DE3637905A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von gegenstaenden aus thermoplastischem kunststoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Gegenständen aus thermoplastischem Kunststoff in mehrteiligen Formen unter Druck, bei dem Kunststoffgranulat bis über seinen Schmelzpunkt er­ wärmt und in der Form so unter Druck gesetzt wid, daß er die Form bis in alle Hohlräume der Form ausfüllt.

Es gibt mehrere Verfahren dieser Art. Ihnen ist gemeinsam, daß eine Schmelze aus dem Kunststoffgranulat hergestellt wird, die in die Form eingegeben und in der Form unter Druck gesetzt wird. Die hierfür benutzten Formen sind mehrteilig, damit der in die Form eingefüllte Kunststoff nach seiner Erstarrung zu einem geformten Gegenstand aus der Form herausgenommen werden kann. Teils wird der Kunst­ stoff in eine geöffnete Form in flüssigem Zustand in die Form eingegossen, anschließend wird das bewegbare Formober­ teil in das unbewegliche, den flüssigen Kunststoff auf­ nehmende Formunterteil abgesenkt und mit Preßkraft in das Formunterteil hineingedrückt, teils wird durch ein oder mehrere Löcher in der geschlossenen Form flüssiger Kunst­ stoff unter Druck in die Form eingespritzt. Für die Ver­ flüssigung des Kunststoffgranulats werden verschiedene Vorrichtungen verwendet, von denen die Schneckenpressen den Vorteil einer Homogenisierung des Kunststoffes während des Verflüssigungsvorganges haben. - Für diese Herstellungs­ vorgänge werden die Formen vor dem Eingeben des flüssigen Kunststoffes meist erwärmt und nach dem Eingeben des flüssi­ gen Kunststoffes bis auf eine Temperatur gekühlt, bei der eine beschädigungslose Entformung des hergestellten Gegen­ standes möglich ist.

Diese Verfahren werden in der Serienherstellung von Kunst­ stoffgegenständen eingesetzt. Die für ihre Durchführung notwendigen Vorrichtungen und Maschinen erfordern einen erheblichen Aufwand, sie sind sehr teuer in der Anschaffung und verbrauchen während des Betriebes erhebliche Energien.

Einzelne Möglichkeiten, den Anschaffungsaufwand herab­ zusetzen, z. B. durch Schmelzen des Kunststoffes in der Form selbst und anschließendes Abkühlen der Form durch schnelles Drehen der Form in allen Raumrichtungen sind energetisch noch aufwendiger und kaum über das Versuchs­ stadium hinaugekommen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, mit wenig Aufwand an Maschinerie und Energie Gegenstände hoher Qualität aus thermoplastischem Kunststoff herzustellen.

Die Erfindung besteht darin, daß man den Kunststoff vor der Druckbeaufschlagung kurzzeitig in einem heißen gasförmigen Medium erhitzt, bis die Oberfläche der Kunststoffgranulen schmilzt, ohne daß die Granulen in ihrem Kernbereich schmelzen.

Dieses Verfahren läßt sich in einfachen Vorrichtungen durch­ führen, z. B. in rohrförmigen Vorrichtungen, deren Boden und Deckel aus einem Sieb besteht, in Vorrichtungen, die in Form eines siebförmigen Gefäßes gestaltet sind und ähnlich einfachen Vorrichtungen. Dieses Verfahren läßt sich sogar in den Formen selbst durchführen, wenn diese mit Zutritts­ öffnungen und einer Abflußmöglichkeit für das heiße Medium ausgestattet sind.

So ist es möglich, daß man die Kunststoffgranulen in einer Form mit einem feststehenden und einem verschiebbaren Formteil mit dem gasförmigen heißen Medium bei geöffneter Form be­ handelt, anschließend die Zufuhröffnungen für das gasförmige Medium schließt und dann das verschiebbare Formteil unter Druck in das feststehende Formteil bewegt.

Eine andere vorteilhafte Möglichkeit besteht darin, daß man die Kunststoffgranulen außerhalb der Form erhitzt, dann in die Form einfüllt und dann preßt. Dieses hat den Vorteil, daß die Formen nicht komplizierter werden als sie es bisher für verschiedene bekannte Herstellungsverfahren sind, so daß man hier keinerlei Mehraufwand zu treiben hat. Jedoch ist der Aufwand für das Schmelzen des Kunststoffgranulats - oder besser gesagt: das Anschmelzen des Kunststoffgranulats - erheblich niedriger, und zwar sowohl von der maschinellen Seite aus betrachtet als auch von der energetischen Seite aus.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn man die Form vor dem Preßvorgang auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Granulates erwärmt und nach dem Preß­ vorgang auf die Entformungstemperatur abkühlt. Es ist somit nicht notwendig bei Anwendung dieses Verfahrens, die Tempe­ ratur der Form auf die Schmelztemperatur des Granulats oder höher zu erwärmen.

