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Bei dem bekannten Verfahren soll eine elastische Einlage für Badewannen,
Duschbecken u.dgl. hergestellt werden, die an der Unterseite Saugnäpfe aufweist,
wobei die Saugnäpfe mit der Unterseite einstückig aus dem diese Seite bildenden
Kunststoff geformt sind, insbesondere
soll das bekannte Verfahren
die Herstellung einer solchen Einlage ermöglichen, bei der das Innere im wesentlichen
aus geschäumtem Kunststoff besteht und die Oberfläche von einer luftdichten Haut
gebildet wird.
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Dies soll bei dem bekannten Verfahren dadurch möglich sein, daß die
eingespritzte aufschäumende Kunststoffmasse an den Wänden des Hohlraums der Spritzgießform
ohnehin eine geschlossene, unporöse, luftdichte Haut ausbildet, wobei im Bereich
der Saugnäpfe der Kunststoff im geringeren Umfange aufschäumen soll.
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Auch schlägt das bekannte Verfahren vor, zur Unterstützung dieser
Prozesse die Wände der Form zu erhitzen oder zu kühlen, ohne hierzu jedoch ins einzelne
gehende Angaben zu machen. Schließlich werden für das bekannte Verfahren als Ausgangsmaterial
eine Reihe von Kunststoffarten vorgeschlagen, die zum Teil Duroplaste sind.
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Es hat sich jedoch gezeigt, daß sich mit den bekannten Verfahren
der gewünschte Erfolg nicht einstellt, weil mit diesem Verfahren ein befriedigendes
Spritzgießen eines aufschäumfähigen Kunststoffes nicht möglich ist.
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Spritzt man nämlich in den Hohlraum der Spritzgießform eine Dosis
ein, deren Volumen dem Volumen des Hohlraums entspricht, kann der Kunststoff gar
nicht aufschäumen, weil ihm hierzu kein Platz zur Verfügung steht. Es ergibt sich
dann statt der gewünschten, aus geschäumtem Kunststoff bestehenden Einlage eine
Kunststoffeinlage mit durchgehender, d. h. unporöser Struktur. Spritzt man andererseits
nur eine Dosis Kunststoff ein, die lediglich einem Teil des Volumens des Hohlraumes
des Spritzgießwerkzeuges entspricht, kann zwar der Kunststoff in der Form aufschäumen,
füllt diese jedoch in völlig unkontrollierter Weise mehr oder weniger aus, so daß
sich teilweise ungeschäumte Bereiche und teilweise geschäumte Bereiche, jedoch mit
Einfallstellen, d. h. kraterartigen Oberflächeneinbrüchen, einstellen. Insbesondere
ist es aber bei nur teilweisem Einspritzen nicht möglich, die genannten Saugnäpfe
einstückig mitzuspritzen, weil das Volumen der von den Saugnäpfen gebildeten, hinterschnittenen
Räume durch die Eigenaufschäumung des Kunststoffes nicht sicher ausgefüllt wird.
Vor allem bilden sich aber im Bereich dieser Saugnäpfe nicht die gewünschten geschlossenen
Oberflächen, weil diese hinterschnittenen Räume erst von der Schaumfront erreicht
werden, nicht jedoch vom eingespritzten, noch flüssigen Kunststoff Gerade die Oberflächen
der Saugnäpfe weisen daher nicht die für den Saugeffekt erforderliche geschlossene
Oberfläche auf.
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Aus der DE-Z Kunststoffberater 1/2/1983, Seite 26 bis 32, ist es
weiter bekannt, beim Schaumspritzgießen während des Aufschäumvorganges den Hohlraum
durch gesteuertes Öffnen des Spritzgießwerkzeuges zu vergrößern. In der DE-Z ist
jedoch angegeben, daß es mit diesem Verfahren nicht gelungen sei, dünnwandige und
in der Formgebung komplizierte Formteile herzustellen. Das bekannte Verfahren war
vielmehr auf die Anwendung bei glattflächigen und dickwandigen Formteilen einfacher
Formgebung beschränkt.
