DE3541382A1 - Giessvorrichtung fuer formmassen, insbesondere harze - Google Patents

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Gießvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 .
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Die meisten Gußstücke aus einer thermoplastischen Formmasse, die unter Verwendung von Metallformen hergestellt werden, werden unter Einsatz einer Spritzgießtechnik mittels einer Spritzgießvorrichtung erzeugt. Beim Spritzgießen wird eine in einem Zylinder in einen fließfähigen Zustand plastifizierte Formmasse unter hohem Druck durch einen schmalen Einlauf innerhalb der Metallform in einen Formhohlraum eingespritzt und dann in einen starren Zustand abgekühlt oder ausgehärtet. Die Metallform wird dann geöffnet und das Gußstück entnommen.

Dieses Spritzgießen besitzt folgende Nachteile:

(1) Da die Formmasse durch einen engen Strömungskanal, etwa einem Angußkanal oder Einlauf strömen muß, ist eine sehr hohe Einspritzkraft erforderlich, die eine entsprechend hohe Formschließkraft zur Folge hat. Die hohe Formschließkraft ihrerseits erfordert eine große Anlage mit hohem Installationsraumbedarf und großen Kosten. 25

(2) Da die Spritzgießvorrichtuncr als wesentlichen Bestandteil ihres Aufbaus einen Angußkanal, einen Einlauf etc. zur Herstellung von Gußkörpern benötigt und das diesen Teilen entsprechende Material der Gußkörper nach dem Guß weggeworfen wird, ergibt sich ein geringer Wirkungsgrad.

(3) Wenn häufig Änderungen erfolgen, beispielsweise die Farbe geändert wird, bleibt jedesmal eine große Menge der Formmasse in einem großen Einspritzzylinder zurück und wird weggeworfen, was zu großen Verlusten führt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gießvorrichtung für Formmassen, insbesondere Harze, zu schaffen, mit der die vorstehend aufgezählten Probleme herkömmlicher Gießvorrichtungen vermieden werden und Gußstücke hergestellt werden können, an denen keine Angußkanal- oder Einlaufansätze vorhanden sind.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Gießvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.

Die Erfindung beruht auf der Idee, daß, wenn man enge Angußkanäle und Einlaufe bzw. Spritzdüsen vermeidet, wie sie bei herkömmlichen Spritzgießvorrichtungen verwendet werden, man auch die hohe Einspritzkraft überflüssig macht, die normalerweise direkt auf die Metallform ausgeübt wird, so daß die Formschließkraft und damit auch die Größe des gesamten Systems entsprechend verringert werden können.

Bei der beanspruchten Lösung erhält man, da die Kolbenanordnung und der Topf gemeinsam einen Strömungsweg für die Formmasse bilden, einen weiten Angußkanal, wodurch das Giessen mit geringer Einspritzkraft (Füllkraft) möglich wird. Da außerdem die Kolbenanordnung in ihrer angehobenen Stellung einen Teil der Formhohlraumbegrenzung bildet, besitzt das Gußstück keinen Anouß- oder Einlauf ansatz.

Das obere Formteil dient als ein festes Formteil, das am Rahmen befestigt ist, während das untere Formteil als ein bewegliches Formteil ausgebildet ist, das sich auf- und abbewegen kann. Wenn das untere Formteil in seine höchste Stellung angehoben ist, wird ein Formhohlraum zwischen dem unteren und dem oberen Formteil gebildet. Die Gießbehälteranordnung ist in einem mittleren Teil des unteren Formteils angeordnet und steht dann mit dem Formhohlraum in Verbin-

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dung, während die auf- und abbewegbare Kolbenanordnung einen Teil der Formhohlraumbegrenzung bildet, wenn sie sich in einer angehobenen Stellung befindet. Die Kolbenanordnung dient dazu, geschmolzene Formmasse, die in den Topf der Gießbehälteranordnung gegossen wurde, einzuspritzen bzw. den Formhohlraum damit zu füllen.

