DE4242656A1 - Vorrichtung zur Erzeugung eines Werkstücks aus einem thermisch erweichbaren Kunststoff in einer ortsfest angebrachten Form - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Werkstücks aus einem thermisch erweichbaren Kunststoff in einer ortsfest angebrachten Form, umfassend einen Vorrats­ behälter für den zu erweichenden Kunststoff und einen Extruder, die durch eine Fördereinrichtung verbunden sind.

Eine solche Vorrichtung ist bekannt. Die Form, der Vorrats­ behälter, der Extruder und die Förderreinrichtung sind dabei starr gelagert. Der Austausch einer Einzelkomponente, bei­ spielsweise der Form, durch eine andere Komponente ist dadurch erschwert. Die bekannte Vorrichtung gelangt aus diesem Grunde vornehmlich in Bezug auf die Herstellung von Werkstücken einer übereinstimmenden Gestalt zur Anwendung.

Sie erzielt auch hierbei keinen guten Wirkungsgrad, weil im Anschluß an das Füllen der Form mit thermisch erweichtem Kunststoff eine große Wartezeit vergeht, bis der Werkstoff zu einem handlingsfähigen Werkstück erstarrt und die Form nach dessen Entnahme zur Einspeisung neuen Werkstoffs vor­ bereitet ist.

Es ist auch bekannt, einem ortsfesten Extruder mehrere Formen zuzuordnen, die bewegbar und gegeneinander austauschbar sind. Die Verwendung dieser Vorrichtung ist auf die Herstellung von Werkstücken eines Durchmessers von weniger als 12 cm beschränkt. Die Vorrichtung ist in ihrer Gesamtheit aufwendig gestaltet und empfindlich gegen Verschleiß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß Werkstücke einer voneinander abweichenden Gestalt und un­ begrenzten Größe problemlos hergestellt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Vor­ richtung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, die die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 aufweist. Auf vor­ teilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche bezug.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorgesehen, daß der Extruder beweglich angebracht ist und daß die Förderein­ richtung zumindest ein Ausgleichselement zur Kompensation der Bewegungen des Extruders umfaßt. Einem einzigen Extruder kann hierdurch eine beliebige Anzahl von beliebig gestalte­ ten Formen zugeordnet werden, in die der mit Hilfe des Ex­ truders erweichte Kunststoff wahlweise eingespeist wird. Die Einhaltung einer bestimmten Taktfolge beim Befüllen mehrerer Formen ist somit nicht erforderlich.

Die Formen können beliebig gestaltet sein. Neben geschlos­ senen Formwerkzeugen ist es ohneweiteres möglich, bedarfs­ weise auch offene Formen zu verwenden. Um beim Befüllen geschlossener Formwerkzeuge den zur Herstellung hochwertiger Formteile erforderlichen Einspritzdruck zu erreichen, hat es sich als vorteilhaft bewährt, wenn Hilfsmittel vorgesehen sind, die eine starre Verbindung zwischen dem Extruder und dem Formwerkzeug während des Einspritzvorgangs gewährlei­ sten. Derartige Hilfsmittel können beispielsweise aus einer Klemm- oder Verriegelungseinrichtung bestehen.

Es ist auch möglich offene Formen oder Schalungen zu ver­ wenden, wie im Hoch- und Tiefbau gebräuchlich. Der mit Hilfe des Extruders erschmolzene Kunststoff kann in solche Formen unter Ausnutzung der Schwerkraft eingespeist werden, wobei es auch hier von besonderem Vorteil ist, daß die Kunst­ stoffschmelze ihre Maximaltemperatur erst unmittelbar vor dem Einbringen in die Form erreicht und danach unter Ver­ meidung von nennenswerten zeitlichen Verzögerungen sofort in die endgültige Gestalt des Werkstückes überführt wird und erkaltet. Auch bei Verwendung von unsortierten, thermo­ plastischen Kunststoffabfällen zur Herstellung des Werk­ stückes lassen sich hierdurch große spezifische Festigkeiten erzielen. Dieser positive Effekt dürfte mit darauf zurückzu­ führen sein, daß chemische Abbauerscheinungen in der kurzen Zeitspanne, in der der Kunststoff in erschmolzenem Zustand vorliegt, weitgehend vermieden werden.

Unter dem Begriff "Extruder" wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung die betriebsbereite Extrudereinheit einschließlich des Schneckenantriebes und der Dosiereinrichtung für den zu verarbeitenden Rohstoff verstanden. Der Schneckenantrieb ist zweckmäßig als Gleichstromantrieb ausgelegt. Die Energiezu­ führung ist in diesem Fall besonders einfach. Andere An­ triebsarten und insbesondere hydrostatische Antriebe können selbstverständlich ebenfalls verwendet werden. Die zugehö­ rigen Steuereinrichtungen können örtlich von dem Extruder getrennt angebracht und mit diesem durch eine gegebenenfalls drahtlose Fernsteuerung verbunden sein.

