Einspritzens
ohne Blähmittel, wobei die Hauptparameter der Vorrichtung voll ausgenützt werden.
Bei einer Technologie des Einspritzens mit Blähmitteln wird außer den erwähnten
Vorteilen noch eine mehrfache Vergrößerung des Rauminhaltes, der Abmessungen und
des Gewichtes erzielt. Ein geeignetes konstruktives Verbinden der Arbeitsräume beider
Einspritzeinrichtungen erlaubt eine gegenseitig abhängige oder unabhängige Bewegung
der Arbeitskolben, wodurch wesentliche qualitative und quantitative Abänderungen
der Einspritztechnologie, einschließlich einer Erzeugung von Laminatkonstruktionen,
erzielt werden können. Es handelt sich vor allem um Möglichkeiten eines Programmierens
der Geschwindigkeit des Vorschubes der Kolben der Überleitungskammer und des Einspritzzylinders,
ferner um ein Einspritzen der Schmelze zweier Polymergattungen mit Dosierregelung
der Schmelze in den Raum der Form, z. B. einer ersten Dosis eines Materials ohne
Blähmittel und einer folgenden Dosis eines Materials mit Blähmittel. Ferner wird
ein Programmieren der Temperatur der Schmelze ermöglicht, und vor allem ein Füllen
der Form mit einer Schmelze mittels eines Austrittsventils in der Überleitungskammer.
Gleichzeitig wird eine Kombination eines Niederdruck- und eines Hochdruck-Einspritzens
ermöglicht. Die Konstruktion der Kanäle der Überleitungskammer und die Konstruktion
einer Zweikammer-Speiseanordnung ermöglichen auch ein zweifarbiges Einspritzen.
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Das relativ geringe Gewicht, die geringen Anforderungen und die große
Anpassungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Zusatzgerätes für übliche Einspritzpressen
ermöglichen, mit geringen Kosten sehr kostspielige Einzweckmaschinen zu ersetzens
Eine
Verlängerung des Zyklus bestehender Pressen wegen der längeren Kühldauer ermöglicht
deren bessere Ausnützung und gleichzeitig ein Verlängern ihrer Lebensdauer.
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Die Wirtschaftlichkeit der Vorrichtung zeigt sich ferner beim Erzeuger
darin, daß sie aus einer üblichen Einspritzmaschine besteht, die durch eine zusätzliche
Überleitungskammer mit einem Kraftzylinder ergänzt wird und keine neuen hydraulischen
Steuerorgane benötigt. Dadurch werden auch Entwicklungs- und Konstruktionsarbeiten
wesentlich vereinfacht.
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Vom Standpunkt der Anforderungen an ein Wechseln der Schmelze und
ein Strömen von der Schnecke bis zur Form sind Optimalbedingungen dadurch erreicht,
daß die Längen der Kanäle und änderungen der Querschnitte der Kanäle minimal sind,
das Spülen vollkommen ist und es zu keinem lokalen Überhitzen der Schmelze kommt.
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Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Vorrichtungen sind schematisch
in der Zeichnung dargestellt, wo Fig. 1 die Gesamtvorrichtung zeigt. Die Überleitungskammer
ist hier zwischen einer festen Spannplatte und der Form angeordnet, welche sie mit
einem Füllzylinder einer üblichen Einspritzpresse verbindet. In Fig. 2 ist ein erfindungsgemäßes
Ausfuhrungsbeispiel der Vorrichtung dargestellt, wo die Überleitungskammer den Füllzylinder
mit der Form bei einer Anordnung verbindet, in der die Überleitungskammer vor der
festen Spannplatte vorgesehen und mit einem Verbindungsglied mit einer Düse versehen
ist. Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die Überleitungskammer mit Einzelheiten in
einer Ausführung für einen Durchfluß der Schmelze durch die Stirnwand und den Hohlraum
der Überleitungskammer.
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Das Einspritzgerät (siehe Fig. 1) besteht aus einem Hochdruck-Einspritzteil>
einem Schließteil mit eingebauter Form 6, einer Brücke 4 und einer Überleitungskammer
7 mit einem Kraftzylinder 12.