Bei der erfindungsgemäßen Gießvorrichtung wird die Formmasse bzw. geschmolzenes Harzmaterial aus dem Topf der im unteren Formteil ausgebildeten Gießbehälteranordnung mit Hilfe eines Kolbens in den Formhohlraum gespritzt (eingefüllt) , wobei eine obere Fläche des Kolbens einen Teil der Begrenzung des Formhohlraums darstellt. Infolge dieses Aufbaus gibt es keine enge Drosselstelle im Materialflußweg der Formmasse, so daß die Einspritzkraft auf ein Drittel bis ein Fünftel derjenigen herkömmlicher Spritzgießvorrichtungen verringert werden kann. Die Folge davon ist, daß die Vorrichtung mit einer dieser geringen Einspritzkraft entsprechenden geringen Formschließkraft auskommt, so daß Größe und Kosten der Vorrichtung verringert werden können.

Die Gießbehälteranordnung dient zugleich als ein Materialfließweg für einen Angußkanalteil, so daß das Gußstück nach dem Gießen keinen Angußkanal- oder Einlaufansatz besitzt. Infolgedessen entfällt eine Nachbehandlung des Gußstücks zur Entfernung solcher Ansätze und die Ausnutzung des eingesetzten Materials wird verbessert, da kein den Angußkanal- und Einlaufansätzen herkömmlicher Gußstücke entsprechendes Material weggeworfen wird.

Da die Menge der im Plastifizierzylinder einer Materialliefereinheit zurückbleibenden Formmasse gering ist, werden, selbst wenn Gußstücke in geringen Mengen hergestellt werden und Änderungen wie Farbwechsel häufig vorgenommen werden, nur geringe Mengen der Formmasse weggeworfen, was

ebenfalls die Ausnutzung des Materialeinsatzes erhöht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Vorderaufriß, teilweise im Schnitt, der gesamten Gießvorrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines

wesentlichen Teils der Vorrichtung von Fig. 1,

Fig. 3 einen Vorderaufriß der Vorrichtung von

Fig. 1 in einem Betriebszustand und

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Vorrichtung von Fig. 1.

Fig. 1 zeigt eine Gießvorrichtung mit einem Maschinenrahmenabschnitt A, einem Metallformabschnitt B, der auf dem Maschinenrahmenabschnitt A montiert ist, einer Hydraulikeinheit C und einer Materialliefereinheit D. Die Hydraulikeinheit C ist nahe dem Maschinenrahmenabschnitt A angeordnet und dient der Betätigung eines Formschließzylinders und einer Antriebsanordnung, die später im einzelnen beschrieben wird. Die Materialliefereinheit D ist auf dem Maschinenrahmenabschnitt A montiert und liefert geschmolzenes Harzina terial .

Der Maschinenrahmenabschnitt A umfaßt ein Unterteil 1 auf dem vier aufrechte Stützen 2 montiert sind, eine Decke 3, die an den oberen Enden der Stützen 2 befestigt ist und in

einer horizontalen Ebene liegt, und eine abstehende Grundplatte 5, deren eines Ende an zwei der Stützen 2 befestigt ist und die von einem schrägen Rahmenteil 4 getragen wird.

Der Metallformabschnitt B umfaßt einen Formschließzylinder (Formklemmzylinder) 6, der an dem Unterteil 1 angebracht ist, eine Gleitplatte 7, die von den Stützen 2 geführt wird und von einem Stempel 6a vertikal hin- und herbewegbar ist. Der Stempel 6a ragt nach oben aus dem Formschließzylinder 6 heraus. Der Metallformabschnitt B umfaßt ferner aufrecht stehende Elemente 8, die an der Gleitplatte 7 befestigt sind, ein unteres (bewegliches) Formteil 9, das an den oberen Enden der Elemente 8 befestigt ist, ein oberes (feststehendes) Formteil 10, das an der Unterseite der Decke 3 befestigt ist, und eine Einspritz- und Trenneinheit 11, die an dem unteren Formteil 9 angebracht ist.

