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Spritzgußmaschine für wärmeformbare Kunststoffe Die Erfindung bezieht
sich auf eine Spritzgußmaschine für wärmeformbare Kunststoffe, bei der eine bestimmte
Menge dieses Stoffes einem Kolbendruckraum zugeführt, dann bis zum plastischen Zustand
erwärmt und durch den Spritzkolben in eine Form eingespritzt wird.
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Es hat sich herausgestellt, daß bei gewissen Arbeitsbedingungen,
z. B. bei Formen verwickelter Gestalt und großen Inhalts, die Gleichmäßigkeit der
Werkstücke zu wünschen übrigläßt, und zwar insofern, als in derselben Arbeitsreihe
manche Werkstücke völlig befriedigend ausfallen, andere aber teilweise porös werden.
Diese Erscheinung ließ sich zunächst nicht erklären. Die Erfindung be ruht nun auf
der Erkenntnis, daß sie auf Schwankungen des Preßdruckes zurückzuführen ist, die
ihrerseits durch eine ungleichmäßige Zumessung des Werkstoffes bedingt sind.
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Ausgehend von der Erwägung, daß eine Spritzgußmaschine bei jedem
Spritzhub dasselbe Volumen an Werkstoff verarbeiten muß, um die Form zu füllen,
hat man den Werkstoff bisher volumetrisch abgeteilt, ohne hierbei auf sein spezifisches
Gewicht Rücksicht zu nehmen. So hängt z.B. bei einer bekannten Spritzgußmaschine
die Menge des zugeführten Werkstoffs von der Länge des Kolbenrückzuges ab. Bleibt
der Spritzkolb en beim Spritzhub vor Erreichen des Hubendes stehen, weil zuviel
Werkstoff zugeführt wurde, so verringert sich die Länge des Kolbenrückzuges, der
Kolbenrückzug erfolgt stets bis zu ein und demselben Punkt, und damit die dem Kolbendruckraum
zugeführte Werkstoffmenge. Je mehr Masse also beim Spritzhub im Druckraum zurückbleibt,
um so weniger Masse wird beim Kolbenrückzug neu hinzugeführt. Es liegt in der Natur
dieses Bemessungsverfahrens, daß der Punkt, in welchem der Kolben sbeim Spritzhub
zum Stillstand gelangt, weil die Form gefüllt ist, nicht ein für allemal festliegt,
sondern Schwankungen unterworfen ist, die den Schwankungen der zugeführten Werkstoff
menge entsprechen. Denn je nach der Dichte der körnigen schüttbaren Spritzmassen
ändert sich die zugeführte Menge. Darin liegt aber ein Mangel von erheblicher Tragweite.
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Infolge der Übersetzung, die zwischen dem
Spritzkolben
und seiner Antriebskraft eingeschaltet ist, besonders wenn diese als Kniehebelgestänge
ausgebildet wird, ändert sich nämlich die Schubkraft des Kolbens mit dessen Weg.
Sie nimmt um so mehr zu, je weiter der Kolben bei seinem Spritzhub im Spritzzylinder
vordringt. Ist die zugeführte Werkstoffmenge gering und läuft der Kolben dementsprechend
weiter vor., so ergibt sich ein höherer Enddruck als es der Fall ist, wenn viel
Werkstoff zugeführt wird und der Kolben dementsprechend seinen Druckhub früher Ibeendigt.
Schwankungen des Spritzdruckes beeinflussen aber die Dichte des fertigen Werkstückes.
Mit zunehmendem Druck erhalten die Werkstücke ein höheres spezifisches Gewicht.
Sie werden also dichter, jedenfalls bis zu einer gewissen Grenze. Unterhalb dieser
Grenze wird die Dichte dadurch verringert, daß der Werkstoff, wenn auch unter Umständen
in ganz geringem Maße, eine schatunige Beschaffenheit erhält. Es bleiben dann in
dem Werkstück winzig kleine Blasen. Diese beeinträchtigen in der Regel nicht das
Aussehen des Werkstückes, wohl aber dessen Festigkeit.
