DE3833548A1

DE3833548A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von formteilen aus kunststoffgranulat

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Publication number: DE3833548A1
Application number: DE19883833548
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-10-01
Filing date: 1988-10-01
Publication date: 1990-04-05

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich tung zur Herstellung von Formteilen aus Kunststoffgra nulat in einer mehrteilig aufgebauten aus Formnest und Formdeckel, der durch eine Preßvorrichtung ver schiebbar ist, bestehenden Form, durch Einlagerung des Granulates in das Formnest, Erhitzung durch in die Form eingelassenes Heißgas, Pressung und anschließende Abküh lung der Form.

Aus der DE-OS 36 37 905 ist eine derartige Möglichkeit zur Herstellung von Formteilen aus Kunststoffgranulat bekanntgeworden. Sowohl der Boden des Formnestes als auch der Deckel sind hier mit einer Vielzahl von Löchern versehen. Durch die Löcher des Formbodens wird Heißgas oder Dampf in den Innenraum der Form eingelassen, durch die Löcher im Deckel läßt man dieses Gas wieder aus der Form entweichen. Dadurch wird in der Form eingelagertes Granulat an seiner Oberfläche angeschmolzen. Ist dieses geschehen, so werden die vielen Löcher durch eine Viel zahl von Stiften verschlossen und anschließend der Preß vorgang durchgeführt. Die Form wird durch die Vielzahl der Löcher, die Vielzahl der sie verschließenden Stifte und die Preßvorrichtungen für die Stifte aufwendig, die Öffnungen drücken sich trotz der Verschließung durch die Stifte in dem hergestellten Formstück ab. Das begrenzt die Einsatzmöglichkeit dieser Vorrichtung. Die Vielzahl der Löcher für die Zu- und Abfuhr des Heißgases ist hier erforderlich, weil in sehr kurzer Zeit sehr große Mengen von Heißgas die Form durchströmen müssen, damit alle Kunststoffgranülen möglichst gleichmäßig nur an ihrer Oberfläche angeschmolzen werden und ihren festen Kern be halten. Soll dieses erreicht werden, muß die Heißluft behandlung in Sekundenschnelle durchgeführt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es gar nicht notwendig ist, eine gleichmäßige An schmelzung aller Kunststoffgranülen zu erreichen, daß es vielmehr möglich ist, einwandfreie Formteile dann her zustellen, wenn wesentliche Teile eines wesentlichen An teils der Granülen geschmolzen ist, weil die in festem Zustand verbliebenen Granülen unter dem Preßdruck so von der Schmelze umgeben werden, daß sie sich mit der Schmel ze fest verbinden.

Die Erfindung vermeidet die Nachteile des Standes der Tech nik. Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine sehr einfache Möglichkeit zur Herstellung von Formteilen aus Kunststoff in einer einfach aufgebauten Form zu schaffen, die sich durch hohe Produktivität auszeichnet und die hervorragend gute Formteile entstehen läßt.

Die Erfindung besteht darin, daß man das Heißgas durch Spalte entweichen läßt, deren Breite kleiner als die kleinste Granülendimension ist, daß man die Heißgaszufuhr abschaltet, wenn wesentliche Teile eines wesentlichen Anteils der Granülen geschmolzen ist, und daß man den Preßvorgang unmittelbar nach Abschaltung der Heißgaszu fuhr durchführt, obwohl Teile der Granülen zumindest teilweise ungeschmolzen sind.

Bei diesem Verfahren wird das Pressen des Formstückes durchgeführt, wenn Teile des Kunststoffmaterials völlig geschmolzen, andere Teile bis auf einen festgebliebenen Kern geschmolzen und weitere Teile in Granulatform mit kaum angeschmolzener Oberfläche vorliegen. Durch den Preßvorgang verschiebt sich die Schmelze derart, daß sie alle auch noch ungeschmolzenen Teile des Kunststoffma teriales umgibt. Dabei findet gleichzeitig ein Wärme übergang von dem geschmolzenen Material in das unge schmolzene Material statt, so daß ein homogenes Form teil entsteht, welches die gleichen Eigenschaften wie ein Formteil aufweist, das völlig aus Schmelze herge stellt ist. Diese Art der Herstellung führt somit zu her vorragend guten Ergebnissen, dabei braucht in der Form nicht darauf Rücksicht genommen zu werden, daß eventuell in nicht von Heißgas erreichten Stellen Granulat vorhan den ist, welches nur sehr wenig an seiner Oberfläche plastifiziert ist. Dabei bleibt der Vorteil erhalten, daß das hergestellte Formstück sehr viel schneller abkühlt, weil in ihm wesentliche Teile des Kunststoffmateriales ungeschmolzen geblieben sind. Es wird der Vorteil erreicht, daß die Oberfläche des Formteiles nicht die Heißluftdurch laßöffnungen sichtbar werden läßt, ausgenommen diejenigen Abdrücke, die von den Heißgaszuführungen übrigbleiben. Diese aber sind nur in sehr geringer Zahl, weil es nicht notwendig ist, daß die Oberflächen sämtlicher Granülen gleichmäßig angeschmolzen sind, es vielmehr nur notwen dig ist, daß wesentliche Teile eines wesentlichen Anteils der Granülen geschmolzen ist.