Der Extruder kann in seiner Gesamtheit manuell bewegbar sein. In Fällen, in denen der Extruder schwebend gelagert ist, ergibt sich hierdurch die Möglichkeit, den Extruder in Fließfertigungen an gegebenenfalls noch in Bewegung befindliche Formel oder Werkstücke heranzuführen und mit dem erschmolzenen Werkstoff zu füllen oder in gefährdeten Zonen auszuspritzen. Durch die sich beim Einspritzen des verflüssigten Kunststoffes in ein Werkstück ergebende, gegenseitige Verklebung mit diesem läßt sich eine Verbesserung der mechanischen und/oder chemischen Widerstandsfähigkeit des Werkstückes erreichen sowie eine Verbesserung der Wärmedämmung. Für die Herstellung von Türen, Fenstern und Karosserieteilen ist darüberhinaus die Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit von großer Bedeu­ tung. Die Verwendung eines solchen Extruders empfiehlt sich daher vor allem zur Verwendung in Fließfertigungen mit einem mittleren Automatisierungsgrad.

Der Extruder kann auch motorisch bewegbar sein, beispiels­ weise durch hydraulische und/oder elektrische Mittel eines Geräteträgers.

Eine beispielhafte Ausführung eines solchen Geräteträgers ist nach Art eines Hydraulikbaggers gestaltet, wobei der Extruder die Grabschaufel ersetzt. Er ist dementsprechend leicht und in beliebiger Richtung bewegbar, wobei sich eine große Präzision der Relativverlagerung sowohl hinsichtlich der Geschwindigkeit als auch hinsichtlich des Weges errei­ chen läßt. Auch schwierig zu erreichende Hohlräume lassen sich hierdurch problemlos mit thermisch erweichtem Kunst­ stoff befüllen. Eine Verwendung beim Freiformen ist problem­ los möglich.

Der Extruder kann mit einer Schlitzdüse versehen sein, um eine kontinuierlich durchgehende Schicht auf einer Form zu erzeugen.

Die Schlitzdüse kann dabei mit einer horizontalen Ebene in der Richtung, in der sie relativ zu der Form kontinuierlich vorwärtsbewegt wird, einen spitzen Winkel einschließen, wo­ bei die Relativbewegung gegebenenfalls durch eine Schwenkbe­ wegung in Querrichtung überlagert ist. Auf der horizontalen Form werden in diesem Falle einander überlappende Teil­ schichten abgelagert, die miteinander verschmelzen und sich im wesentlichen parallel zur Oberfläche der Form erstrecken. Die Gesamtdicke läßt sich nach freiem Ermessen festlegen und bei Bedarf durch mehrere aufeinanderliegende Schichten stei­ gern. Die Form kann auch in sich gewölbt sein und beispiels­ weise aus dem Bett einer zu armierenden Bachsohle bestehen. Die Schwenkbewegung der Düse muß in diesem Falle parallel der Kontur der Form erfolgen.

Feste Verunreinigungen des Kunststoffes, die von langge­ streckter Gestalt sind, lagern sich bevorzugt in der Aus­ trittsrichtung ab. Sie verleihen dem fertigen Werkstück durch ihre hohe Eigenfestigkeit und Orientierung eine hohe Festigkeit. Verunreinigungen dieser Art sind in unsortierten Abfallkunststoffen stets vorhanden. Sie können beispiels­ weise auch aus nichtschmelzbaren und mitzerkleinerten Fremd­ stoffen bestehen und dem zu verarbeitenden Granulat gegeben­ enfalls gezielt zugesetzt werden.

In Abhängigkeit von der Förderleistung sowie der Vorschub- und der Schwenkgeschwindigkeit des Extruders, bezogen auf die Form, lassen sich die Teilschichten zu einer kontinu­ ierlich durchgehenden Kunststoffschicht einer nahezu belie­ bigen Gesamtdicke verschmelzen.

Der Geräteträger kann auch durch ein Flurförderzeug, einen um eine Achse rotierbaren Tisch und/oder eine hin- und herbewegbare Tragplatte gebildet sein. Um einen schnellen Austausch zu ermöglichen, hat es sich hierbei als vorteil­ haft bewährt, wenn der Extruder und der Geräteträger durch einen Schnellverschluß verbunden sind, beispielsweise durch eine Einsteckverbindung mit lösbarer Verriegelung.