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Der Hochdruck-Einspritzteil, der an den Schließteil des Einspritzgerätes
angeschlossen ist, besteht aus einem FUllzylinder 1, in welchem eine Plastizier-
bzw.
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Einspritzschnecke 23 gelagert ist. Der Austrittsteil 2 des Ftlllzylinders
1 stützt sich gegen eine Eintrittsdüse 8 der Überieitungskammer 7.
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Der Schließteil des Einspritzgerätes mit einer beweghohen Spannplatte
5 und einer festen Spannplatte 3 ist am Rahmen 30 des Einspritzgerätes angeordnet.
Zwischen der beweglichen Spannplatte 5 und der festen Spannplatte 3 ist die Form
6 eingebaut, die sich mit ihrer Aufspannfläche 16 gegen die Brücke 4 stützt. Die
bewegliche Spannplatte 5 wird entlang von Säulen 32 gerührt, die dem Schließen der
Form 6 dienen. Vorteilhaft sind diese Säulen 32 an drei Ecken von viereckigen Spannplatten
vorgesehen (siehe Fig. 2).
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Die Überleitungseinrichtung weist den Kraftzylinder 12 auf, an dem
mittels einer Verbindungsanordnung 11 die Überleitungskammer 7 befestigt ist, deren
Achse wesentlich parallel mit der festen Spannplatte 3 ist. Im Hohlraum der Überleitungskammer
7 ist ein Kolben 10 vorgesehen, der zusammeln mit den Innenwänden der Überleitungskammer
7 einen Raum 13 für die Schmelze bildet. In der Stirnwand 15 der Uberleitungskammer
7 ist ein durchlaufender Verbindungskanal 17 ausgebildet, an den ein Überleitungskanal
18 angeschlossen ist, der in den Raum 13 für die Schmelze mündet.
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Der Verbindungskanal 17 verbindet das Ende des Füllzylinders
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über die Austrittsdüse 9 der Überleitungskammer 7 mit der Form 6. In der Austrittsdüse
9 ist ein Schließ-und Drosselventil 14 angeordnet, das jedoch vorteilhaft auch in
der Stirnwand 15 der Überleitungskammer 7 im Verbindungskanal 17 zwischen dem Überleitungskanal
18 und der Austrittsdüse 9 angeordnet sein kann. Die Achse des Füllzylinders 1 führt
durch die Stirnwand 15 der Uberleitungskammer 7, in welche der Verbindungskanal
17 und der Überleitungskanal 18 münden. An die Austrittsöffnung des Verbindungskanals
17 zur Form 6 ist ein Verbindungsglied 26 angeschlossen. Das Granulat der Kunststoffmasse
wird mittels eines Kraft zylinders 31 über die Speiseanordnung 33 der Schnecke 23
zugeführt. Beide Kraftzylinder 12 und 31 werden über Rohrleitungen 36 durch ein
hydraulisches Steuergerät 34 gesteuert.
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Die Anordnung des Einspritzgerätes gemäß Fig. 2 und 3 zeigt eine
Alternative, wo die Überleitungskammer 7 vor der festen Spannplatte 3 vorgesehen
ist. Diese Anordnung benötigt zum Unterschied der Anordnung gemäß Fig. 1 keine Brücke
4 unter der Form 6. Die Verbindung der Überleitungskammer 7 mit der Form 6 erfordert
eine längere Austrittsdüse 9, insbesondere falls das Einspritzgerät für ein Schalten
an eine Anordnung für nicht schäumendes Material angeschlossen ist, deren feste
Spannplatte unverhältnismäßig dicker ausfällt.
