DE3301975A1 - Verfahren zum formen von thermoplastischen hohlkoerpern - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Die Fertigung von thermoplastischen Hohlkörpern mit Öffnunge die kleinere Abmessungen als die Körperabmessungen aufweisen ist bekannt, und zwar hauptsächlich durch Rotations form-,
Spritzgiess- und Blasverfahren.

Das Rotationsformverfahren kann zur Herstellung von kugelför migen Körpern angewandt werden, zum Beispiel von Globen, die das Gehäuse einer Leuchte bilden sollen: in einer Form aus
Stahl oder Aluminium, die aus zwei halbkugelförmigen Schalen besteht, wird das thermoplastische Material dosiert, die For wird in einen Ofen gestellt, der um seine beiden Normalachse dreht und dadurch das Material gleichmässig verteilt, das be Gelieren an der Innenwandung der Form haftet. Nach dem Abküh len wird aus der Form eine Hohlglobe mit überall gleichmässi ger Dicke herausgezogen, was die wertvollste Eigenschaft des so hergestellten Erzeugnisses ist. Die langen Bearbeitungszeiten, die Kosten des Verfahrens und der Formen sowie die
ständig erforderliche Instandsetzung der Formen stellen solche Nachteile dar, dass das Rotationsformverfahren Industrie sehr wenig wirtschaftlich ist, und zwar vor allem zur Herste lung von Leuchtengloben.

Anderseits ist das Spritzgiess- und Blasverfahren zur Fertigung von thermoplastischen Hohlkörpern, wie Behältern und vo allem Flaschen, stark verbreitet.

Dieses Verfahren findet in zwei anschliessenden Zügen statt; es wird eine Vorform bzw. ein Külbel spritzgegossen, der bei einer vorbestimmten Temperatur mit einer gleichmässigen, biaxialen, mechanischen Versteckung geblasen wird, um die gewünschte endgültige Form zu erhalten. Die biaxiale Ausrich-

tung ist ein sehr heikler Vorgang, da gerade bestimmte physikalische Eigenschaften des Fertigerzeughisses, wie mechanischer Widerstand, Elastizitätsmodul, usw., davon abhängig sind.

Das Spritzgiess- und Blasverfahren kann man je nach den gewünschten mechanischen Eigenschaften und dem angewandten Mate rial in zwei getrennten Stufen oder in einer einzigen Stufe durchführen: und zwar sieht das zweistufige Verfahren das Spritzgießen des Külbels in einer ersten Formmaschine und anschliessend, in einer zweiten Ausrüstung, die Erwärmung des Külbels auf eine vorbestimmte Temperatur, bei der dann Blasen und biaxiale Verstreckung erfolgen, vor. Im Fall von Polyterephtalsäureester wird zum Beispiel die biaxiale Verstreckung bei der glasförmigen Übergangstemperatur des Polymers geführt, das bei der Verstreckung kristallisiert, so dass der fertige Hohlkörper äusserst hohe mechanische Eigenschaften gewinnt.

Beim einstufigen Verfahren wird der Külbel spritzgegossen und der fertige Hohlkörper in dem Augenblick hergestellt, in dem während der Abkühlung des Külbels die vorbestimmte Temperatur erreicht wird.

jedenfalls liegen die mit dieser Technologie zusammenhängenden Schwierigkeiten auf der Hand, die hauptsächlich auf die Notwendigkeit der biaxialen mechanischen Verstreckung und daher auf die komplizierten, dazu erforderlichen Ausrüstungen zurückzuführen sind.

Das Verfahren ist ausserdem zur Herstellung von kugelförmigen Hohlkörpern,'wie Leuchtengloben, mit zufriedenstellenden Eigenschaften, vor allem hinsichtlich der gleichmässigen Dicke des Fertigerzeugnisses, ungeeignet.

Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zu schaffen, bei dem sich Hohlkörper aus thermoplastischem Material im wesentlichen rasch, einfach und direkt, unter Vermeidung der oben erwähnten, bekannten Technik herstellen lassen, und zwar durc Vorgänge, die keine teueren und komplizierten Ausrüstungen v« langen und daher auch die Kleinserienfertigung der Erzeugnisse industriell wirtschaftlich machen.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Genauigkeitsfertigung, inbesondere von kugelförmigen Körpern zu ermöglichen, die als Leuchtengloben benutzt werden sollen und ausgezeichnete physikalische Eigenschaften, vor allem hinsichtlicl der gleichmässigen Wanddicke der Fertiggloben, aufweisen.

Zur Lösung der oben .angegebenen Aufgaben, schlägt die Erfindung ein Verfahren zum Formen von thermoplastischen Hohlkörpern, wie Leuchtengloben, vor, die eine gegenüber den Körperabmessungen relativ kleine Öffnung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass es wenigstens die Stufen umfasst, bei denen ein becherförmiger Külbel spritzgegossen wird, dessen offenes Ende mit einem Flansch versehen ist; dieser Külbel durch An-■stossen und Befestigung am Flansch mit einem Blaskopf dicht verbunden wird; der mit dem Blaskopf verbundene Külbel in eine Form bis zu der Lage eingeführt wird, bei der sich der Flansch in der Nähe aber nicht in Berührung mit der Aussenfl< ehe der Form befindet; und schliesslich der Külbel durch Blasen von Luft mit einem von einem Anfangwert von fast Null alj mählich zunehmenden Druck bei einer vorbestimmten Temperatur behandelt wird, bis der fertige Hohlkörper entsteht.

Eine zur Ausführung des oben beschriebenen Verfahrens geeigm te Ausrüstung ist ausserdem Gegenstand der Erfindung.

Eigenschaften und Vorteile des oben im wesentlichen geschilderten Verfahrens v/erden nachstehend an-Hand eines praktischen, nicht beschränkenden Ausführungsbeispiel mit Bezug auf die Fi-_ guren der beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben.

Die Figuren stellen drei verschiedene Verfahrensstufen in Axialschnittansichten dar, insbesondere zeigt: Fig. 1 Külbel und Blaskopf im Augenblick ihrer Verbindung, Fig. 2 Külbel und Blaskopf dicht verbunden und in der Arbeitsstellung vor dem Blasen in der Form angeordnet, und
Fig. 3 die Stufe der Endformung nach dem Blasen.

Wie in den Figuren dargestellt, wird also zunächst, zum Beispiel durch Spritzgiessen, ein becherförmiger Külbel 1 aus thermoplastischem Material, wie Polykarbonat, Metakrylat, o.dgl. vorbereitet.

Im Bereich seines offenen Endes ist der Külbel mit einem Um- -fangsflänsch 2 versehen, während am entgegengesetzten Ende ei ne Kugelkappe 2 angeformt ist, die etwas dünner als der restliche Külbelteil ist. Auch hier kann jedenfalls die Dicke je nach den für das Fertigerzeugnis gewünschten Eigenschaften und Form abgeändert werden.

Nach Abkühlen bis zur Raumtemperatur des spritzgegossenen FuI belSf wird er zur Verbindung mit einem Blaskopf 4 gemäss der in Fig. 1 dargestellten Anordnung posizioniert.

Der Blaskopf 4 weist eine Welle 9 auf, in deren unterem Bereich eine Laufbuchse 10 angeordnet ist.