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Aus der DE-OS 26 11 527 sind weiter ein Verfahren und eine Form zur
Herstellung von vernetzten Polyolefinschaumstoffkörpern bekannt, bei denen ebenfalls
ein veränderbarer Formraum vorgesehen ist, dessen Volumen sich beim Ausschäumen
des Kunststoffes vergrößert. Hierzu wird der Formraum an seiner einen Seite von
einem Körper mit aufgesetztem Gleitstück begrenzt, wobei das Gleitstück auf dem
Körper gleiten kann und mit einer seiner Oberflächen die eine Seite des Formraumes
begrenzt. Nach dem Einspritzen des aufschäumfähigen Kunststoffes wird der Körper
schlagartig zurückgezogen, das Gleitstück, das ohne Reibung auf dem Körper sitzt,
verharrt jedoch zunächst in der Ausgangsstellung. Schäumt der Kunststoff nun auf,
schiebt er zusammen mit seiner Volumenvergrößerung das Gleitstück ohne Gegenkraft
wieder auf den im Abstand wartenden Körper auf. In diesem Falle wird somit die Volumenvergrößerung
ausschließlich vom Aufschäumvorgang selbst bestimmt, so daß das Gleitstück nur mit
einer Geschwindigkeit und über einen Weg ausgelenkt wird, wie er dem Blähdruck des
aufschäumenden Kunststoffes entspricht.
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Es ist weiter aus der DE-Z Kunststoffe, 1977, 7, Seite 370 bis 373,
bekannt, Formteile aus Kunststoff mit einem sog. Filmanguß herzustellen, bei dem
der Kunststoff über einen Schlitz in den Hohlraum des Spritzgießwerkzeuges eingespritzt
wird. Ferner ist dort angegeben, daß zur Entlüftung der Werkzeuge Entlüftungsschlitze
vorgesehen sein können.
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Schließlich ist in der US-Z Plastics Engineering, August 1978, Seite
25 bis 27, eine Spritzgießvorrichtung beschrieben, bei der Entlüftungsöffnungen
dadurch gebildet werden, daß sich in einer zylindrischen Bohrung eine zylindrische
Stange im dichten Sitz befindet, wobei die zylindrische Stange jedoch über ihre
Länge an mehreren Stellen abgeflacht ist, so daß Luft über die durch die Abflachungen
gebildeten Kanäle aus dem Formraum des Spritzgießwerkzeuges abströmen kann, wenn
der Kunststoff eingespritzt wird.
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Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
bzw. eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß
eine Struktur des Formteiles herstellbar ist, bei der der geschäumte Bereich nahezu
die gesamte Dicke des Formteiles ausmacht, während die Oberfläche als sehr dünne,
luftdichte Schicht ausgebildet ist.
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Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen der Ansprüche 1 bzw.
5 angegebenen Mermale gelöst.
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Die Erfindung löst die zugrundeliegende Aufgabe auch vollkommen,
weil der Hohlraum zunächst vollkommen mit flüssigem Kunststoff ausgespritzt werden
kann, der mit einem Zusatz von Treibmitteln versehen ist, so daß der flüssige Kunststoff
auf sämtliche den Hohlraum begrenzenden Oberflächen gelangt. Nach einer kurzen Latenzzeit
beginnt dann der Aufschäumvorgang, und der Kunststoff wirkt mit der Kraft des Blähdruckes
des Aufschäumvorganges gegen die Seitenwände des Hohlraumes. In diesem Augenblick
wird das Spritzgießwerkzeug gesteuert geöffnet, so daß der Blähdruck die Hohlraumwände
auseinanderschieben kann und der Aufschäumvorgang über das gesamte Volumen des Schaumstoffteiles
abläuft. Die Öffnungsbewegung des Spritzgießwerkzeuges erfolgt dabei keineswegs
unkontrolliert, insbesondere nicht gegendrucklos wie bei dem Verfahren gemäß DE-OS
26 11 527, sondern die Hohlraumvergrößerung stellt sich vielmehr gesteuert ein.
Dies steht im krassen Gegensatz zum unkontrollierten Aufschäumen eines den Hohlraum
nur teilweise ausfüllenden flüssigen Kunststoffes, weil bei diesem der Kunststoff
sich praktisch drucklos ausdehnen kann, während die im Hohlraum enthaltene Luft
durch einen Entlüftungskanal abströmt.
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Es hat sich gezeigt, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren derartige
Schaumstoff-Formteile, beispielsweise auch die genannten Einlagen für Badewannen
oder Duschwannen mit angesetzten Saugnäpfen, spritzgegossen werden können, wobei
sich an den Schaum-
stoff-Formteilen vollkommen regelmäßige und
geschlossene Oberflächen einstellen. Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet darüber
hinaus vollkommen reproduzierbar und gestattet daher eine problemlose Serienfertigung
derartiger Teile.
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Durch die angegebene Folge von Zeitspannen, während deren Dauer die
genannten definierten Drücke auf das Spritzgießwerkzeug wirken, wird erreicht, daß
während des Hochdruck-Einspritzens das Werkzeug vollkommen geschlossen gehalten
wird und demzufolge der flüssige Kunststoff den Hohlraum vollständig ausfüllt.
