DE3611688C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Formkörpers, bei dem zunächst in einer Vorkammer oberflächlich plastifizierte thermoplastische Granulatkörner zu einem Vorform­ ling gesintert werden und dieser dann in einen Formhohlraum gepreßt wird.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Herstel­ lung eines Kunststoff-Formkörpers, mit einer einen Preßkolben aufweisenden Presse, mit einer Vorkammer, in der oberfläch­ lich plastifizierte thermoplastische Granulatkörner durch den Preßkolben zu einem Vorformling versintert werden, und mit einem Formhohl­ raum, in welchen der Vorformling bei weiter fortschreitendem Preßkolben gepreßt wird.

Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind aus der DE-PS 31 15 917 bekannt. Hier wird die Vorkammer einer­ seits durch den Preßkolben und andererseits durch einen Gegen­ kolben gebildet. Beide Kolben verfahren nach Fertigstellung des Vorformlinges innerhalb eines Zylinders bis zu einem großflächigen Anschnitt eines Formhohlraumes, in den dann der Vorformling durch den weiterschreitenden Preßkolben ein­ gepreßt wird. Der Anschnitt des Formhohlraumes ist, wie er­ wähnt, bewußt großflächig gestaltet, um so das Einbringen des ja nur oberflächlich plastifizierten, in der Substanz weit­ gehend festen Materials in den Formhohlraum und die Aufrecht­ erhaltung des vom Preßkolben ausgeübten Druckes im Formhohl­ raum zu erleichtern. Bei diesem Verfahren bzw. dieser Vor­ richtung stimmen die mechanischen Eigenschaften des im Form­ hohlraum entstehenden Kunststoff-Formkörpers im besten Falle mit den mechanischen Eigenschaften überein, die der Vorform­ ling bereits bei Druckentlastung und Abkühlung aufweisen würde.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart auszuge­ stalten, daß die mechanischen Eigenschaften des letztendlich entstehenden Kunststoff-Formkörpers diejenigen Eigenschaften, die das Ausgangsmaterial bereits aufweist, übersteigt.

Diese Aufgabe wird, was das Verfahren angeht, dadurch gelöst, daß das Material des Vorformlings auf dem Wege zwischen der Vorkammer und dem Formhohlraum durch mindestens eine enge Düse gepreßt wird, deren Abmessungen des effektiven Düsen­ querschnitts kleiner als die Abmessungen der einzelnen Gra­ nulatkörner sind, wobei die Granulatkörner beim Passie­ ren der Düse mechanisch verformt werden und der Formhohlraum sukzessive von mindestens einem dünnen Strang aufgefüllt wird, der aus oberflächlich plastifizierten, mechanisch verformten Granulatkörnern besteht.

Erfindungsgemäß wird also entgegen der Lehre der DE-PS 31 15 917 der Vorformling durch einen oder mehrere äußerst enge Düsenquerschnitte hindurchgepreßt, wobei jedes einzelne - abgesehen von der Oberfläche ja feste - Granulatkorn einer mechanischen Verformung unterzogen wird. Überraschenderweise hat sich erwiesen, daß aus den dünnen Strängen, die beim er­ findungsgemäßen Verfahren den Formhohlraum sukzessive aus­ füllen und die ja im wesentlichen aus festen, aber mecha­ nisch verformten Granulatkörnern bestehen, wiederum ein in sich zusammenhängender Formkörper aufgebaut werden kann; dies trotz der anscheinend über den dünnen Querschnitt schwieriger gewordenen Druckübertragung aus der Vorkammer in den Form­ hohlraum. Ebenso überraschend ist, daß der im Formhohlraum entstehende Kunststoff-Formkörper die mechanischen Qualitäten sogar noch übersteigt, die sich etwa beim Gegenstand der DE- PS 31 15 917 ergeben. Offensichtlich beruht die Steigerung der mechanischen Qualität auf einer Verfestigung der Granu­ latkörner, die mit der mechanischen Verformung in der engen Düse verbunden ist.

Bei einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bleibt die Düse (bleiben die Düsen) bis zur Fertigstellung des Vorformlings geschlossen. Auf diese Weise ist es möglich, zunächst den Vorformling mit einer gewissen Druckeinwirkung fertigzustellen, bevor dann ein weiteres Auspressen in den Formhohlraum (unter dann ggf. erhöhtem Druck) erfolgt.

