DE3814318C2 - Pneumatic press for the manufacture of plastic objects - Google Patents
Pneumatic press for the manufacture of plastic objectsInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine pneumatische Presse einschließlich entsprechender Werkzeuge für die Herstellung von Gegenständen aus duro- sowie thermoplastischen Materialien, die sich so wohl bei Raumtemperaturen, sowie unter Hinzuführung von Wärme härten lassen.The invention relates to a pneumatic press including appropriate tools for the manufacture of objects made of duro- as well as thermoplastic materials that are so probably at room temperatures, as well as with the addition of heat harden.
Bei der Herstellung von Formteilen aus Kunststoff muß oft eine Entlüftung und Entgasung der noch flüssigen Kunststoff masse stattfinden, wenn unerwünschte Hohlräume im Formteil vermieden werden sollen. Außerdem muß oft eine Form mit all seitig geschlossenen Formhohlraum verwendet werden, wenn das Werkstück eine bestimmte Oberflächenbeschaffenheit haben soll, z. B. eine glatte Oberfläche. Dies gilt insbesondere für die Herstellung von Werkstücken aus mit Glasfasern verstärk ten Polyesterharzen. Hierbei wird bekanntlich die Verstär kungsanlage aus Glasfasern, z. B. eine oder mehrere Glasfaser matten, mit aktiviertem Polyesterharz durchtränkt. Wegen der Zähflüssigkeit des Harzes ist es dabei nahezu unvermeidlich, daß Luftblasen eingeschlossen werden. Um eine Verdichtung zu erhalten, wird die durchtränkte Einlage oft in einem Form hohlraum zusammengepreßt.In the production of plastic moldings must often a venting and degassing of the still liquid plastic take place when unwanted voids in the molding should be avoided. In addition, often a form with all closed-sided mold cavity can be used when the Workpiece have a certain surface finish should, for. B. a smooth surface. This is especially true for the production of workpieces from reinforced with glass fibers th polyester resins. This is known to the amplifiers system made of glass fibers, eg. B. one or more glass fiber mats, impregnated with activated polyester resin. Because of the Viscosity of the resin, it is almost inevitable that bubbles are trapped. To a compression too The impregnated insert often gets in a shape cavity pressed together.
Der Formhohlraum kann durch in eine Presse eingebaute Form teile begrenzt sein. Dies gestattet zwar die Erzeugung großer Preßdrücke, jedoch werden teure Pressen benötigt, die bei größeren Werkstücken Drücke von mehreren Hundert Tonnen er zeugen müssen. Ein geringeres Investitionen erforderndes Ver fahren besteht darin, daß der Atmosphärendruck zur Erzeugung einer Verdichtung innerhalb der Form benutzt wird. Hierbei ist es bekannt, nur einen Formteil zu verwenden, auf diesen die Verstärkungseinlage samt Tränkharz aufzutragen und die aufgetragene Schicht mit einer flexiblen Haut, z. B. einer Gummihaut, abzudecken, die außerhalb des herzustellenden Werkstückes gegenüber der Form abgedichtet wird. Danach wird der Raum zwischen Form und elastischer Haut entlüftet, wobei Lufteinschlüsse herausgepreßt werden sollen und die Gummihaut durch den Atmosphärendruck auf die Kunststoffmasse gepreßt wird. Bei diesem Verfahren erhält man nur dort eine saubere, z. B. glatte Fläche, wo die Kunststoffmasse an dem Formteil anliegt. Sollen alle Flächen sauber aussehen, so muß eine mehrteilige, in der Regel aus Matrize und Patrize bestehende Form verwendet werden, die den Formhohlraum allseitig mit starren Wänden abschließt.The mold cavity may be formed by a mold installed in a press be limited parts. Although this allows the generation of large Pressing pressures, however, expensive presses are needed at larger workpieces pressures of several hundred tons he have to witness. A lower investment requiring Ver driving is that the atmospheric pressure for generating a compression within the mold is used. in this connection it is known to use only one molding on this to apply the reinforcing insert with impregnating resin and the applied layer with a flexible skin, z. B. one Rubber skin, cover the outside of the produce Workpiece is sealed against the mold. After that will the space between form and elastic skin is vented, taking Air pockets should be squeezed out and the rubber skin pressed by the atmospheric pressure on the plastic mass becomes. In this process, you only get a clean, z. B. smooth surface, where the plastic mass to the molding is applied. If all surfaces are to look clean, one must multi-part, usually consisting of die and patrix Form are used, the mold cavity with all sides closes rigid walls.