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Diese Zuhaltung unter hohem Druck wird so lange aufrechterhalten,
bis nach Ablauf der Latenzzeit der Aufschäumvorgang einsetzt. Durch die genannte
Druckverminderung während der zweiten Zeitspanne wird erreicht, daß der aufschäumende
Kunststoff infolge des Blähdrucks das Werkzeug von selbst »aufschieben« kann und
hierbei nur einen verhältnismäßig geringen Restwiderstand überwinden muß. Während
der dritten Zeitspanne, die nach Ablauf des Aufschäumvorganges einsetzt, wird das
Kunststoffteil unter geringem Druck oder drucklos gehalten und kann in Ruhe abkühlen.
Die einzelnen erfindungsgemäßen Schritte sind daher vollkommen an das Aufschäumverhalten
des Kunststoffes angepaßt.
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Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Verfahrens, bei dem die den Hohlraum definierenden Oberflächen einer Düsenseite
und einer Auswerferseite des Spritzgießwerkzeuges mittels Temperiersystemen temperiert
werden, ist die Düsenseite im Schlitzbereich mittels eines ersten Temperiersystems
auf eine erste Temperatur und im übrigen Bereich mittels eines zweiten Temperiersystems
auf eine zweite Temperatur einstellbar, während die Auswerferseite in ihrer ganzen
Fläche mittels eines dritten Temperiersystems auf eine dritte Temperatur eingestellt
wird.
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Durch geeignete Einstellung der drei Temperaturen, bei der bevorzugt
die erste Temperatur wesentlich niedriger ist als die zweite und die dritte etwas
niedriger als die zweite, kann erreicht werden, daß sich der flüssige Kunststoff
nicht nur optimal im Hohlraum verteilt, sondern darüber hinaus auch der eingangs
geschilderte Aufschäumvorgang unter kontrolliertem Öffnen des Spritzgießwerkzeuges
optimal abläuft.
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Die zur Lösung der Aufgabe dienenden und bereits genannten Vorrichtungsmerkmale
ergeben eine besondere Eignung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Spritzgießen
von Schaumstoffmatten, beispielsweise der bereits eingangs genannten Einlagen für
Bade- oder Duschwannen, wobei die Matte mit angesetzten Saugnäpfne versehen sein
kann. Die Zuführung des flüssigen Kunststoffes über den Schlitz bewirkt eine schnelle
und vollkommene Befüllung des gesamten Hohlraumes, und es wird inbesondere erreicht,
daß der flüssige Kunststoff sich mit einer vorgegebenen Temperatur, mit der er den
Schlitz verläßt, im gesamten Hohlraum ausbreiten kann.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine den Hohlraum
einschließende Oberfläche des Spritzgießwerkzeuges mit Öffnungen versehen, die zu
hinterschnittenen Räumen führen, wobei von den hinterschnittenen Räumen Kanäle zur
Außenseite des Spritzgießwerkzeuges führen.
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Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß Schaumstoffteile nach Art der
bereits eingangs genannten Einlagen mit Saugnäpfen spritzgegossen werden können,
wobei die den Hohlraum zunächst ausfüllende Luft beim Einspritzen des flüssigen
Kunststoffes problemlos durch die Kanäle nach außen entweichen kann.
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Diese Ausführungsform der Erfindung kann bevorzugt noch dadurch weitergebildet
werden, daß der hinterschnittene Raum ein hohlkugelschalenförmiger Raum ist, der
über die kreisförmige Öffnung tangential in den Hohlraum übergeht und dessen innere
Kugelfläche von einem halbkugelförmigen Kopf einer Stange gebildet wird, die an
mindestens einer Seite mit einer seitlichen Abflachung versehen ist, wobei die Stange
durch eine Zylinderbohrung von außen an das Spritzgießwerkzeug eingesetzt ist und
der Zwischenraum zwischen Abflachung und Zylinderbohrung den Kanal bildet.
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Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die Herstellung des Spritzgießwerkzeuges
erheblich vereinfacht wird, weil sowohl die hinterschnittenen Räume als auch die
Kanäle einfach realisiert werden können.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert Es zeigt Fig 1 eine
schematische Darstellung einer Spritzgießmaschine, wie sie zur Durchführung des
beschriebenen Verfahrens verwendet werden kann; F i g. 2 eine Ansicht von links
einer Düsenseite eines geöffneten Spritzgießwerkzeuges einer Maschine gemäßFig.1;
F i g. 3 eine Ansicht von rechts einer Auswerferseite eines geöffneten Spritzgießwerkzeuges
einer Maschine gemäß F i g. 1; Fi g. 4 eine schematische Darstellung eines Schnekkenzylinders
einer Maschine gemäß F i g. 1 mit Temperiereinrichtungen; F i g. 5 ein Druck/Zeitdiagramm
zur Erläuterung des beschriebenen Verfahrens; F i g. 6 eine Detaildarstellung eines
hinterschnittenen Raumes in der Düsenseite des Spritzgießwerkzeuges der Maschine
gemäß F i g. 1; Fig. 7 eine Ansicht des Raumes gemäß Fig.6 von links; F i g. 8 eine
Einlage mit angesetzten Saugnäpfen, wie sie nach dem beschriebenen Verfahren herstellbar
ist.
