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Spritzvorrichtung zum Formen plastischer Stoffe
Nach den bekannten
Einspritzverfahren, wird der geschmolzene plastische Stoff durch eine in der Form
angebrachte Öffnung in diese hineingespfltzt.
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Der hierzu erforderliche Druck wird von einem Kolben erzeugt, der
auf eine Masse eines pulverartigen oder granulösen Ausgangsstoffes drückt, die in
einem Zylinder enthalten ist. Der Zylinder ist mit Heizeinrichtungen versehen, die
die Temperatur des Ausgangsstoffes von der Berührungsstelle des Kolbens mit ihm,
bis in die Nähe der Einspn.tzöffnung derart steigern, daß der durch diese Temperaturerhöhung
geschmolzene Stoff eingespritzt werden kann.
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Da der Druck des Kolbens auf den puiverartigen oder granulösen Stoff
ausgeübt wird, ergibt sich ein erhebliicher Leistungsverlust von einem Ende des
Zylinders zum anderen. Um den für das Einspritzen in die Form erforderlichen Druck
zu erhalten, muß auf den Kolben ein erheblich stärkerer Druck ausgeübt werden, als
er an der Einspritzöffnung zur Wirkung gelangt.
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Die bekannten Verfahren gestatten auch keine genaue Dosierung der
einzuspr,itzenden Masse. Es ist unmöglich, mit konstantem Druck und konstanter Geschwindigkeit
genau die Menge einzuspritzen, die dem Volumen der Form entspricht. Der im
Schmelzen.
begriffene plastische Stoff beginnt erst nach einem gewissen Druck der Gesamtmasse
des pulverartigen Stoffes allmählich flüssig zu werden, fließt dann, aber mit einer
erhöhten. Geschwindigkeit und einem gesteigerten Druck.
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Es versteht sich bei den bekannten Verfahren von selbst, daß der
in die kalte, d. h. die Temperatur der sie umgebenden Luft aufweisende Form mit
einer geringen An.fangsgeschwintdigkeit eindringende Stoff in einem gewissen Maße
erkaltet, so daß es zur Fortsetzung des Einspritzens erforderlich ist, auf den Kolben
erhebliche Drücke auszuüben, um den auf Grund dieses Temperaturverlustes eintretenden
Widerstand zu überwinden und ein einwandfreies Gießen zu erreichen.
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Diese Nachteile machen sich um so empfindlicher bemerkbar, je dünner
die zu gießenden Teile sind.
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Denn ihre Erkaltung in der Form tritt dann fast sofort ein.
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Eine bekannte Spritzgußmaschine dieser Art für thermoplastische Kunststoffe
ist so ausgebildet, daß die Erwärmung auf Fließtemperatur dn. einem mit einer Transportschnecke
versehenen. Massezylinder, das Ausspritzen durch Veränderung des Füllvolumens des
Massezylinders bewirkt wird. Es liegt auf der Hand, daß nach jedem Spritzhub eine
gewisse Zeit verstreichen muß, ehe durch dieTransportschnecke genügend spritzfähige
Masse hindurchgelangt und sich vor dieser zum Ausspri.tzen in. die Form wieder angesammelt
hat. Darüber hinaus ist eine einwandfreie Dosierung nicht gewährleistet, weil s.ich
nicht verhindern läßt, daß die Masse beim Einspritzvorgang wenigstens « zu einem
geringen Teil nach hinten in die Schnecke ausweicht. Die hierdurch unumgängliche
Ungenauigkeit der Dosierung variiert darüber hinaus von Spritzhub zu Spritzhub.
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Insbesondere um den erforderlichen hohen Druck herabzusetzen, sind
zahlreiche andere Konstruktionen bekanntgeworden. So arbeitet eine bekannte Maschine
in drei Druckstufen, wobei eine Förderschnecke und zwei weitere Druckstößel erforderlich
sind. Trotzdem müssen die Kolben hydraulisch angetrieben werden. Darüber hinaus
entsteht ein nicht unerheblicher Materialabfall, welcher mit dem geformaten Gegenstand
nach Beendigung des Einspritzvorganges ausgestoßen werden muß.