Dabei ist unter "geschmolzen" verstanden, daß die Gra nülen des thermoplastischen Kunststoffes aus ihrem bei Zimmertemperatur vorliegenden festen Aggregatzustand in einen plastischen Zustand, der eine erheblich niedrige re Viskosität als der feste Zustand aufweist, übergegan gen sind.

Für die Durchführung dieses Verfahrens ist es vorteilhaft, wenn man eine aus vielen Teilen aufgebaute Form verwen det, zwischen deren Teilen Spalte vorhanden sind, deren Spaltbreite kleiner als die kleinste Granülendimension ist, und wenn man vor dem Preßvorgang die Teile der Form so zusammendrückt, daß die Spaltbreite überall so klein wird, daß geschmolzener Kunststoff nicht durch diese Spal te abfließen kann. Da im allgemeinen die Formen aus vie len Teilen aufgebaut werden, die miteinander beim Stand der Technik durch Schrauben und andere Mittel fest zusam mengefügt sind, ist der Bau einer erfindungsgemäßen Form mit zusammendrückbaren Spalten nicht wesentlich aufwendi ger.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß die Heißluftaustritte durch Spalten in der Form gebildet sind, die schmaler als der kleinste Granulatdurch messer sind, daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, die die Spalte schließt, bevor der Preßvorgang begonnen wird, und daß eine Steuerungsvorrichtung vorgesehen ist, die die Heißgaszufuhr abschaltet und den Preßvorgang einleitet, wenn wesentliche Teile eines wesentlichen Anteils der Granülen geschmolzen ist.

Diese Vorrichtung weist eine Form auf, die nur wenige Dampfeinlässe aufweist und bei der der Spalt für den Dampfaustritt dadurch gebildet sein kann, daß der For mendeckel nur so weit in die Form eingefahren wird, daß zwischen der inneren Oberfläche der Form und der äußeren Oberfläche des Formendeckels ein Spalt bleibt, der klei ner als die Granülendimensionen ist. Durch diesen Spalt kann in vielen Anwendungsfällen genügend Heißluft aus treten, um einen wesentlichen Teil eines wesentlichen An teils der Granülen in angemessener Zeit zu schmelzen.

Es kann zweckmäßig sein, den feststehenden Teil der Form, das Formnest, mehrteilig aus verschiebbaren Teilen auf zubauen, wobei die Spalten zwischen den einzelnen Teilen kleiner als der kleinste Granulatdurchmesser ist, und eine Vorrichtung zum Zusammendrücken dieser Teile vorzu sehen, die von der Steuerungsvorrichtung betätigt ist, bevor die Steuerungsvorrichtung den Preßvorgang einlei tet. Hierdurch wird der Querschnitt aller Austrittsöffnun gen für das Heißgas wesentlich vergrößert, so daß der Zu stand des im Formennest befindlichen Kunststoffmateriales, bei dem wesentliche Teile eines wesentlichen Anteils der Granülen geschmolzen ist, schon sehr kurzzeitig erreicht wird. Dadurch werden die Taktzeiten der Anlage verkürzt, die eine wesentliche Verkürzung bereits dadurch erhalten haben, daß die Form selbst nicht geheizt zu werden braucht, sondern nur nach dem Einleiten des Preßvorganges zu kühlen ist, weil die Innenoberfläche der Form durch das Heißgas erwärmt wird.

Zweckmäßig kann es sein, wenn zwischen den Teilen, aus denen die Form aufgebaut ist, Federn angeordnet sind, die die einzelnen Teile auseinandertreiben, solange nicht die Zusammendrückvorrichtung in Tätigkeit ist.

Zweckmäßig kann es weiter sein, wenn zwischen den Teilen der Form Verbundelemente angeordnet sind, die die Ver schiebebewegung der Teile derart begrenzen, daß die Spalt größe nicht größer als der kleinste Granulatdurchmesser ist.

Vorteilhaft ist es, wenn die Verschlußkörper für die Heiß gaszuführung Teller oder Kegel sind, die in das Formnest ausschiebbar sind und mit ihren äußeren Oberflächen Innen flächen der Form bilden.

Vorteilhaft kann es weiter für eine günstige Heißluftver teilung innerhalb der Form sein, wenn Heißluftzuführungs lanzen in das Formnest ausschiebbar sind, die an ihren Enden zweckmäßigerweise Teller oder Kegel als Verschluß körper tragen.