Die Einspritz- und Trenneinheit 11 umfaßt eine Einspritzbehälteranordnung 11A und einen Austoßmechanismus 11B.

Wie aus Fig. 2 zu erkennen, umfaßt die Einspritzbehälteranordnung 11A ein Wärmeisolierteil 12, das an der Unterseite des unteren Formteils 9 befestigt ist, einen Topf 13 , der innerhalb des Wärmeisolierteils 9 angeordnet ist und durch ein ringförmiges Heizelement 14 auf eine Temperatur von 200° C aufheizbar ist. Ferner ist eine Kolbenanordnung 16 vorhanden, die längs der Innenwand des Topfes 13 hin- und hergle.iten kann. Die Kolbenanordnung 16 umfaßt einen ersten Kolben 16a, um den außen eine Spule 15 zur Hochfrequenzheizung gewickelt ist, sowie einen zweiten Kolben 16b, der an das untere Ende des ersten Kolbens 16a unter Zwischenlage einer Dichtung 17 aufgeschraubt ist. Der zweite Kolben 16b bildet zusammen mit dem ersten Kolben 16a einen zwischen ihnen gelegenen Zirkulationsweg 18. Es sei angemerkt, daß die Kolbenanordnung 16 den ersten Kolben 16a und den zwei-

ten Kolben 16b enthält, damit die Spule 15 in der beschriebenen und dargestellten Lage angebracht werden kann. Wenn die Spule 15 im Innenwandbereich des Topfes 13 angebracht werden kann, dann kann die Kolbenanordnung auch einteilig ausgebildet sein. Die Kolbenanordnung 16 ist über ein Wärmeisolierstück 21 und ein Verbindungsglied 19 mit einem Hydraulikzylinder 23 verbunden, der eine Kolbenstange 22 besitzt. Der Hydraulikzylinder 23 wird von einem Halteteil 24 getragen (Fig. 1). Die Kolbenanordnung 16 ist in ihrer angehobenen Stellung mit ihrer Oberseite im wesentlichen auf der Höhe einer unteren Begrenzungsfläche eines Formhohlraums 26 und bildet auf diese Weise einen Teil der den Formhohlraum 26 umgrenzenden Wand. In einer unteren Stellung der Kolbenanordnung 16 bildet dessen Oberseite dagegen zusammen mit dem Topf 13 einen zylindrischen Hohlraum 25, in den geschmolzenes Harzmaterial von der Materialliefereinheit D eingefüllt werden kann, die nachfolgend im einzelnen beschrieben werden wird. Der erste Kolben 16a wird normalerweise durch Hochfrequenzheizung mittels der Spule 15 erhitzt. Der Zirkulationsweg 18 dient der Zufuhr von Wasser in der durch einen Pfeil markierten Richtung nach dem Gießvorgang zum Zwecke der Abkühlung der Kolbenanordnung 16. Nachdem das Gußstück abgekühlt und zu einem festen Körper geworden ist, so daß ein weiteres Kühlen nicht mehr erforderlich ist, kann Druckluft in den Zirkulationsweg 18 eingeleitet werden, um das Wasser aus ihm zu entfernen. Als Folge wird die Kolbenanordnung 16 unter der Einwirkung durch die Spule 15 wieder erhitzt, so daß erneut ihre Temperatur steigt.

Der Ausstoßmechanismus 11b umfaßt aufrecht stehende Stangen 27, die gemäß Darstellung in Fig. 1 auf dem Unterteil 1 montiert sind, Betätigungsstangen 28 und Ausstoßstifte 30. Die Betätigungsstangen 28 sind so angeordnet, daß sie an die oberen Enden der Stangen 2 7 anstoßen, wenn sich das untere

Formteil 9 in die in Fig. 3 gezeigte Stellung bewegt. Die Ausstoßstifte 30 sind im unteren Formteil 9 angeordnet und stehen mit den oberen Enden der Betätigungsstangen 28 in Verbindung. Die Ausstoßstifte 30 werden mittels Schraubenfedern 29 nach unten gedruckt. Der Ausstoßmechanismus 11B dient dazu, ein Gußstück mit Hilfe der Ausstoßstifte 30 nach oben zu stoßen, um es aus dem unteren Formteil 9 zu entfernen, wenn sich dieses nach unten bewegt.