Bei den beiden zuletzt beschriebenen bekannten Verfahren ist der erreichbare Verdichtungsdruck begrenzt, da zur Erzeugung der Preßkraft nur der Differenzdruck zwischen dem Atmosphä rendruck und dem Evakuierungsdruck zur Verfügung steht. Ein vollständiges Evakuieren ist aber deshalb nicht möglich, weil in der Kunststoffmasse in der Regel Substanzen enthalten sind (z. B. monomeres Styrol als Weichmacher), die einen niedrigen Dampfdruck haben, so daß bei zu starkem Absenken des Druckes im Formhohlraum Dampfblasen entstehen würden.In the two last-described known methods the achievable compression pressure limited because of the generation the pressing force only the differential pressure between the atmosphere pressure and the evacuation pressure is available. On But complete evacuation is not possible because In the plastic material usually substances are contained (For example, monomeric styrene as a plasticizer), the low Have vapor pressure, so that too much lowering of the pressure in the mold cavity vapor bubbles would arise.
Um ein rationelles Arbeiten zu ermöglichen, ist es außerdem notwendig, das Oberteil der Form, die Patrize, leicht vom Formunterteil zu entfernen.In addition, to enable a rational work, it is necessary, a top part of a form, a patrix, slightly from Remove mold base.
Dies geschieht beim hydraulischen Verfahren durch Anheben über die zum Pressen benutzten Hydraulikzylinder. Oder bei anderen Verfahren unter Zuhilfenahme eines Krans oder von Zahngetrieben, Drehspindeln und ähnlichem. This happens in the hydraulic process by lifting about the hydraulic cylinders used for pressing. Or at other methods with the aid of a crane or Gearboxes, turning spindles and the like.
Die DE 34 19 709 C2 betrifft einen Vakuumdichtrahmen für Laminierpressen zur Herstellung von Mehrschichtleiterplatten mit beidseitig umlaufenden, in Nuten liegenden Dichtringen aus elastischem und hitzebeständigem Material, wobei der Rahmen an der Innenseite verschiedene Versteifungsringe besitzt. Soweit dort überhaupt ein Unterdruck hergestellt wird, soll hiermit der Entgasungsprozeß, bei dem die Lösungsmitteldämpfe bereits bei niedrigeren Temperaturen als bei herkömmlichen Laminierprozessen und darüber hinaus vollständig entweichen, unterstützt werden. Der Preßvorgang wird nach Abschluß der Entgasung in der Erwärmungsphase eingeleitet, wobei das Harz der Klebefolie zähflüssig und in diesem plastischen Zustand in die Gassen zwischen die Leiter der Kernlagen eingedrückt wird.DE 34 19 709 C2 relates to a vacuum sealing frame for laminating presses for the production of multilayer printed circuit boards with Both sides encircling, lying in grooves sealing rings made of elastic and heat resistant material, wherein the frame at the Inside has different stiffening rings. So far there at all a negative pressure is produced, is hereby the degassing process, in which the solvent vapors already at lower Temperatures than conventional laminating processes and in addition, completely escape, be supported. The Pressing is initiated after completion of the degassing in the heating phase, wherein the resin of the adhesive film viscous and in this plastic state in the streets between the Head of the core layers is pressed.
Die DE-OS 22 53 910 beschreibt eine Presse mit sehr großer Verschiebungsgeschwindigkeit von 10 bis 300 m/sec zum Erreichen sehr hoher augenblicklicher Drücke in Form von Stößen. Die Presse besitzt einen Zylinder, der an jedem Ende geschlossen ist und zwei Kammern einschießt, die zuerst unter Unterdruck gesetzt werden und von denen die zwischen dem Kolben und dem hinteren Flansch der Presse gebildete Kammer ein sehr kleines Volumen hat. In die hintere Kammer wird der atmosphärische Druck zugeführt, der von einem Filtergehäuse mit sehr großem Volumen abgenommen wird, das an der Presse befestigt ist. Gegebenenfalls kann der Fluidantrieb durch komprimierten Stickstoff zusätzlich beschleunigt werden. Diese Presse ist jedoch für die vorgenannten Zwecke ungeeignet.DE-OS 22 53 910 describes a press with a very high displacement speed from 10 to 300 m / sec to reach very high instantaneous pressures in the form of shocks. The press has a cylinder that is closed at each end and two chambers, the first put under negative pressure and those of which are between the piston and the rear Flange of the press formed chamber a very small volume Has. In the rear chamber of the atmospheric pressure is supplied, which removed from a filter housing with a very large volume which is attached to the press. Possibly The fluid drive can be supplemented by compressed nitrogen be accelerated. However, this press is for the aforementioned Purposes unsuitable.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Presse so zu konstruieren, daß auch dann, wenn während des Evakuierens des Formenhohlraums eine nur mäßige Druckabsenkung erfolgt, ein hoher Verdichtungsdruck erzeugt werden kann.It is an object of the present invention to provide a press so construct that even if during the evacuation of the Mold cavity only a moderate pressure reduction takes place, a high Compression pressure can be generated.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 beschriebene pneumatische Presse gelöst.This object is achieved by the pneumatic described in claim 1 Press solved.