Die oben geschilderte Aufgabe wird, was die Vorrichtung an­ geht, dadurch gelöst, daß in den Weg zwischen der Vorform­ kammer und dem Formhohlraum mindestens eine enge Düse ange­ ordnet ist, wobei die Abmessungen des effektiven Düsenquer­ schnitts kleiner als die Abmessungen der einzelnen Granulat­ körner sind. Mit dieser Vorrichtung lassen sich die oben für das erfindungsgemäße Verfahren erzielten Vorteile am Endpro­ dukt erzielen.

Zweckmäßigerweise ist der effektive Düsenquerschnitt der engen Düse veränderbar. So läßt sich die Vorrichtung auf verschie­ dene Körnungen des verarbeiteten Granulates einrichten, da ja bei kleinerem Granulatkorn auch der effektive Düsenquer­ schnitt verringert werden muß.

In diesem Falle umfaßt nach einer Ausgestaltung der Erfindung die enge Düse einen verdrehbaren Dorn, der eine senkrecht zur Drehachse verlaufende Durchgangsbohrung aufweist, die durch Verdrehung des Dorns mehr oder weniger in Fluchtung mit einem Kanal gebracht werden kann, welcher die Vorkammer mit dem Formhohlraum verbindet.

Zweckmäßigerweise ist ferner die Düse beheizbar, so daß auf dem kritischen Wege zwischen der Vorkammer und dem Formhohl­ raum keine übermäßige Abkühlung des Materials stattfindet.

Aus denselben Gründen kann der die Vorkammer mit dem Form­ hohlraum verbindende Kanal beheizbar sein.

Eine Möglichkeit, die erwähnte oberflächliche Plastifizierung der Granulatkörner in der Vorkammer herbeizuführen, besteht in einer elektrischen Widerstandsheizung. Bei bekannten der­ artigen Vorrichtungen wird der Boden der Vorkammer durch eine Elektrode gebildet, über welche der Strom durch den Vorform­ ling geschickt wird. In diesem Falle ist es zweckmäßig, wenn der Kanal durch die Elektrode hindurchgeführt ist.

Alternativ zu einer oder mehreren Düsen, die einen kontinu­ ierlich veränderbaren effektiven Düsenquerschnitt haben, kann auch vorgesehen werden, daß die Düse(n) auswechselbar ist (sind).

Wenn die Düse(n) verschließbar ist (sind), kann in der oben bereits erläuterten Weise in der Vorkammer bei der Herstel­ lung des Vorformlings zunächst ein bestimmter Druck aufgebaut werden, bevor dann der Vorformling durch die enge Düse in den Formhohlraum gepreßt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an­ hand der Zeichnung näher erläutert; die einzige Figur zeigt schematisch einen senkrechten Schnitt durch eine Vorrichtung zur Herstellung von Formkörpern aus Kunststoffgranulat.

Die dargestellte Vorrichtung macht von einer herkömmlichen Presse Gebrauch, deren Rahmen 1, Pressentisch 2 und Arbeits­ stempel 3 nur schematisch und teilweise gezeigt sind. Am Ar­ beitsstempel 3 ist elektrisch isoliert ein metallener Preß­ kolben 4 befestigt, der mit einem Pol einer regelbaren Gleich­ spannungsquelle 5 verbunden ist.

Auf dem Pressentisch 2 ist ein Auflager 6 angeschraubt, der seinerseits einen zwischen zwei seitlichen Wangen 29 stehen­ den Halteblock 7 trägt. In einer zur Seite und nach unten offenen Ausnehmung 8 des Halteblockes 7 ist eine zweiteilige, beheizte Form 9 angeordnet, die von einem Hilfsstempel 10 formschlüssig gegen die Oberseite der Ausnehmung 8 gedrückt wird. Hierdurch wird die Form 9 gleichzeitig in der Schließ­ stellung verriegelt. Der Hilfsstempel 10 wird über einen Stellmotor 11 betätigt und ist zum Entformen samt der Form 9 nach unten in eine Lage absenkbar, in welcher er an einer Ausnehmung 12 der Auflage 6 zur Anlage kommt. In dieser Stel­ lung kann dann die in der Zeichnung rechte Hälfte der Gieß­ form 9 mittels eines weiteren Stellmotors 13 weggefahren werden.

Ein oberhalb der Gießform 9 liegender und beheizter halsarti­ ger Bereich 14 des Halteblocks 7 wird von einem senkrechten Kanal 15 durchzogen, der in den Formhohlraum 16 mündet. Im Verlauf des Kanals 15 liegt eine einstellbare Düse, die ins­ gesamt mit dem Bezugszeichen 17 versehen ist und deren ge­ nauer Aufbau und Funktion weiter unten beschrieben werden. Der Kanal 15 durchsetzt eine über dem halsartigen Bereich 14 des Halteblocks 7 angebrachte, becherförmige Isolationsschicht 18 sowie innerhalb einer gehärteten Büchse 19 eine weitere Elektrode 20, die mit dem zweiten Pol der geregelten Gleich­ spannungsquelle 5 verbunden ist.