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Im Hinblick auf diese Eigentümlichkeit des Werkstoffes kommt es darauf
an, daß der Inhalt der Form, auch wenn diese an sich vollständig gefüllt ist, unter
einen bestimmten Druck gesetzt wird, der nicht unterschritten werden sollte. Es
ist dies der Enddruck, den der Kolben ausübt, wenn er am Ende des Spritzhubes zum
Stillstand gelangt. Diese Zúsammenhänge hat man bisher entweder nicht erkannt oder
jedenfalls nicht genügend gewürdigt. Man hat wohl angenommen, daß, wenn der Spritzdruck
zum vollständigen Füllen der Form ausreicht, damit allen Bedingungen genügt ist.
daß im übrigen aber die Höhe des Enddruckes keine Rolle spielt.
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Insbesondere hat man nicht erkannt. daß die dem volumetrischen Meßverfahren
eigentümlichen Schwankungen des Enddruckes dieUrsache darstellen für den ungleichmäßigen
Ausfall des Spritzerzeugnisses.
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Erfindungsgemäß dient nun zum Abmessen der Werkstoftmenge für den
Spritzzylinder eine als Waage ausgebildete Dosiervorrichtung. Hierdurch wird die
Gewähr dafür geboten, daß unabhängig von- dem Volumen der in körnigem Zustand zugeführten
Werkstoffmenge stets derselbe Kolbenhub stattfinden kann, bis die Form gefüllt ist
und der Kolben stets im selben Punkt seines Hubes zum Stillstand gelangt. Der Enddruck,
den der Kolben auf die Spritzmasse ausübt, ist daher stets gleich groß. Das hat
aber eine völlige Gleichmäßigkeit der erreichten Werkstücke zur Folge. Auch wird
eine Gratbildung am Werkstück vermieden, die bei Überfüllung der Form auftritt,
weil dann der hydrostatische Druck die Formteile auseinanderzutreiben sucht.
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Vorzugsweise wird eine an sich bekannte Dosierwaage verwendet, die
den Zulaufschacht für den Werkstoff verschließt. sobald die Schüttmenge das erforderliche
Gewicht erreicht. Erfindungsgemäß ist hierbei das Absperrorgan bewegungsschlüssig
mit dem Waagebalken verbunden, im Gegensatz zu einer bekannten Dosienvaage. bei
der eine solche Verbindung fehlt und infolgedessen der Zulauf des Schüttgutes bei
Erreichen der Gewfrhtsgrenze nicht sofort. sondern mit einer gewissen Verzögerung
verschlossen wird.
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Eine besonders einfache Bauart ergibt sich erfindungsgemäß, wenn
das Absperrorgan von einem mit der Waagschale starr verbundenen Drehschieber gebildet
wird, der beim Sinken der Waagschale unter die Mündung des Zulaufschachtes für den
Werkstoff tritt.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der Waagebalken, der
nach Ab schluß des Zulaufschachtes in einer Gleich gewichtslage verbleibt, in der
er die Waagschale in ihrer aufrechten Lage hält, durch einen kraftangetriebenen
Teil, z. B. eine Druckluftkolben. zwecks Entleerens der Waagschale gekippt.
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Diese Anordnung bietet die Möglichkeit, die Steuerung des Hilfsantriebes.
welche die Waage kippt und dadurch die abgemessene Menge entleert. in Abhängigkeit
von der Betriebsbereitschaft der Maschine zu bringen, insbesondere in Abhängigkeit
von der Beendigung des Spritzhubes. Beendigt der Spritzkolben aus irgendwelchen
Gründen seinen Hub nicht, so bleibt der Hilfsantrieb unwirksam und kann daher keine
neue Werkstoffmenge zuführen. Vielmehr kann man dann den Spritzhub wiederholen.
um die im Spritzzylinder verbliebene Restmenge in die Form hineinzudrücken. Erst
wenn dies gescheiben ist. svird der Hilfsantrieb zum Entleeren der Waage wieder
wirksam.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung
veranscha,ulicht. In dieser zeigt Abb. 1 einen schematischen Schnitt durch die Dosiervorrichtung
und Abb. 2 den Spritzzylinder mit dem Antrieb für den Spritzkolben sowie die Form
und den von der Dosiervorrichtung der Abb. 1 her kommenden Zuführungsschacht mit
in schaubildlicher Darstellung gezeigter Steuerung.
