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Verfahren und Vorrichtung zum Spritzen von Formstücken aus wärmeformbaren
Massen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Spritzen von Formstücken
aus wärmeformbaren Massen und auf eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens.
Beim Einspritzen der verflüssigten Massen treten in den Spritzformen sehr starke
Kräfte auf, die bestrebt sind, die Formteile bzw. Formhälften zu trennen. Es müssen
daher lslehr großle Schließkräfte aufgewendet werden, um die Formteile bzw. Formhälften
völlig geschlossen zu halten. Sobald die geringste Verlagerung der Formhälften unter
dem Spritzdruck eintritt, bildet sich an den Formstücken an den Stellen der Trennfuge
ein Grad, der ihren Wert bis zur Unbrauchbarkeit beeinträchtigt.
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Die Schließkräfte zum Zusammenhalten der Formhälften und die damit
verbundenen Schwierigkeiten wachsen mit der Größe der Formstückflächen, also in
einem quadratischen Verhältnis.
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Um das Arbeitsverfahren möglichst wirtschaftlich zu gestalten, ist
man dazu übergegangen, in sog. Mehrfachformen gleichzeitig verschiedene Formstücke
gleicher oder ähnlicher Art durch einen Spritzvorgang herzustellen. Man mußte mit
wachsender Flächenausdehnung der Formstücke den Schließ druck, mit welchem die Formhälften
zusammengehalten werden, ständig steigern, was dazu führte, daß auch alle hierdurch
beeinflußten Maschinenteile ebenfalls verstårktwerden mußten, wie z. B. die Stammformen,
auf denen die Formplatten befestigt sind, die Verriegelungsvorrichtung für die Form
und endlich die ganze Maschine einschließlich der Antriebskraft. Letztere muß deshalb
gesteigert werden, um mit Sicherheit zu erreichen, daß das flüssige Spritzgut alle
einzelnen Formen vollkommen ausfüllt.
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Je dünnflüssiger das Spritzgut ist, um so mehr muß die zwischen ihm
und dem Kolben auftretende Flächenpressung auch überall in den Hohlteilen der Formen
auftreten, so daß die Schließkraft um so viel gesteigert werden muß, als das Verhältnis
der HoMflädie projektionen innerhalb der Formen zum Kolbenquerschnitt beträgt.
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Die Erfindung besteht nun darin, die Mehrfachformen in der Weise
auszubilden, daß die Einzelformen voneinander getrennte, in
sich
geschlossene Formen bilden und daß der Vorgang des Einspritzens des flüssigen Spritzgutes
zeitlich nacheinander in der Weise erfolgt, daß das Einspritzen in eine Einzelform
erst dann beginnt, wenn in der vorher gefüllten Einzelform die eingespritzte Masse
so weit erstarrt ist, daß der durch die eingespritzte Masse ausgeübte Flächendruck
erheblich gesunken ist. Bei der Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens kann jede
Einzelform in an sich bekannter Weise durch einen besonderen Spritzkanal mit dem
Raum des Spritzzyiiuders verbunden werden, in welchem die einzuspritzende Masse
verflüssigt und durch den Druck; des Kolbens bei stufenweiser Freigabe der einzelnen
Spritzkanäle in die jeweils freigegebene Spritzform eingespritzt wird. Die Freigabe
der l einzelnen Spritzkanäle erfolgt durch einen besonderen Schieber oder Hahn 0.
dgl. in bestimmter zeitlicher Reihenfolge, wobei der Zeitabstand so bemessen ist,
daß eine Einzelform erst freigegeben wird, wenn bei dem vorhergehenden Einspritzen
in einer anderen Einzelform eine genügende Verfestigung der eingespritzten Masse
stattgefunden hat.