Die Elektrode 20 bildet den Boden einer Vorformkammer 21, die radial durch einen gehärteten Einsatz 22 begrenzt ist. Dieser ist in ein beheiztes Teil 23 eingeschoben, welches auf einer die Wangen 29 oben verbindenden Querplatte 30 aufgeschraubt ist. Eine auf dem geheizten Teil 23 befestigte Ringplatte 24 fixiert den Einsatz 22 in axialer Richtung.

Die einstellbare Düse umfaßt einen Dorn 25, welcher sich an seinem innenliegenden Ende konisch verjüngt. Der Dorn 25 kann mittels einer Handkurbel 26 in einer komplementären Aufnahme­ bohrung 27 des Halteblockes 7 verdreht werden. Der sich ver­ jüngende, innenliegende Bereich des Dornes 25 wird von einer Durchgangsbohrung 28 durchzogen, deren Achse senkrecht zur Drehachse des Dornes 25 verläuft.

Die Anordnung ist derart, daß durch Verdrehung des Dornes 25 die Durchgangsbohrung 28 mehr oder weniger in Fluchtung mit dem Kanal 15 gebracht werden kann. Auf diese Weise entsteht zwischen dem Kanal 15 und der Durchgangsbohrung 28 eine vari­ able Überlappungszone, die in dem Wege zwischen der Vorkammer 21 und dem Formhohlraum 16 den engsten Querschnitt darstellt. Dieser engste Querschnitt wird hier "effektiver Düsenquer­ schnitt" genannt.

Die Funktionsweise der oben beschriebenen Vorrichtung wird nachfolgend deutlich werden, wenn die Herstellung eines kon­ kreten Beispieles eines Kunststoff-Formkörpers im Detail be­ schrieben wird.

Zunächst wird aus 80 Gew.% eines Pulvers, welches aus ultra­ hochmolekularem Polyäthylen besteht, sowie aus 20 g Graphit­ pulver (einem elektrisch leitenden Pulver, welches auch "Leit­ ruß" genannt wird) eine gründliche Mischung hergestellt. Von dieser Mischung wiederum werden 20 g mit 80 g Granulatkörnern intensiv vermischt, wobei das Material der Granulatkörner mit dem Material des oben erwähnten ultrahochmolekularen Poly­ äthylenpulvers übereinstimmt.

Eine entsprechende Menge der zuletzt genannten Mischung, die also aus Granulatkörnern und Pulvermischung zusammengesetzt ist, wird in die Vorkammer 21 der beschriebenen Vorrichtung eingegeben. Die Düse 17 bzw. deren Dorn 25 wird zunächst so verdreht, daß die Durchgangsbohrung 25 quersteht, also kein effektiver Düsenquerschnitt zum Materialdurchgang zwischen der Vorkammer 21 und dem Formhohlraum 16 freigegeben wird. Bei der verwendeten Vorrichtung betrug der Durchmesser der Vorkammer ca. 45 mm; die Länge des Vorformlings beträgt etwa 70 mm.

Nun wird der Preßkolben 4 in die Vorkammer 21 eingefahren, bis ein Druck von etwa 20 kp/mm² erreicht ist. Dabei wird das in der Vorkammer 21 befindliche, Granulat enthaltende Gemisch verdichtet. Jetzt wird die Gleichspannungsquelle 5 aktiviert. Die Spannung wird so eingestellt, daß bei den erwähnten Di­ mensionen der Vorkammer ein Strom von etwa 6 A fließt. Die zugehörige Spannung beträgt in der verwendeten Vorrichtung ca. 24 Volt. Durch Widerstandserwärmung werden die Oberflächen der einzelnen Granulatkörner erweicht; gleichzeitig schmilzt das Kunststoffpulver, welches, wie oben erwähnt, mit dem lei­ tenden Graphitpulver vermischt worden war, auf. Hierdurch er­ folgt die eigentliche Sinterung des Inhaltes der Vorkammer 21 zu einem Vorformling.

Der Abschluß des Sinterungsprozesses ist an einem Abfall des den Vorformling durchfließenden Stromes erkennbar. Die Gründe für diesen Stromabfall sind noch nicht vollständig geklärt; wahrscheinlich beruht er auf einer "Verdünnung" des leitfähi­ gen Graphitpulvers dadurch, daß Kunststoffmaterial aufschmilzt, in welches das Graphitpulver zunehmend eingebettet wird.