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Das Austrittsende 2 des Füllzylinders 1 ist mit der Form 6 derart
verbunden, daß die Schmelze aus der Eintrittsdüse 8 der Überleitungskammer 7 über
das Eintrittsventil 19 der Austrittsdüse 9 in den Raum 13 für die Schmelze in der
Überleitungskammer 7 geführt wird. Von hier wird die Schmelze mittels des vorteilhaft
mit einer Ausnehmung am Unfang versehenen Kolbens 10 verdrängt, welche Ausnehmung
einen Durchfluß der Schmelze auch in dem Fall ermöglicht,
daß der
Kolben 10 auf der Stirnwand 15 der Überleitungskammer 7 aufsitzt. Die Schmelze strömt
weiter über das Austrittsventil 20 in die Austrittsdüse 9. Das Eintrittsventil 19
und das Austrittsventil 20 werden unabhängig durch Steuerelemente 21 gesteuert.
Gemäß einer beispielsweisen Detailausführung der Überleitungskammer 7 sind beide
Ventile - das Eintrittsventil 19 und das Austrittsventil 20 - als Drehschieber mit
Ausnehmungen 25 ausgeführt, die ein vollkommenes Strömen der Flüssigkeit erlauben,
deren Strom im wesentlichen um 900 umgeleitet wird.
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Die Überleitungskammer ist von außen mit einer Heizung 22 auageatattet,
die eine vom Regeln des Füllzylinders 1 unabhängige Regelung aufweist. In der Stirnwand
i5 der Überleitungskammer 7 ist vor der Austrittsdüse 9 eine Zufuhr 24 zum Dosieren
weiterer Modifikationskomponenten der Schmelze, z. B. für ein Gas vorgesehen. Zwecks
eines Andrückens der Austrittsdüse 9 durch den Füllzylinder 1 an die Form 6 ist
die Überleitungskammer 7 mit einer elastischen Lagerung 29 versehen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht, eine Reihe von technologischen
Verarbeitungen von Thermoplasten auszuführen, und zwar sowohl von reinen Polymeren,
als auch Kopolymeren oder deren Modifikationen, welche mit Hilfe dieser Vorrichtung
verwirklicht werden können, wovon als Beispiel eine Technologie beschrieben wird,
die die Wirkungsweise der Vorrichtung erläutert.
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In den Füllzylinder 1 wird ein Granulat eines Polymeren mit 0,5 S
Blähmittel und 10 S Glasfasern dosiert.Die Mischung wird durch die Schnecke 23 homogenisiert,
die sich im Vorderteil des Füllzylinders befindet. Im hydraulischen Kreis herrscht
ein Überdruck von 60 atü. Die Schmelze strömt über den Eintrittskanal 27 und das
Eintrittsventil
19 der Austrittsdüse 9 in den Raum 13 für die
Schmelze in der Überleitungskammer 7, die eine konstante, von der Art des verarbeiteten
Polymeren abhängige Temperatur aufweist. In der Überleitungskammer zieht sich der
Kolben 10 in dessen rückwärtige Lage zurück. Bei Erreichen der geforderten Dosis
der Schmelze wird die Schnekke ausgeschaltet.
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Das eigentiche Einspritzen in die Form wird derart ausgeführt, daß
vorerst der Druck im hydraulischen Kreis z. B. auf 150 atü erhöht wird, worauf das
Austrittsventil 20 geöffnet wird, wodurch der Schmelze der Weg in den Hohlraum der
Form 6 freigegeben wird, wohin diese mittels des Kolbens 10 mit hoher Geschwindigkeit
über den Austrittskanal 28 eingespritzt wird. Nach Entleeren der Überleitungskammer
7 folgt augenblicklich ein Schließen des Austrittsventils 20, worauf der weitere
Zyklus des Plastifizierens mittels der Schnecke folgt.
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Falls zwei verschiedene Materialien dosiert werden, wird vorerst
das Material aus dem Zweikammerspeisegerät plastiziert, das das Blähmittel enthält,
nach Erreichen der geforderten Dosis der Schmelze in der Überleitungskammer wird
auf das Dosieren des anderen Materials umgeschaltet, das nur in geringer Menge in
die Überleitungskammer verdrängt wird und das hauptsächlich die Kammer vor der Schnecke
füllt, und beim Einspritzen ist der Vorgang der gleiche mit dem Unterschied, daß
zuerst die Schmelze aus der Kammer vor der Schnecke verdrängt wird und sich ein
folgender Strom der Schmelze aus der Überleitungskammer anschließt.