Dieses Verfahren läßt sich auch durchführen mit Kunststoff­ granulen, die innen hohl sind. Bei Anwendung eines niedri­ gen Preßdruckes erhält man auf diese Weise einen Kunst­ stoffgegenstand, der eine große Vielzahl von Luftein­ schlüssen aufweist, entsprechend leicht ist und hervorra­ gende wärmedämmende Eigenschaften aufweist.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn man ein Ge­ misch unterschiedlich großer Kunststoffgranulen für die Durchführung dieses Verfahrens verwendet. Kleinere Kunst­ stoffgranulen legen sich dann in die Zwischenräume zwischen größeren Kunststoffgranulen ein, so daß man bereits bei geringen Preßdrucken einen lunkerfreien Kunststoffgegen­ stand hoher Homogenität erhält.

Dieses Verfahren wird in einer Vorrichtung ausgeführt, mit der die Kunststoffgranulen mit einem heißen gasförmigen Medium erhitzbar sind, bis die Oberfläche der Kunststoff­ granulen schmilzt, ohne daß die Granulen in ihrem Kern­ bereich schmelzen.

Eine sehr einfache Ausführungsform dieser Vorrichtung be­ steht darin, daß die Vorrichtung aus Kanälen in der Form, Verschließvorrichtungen für die Kanäle und aus einer Anlage zur Erzeugung des heißen gasförmigen Mediums besteht.

In den meisten Fällen dürfte es jedoch vorteilhaft sein, wenn die Vorrichtung aus einem oberhalb oder seitlich der Form angeordneten Behälter für die Aufnahme und Erhitzung des Granulats und einer mit diesem verbundenen Anlage zur Erhitzung des heißen gasförmigen Mediums besteht. - Eine Vorrichtung in dieser Art ist für Fertigungsstraßen ein­ setzbar, bei denen auf Förderanlagen die Formen bis neben die Vorrichtung zur Erhitzung des Granulats gefördert werden, einer Stelle, an der auch eine Presse zum Nieder­ drücken des oberen Formteiles vorgesehen ist, und bei der die Formen nach ihrem Verschließen nach dem Einfüllen der eingeschmolzenen Kunststoffgranulen auf der Transportanlage weiter in Abkühlbereiche gefördert wird.

Zweckmäßig ist es, wenn der Behälterboden für den Behälter zur Erhitzung des Granulats siebförmig und bewegbar aus­ gebildet ist, damit das heiße Medium von unten in den Be­ hälter eingeführt werden kann und das erhitzte Granulat nach Fortbewegung des Behälterbodens aus dem Behälter in die geöffnete Form herausfallen oder - z. B. mit einem Kolben - herausgedrückt werden kann.

Vorteilhaft ist es, wenn unter dem Sieb des Behälters ein Zufuhrstutzen für das gasförmige Medium angeordnet ist, der zusammen mit dem Sieb bewegbar ist.

Das heiße Medium braucht aber nicht unbedingt von unten zugeführt zu werden, es kann auch von der Seitenwand zuge­ führt werden. In diesem Falle wird die Vorrichtung zweck­ mäßig so gestaltet, daß die Seitenwände des Behälters siebförmig ausgebildet sind, daß an einer Seitenwand ein Stutzen für die Zufuhr des gasförmigen Mediums angeordnet ist, und daß der Boden des Behälters bewegbar ist. Bei einer solchen Vorrichtung läßt man zweckmäßigerweise auf einer Seite das heiße Medium eintreten und auf der gegen­ überliegenden Seite ebenfalls durch eine siebförmige Be­ hälterwand wieder austreten. In diesem Falle braucht kein Zufuhrstutzen unterhalb des bewegbaren Bodens für den Ausfüllvorgang beiseite bewegt zu werden.

In vielen Fällen wird es zweckmäßig sein, in dem Behälter einen Ausstoßkolben bewegbar anzuordnen.