Die motorangetriebene Welle 9 endet unten mit einem Flansch-

rand 30, der zum Anstoss an den Rand des Külbels geeignet isi und unabhängig von der festbleibenden Buchse 10 drehen kann; zu diesem Zweck sind zwischen Welle und Laufbuchse Kugellage] 11 vorgesehen; im oberen Teil der Buchse 10 ist ein Sammelring 12 ausgebildet, der mit Dichtungen 13 versehen ist und in den eine Leitung 14 zum Eintritt der Blasluft mündet; zum Austritt der Blasluft ist eine Leitung 15 vorgesehen. Am unt< ren Ende der Welle 9 sind Zangen 16 zum Festhalten des Külbels angebaut. Die Zangen sind mit Zapfen 17 am Blaskopf schwingenöfangelenkt und durch Federn 18 mit demselben verbun· den. Die Zangenkopfseite ist auf Lagern 26 gelagert, um ihre Drehung gegenüber der festen Laufbuchse 10 zu ermöglichen. Zur Öffnungs- und Schliessbewegung der Zangen ist die Laufbuchse 10 mit einem doppelwirkenden Zylinder 19 versehen, de; sen unteres Ende 20 keilförmig ist. Der Zylinder kann sich entlang der Laufbuchse 10 bewegen und weist im Inneren einen Kolben 21 auf, der an der Laufbuchse befestigt und mit einem O-Ring 22 zur Druckluftabdichtung versehen ist. An der Wan- -dung des Zylinders 19 sind eine untere Öffnung 23 und eine obere Öffnung 24 zum Eintritt der Luft des Druckluftkreises zur Betätigung der Zylinderbewegung vorgesehen.

Jede Zange 16 endet unten mit einem Haken 25, der in den Flansch 2 des Külbels 1 eingreifen soll.

Zur Befestigung des Külbels an den Blaskopf werden die Teile gemäss Fig. 1 mit den Zangen 16 in offener Stellung angeordnet. Dann wird durch die Öffnung 23 der Zylinder 19 mit Luft beaufschlagt, der abwärts läuft, bis das keilförmige Ende 2Q in die Kopfseite der Zangen 16 eingreift, .die sich dadurch u den Flansch des Külbels schliessen, damit das Ganze in die i Fig. 2 dargestellte Arbeitslage gerät.

Zum Öffnen der Zangen wird dagegen Luft in die Öffnung 24 zugeführt, so dass der Zylinder 19 aufwärts fährt und von den Zangen freigegeben wird.

In der in Fig. 2 dargestellten Schliesstellung ist die pneuma tische Abdichtung zwischen Blaskopf und Külbel durch einen CD-Ring 27 gewährt, der in der Aufnahme eingesetzt ist, die von einer Ringnut 28 in der Welle 9 des Blaskopfes 4 gebildet ist.

In der Schliesstellung der Zangen um den Flansch des Külbels, kann der Külbel auf die zur Ausführung des anschliessenden Blasformverfahrens geeignete, vorbestimmte Temperatur erwärmt werden. Zu diesem Zweck kann die Formausrüstung mit einer zylinderförmigen Kammer mit Infrarot-Strahlen bekannter Art ver sehen sein, die mit einer Aufwärtsbewegung so lange auffährt, bis sie den am Blaskopf festgemachten Külbel vollständig enthält. Dann lässt man den Külbel mit gleichbleibender Geschwin digkeit umlaufen, damit die von der Heizkammer abgegebene War me auf die ganze Külbeloberflache gleichmässig verteilt wird.

Sobald die gewünschte Temperatur erreicht wird, wird der Külbelumlauf unterbrochen und die Heizkammer entfernt sich vom Külbel mit einer Abwärtsbewegung.

Nun wird die Endform sofort um den Külbel geschlossen und es wird die in Fig. 2 dargestellte Arbeitslage erreicht.

Die Form besteht aus zwei Schalenhälften 5 und 6, die zusammen einen kugelförmigen Hohlraum zum Formen des Fertigerzeugnisses bilden. Nun laufen die beiden Schalenhälften der eigenen waage rechten Achse entlang zusammen und schliessen sich zur Formbil dung, der Blaskopf fährt mit einer raschen Bewegung abwärts, bis sich der Külbel im Inneren der Form befindet, und zwar in

der in Fig. 2 dargestellten Arbeitslage. Dabei ist es wichti< dass sich der Flansch des von den Zangen des Blaskopfes festgehaltenen Külbels am Ende unmittelbar in der Nähe aber nich' in Berührung mit der oberen Aussenfläche 7 der Form befindeso dass zwischen der Einmündung der Form und dem Külbelhals . der Nähe des Flansches ein kleines Spiel entsteht.