Nun wird der in der Vorkammer 21 auf den Vorformling wirkende Druck auf etwa 60 kp/mm² erhöht. Der Dorn 25 der Düse 17 wird in eine Drehposition gebracht, die vorher entsprechend der Korngröße des Granulats, die bei etwa 3 mm lag, so bestimmt war, daß die Granulatkörner diese Stelle nur unter mechani­ scher Verformung passieren können. Der frühere Vorformling tritt nunmehr unter dem weiter wirkenden Druck des Preßkol­ bens 4 in den Formhohlraum 16 als dünner Strang ein, der aus mechanisch verformten, aber festen Granulatkörnern mit er­ weichter Oberfläche besteht. Dieser Strang füllt den Form­ hohlraum 16 auf, wobei sich die Oberfläche verschiedener Strangbereiche aneinanderlegen und miteinander verbinden. Unter dem Einfluß des durch den Kanal 15 und die Düse 17 hin­ durchwirkenden Druckes des Preßkolbens 4 bildet sich so im Formhohlraum 16 ein in sich zusammenhängender, einschluß­ freier Formkörper aus, dessen mechanische Festigkeit dieje­ nige des Kunststoff-Ausgangsmaterials erheblich übersteigt.

Nachdem der Aufbau des Kunststoff-Formkörpers in dieser Weise abgeschlossen ist, wird die Form 9 sofort mittels des Hilfs­ stempels 10 in die Entformungsposition abgesenkt. Nach Weg­ fahren der in der Zeichnung rechten Hälfte der Form 9 kann die Form 9 unverzüglich entleert werden, ohne daß der Form­ körper thermische Schäden erleidet. Bei dem geschilderten Her­ stellungsverfahren wurde nämlich der Kunststoff auf eine der­ art homogene Temperatur gebracht, daß innerhalb des Formkör­ pers keine internen Spannungen auftreten.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Formkörpers, bei dem zunächst in einer Vorkammer oberflächlich plasti­ fizierte thermoplastische Granulatkörner zu einem Vorformling gesintert werden und dieser dann in einen Formhohlraum gepreßt wird, da­ durch gekennzeichnet, daß das Material des Vorformlings auf dem Wege zwischen der Vorkammer (21) und dem Formhohl­ raum (16) durch mindestens eine enge Düse (17) gepreßt wird, deren Abmessungen des effektiven Düsenquerschnitts kleiner als die Abmessungen der einzelnen Granulatkörner sind, wobei die Granulatkörner beim Passieren der Düse (17) mechanisch verformt werden und der Formhohlraum (16) sukzessive von mindestens einem dünnen Strang aufge­ füllt wird, der aus oberflächlich plastifizierten, mecha­ nisch verformten Granulatkörnern besteht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse(n) (17) bis zur Fertigstellung des Vorformlings ge­ schlossen bleibt (bleiben).

3. Vorrichtung zur Herstellung eines Kunststoff-Formkörpers mit einer einen Preßkolben aufweisenden Presse, mit einer Vorkammer, in der oberflächlich plastifizierte thermoplastische Granulat­ körner durch den Preßkolben zu einem Vorformling versin­ tert werden, und mit einem Formhohlraum, in welchen der Vorformling bei weiter fortschreitendem Preßkolben gepreßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Weg zwischen der Vorkammer (21) und dem Formhohlraum (16) mindestens eine enge Düse (17) angeordnet ist, wobei die Abmessungen des effektiven Düsenquerschnitts kleiner als die Abmessungen der einzelnen Granulatkörner sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der effektive Düsenquerschnitt der engen Düse (17) ver­ änderbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die enge Düse (17) einen verdrehbaren Dorn (25) umfaßt, der eine senkrecht zur Drehachse verlaufende Durchgangs­ bohrung (28) aufweist, die durch Verdrehung des Dorns (25) mehr oder weniger in Fluchtung mit einem Kanal (15) ge­ bracht werden kann, welcher die Vorkammer (21) mit dem Formhohlraum (16) verbindet.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Düse (17) beheizbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der die Vorkammer (21) mit dem Formhohlraum (16) verbin­ dende Kanal (15) beheizbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, bei welcher die oberflächliche Plastifizierung der Granulatkörner in der Vorkammer durch elektrische Widerstandsheizung erfolgt und der Boden der Vorkammer durch eine Elektrode gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (15) durch die Elektrode (20) hindurchgeführt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse(n) (17) auswechselbar ist (sind).

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Düse(n) (17) verschließbar ist (sind).