Das Wesen der Erfindung ist nachstehend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch erfindungsgemäß erhitzte Kunststoffgranulen,

Fig. 2 einen Schnitt durch erfindungsgemäß erhitzte hohle Kunststoffgranulen,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine Form, in der die Kunst­ stoffgranulen erfindungsgemäß erhitzt werden,

Fig. 4 eine Vorrichtung mit einem verschwenkbaren Erhitzungs­ behälter und zwei wechselweise in Tätigkeit be­ findlichen Preßformen,

Fig. 5 eine Vorrichtung mit einer rohrförmigen Erhitzungs­ vorrichtung, aus der die angeschmolzenen Kunststoff­ granulen unter dem Einfluß der Schwerkraft ausge­ lassen werden,

Fig. 6 eine Vorrichtung mit rohrförmigem Erhitzer und Ausstoßkolben.

Die Kunststoffgranulen 1 werden erfindungsgemäß durch Heißluft, Dampf oder ein ähnlich heißes Medium so erhitzt, daß ihre Oberflächenbereiche 1 A schmelzen, während der Kern 1 B der Kunststoffgranulen ungeschmolzen bleibt. Das geschieht durch ein kurzzeitiges Hindurchleiten des er­ hitzten Mediums, dessen Temperatur ganz erheblich höher als die Schmelztemperatur des Kunststoffes liegt. Bei der kurzen Zeit der Behandlung mit dem heißen Medium kann die Wärme aus den Oberflächenbereichen der Kunststoff­ granulen nicht bis zu deren Kern vordringen, der somit ungeschmolzen und daher weitgehend fest bleibt. Bei hohlen Kunststoffgranulen (Fig. 2), bei denen der Hohlraum aber immer noch eine Verbindung mit der Außenatmosphäre auf­ weisen kann, wird ebenfalls nur die äußere Oberfläche der Kunststoffgranulen in den schmelzflüssigen Zustand ver­ setzt, die innere Oberfläche (die Oberfläche in den Hohl­ räumen) bleibt zumindest im wesentlichen fest, weil das gasförmige Medium an den Hohlräumen vorbeistreicht.

Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann in der Form selbst erfolgen. Fig. 3 zeigt eine solche Form. Sie besteht aus einem feststehenden unteren Formteil 2 und einem beweglichen, oberen Formteil 3, welcher an einer Kolbenstange befestigt ist, die von der Presse 5 verscho­ ben wird. Unterhalb des unteren feststehenden Formteiles ist ein hohler Behälter 7 angeordnet, in den ein Heiß­ luftgebläse 6 oder ein Dampferzeuger das heiße Medium hinein­ fördert. Dieser Behälter 7 dient als Verteilvorrichtung für das heiße Medium, welches durch eine Vielzahl von Kanälen 8 dem Innenraum der Form 2, 3 zugeführt wird und welches durch den oberen Formteil befindliche Kanäle 9 aus dem Innenraum zwischen den Formteilen 2, 3 sowie durch den Spalt am Umfang des oberen Formteiles 3 entweichen kann. Die Kanäle 8, 9 sind durch in ihnen verschiebbare Stangen 10 verschließbar.

In allen Formen, die in den Zeichnungen gezeigt sind, wird eine Platte mit verstärktem umlaufenden Rand hergestellt, die in ihrem Bereich zwischen dem umlaufenden Rand Vor­ sprünge in Form von Noppen aufweist. Die Hohlräume 11 für die Herstellung dieser Noppen grenzen an die Kanäle 8, 9.