Die Hydraulikeinheit C ist auf nicht gezeigte Weise an den Formschließzylinder 6, den Hydraulikzylinder 23 und einen später beschriebenen Einspritzzylinder 45 angeschlossen, um diese zu betätigen. Es kann sich dabei um eine herkömmliche Hydraulikeinheit handeln. Die Materialliefereinheit D enthält gemäß Darstellung in den Fig. 1 und 4 einen Plastifizierzylinder 42, einen Motor 38 zum Antrieb einer Schnecke in dem Plastifizierzylinder 42, einen Fülltrichter 32 zur Speisung des Plastifizierzylinders 42 mit einem Harzmaterial in Granulatform, einen Versorgungsplunger bzw. Versorgungszylinder 41 zur Aufnahme des plastifizierten Harzmaterials und eine Zylinderanordnung 45 zum Stoßen einer Kolbenstange 44 des Versorgungszylinders 41 und damit zur Lieferung des geschmolzenen Harzmaterials aus dem Versorgungszylinder 41 in den Hohlraum 25 der Gießbehälteranordnung. All diese Komponenten der Materialliefereinheit D sind auf einer Platte 36 angebracht.

Die Platte 36 ist über eine Kugelspindelanordnung an der abstehenden Grundplatte 5 befestigt, die ihrerseits mit dem Unterteil 1 verbunden ist. Ein Motor 3 7 für den Antrieb der Spindel 35 der Kugelspindelanordnung ist an der Grundplatte 5 befestigt. Durch Betätigung des Motors 38 kann demzufolge die auf der Platte 36 angeordnete Materialliefereinheit D insgesamt längs der Spindel 35 der Kugelspindelanordnung hin- und herbewegt werden.

Im Plastifizierzylinder 42 plastifiziertes und geschmolzenes Kunstharzmaterial wird nach Durchlaufen eines Rückschlagventils 39 in den Versorgungszylinder 41 gespeist und dort gespeichert. Wenn die Zylinderanordnung 45 betätigt wird, um die Kolbenstange 44 zu stoßen, während sich die Platte 36 in der in Fig. 3 gezeigten vorgerückten Stellung befindet, kann das Harzmaterial über eine Ausgußöffnung 4 3 in den Hohlraum 25 der Gießbehälteranordnung gespeist werden.

Ein großer Trichtertank 31 ist oberhalb des Einfülltrichters 32 angeordnet. Aus dem Trichtertank 31 wird eine dem Volumen des Formhohlraums 26 entsprechende Menge des Harzmaterialgranulats ausgegeben, und zwar durch Öffnen und Schliessen eines Verschlusses 34. Ein Zylinder 33 dient dazu, den Verschluß 34 zu öffnen und zu schließen.

Es soll nun der Vorgang zur Herstellung eines Gußkörpers unter Verwendung des beschriebenen Ausführungsbeispiels der Erfindung beschrieben werden.

Durch Antrieb des Motors 37 zum Drehen der Spindel 35, wenn sich das untere Formteil 9 gemäß Darstellung in Fig. 3 in seiner abgesenkten Stellung befindet, wird die Materialliefereinheit D auf der Platte 36 vorgerückt. Dabei wird in der Materialliefereinheit D granulatförmiges Harzmaterial für etwa eine Charge, das vom Trichtertank 31 in den Einfülltrichter 32 gefüllt wurde, zum Plastifizierzylinder 42 geliefert, in dem es mittels der Schnecke plastifiziert und geschmolzen wird, um dann nach Durchlauf des Rückschlagventils 39 in den Versorgungszylinder 41 eingespeichert zu werden. Wenn dann die Ausgußöffnung 43 in eine Stellung gerade oberhalb des von der Kolbenanordnung 16 und dem Topf 13 der Gießbehälteranordnung 11A gebildeten Hohlraums 25 kommt, wird der Vorschub der Materialliefereinheit D gestoppt.