Die Presse arbeitet beim Preß- und Öffnungsvorgang ausschließlich mit Vakuum. Beim Schließvorgang sind Ober- und Unterteil der Presse relativ zueinander beweglich. Der Öffnungsvorgang geschieht über einen oder mehrere Vakuumzylinder, in denen sich Kolben bewegen. Zur Steuerung dieser Vorgänge ist mindestens eine Saugleitung zur Druckabsenkung im Formenhohlraum sowie für die Vakuumzylinder erforderlich.The press works exclusively during the pressing and opening process with vacuum. During the closing process are upper and lower part the press movable relative to each other. The opening process happens via one or more vacuum cylinders, in which Move the piston. To control these operations is at least a suction line for pressure reduction in the mold cavity and for the vacuum cylinder required.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 9 beschrieben.Further developments of the invention are described in claims 2 to 9.
So liegt vorzugsweise die Matrize auf einem auf dem Gestell befestigten Auflagetisch lose auf, während die Patrize mit dem Kolben verbunden ist. Durch die beweglich zueinander angeordneten Ober- und Unterteile der Presse wird bewirkt, daß, wenn beide Projektionsflächen über eine Dichtung von der Außenluft getrennt sind, der Formenhohlraum evakuiert wird, sich Ober- und Unterteil aufgrund des atmosphärischen Außendruckes aufeinanderzubewegen. Dadurch wird im Gegensatz zu anderen Vorrichtungen der Druck im Formenhohlraum je nach Wahl der Außenoberflächen vervielfacht. Die Matrize besitzt vorzugsweise eine umlaufende Dichtung zur Abdichtung des durch Matrize und Patrize geschlossenen Formraumes. Durch Anordnung einer Nachverdichtungszone innerhalb des gesamten Verdichtungsraumes kann eine weitere Druckerhöhung erreicht werden. Eine weitere Druckerhöhung kann durch eine Umkehrung des Vakuums in den Zylindern erreicht werden. Während beim Öffnungsvorgang die sich in den Zylindern befindlichen Kolben durch Evakuieren der Zylinderräume nach oben bewegt werden, werden beim Schließvorgang die Zylinder von oben belüftet und von unten evakuiert.Thus, preferably, the die is mounted on a frame mounted on the Pad loose while the male with the Piston is connected. By the movable arranged to each other The upper and lower parts of the press will cause, if both Projection surfaces separated by a seal from the outside air The mold cavity is evacuated, upper and lower Base to move towards each other due to the atmospheric pressure. This will unlike other devices the pressure in the mold cavity depending on the choice of the outer surfaces multiplied. The die preferably has a circumferential Seal for sealing the closed by die and male Mold cavity. By arranging a recompression zone within the entire compression chamber can be a further increase in pressure be achieved. A further pressure increase can be achieved by a reversal of the vacuum in the cylinders can be achieved. During the opening process, which are located in the cylinders Piston moves upwards by evacuating the cylinder chambers be, are the cylinders from above during the closing process ventilated and evacuated from below.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen erläu tert. Es zeigt The invention will be explained below with reference to the drawings tert. It shows
Fig. 1 eine Seitenansicht der Presse mit den geschil derten Vakuumzylindern, Fig. 1 is a side view of the press with the geschil derten vacuum cylinders,
Fig. 2 eine Seitenansicht der Presse mit den zueinander beweglichen Ober- und Unterteilen, der Evakuierungsleitung und der Führungen sowie der Nachverdichtungszonen, Fig. 2 is a side view of the press with relatively movable upper and lower parts, the evacuation line and the guides as well as the Nachverdichtungszonen,
Fig. 3 eine Ansicht des Hubzylinders mit Hubstange, Fig. 3 is a view of the jack with the lifting rod,
Fig. 4 einen Querschnitt durch einen Hubzylinder nach Fig. 3. Fig. 4 shows a cross section through a lifting cylinder of FIG. 3.
Die insgesamt mit 1 bezeichnete Presse ist über mindestens eine Saugleitung mit einer Evakuierungseinrichtung verbunden.The total designated 1 press is connected via at least one suction line with an evacuation device.