Der zu verarbeitende Kunststoff wird seiner Verarbeitung vorausgehend auf eine Korngröße zerkleinert, die einen problemlosen Transport und eine problemlose Dosierung durch einen Stetigförderer erlaubt. Zweckmäßigerweise wird der Kunststoff hierzu in eine rieselfähige Form überführt. Er sollte daneben hinsichtlich seiner Zusammensetzung derart homogenisiert sein, daß stets eine ausreichend große Menge von einheitlicher Zusammensetzung für das Befüllen von zumindest einer Form verfügbar ist. Durch die Verwendung eines Vorratsbehälters mit einer integrierten Mischeinrich­ tung läßt sich diese Bedingung zuverlässig erreichen.

Als Fördereinrichtung gelangt zweckmäßig ein Stetigförderer, insbesondere ein Pneumatikförderer zur Anwendung. Dieser sollte möglichst über eine Ansaugeinrichtung verfügen, die mit dem Extruder starr verbunden ist. Für die Zuführung des zu verarbeitenden, zerkleinerten Kunststoffs zu dem Extruder genügt bei einer solchen Ausführung ein vakuumfestes Spiral­ rohr, das mit dem von dem Extruder abgewandten Ende an den Vorrat aus zerkleinertem Kunststoff herangeführt wird. Eine ergänzende oder die alternative Verwendung von Schneckenför­ derern oder ähnlichem ist selbstverständlich ebenfalls möglich. Die Zuführung eines in rieselfähigem Zustand vorliegenden Kunststoffgranulats kann mit einer solchen Einrichtung aus Deponien oder Silos ebensogut erfolgen wie aus beliebigen Transportfahrzeugen.

Zur Vermeidung unerwünschter Werkstoffverluste und von Ver­ schmutzungen beim intermittierenden Betrieb und einer ab­ wechselnder Zuordnung von der Seite und von oben zu der jeweiligen Form hat es sich als vorteilhaft bewährt, wenn der Extruder eine Austrittsöffnung aufweist, die durch ein Ventil verschließbar ist, wobei der Extruder und das Ventil nur gemeinsam in Förderbereitschaft bringbar sind. Hierunter ist zu verstehen, daß sich der Extruder im Förderbetrieb und das Ventil in Offenstellung befindet. Die Ausführung hat somit den Vorteil, daß der Extruder weitgehend lageunabhän­ gig verwendbar ist, ohne daß das Auftreten Fehlstellen in dem erzeugten Werkstück oder Verschmutzungen befürchtet werden müßten.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich durch ihre vielseitige Anwendbarkeit insbesondere für die Produktion von Werkstücken, die sich bei beliebiger Größe durch eine stark voneinander abweichende Gestalt unterscheiden.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß der zu verarbeitende Kunststoff erst in unmittelbarer Nähe von der eigentlichen Form erschmolzen und unter Vermeidung von zeitlichen Verzögerungen unverzüglich in die Form eingebracht und in die Gestalt des Werkstückes überführt und abgekühlt wird. Dem Auftreten von thermischen Abbauerscheinungen des Kunststoffes wird hierdurch vorge­ beugt. Das fertige Werkstück zeichnet sich durch gute Festigkeitseigenschaften aus. Es kann besonders leicht durch eingebettete Armierungselemente verstärkt werden.

Zum Erschmelzen des Kunststoffes genügt ein relativ kleiner Extruder, der leicht beweglich und handhabbar ist. Ein solcher Extruder kann besonders schnell und einfach trans­ portiert, gelagert sowie in Betrieb genommen und außer Betrieb gesetzt werden, wenn der Antrieb durch einen Gleich­ strommotor gebildet ist. Der zugehörige Energieanschluß kann in die Fördereinrichtung integriert sein, durch die der zu verarbeitende Kunststoff zugeführt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der Zeichnung schematisch wiedergegebenen Beispiels weiter verdeutlicht:

In der Zeichnung ist eine Vorrichtung in der Draufsicht gezeigt, die zur Erzeugung von Werkstücken aus thermisch erweichbaren Kunststoffen einer voneinander abweichenden Größe bestimmt ist. Die Vorrichtung besteht aus einem Vorratsbehälter 3 für den in Granulatform vorliegenden, zu erweichenden Kunststoff und aus einem Extruder 4, wobei der Vorratsbehälter 3 und der Extruder 4 durch eine Förderein­ richtung 5 verbunden sind. Die Fördereinrichtung 5 besteht aus einer in der Zeichnung nicht gezeigten, starr mit dem Extruder 4 verbundenen Saugeinrichtung und einem vakuum­ festen Schlauch, der in hin- und hergehenden Schleifen abgelegt und dadurch in der Lage ist, der hin- und hergehen­ den Bewegung des Extruders 4 zwischen den einzelnen Formen folgen.