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In Fig. ist mit 10 als Ganzes eine Spritzgießmaschine bezeichnet.
In einem Vorratsgefäß 11 befindet sich ein Kunststoffgranulat 12, das in Richtung
eines Pfeiles 13 nach unten zu einer Schneckenspritzgußeinheit 14 gelangen kann.
Die Schneckenspritzgußeinheit 14 wird mittels einer Welle 18 von einem in der Figur
nicht dargestellten Antriebsaggregat angetrieben. Die Welle 18 treibt über ein Zahnrad
19 ein Zahnrad 20 an, die, ebenso wie die übrigen Teile der Schneckenspritzgußeinheit
14, in einem druckdichten Gehäuse 21 untergebracht sind. Das Zahnrad 20 sitzt drehbar,
jedoch axial in Richtung des in F i g. 1 eingezeichneten Doppelpfeiles verschieblich
auf einer Stange 22, die an ihrem in F i g. 1 rechten Ende in einen Kolben 23 ausläuft.
Die von der Stange 22 abgewandte Seite des Kolbens 23 kann über eine Druckleitung
24 mit einem hydraulischen Druckmittel beaufschlagt werden.
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Die Stange 22 ist im übrigen mit einer Schnecke 25 versehen, die
dicht in einem einen Abschnitt des Gehäuses 21 bildenden Schneckenzylinder 26 läuft.
Vorne läuft der Schneckenzylinder 26 in eine Einspritzdüse 27 aus, die dicht in
eine Angußbuchse 29 mit zentralem Kanal 30 einer Düsenseite 31 eines Spritzgießwerkzeuges
32 paßt Der Düsenseite 31 gegenüber steht eine Auswerferseite 33, die in Richtung
des eingezeichneten Doppelpfeiles 34 verschiebbar ist. Zwischen Düsenseite 31 und
Auswerferseite 33 liegt ein Hohlraum 35, der mit mehre-
ren angesetzten,
hinterschnittenen Räumen 36 versehen ist. Der Hohlraum 35 mit den Räumen 36 bildet
die Form des mit der Spritzgießmaschine 10 herzustellenden Schaumstoffteils.
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Der Hohlraum 35 ist als Vertiefung 37 in der Düsenseite 31 ausgebildet,
wobei in die Vertiefung 37 ein Stempel 38 der Auswerferseite 33 dicht eingreift.
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Wie bei 39 angedeutet, ist die Düsenseite 31 raumfest.
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Zum Verfahren der Auswerferseite 33 in Richtung des Doppelpfeiles
34 greifen in F i g. 1 links an der Auswerferseite 33 zwei erste Kolben-Zylinder-Einheiten
40, 41 an, die mittels einer gemeinsamen Druckleitung 42 betätigbar sind. Von rechts
in F i g. 1 greifen an der Auswerferseite 33 zwei zweite Kolben-Zylinder-Einheiten
43, 44 an, die mit einer gemeinsamen Druckleitung 45 betätigbar sind.
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Weiterhin erkennt man in Fig.1 noch Anschläge F i g. 46, 47, auf
denen die Auswerferseite 33 bei einer Bewegung nach links in Fig. 1 zur Anlage kommen
kann. Die in F i g. 1 dargestellte Position der Auswerferseite 33 entspricht der
Ausgangsposition, während die Anschläge 46,47 die Endposition des nachstehend noch
im einzelnen beschriebenen Verfahrens bilden. Der Weg von der Ausgangsposition zur
Endposition ist in F i g. 1 mit 48 angedeutet. In der in F i g. 1 eingezeichneten
Ausgangsposition wird die Auswerferseite 33 gegen einen Anschlag 49 der Düsenseite
31 gedrückt.
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Zum Betrieb der Spritzgießmaschine 10 ist ein Schalter 50 vorgesehen,
mit dem eine Betriebsspannung auf eine Signalleitung 51 geschaltet werden kann.