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Die in Abb. 2 gezeigte Spritzgußmaschine besteht aus einem Spritzzylinder
S, der durch nicht näher veranschaulichte Einrichtungen beheizt wird und in eine
Düse D mündet, an die die mehrteilige Formt angepreßt wird.
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Wird der Spritzkolben 36 herabbewegt, nachdem eine bestimmte Menge
des wärmeformbaren Werkstoffs in den Druckraum 28 des Spritzzylinders S eingeführt
und dort erwärmt ist, so wird die formbar gewordene Masse in den Hohlraum der Formt
hineingedrückt, um dort zu erstarren. Durch ein Triebwerk T wird die Form dann von
der Düse zurückgezogen und geöffnet, worauf das fertige Werkstück ausgestoßen wird.
Alle dieseVorgänge werden zweckmäßig selbsttätig nacheinander herbeigeführt. Da
die hierzu diewenden Triebwerke an sich bekannt sind, brauchen sie hier nicht näher
erläutert zu werden.
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Jedoch sei erwähnt, daß der Antrieb des Spritzkolbens 36 in an sich
bekannter Weise durch Druckluft unter Zwischenschaltung eines Gestänges erfolgt,
das die Antriebskraft des Spritzkolbens 36 mit zunehmendem Hub steigert. Dieses
Gestänge besteht aus zwei kniehebelartig wirkenden Kurbeln 58, von denen die eine
im Punkt G am Maschinengestell und die andere im Punkt K am Spritzkolben 36 angreift.
Die beiden Kurbeln 58 sind mit ihren anderen Enden am Ende einer Pleuelstange P
gelagert, die an einen Antriebskolben 35 angreift. Dieser ist als Stufenkolben ausgebildet
und in einem Zylinder Z geführt, der sich rechtwinklig zur Bahn des Spritzkolbens
36 erstreckt. Wird der Kolben 35 mit einer gleichbleibenden Kraft von der in Abb.
2 gezeigten Lage aus flach rechts getrieben, so wird hierdurch der Spritzkolben
36 mit einer wachsenden Kraft abwärts gedrückt.
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Um dem Schacht 27 für jeden Spritzhub genau dieselbe Menge an Spritzgut
zuzuführen, ist oberhalb des Schachtes 27 die in Abb. 1 in Seitenansicht gezeigte
Dosiervorrichtung angeordnet. In einem Bunker 1 (die vordere Wand ist in der Abb.
I weggelassen) ist eine Laufgewichtswaage, bestehend aus der Waagschale2, dem Laufgewichtshebel
3, dem Laufgewicht 4, der bogenförmigen Zunge 5 und dem Anschlaghebel 6, angeordnest.
In den Bunker 1 mündet der Massezuführungsschacht 7, dessen Ausfallöffnung 8 durch
die Zunge 5 im Gleichgewichtszustand der Waage abgeschlossen wird. Im Anfang des
Beschickungszustandes ruht - der Laufgewichtshebel 3 zunächst auf dem Anschiag 41
auf, und die Öffnung 8 ist geöffnet. Während der Beschickung führt die Waage durch
das Gewicht der darauffallenden Masse eine Drehbewegung im Gegenuhrzeigersinne aus.
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Befindet sich die Waage im Gleichgewicht, d. h. erreicht das Gewicht
der zu dosierenden Spritzmasse die durch das Laufgewicht eingestellte Größe entsprechend
dem Werkstück einschließlich der Eingüsse, so schließt die Zunge 5 die öffnung 8
ab. Wekerer Werkstoff kann dann nicht mehr zufließen.
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Der mit der Welle 9 des Waagebalkens fest verbundene Anschlaghebel
6 ragt nunmehr in den Bereich eines Hilfsantriebes in Gestalt eines federbelasteten
kleinen Druck-Juftkolbens 10. Sobald Preßluft durch den Kanal 1 1 in den Zylinder
12 strömt, stößt der Kolben 10 gegen den Anschlaghebel 6 und die Waagschale 2 kommt
in die strichpunktierte Lage zu liegen, die durch einen Anschlag 13 begrenzt ist.