Dann erfolgt in der in Fig. 2 gezeigten Lage des Blasen des Külbels, der die zur Ausführung des Blasverfahrens geeignete Temperatur hat.

Durch die Leitung wird nun Druckluftjin einer von einem anfan ziemlich niedrigen, fast Null entsprechenden Wert ausgehende allmählich nach einer.Druck/Zeit-Exponentialfunktion zunehme den Menge zugeführt. Dabei kann der Blaskopf zweckmässig mit einem Druckgeber verbunden sein, der durch einen in einem pn matischen Nebenkreis nach einem Druckminderventil eingesetzt Mengenregler automatisch gesteuert wird.

"Die Druckluftbeaufschlagung bewirkt eine allmähliche Verformung des erweichten Külbels, bis sich derselbe auf die ganze Innenfläche der Form gleichmässig legt, um an Ende des Blas-v fahrens eine Kugel 8 zu bilden, die eine gleichmässige Wanddicke ohne jeglichen Fehler aufweist, wie in Fig. 3 dargeste

Nach Beendigung des Blasverfahrens fahren die beiden, die Fc bildenden Schalenhälften, stets der waagerechten Achse entlang, auseinander; der nunmehr durch Abkühlung in seiner enc gültigen Ausbildung hart gewordene, kugelförmige Körper 8 wj immer noch durch die auf den Flansch wirkenden Zangen am BIc kopf festgehalten.

Die Zangen öffnen sich nun mit der oben beschriebenen, pneui

tischen Bewegung, bis sie in die in Fig. 1 dargestellte Abspannungslage gelangen.

So wird der Fertigkörper entnommen und zum Lager geschickt.

Im nächsten Beispiel wird eine zweite, mögliche Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens beschrieben: nach dem Spritzgiessen wird der Külbel so rasch wie möglich mit dem Blaskopf verbunden und man kontrolliert seine Abkühlung in der in Fig. 2 dargestellten Arbeitslage.

Nach Erreichen der zur Ausführung des Thermoformens geeigneten, vorbestimmten Temperatur, erfolgt das oben beschriebene und in Fig. 3 dargestellte Blasverfahren.

Diese zweite Ausführungsform ist also noch rascher und einfacher, auch wenn die physikalisch-mechanischen Eigenschaften des Fertigerzeugnisses nicht ebenso zufriedenstellend sein können, weil die Materialentspannung, die in der ersten Aus-'-führungsform vollständig ist, in diesem Fall vor Erreichen der Raumtemperatur unterbrochen wird, wenn das Blasen durchgeführt wird, was eine leichte Spannung im Fertigkörper verursacht. Anderseits, wenn man die Blasteinperatur durch einfache Ausnutzung der Spriigjiesswärme des Külbels erreicht, hat man offensichtlich den weiteren Vorteil, dass man Wärmeenergie spart,

Jedenfalls kann man aufgrund der obigen Beschreibung verstehen, dass sich durch die Erfindung die anfangs gestellten Aufgaben der Ausführung von thermoplastischen Hohlkörpern mit kleiner Öffnung und guten physikalisch-mechanischen Eigenschaften, wie Festigkeit, gleichmässige Wanddicke, usw., absolut rasch, einfach und direkt mit einer gewiss vereinfachten und gegenüber dem bekannten Stand der Technik weniger teueren

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. Ausrüstung lösen lassen.