Das Wesen der Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher er läutert. Die Zeichnung zeigt einen Schnitt durch die er findungsgemäße Vorrichtung.

Die Form 1-5 ist aus einem feststehenden Boden 1 und Seitenwänden 2, 3 gebildet, von denen die Seitenwände 3 verschiebbar sind. Die Verschiebung wird durch hydrauli sche Servomotore 4 (Hydraulik-Zylinder-Kolben-Einheiten) bewerkstelligt. Verschlossen wird die Form durch den For mendeckel 5, der durch die Preßvorrichtung 6 bewegt wird. Diese Preßvorrichtung 6 ist wieder ein hydraulischer Ser vomotor.

Durch die Verschiebbarkeit der Seitenwände 3 sind zwischen dem Boden 1 und den Seitenwänden 3 Spalte 7 gebildet. Die Verschiebebewegung wird zweckmäßigerweise durch Begrenzer 8 derart begrenzt, daß die Spalte nicht größer als die kleinste Granülendimension werden, zweckmäßigerweise nur die Hälfte der üblichen Granülendimension aufweisen. Die se Begrenzer 8 sind durch Bolzen gebildet, die an beiden Enden einen verdickten Teil in Form eines Tellers tragen. Weiter sind im Spaltbereich Federn 9 vorgesehen, die zweck mäßigerweise als gekrümmte Blattfedern ausgebildet sind und in Nuten eingelegt sind.

Der Boden 1 der Form weist im gezeichneten Ausführungs beispiel 3 Dampfeinlaßöffnungen 10 auf. In der mittleren ist eine mit Heißgasaustrittsöffnungen versehene Lanze 11 verschiebbar angeordnet, die in das Formnest einschiebbar und mittels des hydraulischen Servomotors 12 auch wieder zurückziehbar ist. Diese trägt am Ende einen Ventilteller 13, der bei eingezogener Lanze in einem entsprechenden Ventilsitz 14 im Boden 1 liegt. In den beiden äußeren Dampfeinlaßöffnungen 10 ist ein am Ende einer Stange be findlicher Ventilkegel in das Formennest einschiebbar an geordnet, der in einen entsprechenden Ventilsitz 16 mit tels der Stange 17 und dem hydraulischen Servomotor 18 aus schiebbar und zurückziehbar ist.

Sind die Seitenwände 3 verschiebbar angeordnet, so bildet sich nicht nur zwischen Boden 1 und Seitenwänden 3 ein Spalt 7, sondern auch zwischen dem Formendeckel 5 und den Seitenwänden 3. Sind die Seitenwände 3 nicht verschiebbar angeordnet, so ist es zweckmäßig, die Seitenwandungen 2, 3 in ihrem obersten Teil mit Schrägwandteilen 19 bzw. einem Absatz 20 zu versehen. Durch geeignete Höheneinstellung des Formendeckels 5 läßt sich hier ein Spalt beliebiger Größe zwischen den Seitenwänden 2, 3 und dem Formendeckel 5 einstellen. Die Spaltbreite kann durch Verschiebung des Formendeckels 5 verändert werden.

Das zum Schmelzen benutzte Heißgas bzw. der zum Schmelzen benutzte Dampf wird einem Kessel 21 entnommen und über Lei tungen 22 den Dampfeinlaßöffnungen 10 zugeführt. In den Leitungen 22 sind Ventile 23 eingebaut, die von einer Steuerungsvorrichtung 24 betätigt werden, die gleichzeitig über Leitungen 25 die hydraulischen Servomotore betätigt.

Die Anordnung der Heißluft- bzw. Dampfzuführungen ist re lativ unkritisch. Denn ein erheblicher Teil der Granülen kann vollständig aufgeschmolzen werden und andere Granü len brauchen kaum angeschmolzen zu sein. Im Bereich des Überganges des Formnestes in die Spalte findet eine Expan sion der unter erheblichem Druck eingelassenen Heißgase statt. Am Ort dieser Expansion tritt eine Abkühlung auf, die die hier vor dem Spalt liegenden Granülen nicht schmel zen läßt. Dadurch gelangt keine Schmelze in den als Abzugs öffnung benutzten Spalt, selbst dann nicht, wenn im Bereich der Heißluftzuführungsöffnungen das Granulat schon sehr weitgehend geschmolzen ist. Sind die Spalte dann durch Zusammendrücken der Seitenwände 3 gegen den Boden 1 und die Seitenwände 2 geschlossen, so setzt der Preßvorgang mittels des niedergedrückten Formendeckels 5 ein. Bei diesem Preßvorgang verschiebt sich die Schmelze so, daß sie auch in die kleinsten Hohlräume eindringt und auch die im Spaltbereich gelegenen ungeschmolzenen Granülen vollständig umgibt. Während dieses Preßvorganges findet gleichzeitig auch ein Wärmetausch zwischen der Schmelze und den ungeschmolzenen Teilen der Granülen bzw. unge schmolzenen Granülen statt, wobei die Oberflächen unge schmolzener Granülen zumindest ihre Viskosität ändern. Unter dem Einfluß des starken Preßdruckes verbinden sich alle im Formnest befindlichen Teile, gleichgültig ob ge schmolzen oder ungeschmolzen, zu einer festen Einheit.