Im nichtbelasteten Zustand drückt die Feder den Druckluftkolben 10 zurück. Der Inhalt
der Waagschale ergießt sich in den Raum 14 und bleibt zunächst oberhalb eines Dosierschiebers
15 liegen. Während dieses Kippens der Waage hält der Schieber 5 die Mündung des
Schachtes 8 geschlossen.
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Ein wesentliches Merkmal dieser selbsttätigen Dosiervorrichtung für
Spritzgußmaschinen besteht darin, daß durch den Gleichgewichtszustand die Spritzmassenausfall-
bzw.
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-zufuhröffnung geschlossen wird. An Stelle des bogenförmigen Schiebers
kann ebensogut ein Flach- oder anders geformter Schleber verwendet werden, der durch
eine mit dem Waagebalken verbundene stabförmige Zunge bewegt wird, die in einen
Schlitz des Schiebers eingreift. Ebenso kann bei elektrisch oder auf andere Art
betriebenen Spritz gußmaslchinen der die Waage aus dem Gleichgewichtszustand in
die Ausschüttstellung bringende Hilfsantrieb 10 mechanisch durch ein Gestänge oder
elektrisch durch einen Magneten erfolgen.
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Während bei den bekannten Spritzgußmaschinen die Massezuführung zum
Heizzylinder durch den Spritzkolben erfolgt, ist gemäß der Erfindung ein neuer Weg
beschritten worden, insofern, als durch den Dosierschieber 15 das den Spritzkolben
betreibende Mittel gesteuert wird, und zwar derart, daß erst nach vollzogener Dosierung
der Spritzkolben vorgehen kann.
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Die Steuerung durch den Dosierkolben 15 bringt einen weiteren Vorteil
insofern, als der Spritzkolben gezwungen wird, stets in die gleiche Stellung vorzugehen.
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Durch das Erzwingen der immer gleichen Endstellung des Spritzkolbens
in Verbindung mit der genauen Gewichtsdosierung werden infolge gleichen Enddruckes
bei gleicher Menge einwandfreie Werkstücke von gleichmäl3iger - Güte erzeugt.
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Zwei elektrisch oder mechanisch angetriebene Ventile 16 und I7 sind
so ausgebildet, daß beide je einerseits an die Preßluftzukeitung, andererseits an
die Frischluft angeschlossen sind. Durch das Ventil 16 erfolgt die Preßluftzuleitung
zum Treibkolbendruckraum
18 (Abb. 2) und durch das Ventil 17 die
Preßluftzuleitung zum Rückzugraum 19 (Abb. 2). Die Ventile 16 und I7 können durch
einen gemeinsamen Handgriff geschaltet werden. Der Volgang hierbei spielt sich wie
folgt ab: Nach öffnen des Ventils I6 treibt die durch das Rohr 20 eintretende Preßluft
einen Kolben,schieber 2 I nach rechts. - Die Preßluft strömt zunächst durch einen
Kanal 22 in den Druckraum 23 des Dosierl;olbeilzylinders 25. und zwar so lange,
bis der Kolben 24 auf der rechten Seite des Zylinders 25 zur Anlage kommt. Mit dem
Kolben 24 ist der Dosierschieber 15 entweder unmittellear oder durch Zahnräder und
Gestänge verbunden.
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In Abb. 1 ist eine unmittelbare Verbindung durch die Stange 26 vorgesehen.
Durch dieses Vorgehen des Dosierschiebers 15 nach rechts ist die im Raum 14 lagernde
Spritzmasse durch den Heizzylinderzuführungskanal 27 in den Spritzkolbendruckraum
28 (Abb. 2) gelangt. Die Dosierung ist damit vollendet.