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Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, daß bei Formstücken,
bei denen von einem Körper gnößeren Inhalts sich Teile kleineren Inhalts abzweigen,
wie beispielsweise die Zähne eines Kammes, die anfangs beim Einspritzen sehr erhebliche
Flächen pressung sehr schnell vermindert wird, sobald die feineren Teile des Formstückes
erstarren, was in der Regel innerhalb sehr kurzer Zeit geschieht. So kann man beispielsweise
beim Spritzen von Kämmen mit einer Maschine besthrnnter Größe nur einen Kamm von
8" Größe abspritzen, weil die Fläche eines solchen Kammes die äußerste Grenze dessen
darstellt, was die Formenschließeinrichtung der betreffenden Maschine bei einem
gegebenen Kolbenquerschnitt und Kolbendruck dicht halten kann. Es ist nun aber bekannt,
daß die dünnwandigen Teile, also im vorliegenden Falle die Zähne des Kammes, viel
schneller erstarren als der Kammrücken, d. h. die Flächenpressung in voller Höhe
tritt nur so lange auf, als der Kamm in allen Teilen flüssig bleibt. In dem Maße,
wie die Zähne erstarren, was innerhalb weniger Sekunden geschieht, verringert sich
die Flächjenpressung. Wenn die Zähne ganz erstarrt sind, sinkt die Flächenpressung
auf 1/1 bis V ihres Höchstwertes. In diesem Augenblick ist dann aber auch schon
die Außenhaut der Kammrücken erstarrt, und es kann das Abspritzen eines zweiten
Kammes gleicher Größe erfolgen, ohne daß man warten muß, bis der erste Kanun so
weit erstarrt ist, daß er ausgeworfen werden kann. Nach der Erfindung sollen also
die beiden Kämme zeitlich nacheinander gespritzt werden in einem Zwischenraum von
wenigen Sekunden, ohne die Form zwischendurch zu öffnen. Es kann also dann durch
dieses Verfahren die abzuspritzende Fläche erheblich vergrößert werden, ohne den
Schließdruck und alle dadurch beeinflußten Maschinenteile verstärken zu müssen,
und es kann auf der anderen Seite die Leistung der Maschine nahezu verdoppelt werden,
wie aus folgendem Zahlenbeispiel hervorgeht: Mit einer Maschine einer bestimmten
Größe kann z. B. ein 71/2"-Kamm aus Polystyrolmasse in 25 Sekunden gespritzt werden.
Von diesen 25 Sekunden entfallen I7 Sekunden auf die Erstarrungszeit und 5 Sekunden
auf die Pausenzeit. Die restlichen Sekunden werden benötigt zum Öffnen und Schließen
der Form. Das Erstarren der Zähne ist je nach der Feinheit dieser Zähne nach 3 bis
5tSekunden so weit fortgeschritten, daß der zweite Kamm gespritzt werden kann. Man
kann also durch Verlängerung der Erstarrungszeit um diesen Zeitraum von 3 bis 5
Sekunden die doppelte Anzahl Kämme spritzen, oder mit anderen Worten, bei einer
Erstarrungszeit von 221/2 Sekunden und einer Pausenzeit von 5 Sekunden oder in einer
Gesamtzeit von 30 Sekunden können zwei I(ämme gespritzt werden, während bisher für
einen Kamm 25 Sekunden benötigt wurden. Das entspricht einer Leistungssteigerung
von etwa 70%.
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Entsprechend verhält sich die Leistung, wenn man z. B. normalerweise
zwei 5"-I(ämmc gleichzeitig spritzen kann, so kann man nach dem neuen Verfahren
mit einem Mehrzeitaufwand von etwa 5 Sekunden vier Kämme spritzen.
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Die Leistung ändert sich nach Art der Spritzlinge und nach Art des
verwendeten Spritzpulvers und des Flüssigkeitsgrades, mit dem dieses Spritzpulver
verarbeitet werden kann.
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Auf der Zeichnung ist in den Abb. I bis 3 die Vorrichtung zur Ausführung
des Verfahrens schematisch dargestellt. Dargestellt ist eine Mehrfachform, die zwei
getrennte Einzelformen enthält.
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In Abb. I ist der Zeitpunkt dargestellt, in welchem das Einspritzen
in die erste Einzelform erfolgt.