Nun bedeutet "geschmolzener Zustand" nicht das Vorliegen einer niedrigviskosen Flüssigkeit, sondern das Vorliegen eines mehr oder weniger pastösen Zustandes, in welchem sich die Teile miteinander verschmelzen und verschweißen.

Liste der Bezugszeichen

1 Boden der Form
2 Seitenwand
3 Seitenwand
4 Hydraulischer Servomotor
5 Formendeckel
6 Preßvorrichtung
7 Spalt
8 Begrenzer
9 Feder
10 Dampfeinlaßöffnung
11 Lanze
12 Hydraulischer Servomotor
13 Ventilteller
14 Ventilsitz
15 Ventilkegel
16 Ventilsitz
17 Stange
18 Hydraulischer Servomotor
19 Schrägwandteil
20 Absatz
21 Kessel
22 Leitungen
23 Ventil
24 Steuerungsvorrichtung
25 Leitungen

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus Kunststoff granulat
in einer mehrteilig aufgebauten, aus feststehender Form und Formendeckel, der durch eine Preßvorrichtung verschieb bar ist, bestehender Form,
durch Einlagerung des Granulates in das Formnest, Erhit zung durch in die Form eingelassenes Heißgas, Pressung und anschließende Abkühlung der Form,
dadurch gekennzeichnet,
daß man das Heißgas durch Spalte entweichen läßt, deren Breite kleiner als die kleinste Granülendimension ist, daß man die Heißgaszufuhr abschaltet, wenn wesentliche Teile eines wesentlichen Anteils der Granülen geschmolzen ist,
und daß man den Preßvorgang unmittelbar nach Abschaltung der Heißgaszufuhr durchführt,
obwohl Teile der Granülen zumindest teilweise ungeschmolzen sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man eine aus vielen Teilen aufgebaute Form verwendet, zwischen deren Teilen Spalte vorhanden sind, deren Spalt breite kleiner als die kleinste Granülendimension ist,
und daß man vor Beginn des Preßvorganges die Teile der Form derart zusammendrückt und damit die Spaltbreite so ver mindert, daß fließfähiger Kunststoff nicht in die Spalte fließen kann.

3. Vorrichtung zur Herstellung von Formstücken aus Kunststoffgranulat
in einer mehrteilig aufgebauten, aus einem feststehenden Formenteil und mittels einer Preßvorrichtung in diesen einschiebbaren Formdeckels bestehender Form,
in der Heißgaseinlässe vorgesehen sind, die vor dem Preßvorgang durch Schließmittel verschließbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Heißluftaustritte durch Spalten (7) in der Form gebildet sind, die schmaler als der kleinste Granulat durchmesser sind,
daß eine Vorrichtung (4) vorgesehen ist, die die Spalte schließt, bevor der Preßvorgang begonnen wird,
und daß eine Steuerungsvorrichtung (24) vorgesehen ist, die die Heißgaszufuhr abschaltet und den Preßvorgang einleitet, wenn wesentliche Teile eines wesentlichen An teils der Granülen geschmolzen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das feststehende Formteil (1, 2, 3) mehrteilig aus ver schiebbaren Teilen aufgebaut ist, wobei die Spalte (7) zwischen diesen Teilen kleiner als der kleinste Granulat durchmesser ist,
daß eine Vorrichtung (4) zum Zusammendrücken dieser Teile vorgesehen ist,
und daß die Steuerungsvorrichtung (24) diese Zusammen drückvorrichtung (4) betätigt, bevor sie den Preßvorgang einleitet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Teilen des feststehenden Formteiles Federn (9) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Teilen des feststehenden Formteiles Verbundelemente (8) angeordnet sind, die die Verschie bebewegung der Teile (3) derart begrenzen, daß die Größe des Spaltes (7) nicht größer als der kleinste Granulatdurchmesser ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Boden (1) der Form die Heißgaseintrittsöffnungen (10) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißlufteintrittsöffnungen (10) Verschlußkörper (13, 15) aufweisen, die Teller (13) oder Kegel (15) sind, die in das Formnest ausschiebbar sind und mit ihren äuße ren Oberflächen Innenflächen der Form bilden.

9. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißlufteintrittsöffnungen in einer in das Form nest einschiebbaren Lanze (11) angeordnet sind.