Zur Durchführung der hin- und hergehenden Bewegung des Ex­ truders 4 ist dieser auf einem Schienenfahrzeug gelagert, welches mit einem eigenen Antriebsmotor versehen ist. Der zugehörige Schienenstrang 7 ist bei dem gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel geradlinig angeordnet. Er kann je nach Erfor­ dernis auch anders gestaltet sein und beispielsweise eine in sich geschlossene Schleife bilden.

Neben der hin- und hergehenden Bewegung parallel zur Längs­ richtung des Schienenstranges 7 kann der Extruder 4 quer zur Längsrichtung des Schienenstranges 7 bewegt werden, um seine Mündung 6 in Eingriff mit dem jeweiligen Formwerkzeug zu bringen. Die Formwerkzeuge sind geschlossen ausgebildet. Um darin während des Befüllvorganges den erforderlichen Füll­ druck aufbauen zu können, ist eine Verriegelungseinrichtung vorhanden, die es erlaubt, den Extruder 4 und das jeweilige Formwerkzeug vorübergehend unverrückbar aneinander festzule­ gen.

Der Extruder 4 kann auf dem zugehörigen Schienenfahrzeug be­ darfsweise höhenveränderlich angebracht sein, beispielsweise unter Zwischenschaltung eines Scherenhubtisches oder ähn­ lich. Hierdurch ist es möglich, Formwerkzeuge zu befüllen, bei denen die Einfüllöffnung in einer voneinander abwei­ chenden Höhe über dem Schienenstrang 7 angeordnet ist.

Durch die Verwendung einer Verriegelungseinrichtung ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß eine Verschmutzung der Umgebung während der Durchführung des Füllvorganges ver­ mieden wird und daß hohe Fülldrücke erreicht werden können, ohne daß Reaktionskräfte nach außen freigesetzt werden. Die die Formen 2 und den Schienenstrang 7 abstützenden Lagerun­ gen können dementsprechend leicht gestaltet werden, was Um­ bauten zur Anpassung an neue Gegebenheiten stark erleich­ tert.

Das in dem Ausführungsbeispiel gezeigte, gleisgebundene Schienenfahrzeug kann bedarfsweise auch durch einen anders­ artig ausgebildeten Geräteträger ersetzt sein, beispiels­ weise durch ein gebräuchliches Flurförderzeug, einen Gabel­ stapler, Kran oder Bagger.

Sind Formen zu befüllen, die durch eine offene Schalung gebildet sind, dann besteht die Möglichkeit, den Extruder 4 der Form 2 mit Hilfe eines Seilkrans zuzuführen. Auch große Entfernungen können auf diese Weise überwunden werden, ohne daß sich Probleme hinsichtlich der Zuführung des zu verarbeiten­ den Kunststoffes ergeben.

Sind sehr große Formen zu befüllen, dann besteht die Mög­ lichkeit, der einzelnen Form 2 jeweils mehrere Extruder 4 vorübergehend zuzuordnen, beispielsweise durch Absetzen und eine vorübergehende Trennung von dem jeweiligen Geräteträ­ ger. Die Kapazität läßt sich hierdurch den jeweiligen Erfor­ dernissen besonders einfach anpassen. Die Verwendung von Schnellverschlüssen zwischen dem jeweiligen Geräteträger und dem Extruder 4 oder eine manuelle Zuführung des Extruders nach Art eines Handarbeitsgerätes hat sich mit zu diesem Zwecke besonders bewährt.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Erzeugung eines Werkstücks aus einem thermisch erweichbaren Kunststoff in einer ortsfest angebrachten Form, umfassend einen Vorratsbehälter für den zu erweichenden Kunststoff und einen Extru­ der, die durch eine Fördereinrichtung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Extruder (4) beweg­ lich angebracht ist und daß die Fördereinrichtung (5) zumindest ein Ausgleichselement zur Kompensation der Bewegungen des Extruders (4) umfaßt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Extruder (4) in seiner Gesamtheit motorisch bewegbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Extruder (4) durch motorische Mittel eines Geräteträgers bewegbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Extruder (4) und der Geräteträger durch einen Schnellverschluß verbindbar sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Fördereinrichtung aus einem Ste­ tigförderer besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stetigförderer einen Pneumatikförderer um­ faßt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Pneumatikförderer eine Absaugeinrichtung umfaßt und daß die Absaugeinrichtung und der Extruder (4) starr verbunden sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Extruder (4) eine Austrittsöffnung (6) umfaßt, die durch ein Ventil verschließbar ist und daß der Extruder (4) und das Ventil nur gemeinsam in Förderbereitschaft bringbar sind.