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Abb. 2 zeigt dann den Zustand nach dem darauffolgenden Einspritzen
in die zweite Einzelform.
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Abb. 3 zeigt den Zustand vor Ausübung des Verfahrens bei geöffneter
Form, wo der Spritzzylinder wieder mit Füllmasse angefüllt wird und nunmehr ein
neuer Spritzgang vorgenommen werden soll.
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Der Heizzylinder I einer Spritzmascbine, in dem der Kolben 2 das
enveichte Spritzgut 3
vorschiebt, endigt vorn an der der Form zugewandten
Seite in zwei Spritzdüsen 4 und 5.
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Diese stehen durch Kanäle 6 und 7 übereinen Dreiwegehahn 8 mit dem
Inhalt des Heizzylinders in Verbindung. Gegen diese Düsen werden beim Spritzen die
beiden Formhälften 1 1 und 12 gedrückt, die die eigentlichen Formhohlräume der Einzelformen
g und 10 enthalten.
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In Abb. I steht über das Hahnküken 8 der Formhohlraum g in Verbindung
mit dem Heizzylinder, während der Zufluß zum Forrnhohlraum 10 durch das Hahnküken
8 versperrt ist.
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Beim Vordrücken des Kolbens 2 wird also nur die eine Formhälfte g
gefüllt. Nach kurzer Erstarrungszeit für den Spritzteil 9 ist dieser so weit erhärtet,
daß der Druck, auf den Kolben 2 nicht mehr auseinandertreibend, auf die Formplatten
11 und 12 wirkt. Jetzt wird der Hahn 8 in die Stellung nach Abb. 2 gebracht, d.
h. der Zufluß zum Formhohlraum I0 geöffnet. Unter dem Druck des Kolbens 2 wird nunmehr
auch dieser Formhohlraum aufgefüllt. Der auf die Formplatten II und 12 wirkende
Druck entspricht jedoch nur der Fläche des Formhohlraumes I0, da der Spritzteil
g bereits so weit erstarrt ist, daß eine nennenswerte Druckauswirlçung auf die Platten
II, 12 nicht mehr stattfinden kann. Nachdem auch der Spritzteil 10 genügend abgekühlt
ist, wird der Hahn 8 in die Stellung gebracht, die in Abb. 3 dargestellt ist. In
dieser Stellung sind beide Düsen gegen den Heizzylinderinhalt abgeschlossen. Die
Formhälften 1 1,12 werden nunmehr voneinander getrennt und beide fertigen Spritzteile
herausgenommen.
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Statt der dargestellten Ausführungsform, bei welcher zwei getrennte
Einspritzkanäle durch einen gemeinsamen Hahn gesteuert werden, kann selbstverständlich
auch jeder einzelne Ein°spritzltanal durch einen besonderen Hahn oder Schieber gesteuert
werden.
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Der Zylinder wird in diesem Falle mit zwei oder einer entsprechenden
Anzahl von Austrittsdüsen versehen, die durch Hähne oder Schieber abgeschlossen,
sind. Jede dieser Düsen arbeitet auf eine oder mehrere Formen, die untereinander
nicht in Verbindung stehen. Die Spritzdüsen werden in Ableitung von dem Vorschubantrieb
des Kolbens in zeitlicher Aufeinanderfolge geöffnet. Dabei list zu beachten, daß
die Spritzdüse, die zuerst geöffnet wird, geöffnet bleibt, auch wenn die zweite
Spritzdüse geöffnet wird, damit während des Schrumpfens des Spritzgutes Masse nachfließen
kann. Das Entscheidende ist, daß die beiden Spritzdusen zeitlich nacheinander geöffnet
werden und daß dieser Zeitpunkt geregelt und angepaßt werden kann, je nach dem verwendeten
Spritzgut und der Form der in Frage kommenden Spritzlinge.