Die Signalleitung 51 führt zum einen zu einem 3/2-Magnetventil 52, das bei geöffnetem
Schalter 50 die Druckleitung 24 mit einem Auslaß verbindet. Eine Druckquelle 53
arbeitet auf eine Druckleitung 54, an die u. a. ein Druckregler 55 angeschlossen
ist.
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Wird nun der Schalter 50 betätigt, schaltet das Magnetventil 52 um
und verbindet die Druckleitung 24 über den Druckregler 55 mit der Druckleitung 54.
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Beim Schließen des Schalters 50 wird gleichzeitig ein erstes Zeitglied
56 angestoßen, dessen Ausgangs-Signalleitung 57 nach Ablauf einer vorgegebenen Verzögerungszeit
Ta die Betriebsspannung führt. Die Signalleitung 57 führt u. a. zu einem 3/2-Magnetventil
58, das in der Druckleitung 42 angeordnet ist. Mittels des Magnetventils 58 kann
über einen Druckregler 59 ein vorgegebener Druck aus der Druckleitung 54 den Kolben-Zylinder-Einheiten
40,41 zugeführt werden.
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Die Signalleitung 57 führt ferner zu einem zweiten Zeitglied 60,
an dessen Ausgang demzufolge nach Ablauf einer weiteren Verzögerungszeit Tb Betriebsspannung
auf einer Ausgangs-Signalleitung 61 anliegt. Die Signalleitung 61 führt zu einem
weiteren 3/2-Magnetventil 62, das in der Druckleitung 45 liegt. Mit dem Magnetventil
62 kann daher über einen weiteren Druckregler 63 Druck aus der Druckleitung 54 den
zweiten Kolben-Zylinder-Einheiten 43, 44 zugeführt werden.
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Die Wirkungsweise der Spritzgießmaschine 10 gemäß F i g. 1 wird weiter
unten anhand von F i g. 5 erläutert.
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F i g. 2 zeigt in einer Ansicht von links die Düsenseite 31 in geöffnetem
Zustand des Spritzgießwerkzeuges 32.
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Man erkennt die Vertiefung 37, an deren Boden einige hinterschnittene
Räume 36 beispielhaft angedeutet sind.
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Man erkennt ferner, daß der Kanal 30 zur Vertiefung 37 hin in einen
Filmanguß-Schlitz 70 übergeht, der sich in der Mitte der sich in F i g. 2 zeigenden
Rechteckfläche der Vertiefung 37 etwa über deren ganze Breite er-
streckt.
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Die Oberflächenbereiche der Düsenseite 31, die sich beiderseits des
Schlitzes 70 befinden, sind als Schlitzbereiche 71 in F i g. 2 angedeutet. Die übrigen
Bereiche der Oberfläche sind mit 72 bezeichnet. Man erkennt, daß in den Schlitzbereichen
71 ein erstes Temperiersystem 73 mit einer Zuleitung 74 vorgesehen ist, während
in den übrigen Bereichen 72 ein zweites Temperiersystem 75 mit einer Zuleitung 76
vorgesehen ist. Die Temperiersysteme 73, 75 können, wie dies in F i g. 2 dargestellt
ist, meanderförmig angeordnet sein, um die zu temperierende Oberfläche der Vertiefung
37 möglichst gleichmäßig zu beeinflussen.
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Unter »Temperiersystem« soll im folgenden jede Einrichtung verstanden
werden, mit der die Temperatur eines bestimmten Maschinenteils geregelt eingestellt
werden kann. Es kann dies ein elektrisches Heizsystem sein, um einen bestimmten
Bereich eines Maschinenteiles zu erhitzen, es kann aber auch ein Wärmetauscher sein,
um ein Teil entweder zu erhitzen oder aber gegenüber umliegenden wärmeren Teilen
abzukühlen.
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Fig. 3 zeigt in einer F i g. 2 entsprechenden Ansicht, jedoch von
rechts in F i g. 1, die Auswerferseite 33 bei geöffnetem Spritzgießwerkzeug 32.
Man erkennt den vorstehenden Stempel 38, dessen Umriß genau dem Umriß der Vertiefung
37 der Düsenseite 31 entspricht.
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Oben links auf der Oberfläche des Stempels 38 ist eine Noppenstruktur
mit 80 angedeutet, welche die gesamte Oberfläche des Stempels 38 überdeckt.
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Man erkennt ferner, daß der gesamte Auswerferbereich 81 des Stempels
38 mit einem Temperiersystem 82 und einer zugehörigen Zuleitung 83 versehen ist.
Mit diesem Temperiersystem 82 ist es möglich, den gesamten Auswerferbereich 81 gleichmäßig
zu temperieren.
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Die vom ersten Temperiersystem 73 in F i g. 2 eingestellte Temperatur
wird im folgenden mit #i bezeichnet, die des zweiten Temperiersystems 75 in Fi g.