Da die Herstellung einer Vielzahl feiner Kanäle 8 einen erheblichen Bauaufwand erfordert, ist es auch möglich, das heiße Medium durch in den Seitenwänden 12 der Form angeordnete Zufuhrkanäle 13 zuzuführen. Zweckmäßigerweise werden diese Zufuhrkanäle 13 tangential und schräg nach unten weisend angeordnet, und zwar so angeordnet, daß sie oberhalb der Umrißlinien des herzustellenden Gegenstandes liegen. Für das Erhitzen des Granulats bleibt der beweg­ liche obere Formteil 3 in einer solchen Höhe im oberen Be­ reich der Seitenwände 12 der Form stehen, daß der Innen­ raum in der Form ein Vielfaches des Volumens des herzu­ stellenden Gegenstandes einnimmt. Das durch die Zufuhr­ kanäle 13 tangential in diesen Innenraum eingeblasene heiße Medium wirbelt die Kunststoffgranülen ständig durch­ einander, so daß sie diesen Innenraum der Form nahezu gleichmäßig erfüllen, wobei die Oberfläche der Kunststoff­ granülen angeschmolzen wird. Das unter Druck in die Form eingeblasene heiße Medium kann durch oberhalb der Zufuhr­ kanäle 13 in der Seitenwand 12 der Form angeordnete Siebe 14 entweichen, wobei die Siebflächen so groß sind, daß die Granulen nicht an ihnen unter dem Einfluß des heraus­ strömenden Mediums hängenbleiben. Ist die Oberfläche der Kunststoffgranulen genügend angeschmolzen, wird das be­ wegliche Formteil 3 mit Hilfe der Presse 5 nach unten ge­ drückt, wobei die Zufuhrkanäle 13 durch das bewegliche Form­ teil 3 verschlossen werden.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist oberhalb eines Heiß­ luftgebläses 6 ein verschwenkbarer Korb 15 angeordnet, in den das heiße Medium durch den Zufuhrstutzen 16 ge­ leitet wird. Dieser verschwenkbare Korb 15 weist einen siebförmigen Boden und einen siebförmigen Deckel auf. Nach der Erhitzung werden die in ihm befindlichen Kunststoff­ granülen durch Verschwenkung des Korbes 15 um die Ver­ schwenkachse 17 nach Öffnen der Klappe 18 in das feststehende Formunterteil 2 eingeschüttet, wie es gestrichelt darge­ stellt ist. Nach dem Einfüllen wird der bewegliche Form­ teil 3 mittels der Kolbenstange 4 der Presse 5 nach unten gedrückt und das Kunststofformteil hergestellt. Nach dem Entleeren des Korbes 15 wird dieser in seine horizontale Stellung zurückverschwenkt, die linke Klappe 18 wird ver­ schlossen, es wird neues Kunststoffgranulat eingefüllt und dann das Heißluftgebläse 6 wieder in Tätigkeit gesetzt. Nach erneuter Erhitzung der jetzt im Korb 15 befindlichen Kunststoffgranülen wird das Gebläse 6 abgeschaltet, der Korb 15 nach rechts verschwenkt, die rechte Klappe 18 ge­ öffnet und die Kunststoffgranülen mit geschmolzener Ober­ fläche werden in die rechte Form 2, 3 eingefüllt. Auf diese Weise kann wechselseitig mit einer Vorrichtung für das Erhitzen von Kunststoffgranulen ein Paar von Formen be­ schickt werden. Befinden sich die Formen auf einer Trans­ portvorrichtung, so kann diese Vorrichtung in eine Ferti­ gungsstraße eingestellt werden und es können viele Formen nacheinander im Fließtakt mit angeschmolzenem Kunststoff­ granulat beschickt werden.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 5 ist neben der Presse 5 mit der Kolbenstange 4, dem beweglichen Formteil 3 und dem feststehenden Formteil 2 die Erhitzungsvorrichtung ange­ ordnet, bei der oberhalb des Heißluftgebläses 6 ein rohr­ förmiger Behälter 19 angeordnet ist, der einen schräg liegenden Siebboden 20 und einen Siebdeckel 21 aufweist.

Dieser Behälter 19 wird mit Granulat beschickt. Nach dem Einschalten des Heißluftgebläses 6 wirbeln die einzelnen Granulen dieses Granulats in dem Hohlraum des Behälters 19 durcheinander und werden an ihrer Oberfläche erhitzt. Der Behälter 19 weist eine durch eine mittels des Arbeits­ zylinders 22 bewegbare Klappe 23 verschließbare Öffnung 24 auf, durch die die erhitzten Granulen über die in Ver­ längerung des Siebbodens 20 angeordnete Rutsche 25 in die Form 2 hineinrutschen, nachdem vor dem Öffnen der Klappe 23 das Heißluftgebläse 6 abgestellt ist.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 6 ist der rohrförmige Behälter 19 schrägliegend angeordnet. Ein Teil seiner Seitenwand ist als Sieb 26 ausgebildet. Durch dieses Sieb wird das heiße Medium aus dem Heißluftgebläse 6 in den Behälter eingeblasen, das durch das Sieb 27 den Behälter wieder verläßt. Der Boden des Behälters 19 ist durch eine Klappe 28 gebildet, die mittels des Arbeitszylinders 22 um das Drehgelenk 29 verschwenkbar ist. Im Inneren des Behälters 19 ist ein Kolben 29 mittels der Kolbenstange 30 verschiebbar, die von einem Arbeitszylinder 31 ver­ schoben wird. Nach Erhitzung der Oberfläche des Granulats wird das Heißluftgebläse 6 abgestellt, die Klappe 28 ge­ öffnet und der Kolben 29 in Bewegung gesetzt, um das er­ hitzte Granulat aus dem Behälter 19 über die Rutsche 25 in den Formunterteil 3 auszustoßen.