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Danach wird die Zylinderanordnung 45 betätigt, um die Kolbenstange 44 zu drücken und eine Menge des im Versorgungszylinder 41 enthaltenen geschmolzenen Harzmaterials in den Hohlraum 25 zu füllen. Danach wird der Motor 37 mit umgekehrter Drehrichtung angetrieben, um die Materialliefereinheit D aus der Lage zwischen dem oberen Formteil 10 und dem unteren Formteil 9 zurückzuziehen. Gleichzeitig beginnt der oben beschriebene Vorgang des Materialschmelzens ausgehend vom Trichtertank 31 und endend im Versorgungszylinder 41 erneut für die nachfolgende Beschickung der Gießvorrichtung.

Das untere Formteil 9 wird dann in Kontakt mit dem oberen Formteil 10 angehoben, wobei der in Fig. 2 gezeigte Formhohlraum 26 gebildet wird. Obwohl dabei das obere Formteil 10 und das untere Formteil 9 normalerweise durch einen Wasserfluß in einer Wasserleitung 20, die innerhalb der Formteile 10 und 9 angeordnet ist, gekühlt werden, wird das geschmolzene Harzmaterial nicht gekühlt, da es sich innerhalb des Topfes 13 befindet, der von dem Wärmeisolierteil 12 umgeben ist. Da der Topf 13 durch das ringförmige Heizelement 14 auf eine Temperatur von etwa 200 bis 220° C erhitzt wird und die Kolbenanordnung 16 normalerweise der Hochfrequenzheizung mittels der Spule 15 ausgesetzt ist, wird das geschmolzene Harzmaterial nicht fest.

Nachfolgend wird durch Betätigen des Hydraulikzylinders 23 die Kolbenanordnung 16 gemäß Darstellung in Fig. 1 angehoben und dabei das geschmolzene Harzmaterial in den Formhohlraum 26 eingefüllt, bis die obere Stirnfläche der Kolbenan-Ordnung 16 im wesentlichen mit dem Boden des Formhohlraums26 bündig ist und damit einen Teil der Begrenzung des Formhohlraums 26 bildet.

Da das obere Formteil 10 und das untere Formteil 9 normalerweise gekühlt werden, beginnt sich das in den Formhohlraum

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26 eingefüllte geschmolzene Harzmaterial von selbst zu verfestigen. Da jedoch die Kolbenanordnung 16 normalerweise der Hochfrequenzheizung mittels der Spule 15 ausgesetzt ist, tritt diese Verfestigung des geschmolzenen Harzmaterials nicht im Bereich der oberen Stirnfläche der Kolbenanordnung 16 ein. Daher wird gleichzeitig mit dem Abschluß des Einfüllens Wasser in den Zirkulationsweg 18 innerhalb der Kolbenanordnung 16 eingefüllt, um die Kolbenanordnung 16 zu kühlen und die Verfestigung des geschmolzenen Harzmaterials herbeizuführen.

Nachdem das Harzmaterial sich verfestigt und ein Gußstück gebildet hat, wird der Zylinder 6 betätigt und das untere Formteil 9 abgesenkt. Dabei stoßen die Betätigungsstangen 28 des Ausstoßmechanismus 11B an die auf dem Unterteil 1 befestigten aufrechten Stangen 27, wodurch die Ausstoßstifte 30 gegen die Wirkung der Schraubenfedern 29 angehoben werden und den Gußkörper von dem unteren Formteil 9 trennen. In der Gießbehälteranordnung 11A wird in diesem Moment der Hydraulikzylinder 23 betätigt, um die Kolbenanordnung 16 abzusenken, während Druckluft zur Entfernung von Wasser und zum Stoppen der Kühlung der Kolbenanordnung 16 in den Zirkulationsweg 18 geleitet wird. Die Kolbenanordnung 16 nimmt also wieder ihren Ausgangszustand ein, in welchem sie mittels der Spule 15 einer Hochfrequenzerwärmung ausgesetzt ist.