2 mit und die des dritten Temperiersystems 82 in F i g. 3 mit 793.
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F i g. 4 zeigt den Schneckenzylinder 26 von F i g. 1 mit weiteren
Einzelheiten.
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Man erkennt, daß im Anschlußbereich des Vorratsgefäßes 11 eine Einzugzone
90 definiert wurde, an die sich, auf das Spritzgießwerkzeug 32 hingesehen, eine
erste Heizzone 91, eine zweite Heizzone 92 sowie im Bereich der Düse 27 eine Düsenzone
93 anschließen. Die Einzugzone 90 ist mit einem vierten Temperiersystem 95 samt
Zuleitung 96 versehen, mit dem eine Temperatur d4 einstellbar ist. In entsprechender
Weise sind die erste und die zweite Heizzone 91, 92 mit einem fünften bzw.
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sechsten Temperiersystem 97, 99 mit Zuleitungen 98 bzw. 100 versehen,
und die zugehörigen Temperaturen sind mit #s bzw. tR6 bezeichnet.
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In der Düsenzone 93 befindet sich schließlich ein siebtes Temperiersystem
101 mit Zuleitung 102, und die von diesem Temperiersystem 101 einstellbare Temperatur
sei mit 1P7 bezeichnet.
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Man kann aus F i g. 4 leicht erkennen, daß das von oben in die Einzugzone
90 einfallende Kunststoffgranulat 12 schrittweise mittels der Temperiersysteme 95,
97, 99 und 101 verflüssigt und auf die Temperatur 7 gebracht werden kann, die für
das Einspritzen in den Kanal 30 der Düsenseite 31 besonders geeignet ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren soll nun anhand der Funktionsweise
der in F i g. 1 dargestellten Spritzgießmaschine 10 sowie der in den F i g. 2 bis
4 dargestellten weiteren Einzelheiten näher erläutert werden: Die Spritzgießmaschine
10 befindet sich zunächst in
der in F i g. 1 dargestellten Stellung.
Das Vorratsgefäß 11 ist mit Kunststoffgranulat 12 gefüllt, das entweder unter Schwerkrafteinfluß
oder durch eine Fördereinrichtung nach unten in die Einzugzone 90 des Schnekkenzylinders
26 gelangt. Alle sieben Temperiersysteme 73,75,82,95,97,99, 101 sind in Betrieb,
und die entsprechenden Flächen und Zonen befinden sich auf der Soll-Temperatur.
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Wird nun der Schalter 50 geschlossen, wird sofort das Magnetventil
52 umgeschaltet, und der mittels des Druckreglers 55 eingestellte Druck gelangt
über die Druckleitung 24 zum Kolben 23 und lenkt diesen in F i g. 1 nach links aus.
Gleichzeitig dreht sich die Welle 18, und die Schnecke 25 fördert den Kunststoff,
der sich auf dem Wege über die Temperiersysteme 95, 97, 99, 101 ständig erhitzt
und verflüssigt, zur Einspritzdüse 27 hin. Bei schneller Drehung der Welle 18 wird
demzufolge verflüssigter Kunststoff explosionsartig durch den Kanal 30 und den Schlitz
70 in den Hohlraum 35 eingespritzt, weil die Gänge der Schnecke 25 dicht an der
Innenseite des Schneckenzylinders 26 anliegen.
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Der Zeitpunkt, zu dem der Einspritzvorgang beginnt, ist in Fig.5
mit to bezeichnet. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich das Magnetventil 58 in der
in F i g. 1 dargestellten Stellung, und der mittels des Druckreglers 59 eingestellte
Druck in der Druckleitung 42 wirkt auf beide Kolben-Zylinder-Einheiten 40,41. Der
in Fig. 5 über die Zeit t aufgetragene Anpreßdruck P der Auswerferseite 33 nimmt
daher einen hohen Wert P0 ein. Der explosionsartig in den Hohlraum 35 eingespritzte
flüssige Kunststoff, der mit einem Treibmittel versehen ist, füllt nun während der
Zeit Ta bis zur Zeit t1 den Hohlraum 35 und alle ggf. vorgesehenen hinterschnittenen
Räume 36 vollkommen aus. Während dieser Zeit setzt bereits langsam der Aufschäumvorgang
infolge des Treibmittels ein, kommt jedoch erst zum Zeitpunkt tr zum Tragen, indem
der Kunststoff jetzt unter der vollen Wirkung des Treibmittels aufschäumt und im
Hohlraum 35 einen erheblichen Blähdruck erzeugt.