Zunächst soll anhand der Fig. 1 die Schließmechanik der Fig. 3 genauer betrachtet werden.First, the locking mechanism of Fig. 3 will be considered in more detail with reference to FIG. 1.
Die Presse, Fig. 1, hat je ein zueinander bewegliches Ober- 1 und Unterteil 3. Über eine beliebige Form 7 + 8, die an 1 und 3 befestigt wird (Patrize und Matrize), wird im geschlossenen Zustand ein Formhohlraum gebildet, der über eine Dichtung 9 verschlossen wird. Über eine Saugleitung 10 wird dieser Hohl raum entlüftet. Dadurch werden sowohl Oberteil 1 sowie Unter teil 3 und dadurch Patrize 7 und Matrize 8 aufgrund des wirk samen atmosphärischen Druckes zusammengepreßt. The press, Fig. 1, has a respective mutually movable top 1 and bottom part 3. About any shape 7 + 8 , which is attached to 1 and 3 (male and female), a mold cavity is formed in the closed state, which is closed by a seal 9 . About a suction line 10 of this hollow space is vented. As a result, both upper part 1 and lower part 3 and thereby male 7 and die 8 are compressed due to the effective seed atmospheric pressure.
Im geöffneten Zustand der Presse, Fig. 1, befindet sich die am Oberteil 1 befestigte Patrize 7 oben.In the open state of the press, Fig. 1, which is attached to the upper part 1 male 7 is above.
Das wird durch das Entlüften des Zylinderhohlraumes 23 über die Saugleitung 10 bewirkt. Wenn die Materialbeschickung der Matrize 8 beendet ist, wird die Vakuumzufuhr zum Zylinder hohlraum 23 unterbrochen. Gleichzeitig wird der Zylinderhohl raum 24 über eine Saugleitung 10 entlüftet.This is effected by venting the cylinder cavity 23 via the suction line 10 . When the material feed of the die 8 is completed, the vacuum supply to the cylinder cavity 23 is interrupted. At the same time, the cylinder hollow space 24 is vented via a suction line 10 .
Wenn die Patrize 7 auf der Dichtung 9 aufliegt, wird über die obere Saugleitung 10 die Außenluft zugeführt.When the male part 7 rests on the seal 9 , the outside air is supplied via the upper suction line 10 .
Jetzt wird das Vakuum im Zylinderhohlraum 24 voll wirksam. Die Patrize 7 wird über die Hubführung 16 gegen die Dichtung 9 gedrückt. Dadurch wird eine völlige Abdichtung erreicht und gleichzeitig eine Vorverdichtung des Formenhohlraumes. Nach Abschluß dieses Vorganges wird über die Saugleitung 10 die umlaufende Nachverdichtungszone 12 entlüftet und der gesamte Anpreßdruck erreicht.Now the vacuum in the cylinder cavity 24 is fully effective. The male part 7 is pressed against the seal 9 via the lifting guide 16 . As a result, a complete seal is achieved and at the same time a pre-compression of the mold cavity. After completion of this process, the peripheral recompression zone 12 is vented via the suction line 10 and reaches the total contact pressure.
Nach Abschluß des Preßvorganges werden die Vakuumventile 30 für den Zylinderhohlraum 24 und für die Nachverdichtungszone 12 geschlossen. Durch die einströmende Außenluft über die beiden Saugleitungen 10 für 24 und 12 wird die Patrize 7, die über 1 mit der Hubführung 16 verbunden ist, vom Preßunterteil 3 und dem Formenraum gelöst.After completion of the pressing operation, the vacuum valves 30 for the cylinder cavity 24 and for the recompression zone 12 are closed. By the incoming outside air via the two suction lines 10 for 24 and 12 , the male part 7 , which is connected via 1 with the lifting guide 16 , released from the pressing base 3 and the mold space.
Durch Entlüften des Zylinderhohlraumes 23 über die Sauglei tung 10 wird durch das in 23 entstehende Vakuum über die Hub führung 16 ausgelöst, durch den sich nach oben beweglichen Hubkolben 14, der bewegliche Preßrahmen 1 mit der daran befe stigten Patrize 7 nach oben bewegt und zwar so lange, bis der Hubkolben 14 an der oberen Begrenzung 17 ankommt. By venting the cylinder cavity 23 via the Sauglei device 10 is triggered by the resulting in 23 vacuum on the stroke management 16 , moved by the upwardly movable reciprocating piston 14 , the movable press frame 1 with the BEFE-attached male part 7 upwards and so long, until the piston 14 arrives at the upper limit 17 .
Damit ist der Preßvorgang insgesamt abgeschlossen und die Presse kann neu beschickt werden.Thus, the pressing process is complete and the Press can be re-loaded.