Auf diese Weise wird ein Arbeitszyklus zur Bildung eines Gußkörpers aus Harzmaterial ausgeführt. Durch Wiederholung dieses Zyklus werden die Gußstücke aus Harzmaterial Stück für Stück erzeugt. Es sei bemerkt, daß die für einen Zyklus erforderliche Zeit bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung 60 Sekunden betrug.

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Claims (6)

Patentansprüche

1. Gießvorrichtung, insbesondere für Harze, umfassend einen Rahmen (A),

ein an diesem befestigtes erstes Formteil (10), ein relativ zu dem ersten Formteil (10) bewegbares zweites Formteil (9), das in seiner einen Stellung an das erste Formteil (10) anstößt, und

eine Gießbehälteranordnung (11A), dadurch gekennzeichnet ,

daß die Gießbehälteranordnung (11A) innerhalb des zweiten Formteils (9) angeordnet ist und einen Topf (13) aufweist, innerhalb dessen ein Heizelement (14) vorgesehen ist und in welchem eine Kolbenanordnung (16) hin- und herbeweglich ist und in ihrer einen Stellung einen Teil eines Formhohlraums (26) begrenzt.
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2. Gießvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das erste Formteil (10) ein oberes Formteil und das zweite Formteil (9) ein demgegenüber auf- und abbewegbares unteres Formteil ist, welches in seiner angehobenen Stellung gegen das obere Formteil stößt, und daß die Kolbenanordnung (16) innerhalb des Topfes (13) auf- und abbewegbar ist und in einer angehobenen Stel-

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lung einen Teil des Formhohlraums (26) begrenzt.

3. Gießvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß eine Materialliefereinheit (D) auf dem Rahmen (A) montiert und zwischen dem ersten und dem zweiten Formteil (10, 9) vor- und zurück bewegbar ist, wenn sich das zweite Formteil in einer vom ersten Formteil entfernten Stellung befindet, und

daß die Materialliefereinheit (D) einen Plastifizierzylinder (42) zum Plastifizieren eines Harzmaterials, einen Versorgungszylinder (41) zur Lieferung des Harzmaterials in den Topf (13) der Gießbehälteranordnung (11A), Antriebsvorrichtungen (38, 45) zum individuellen Antrieb des Plasti-

•J5 fizierzylinders (42) und des Versorgungszylinders (41) und eine Kugelspindelanordnung zum Vor- und Rückbewegen des Plastifizierzylinders (42), des Versorgungszylinders (41) und der Antriebseinrichtungen (38, 45) als Ganzes, aufweist.

4. Gießvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Kolbenanordnung (16) eine Heizspule (14) aufweist, die um den äußeren Umfang der Kolbenanordnung angeordnet ist, sowie einen Kühlkanal besitzt, wobei die Kolbenanordnung (16) aus zwei Teilen (16a, 16b) besteht, die so ausgebildet und angeordnet sind, daß die Heizspule (14) an der Kolbenanordnung (16) angeordnet werden kann.

5. Gießvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das zweite Formteil (9) einen Ausstoßmechanismus.(11B) zur Entfernung eines Gußstücks von dem zweiten Formteil, wenn sich dieses in seine vom ersten Formteil (10) entfernte Stellung bewegt, besitzt.

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6. Gießvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das erste und das zweite Formteil (10, 9) einen Kühlkanal (20) besitzen, der in einem jeweiligen, dem Formhohlraum (26) benachbarten

5 Bereich ausgebildet ist.