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Im übrigen ist noch darauf hinzuweisen, daß der Kolben bei seiner
Vorwärtsbewegung nicht auf dem ganzen Wege die gleiche Flächenpressung ausübt. Der
Kolben schiebt frische, noch nicht verflüssigte Masse in den Zylinder und drückt
diese je nach ihrer Körnung mehr oder weniger zusammen, ehe sich das verflüssigte
Gut in Bewegung setzt. Der Widerstand im Zylinder steigt mit dem Maße, wie der Kolben
vordringt, und erreicht kurz vor der Endstellung seinen höchsten Wert.
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Da diese Kolbenpressung in der Regel über eingeschaltete Federn ausgeübt
wird, läßt sich dieser steigende Druck an der Zusammenpressung der Federn ablesen.
Die Geschwindigkeit des Kolbenvorschubes verlangsamt sich gegen Ende des Weges.
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So notwendig ein gewisser Druck ist, un eine gegebene Form bis in
die letzten Verzweigungen zu füllen, so schädlich ist eine Übersteigung dieses Druckes
in dem Augenblick, wo die Form gefüllt ist, d. h. also, die größte Flächenpressung
innerhalb der Form auftritt. In diesem Augenblick tritt sehr leicht ein Überfiießen
der Form ein, d. h. es bildet sich ein Grad an dem Spritzling oder ein Film zwischen
einzelnen Teilen des Spritzlings.
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Man kann diesem Übelstand, der besonders bei dünnflüssigem Spritzgut
auftritt, dadurch begegnen, daß nach der Erfindung die ÖfE-nung der zweiten Düse
beginnt, kurz ehe der Kolben in der Endstellung angelangt ist, die der Füllung der
ersten Formhälfte entspricht.
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Nach Füllung der zweiten Formhälfte wird dann zweckmäßig eine Abschaltung
des Antriebsmotors in Abhängigkeit von diesem Kolbenweg vor Erlangung der Endstellung
vorgenommen.
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Man kann natürlich, statt einen Heizzylinder mit zwei Düsen zu verwenden,
die nacheinander geöffnet werden, auch innerhalb der Form den Zugang zu den beiden
Fonnhälften nacheinander öffnen. Doch dürfte es in der Praxis vorzuziehen sein,
einen Spritzzylinder mit zwei Düsen zu verwenden, weil es vorteilhaft ist, die regelbare
Absperrvorrichtung dort anzubringen, wo das Spritzgut am flüssigsten ist und noch
keine Erstarrung eingetreten ist.
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Was die Form anbelangt, so dürfte die Ausführungsform gewisse Vorzüge
bieten, bei der getrennte Eintrittskanäle entsprechend der Zahl der Eintrittsdüsen
am Zylinder vorgesehen sind. Dadurch wird erreicht, daß die Zuflußkanäle zu dem
Spritzling verkürzt werden können, was besonders bei Celiuloseacetat für den Erfolg
von erheblicher Bedeutung ist. Die beiden Eintrittsdüsen sind dann um so viel aus
der Mitte gerückt, als den Öffnungen der Spritzdüsen am Zylinder entspricht,
und
wenn dann noch die Kämme gegeneinander versetzt in der Form angeordnet werden, so
ergeben sich kurze Zulaufkanäle, welche im Hinblick auf die schnelle Abkühlung von
Celluloseacetat in diesen Zuführungskanälen von nicht zu unterschätzender Bedeutung
für den Erfolg sind.
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PATENTANS1}RÜCI-IE .
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I. Verfahren zum Spritzen von Form stücken aus wärmeformbaren Massen
in voneinander getrennten, durch eine gemeinsame Schließvorrichtung zusammengehaltenen
Formeln, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorgang des Einspritzens der flüssigen
Masse aus dem Spritzzylinder in die Formen in zeitlich aufeinanderfolgende Einzelspritzvorgänge
unterteilt ist, wobei der -Zeitabstand zwischen der Beendigung einer Teileinspritzung
und dem Beginn der nächsten Teileinspritzung so bemessen ist, daß die eingespritzte
Formmasse mindestens zum Teil erhärtet ist, bevor das nächste Einspritzen erfolgt.