Die Fig. 2 zeigt den beschriebenen Vorgang nochmals, aller dings wird der Hebe- und Absenkvorgang über einen oder mehre re elastische Faltenbälge 20 erreicht. Allerdings kann eine Vorverdichtung, wie beschrieben, nicht vollzogen werden. Fig. 2 shows the process described again, all recently, the lifting and lowering operation over one or more re elastic bellows 20 is achieved. However, a pre-compaction, as described, can not be completed.
Die Fig. 3 zeigt die Rahmenkonstruktion der Presse. Diese besteht am zweckmäßigsten aus einer Rahmenkonstruktion, die aus rechteckigen Metallrohren gebildet ist. Die Grundkon struktion besteht aus dem Auflagetisch 2, den aufrechten Säu len 19 und dem oberen Rahmen 4. Zwischen dem oberen Rahmen 4 und dem Auflagetisch 2 sind der obere Rahmen 1 und der untere Rahmen 3 beweglich zueinander gelagert. Das geschieht über die Führungssäulen 5 und die Führungsbuchsen 6. Fig. 3 shows the frame construction of the press. This most conveniently consists of a frame construction, which is formed from rectangular metal tubes. The Grundkon construction consists of the support table 2 , the upright Säu len 19 and the upper frame. 4 Between the upper frame 4 and the support table 2 , the upper frame 1 and the lower frame 3 are movably supported to each other. This is done via the guide columns 5 and the guide bushes . 6
Die Fig. 4 zeigt den Hubzylinder 13 mit dem Hubkolben 14, den Dichtungen für den Hubkolben 15 und den Dichtungen 27 für die Hubführung 16. Der Hubzylinder 13 soll vorzugsweise ent weder aus thermo- oder duroplastischen verstärkten Kunststof fen bestehen. Er kann allerdings auch aus Metall gefertigt sein. Der Hubkolben 14 wird nicht zuletzt aus Gewichtsgründen aus verstärkten Kunststoffen gefertigt. FIG. 4 shows the lifting cylinder 13 with the lifting piston 14 , the seals for the lifting piston 15 and the seals 27 for the lifting guide 16 . The lifting cylinder 13 should preferably ent neither consist of thermosetting or thermosetting reinforced plastic fen. However, it can also be made of metal. The reciprocating piston 14 is made not least for reasons of weight made of reinforced plastics.
Um ein einwandfreies, wechselndes Be- und Entlüften der Zy linderhohlräume 23 + 24 zu gewährleisten, sind sie einmal über geeignete Dichtungen 15 voneinander und über Dichtungen 27 nach außen abgeschlossen. In order to ensure a perfect, changing ventilation of the Zy cylinder cavities 23 + 24 , they are once completed by suitable seals 15 from each other and seals 27 to the outside.
Die Maximalbewegung des Hubkolbens 14 und der daran befestig ten Hubführung 16 wird nach oben 17 und nach unten 18 be grenzt. Die Ent- oder Belüftung der Zylinderhohlräume ge schieht über die Saugleitungen 10. Der Hubkolben 14 ist an der Hubführung 16 über eine geeignete Verbindung 26 befe stigt.The maximum movement of the reciprocating piston 14 and the fastenings th lifting guide 16 is upwardly 17 and down 18 be limited. The venting or ventilation of the cylinder cavities ge happens via the suction lines 10th The reciprocating piston 14 is Stigt on the lifting guide 16 via a suitable connection 26 BEFE.
Dies kann sowohl durch Verschrauben als auch durch Verkleben bewerkstelligt werden. Um ein Verformen des Hubkolbens zu verhindern, wird der Kolbenhohlraum 28 durch eine spanterar tige Verrippung 29 ausgesteift. Um ein Implodieren des Zylin derdeckels 25 zu vermeiden, ist die gewölbte Form zweckmäßig. Der untere Zylinderboden 22 besteht aus verstärktem Kunst stoff. Die Dichtungen 15 + 27 sind eingeformt. Der Hubzylin der 13 wird über einen umlaufenden Flansch 21, der fest mit dem Hubzylinder 13 verbunden ist, am oberen Rahmen 4 über eine lösbare Verbindung gehalten. This can be done by screwing as well as by gluing. In order to prevent deformation of the reciprocating piston, the piston cavity 28 is stiffened by a Spanterar term ribbing 29 . In order to avoid implosion of the Zylin derdeckels 25 , the domed shape is appropriate. The lower cylinder bottom 22 is made of reinforced plastic. The seals 15 + 27 are molded. The Hubzylin of 13 is held by a peripheral flange 21 which is fixedly connected to the lifting cylinder 13 , on the upper frame 4 via a detachable connection.
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