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Erst nach Verschiebung des Dosierkolbens 24 ist ein Einströmungsloch
29 der hohlgebohrten Kolbenstange 30 des Kolbens 24 freigegeben, da das Loch 29
solange durch einen gegen die Kolben stange 30 abgedichteten Zylinder 31 geschlossen
gehalten wurde. Die durch den .Kanal 22 in den Raum 23 eintretende Preßluft strömt
durch 29 bis 30 und Kanal 32 des Kolbens 24 in eine Druckleitung 33, welche durch
eine Aussparung 34 des Steuerschiebers 21 geöffnet ist. Der Treibkolben 35 (Abb.
2) geht daher vor und drückt den Spritzkolben 36 (Abb. 2) durch das zwischengeschaltete
Kniehebelgestänge 58 nach unten.
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Die hinter der Rückzugseite des Treibkolbens befindliche Luft kann
durch eine Leitung 37 (Abb. 1 und a), eine Aussparung 38 des Steuerschiebers 21
und einen mit der Frischluft verbundenen Kanal 39 entweichen.
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In gleicher Weise kann die Luft rechts hinter dem Kolben 24 durch
einen Kanal 40, eine Aussparung 38 und den Kanal 39 entweichen.
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Während der Treibkolben 35 (Abb. 2) vorgeht, stößt er kurz vor seiner
Endstellung mit einer Gabel 42 gegen einen Anschlagring 43 einer Stange 44 und nimmt
diese ein kurzes Stück mit. Die Stange 44 ist an einem Teil als Zahnstange 45 ausgebildet.
In diese Zahnstange greift ein Ritzel 46 ein, das durch eine Welle 47 mit einem
Drehschieber48 verhunden ist. Dieser war beim vorherigen Rückzug des Treibkolbens
41 durch Anschlag der Gabel 42 gegen einen Anschlagring 57 der Stange 44 in die
punktierte Stellung (Abb. 1) gedreht worden. Hätte der Treibkolben 35 nicht seinen
vollen Weg zurückgelegt, so wäre der Verbindungskanal 49 durch den Drehschieber
48 (punktierte Stellung) geschlossen worden, und während des Rückzuges des Spritzkolbens
hätte keine Preßluft hinter den Dosierungskolben 24 treten können.
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Nach der für das Werkstück erforderlichen Nachdruckzeit wird das
Ventil 16 gegen seinen Preßluftanschluß hin geschlossen und gegen Frischluft geöffnet.
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Hierauf erfolgt das öffnen des Ventils 17 gegen Preßluft und Schließen
gegen Frischluft. Preßluft strömt vom Ventil 17 durch ein Rohr 50 hinter den Steuerschieber
21, wodurch dieser nach links verschoben wird.
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Dieser Augenblick der Umsteuerung ist in der Abb. 1 festgehalten.
Gleichzeitig vollziehen sich jetzt drei Bewegungen: 1. Der Rückzugraum 19 des Treibkolben!
35 erhält Preßluft durch die Rohrleitung 37, und der Treibkolben 35 mit dem Spritzkolben
36 geht zurück.
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2. Der Dosierkolben 24 wird durch die vom Kanal 49 eintretende Preßluft
nach links verschoben.
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3. Durch den Kanal 52 tritt Preßluft hinter den Druckkolhen Io, der
die schon seit lãngerer Zeit im Gleichgewicht befindliche Waage in die Ausschüttstellung
bringt.
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Hätte der Treibkolhen 35 nicht seine Endstellung erreicht, so wäre
der Kanal 49 durch den Drehschieber 48 geschlossen gehalten, wie in Abb. 2 dargestellt.
Weder der Dosierungskolben 24 noch der Druckkolben 10 hätten dann einen Bewegungsimpuls
erhalten. Wohl wären der Treibkolben 35 und der Spritzkolben 36 zurückgegangen.
Eine Dosierung hätte aber beim nächsten Druckhub des Spritzkolbens nicht stattgefunden.
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Während des Rückzuges des Treibkolbens 35 kann die in den Druckräumen
18 und 23 befindliche Luft durch die Rohrleitungen 33 und 53. eine Aussparung 54
des Steuerschiebers 21, einen Kanal 55 und einen ins Freie gehenden Kanal 56 entweichen.