Insbesondere kann man bei der Lösung, bei der Blaskopf und
Külbel mit mechanischer und pneumatischer Abdichtung miteinander verbunden sind und das Blasen mit allmählich zunehmendem Luftdruck erfolgt, während der Külbel stabil aber unabhä: gig von der Form festgehalten wird, auf die mechanische Verstreckung des Werkstückes während des Blasverfahrens verzieh ten und trotzdem ausgezeichnet· gleichmässige Wanddicken des
Fertigerzeugnisses erzielen.

Wegen der einfachen und raschen erforderlichen Vorgänge eignet sich offensichtlich das erfindungsgemässe Verfahren auch zur Kleinserienfertigung von Werkstücken mit besonders guten physikalischen und mechanischen Eigenschaften.

Ausser den oben beschriebenen Beispielen gibt es natürlich
zahlreiche weitere Ausführungsformen der Erfindung.

Z\x den für das erfindungsgemässe Verfahren anwendbaren Werkstoffen gehören theoretisch sämtliche Thermoplaste und insbe sondere Polykarbonat, Metakrylat, Polypropylen.

Zur Külbelvorbereitung können auch andere Verfahren als das
Spritzgiessverfahren und jegliche Flanschtype, also nicht un bedingt ein zylinderförmiger, flacher Flansch, zur Anwendung kommen.

Claims (10)

1. PATENTANSPRÜCHE

   Μ Λ Verfahren zum Formen von thermoplastischen Hohlkörpern, wie Leuchtengloben, die eine gegenüber den Körperabmessungen relativ kleine Öffnung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass es wenigstens die Stufen umfasst, bei denen ein becherförmiger Külbel spritzgegossen wird, dessen offenes Ende mit einem Flansch versehen ist; dieser Külbel durch Anstossen und Befestigung am Flansch mit einem Blaskopf dicht verbunden wird; der mit dem Blaskopf verbundene Külbel in eine Form bis zu der Lage eingeführt wird, bei der sich der Flansch in der Nähe aber nicht in Berührung mit der Aussenflache der Form befindet; und schliesslich der Külbel durch Blasen von Luft mit einem von einem Anfangswert von fast Null allmählich zunehmenden Druck bei einer

   vorbestimmten Temperatur behandelt wird, bis der fertige Höh! körper entsteht.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es die Stufen umfasst, bei denen der Külbel vorbereitet, auf Raumtemperatur abgekühlt, bis auf die zum Ausführen des Blasverfahrens vorbestimmte Temperatur erwärmt wird und das Formen durch Blasen erfolgt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es die Stufen umfasst, bei denen der Külbel vorbereitet wird, man bis zum Abkühlen des Külbels auf die zum Ausführen des Blasverfahrens vorbestimmte Temperatur wartet und das Formen durch Blasen erfolgt.
4. 4. Ausrüstung zur Ausführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der .vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet,, dass sie wenigstens einen Blaskopf, der mit einem zum Anstossen an den Flansch des Külbels geeigneten Flanschrand vei sehen ist, und eine Form umfasst.
5. 5. Ausrüstung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Flanschrand des Blaskopfes eine Ringnut zur Aufnahme einer Dichtung zur pneumatischen Abdichtung zwischen Kopf und Külbel ausgebildet ist.
6. 6. Ausrüstung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Blaskopf eine Welle aufweist, an deren unterem Ende Zangen zum Festhalten des Kulbelflansches angeordnet sind.
7. 7. Ausrüstung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fest- und Abspannbewegung der Zangen durch einen doppelwirkei den Zylinder angetrieben wird.
8. 8. Ausrüstung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der doppelwirkende Zylinder ein keilförmiges Ende zum Antrieb der Zangenbewegung aufweist..
9. 9. Ausrüstung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle des Blaskopfes zum Drehen angetrieben werden kann.
10. 10. Ausrüstung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Heizkammer umfasst, die dazu geeignet ist, den mit dem
    Blaskopf verbundenen Külbel zu enthalten.