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Das erste Zeitglied 56, dessen Standzeit Ta an diese Latenzzeit des
Aufschäumvorganges angepaßt war, leitet nun das Schaltsignal vom Schalter 50 an
das Magnetventil 58 weiter, das nun durch Umschalten für eine Entlastung der Kolben-Zylinder-Einheiten
40, 41 sorgt.
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Der Anpreßdruck P fällt damit vom Wert P0 auf einen sehr viel niedrigeren
Wert P1, dessen Wert so bemessen ist, daß er etwas geringer als der Blähdruck des
Kunststoffes ist. Der geringere Druck Po kann in an sich bekannter Weise durch geregeltes
Ablassen aus der Druckleitung 42 eingestellt werden, wie dies an sich bekannt und
in F i g. 1 nicht im einzelnen dargestellt ist.
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Der Aufschäumvorgang setzt nun exponentiell ein, und der den Blähdruck
erzeugende aufschäumende Kunststoff im Hohlraum 35 überdrückt den Restdruck Pl der
Auswerferseite 33 derart, daß sich die Auswerferseite 33 langsam nach links in Fig.
1 bewegt. Durch diese Bewegung vergrößert sich naturgemäß der Hohlraum 35 und gibt
dem sich ausdehnenden Kunststoff dadurch Raum.
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Wie man aus Fig 5 erkennen kann, geschieht der Druckabfall vom hohen
Wert P0 zum niedrigeren Wert P1 nicht schlagartig, sondern infolge der Zeitkonstanten
des Hydrauliksystems entlang eines exponentiellen Abfalls, der so gewählt sein kann,
daß er gerade die umgekehrte Charakteristik des sich exponentiell aufbauenden Aufschäumvorganges
aufweist. Weiterhin ist es jedoch auch möglich, die Öffnungsbewegung der Auswerferseite
33 mittels der zweiten Kolben-Zylinder-Einhei-
ten 43 und 44 zu unterstützen.
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In jedem Falle wird nach Ablauf einer Zeit Tb, die der Aufschäumzeit
des Kunststoffes entspricht und bis zum Zeitpunkt t2 in F i g. 5 reicht, durch Ablauf
der ebenfalls Tb betragenden Standzeit des zweiten Zeitgliedes 60 nunmehr das Magnetventil
62 angesteuert Beide Kolben-Zylinder-Einheiten 43, 44 erhalten jetzt über die Druckleitung
45 den mittels des Druckreglers 63 eingestellten Druck, der von rechts gegen den
von den Kolben-Zylinder-Einheiten 40, 41 ausgeübten Druck wirkt.
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Bei gleichzeitig nachlassendem Blähdruck des Kunststoffes infolge
Abflauens des Aufschäumvorganges überdrücken jetzt die Einheiten 43, 44 die gegenläufig
wirkenden Einheiten 40, 41, so daß die Auswerferseite 33 an den Anschlägen 46, 47
zur Anlage kommt und damit das Endvolumen des Hohlraumes 35 erreicht ist Um die
Anschläge 46,47 sicher zu erreichen, wird der Druck in der Druckleitung 45 so eingestellt,
daß die Einheiten 43,44 die entgegengesetzt wirkenden Einheiten 40, 41 sicher überdrücken.
Es stellt sich demnach, wie man aus F i g. 5 erkennen kann, ein negativer Enddruck
P2 ein, der die Auswerferseite 33 sicher auf den Anschlägen 46,47 hält.
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In diesem Zustand verharrt die Spritzgießmaschine 10 für eine lange
Zeit T, bis zum Zeitpunkt t3 in F i g. 5 der Spritzgießvorgang abgeschlossen ist.
Die Zeit Tc dient zum Abkühlen des spritzgegossenen Schaumstoffteiles.
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Die Auswerferseite 33 kann nun mit in F i g. 1 nicht dargestellten
Mitteln vollkommen von der Düsenseite 31 abgehoben werden, um das spritzgegossene
Schaumstoffteil von Hand auszuformen.
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Die Spritzgießmaschine 10 wird dann wieder in den aus F i g. 1 ersichtlichen
Zustand gebracht, und ein neuer Spritzgießvorgang kann ablaufen.
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Bei einer praktischen Realisierung des beschriebenen Verfahrens wurde
als Kunststoff ein Weich-Polyvinylchlorid von 57 Shore Härte verwendet, dem ungefähr
0,5 bis 0,7% Treibmittel, vorzugsweise ein Azodicarbenamid oder ein Hydracinderivat
zugemischt worden war.
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Die Dosiermenge für ein Schaumstoffteil in der Art einer eingangs
erwähnten Einlage von ca. 800 x 800 mm Größe und einer Enddicke von 5,5 mm betrug
900 g.