Bei den einzelnen in den Figuren gezeigten Anlagen sind je­ weils noch Vorrichtungen vorgesehen, die selbsttätig eine bestimmte Gewichtsmenge Granulat in den Erhitzungsbehälter einfüllen. Diese Vorrichtungen sind in den Zeichnungen nicht dargestellt.

• Liste der Bezugszeichen  1 Kunststoffgranule
   2 feststehender Formteil
   3 beweglicher Formteil
   4 Kolbenstange
   5 Presse
   6 Heißluftgebläse
   7 Behälter
   8 Kanal
   9 Kanal
  10 Stangen
  11 Hohlraum
  12 Seitenwand der Form
  13 Zufuhrkanal
  14 Siebe
  15 verschwenkbarer Korb
  16 Zufuhrstutzen
  17 Verschwenkachse
  18 Klappe
  19 Rohrförmiger Behälter
  20 Siebboden
  21 Siebdeckel
  22 Arbeitszylinder
  23 Klappe
  24 Öffnung
  25 Rutsche
  26 Sieb
  27 Sieb
  28 Klappe
  29 Kolben
  30 Kolbenstange
  31 Arbeitszylinder
  32 Drehgelenk

Claims (13)

1. Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus thermo­ plastischem Kunststoff in mehrteiligen Formen unter Druck, bei dem Kunststoffgranulat bis über seinen Schmelz­ punkt erwärmt und in der Form so unter Druck gesetzt wird, daß er die Form bis in alle Hohlräume der Form ausfüllt, dadurch gekennzeichnet, daß man den Kunststoff vor der Druckbeaufschlagung kurz­ zeitig in einem heißen gasförmigen Medium erhitzt, bis die Oberfläche der Kunststoffgranülen schmilzt, ohne daß die Granülen in ihrem Kernbereich schmelzen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Kunststoffgranülen in einer Form mit einem feststehenden und einem verschiebbaren Formteil mit dem gasförmigen Medium bei geöffneter Form behandelt, an­ schließend die Zufuhröffnungen für das gasförmige Medium schließt und dann das verschiebbare Formteil unter Druck in das feststehende Formteil bewegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Kunststoffgranülen außerhalb der Form erhitzt, dann in die Form einfüllt und dann preßt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Form vor dem Preßvorgang auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Granulates erwärmt und nach dem Preßvorgang auf die Entformungstemperatur abkühlt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Kunststoffgranulen verwendet, die innen hohl sind.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gemisch unterschiedlich großer Kunststoff­ granulen verwendet.

7. Vorrichtung zur Herstellung von Gegenständen aus thermo­ plastischem Kunststoff in mehrteiligen Formen unter Druck, bestehend aus einer mehrteiligen Form und einer Vorrichtung, mit der der in die Form eingebrachte Kunststoff in der Form unter Druck setzbar ist, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (2, 3; 19) mit der die Kunststoffgranulen (1) mit einem heißen gasförmigen Medium erhitzbar sind, bis die Oberfläche der Kunststoffgranulen (1) schmilzt, ohne daß die Granulen (1) in ihrem Kernbereich schmelzen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus Kanälen (8, 9) in der Form (2, 3), Verschließvorrichtungen (10) für die Kanäle (8, 9) und aus einer Anlage (6) zur Erzeugung des heißen gasförmigen Me­ diums besteht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus einem oberhalb oder seitlich der Form angeordnetem Behälter (15, 19) für die Aufnahme und Erhitzung des Granulats (1) und einer mit diesem verbundenen Anlage (6) zur Erzeugung des heißen gasförmigen Mediums besteht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden des Behälters (15) siebförmig und bewegbar ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß unter dem Sieb des Bodens des Behälters ein Zufuhr­ stutzen (16) für das gasförmige Medium angeordnet ist, der mit dem Sieb bewegbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Seitenwände des Behälters siebförmig ausgebildet sind,
daß an einer Seitenwand ein Stutzen (16) für die Zufuhr des gasförmigen Mediums angeordnet ist, und daß der Boden des Behälters bewegbar ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Behälter (19) ein Ausstoßkolben (29) angeordnet ist.