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Die Zeiten, Drücke, Verfahrwege und Temperaturen wurden wie folgt
eingestellt: Ta = 2 sec Tb = 1,5 sec Tc = 30 sec P0 = 4600kN P1 300kN P2 -20kN h1
= 2,8 mm h2 = 5,5 mm = = 270C #2 = 650C 3 = 53° C530C d4 = 1300C s = 1500C 6 = 1600C
= i700C wobei hl die Anfangsdicke des Hohlraumes 35 und h2 die Enddicke waren, wenn
die Auswerferseite 33 an den Anschlägen 46,47 anliegt.
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Alle oben genannten Zahlenwerte können um ca.
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+15% variieren.
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Es versteht sich, daß die Verfahrensparameter sich
ändern
können, wenn ein anderes Kunststoff-Ausgangsmaterial, ein anderes Treibmittel oder
eine andere Form des herzustellenden Schaumstoffteiles vorliegt.
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F i g. 6 zeigt eine Einzelheit einer Vorrichtung, wie sie zur Durchführung
des beschriebenen Verfahrens verwendet werden kann.
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Man erkennt, daß der hinterschnittene Raum 36 zur Ausbildung eines
Saugnapfes an der herzustellenden Einlage von einer Oberfläche 105 des Hohlraumes
35 über eine kreisförmige Öffnung 106 in einen hohlkugelschalenförmigen Raum 107
übergeht. Konzentrisch zur Mittelachse der kreisförmigen Öffnung 106 führt von rechts
eine Stange 109 mit einem halbkugelförmigen Kopf 110 an die Öffnung 106 heran, wobei
der Kopf 110 eine der beiden Kugel-Oberflächen bildet. Im oberen Teil der Stange
109 von 6 erkennt man einen Kanal lil, der, wie man der Vorderansicht von F i g.
7 entnehmen kann, durch eine seitliche Abflachung 112 der Stange 109 gebildet wird.
Es können, wie in Fig. 7 erkenntlich, drei derartige seitliche Abflachungen 112
um jeweils 1200 über den Umfang der Stange 109 versetzt angeordnet sein, es ist
jedoch ohne weiteres auch eine andere Zahl derartiger Abflachungen 112 möglich.
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Wird von links in F i g. 6 flüssiger Kunststoff in den Hohlraum 35
eingespritzt, kann die ursprünglich im Hohlraum 35 vorhandene Luft, die vom Kunststoff
verdrängt wird, durch die Kanäle 111 entweichen. Gleichzeitig ist durch diese Anordnung
der Kanäle 111 im Bereich der äußersten Enden der hinterschnittenen Räume 36 gewährleistet,
daß der Kunststoff bis in jeden Winkel dieser Räume 36 eindringt.
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F i g. 8 zeigt schließlich eine Wannen-Einlage 115, wie sie nach
dem beschriebenen Verfahren und Vorrichtung hergestellt werden kann.
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Man erkennt auf der linken Seite der in F i g. 8 geschnitten dargestellten
Matte 115 die gewünschte Noppenstruktur 80, die von der Noppenstruktur 80 des Stempels
38 der Auswerferseite 33 herrührt. Eine eigentliche Matte 116 wird im wesentlichen
durch den Hohlraum 35 gebildet und hat eine Dicke, die dem Wert h2 des vorstehend
geschilderten Beispiels entspricht.
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Auf der rechten Seite erkennt man Saugnäpfe 117, die in der zu den
F i g. 6 und 7 erläuterten Weise hergestellt wurden.
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Sowohl die Noppenstruktur 80 ist mit einer durchgehenden Haut 118
ausgebildet wie auch die Seite der Saugnäpfe 117, die sämtlich vollflächig mit einer
ebenfalls durchgehenden Haut 119 überzogen sind.
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Der gesamte innere Bereich der Matte 116 wie auch der Saugnäpfe 117
ist hingegen mit einem gleichmäßigen Schaum 120 ausgefüllt.
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Diese Struktur aus Haut 118, 119 und Schaum 120 war deswegen erzielbar,
weil der zunächst im flüssigen Zustand eingespritzte Kunststoff sich vollflächig
im Hohlraum 35 der ursprünglichen Größe verteilen konnte und beim Auftreffen auf
die definiert temperierten Oberflächen die Häute 118, 119 bildete. Hingegen konnte
sich ein gleichmäßig poröser Schaum 120 deswegen ausbilden, weil der Aufschäumvorgang
durch das kontrollierte Öffnen des Spritzgießwerkzeuges 32 nicht behindert, gleichzeitig
jedoch kontrolliert war.
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