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Bekannt ist auch eine Einrichtung zum Pressen. von Werkstücken ans.
thermoplastischem Material, die eine Vorschmelzkammer mit Vorpreßkolben zum Verdichten
und. Auspressen des Materials durch ein Rückschlagventil in die nachfolgende Schmelzkammer
besitzt. Der Rauminhalt dieser Schmelzkammer beträgt ein Mehrfaches. des Hubvolumens
des Vorpreßkolbens. Die Vorschmelzkammer ist in bezug auf die Schmelzkammer ver
schiebbar gelagert. Der Teil der Vorschmelzkammer, in dem das Rückschlagventil angeordnet
ist, ragt in die Schmelzkammer hinein, um als Spritzkolben wirkend nach dem erfolgten
Auffüllen der Schmelzkammer das erschmolzene Material auf einmal in die Preßform
zu spritzen. Auch hier s.ind hydraulische Einrichtungen für die Kolben erforderlich.
Darüber hinaus ergibt sich aus der Notwendigkeit des methrmaligetL Einspritzens
aus der Vorschmelzkammer für einen Spritzhub eine Be einträchtigung des Arbeitstempos.
Schließlich sind Verluste an geschmolzenem Material zwischen den beweglichen Teilen
unvermeidbar.
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Es ist auch, eine Spritzgußkolbenpres&e bekannt, die zur Erhöhung
des in der Kolbenpresse erzielbaren, Druckes mit einer gegebenenfalls abnehmbar
auf den Einfülltrichter angebrachten Spindelpresse und mit einer Arretiervorrichtung
für den Kolben der Spritzgußkolbenpresse versehen ist, welche während des Spritzvorganges
nach dem Betätigen des Kolbens eingeschaltet wird. Auch diese Ausgestaltung führt
lediglich zu. einer Komplizierung, ohne das Problem gelöst zu haben. Die Betätigung
der Spindelpresse erfordert darüber hinaus nach jedem Spritzhub einen weiteren Arbeitsvorgang,
welcher die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens in Frage stellt.
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Schließlich ist eine Spritzgußvorrichtung bekannt, die in zwei Zylinder
unterteilt ist und bei der je ein Kolben die Masse aus dem einen Zylinder in den
anderen Zylinder und von dort in die Form drückt. Neben dem komplizierten Aufbau,
insbesondere durch den Einbau eines Rüclçschllagventils am Ende des größeren Spritzkolbens,
hat diese Vorrichtung wiederum den Nachteil, daß der Spritzzylinder nur durch mehrere
Hübe gefüllt werden kann.
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Die Erfindung vermeidet die im vorstehenden geschilderten Nachteile
und bringt darüber hinaus erhebliche weitere Vorteile für das Spritzgießen mit sich,
die neben den später noch zu erörternden Punkten, insbesondere in dem einfachen
Aufbau der Spritzvorrichtullg bestehen. Die Spritzvorrichtung zum Formen plastischer
Stoffe, welche aus einer Schmelzkammer, die mit Heizelementen aus gestattet und
mit dem Ausgangsstoff gespeist ist, und aus einer Einspritzkammer besteht, die mit
der Schmelzkammer in Verbindung steht, zeichnet sich erfindungsgemäß durch einen
Einspritzkolben aus, welcher in der Spritzkammer sowie dem unteren Teil der sich
unmittelbar anschließenden, vorzugsweise einen größeren Durchmesser aufweisenden
Schmelzkammer axial bewegbar ist und mit Verbindungskanälen von der Schmelzkammer
zur Einspritzkammer ausgestattet ist, die bei seiner Einspritzbewegung verschlossen
und bei seiner entgegengesetzten Bewegung geöffnet ist. Auf Grund der erfindungsgemäßen
Ausgestaltung der Vorrichtung ist diese unmittelbar nach jedem Einspritzbub sofort
wieder einsatzbereit. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist an einem Ende
einer Kolbenstange! eine Zwinge angeordnet, welche einen Längskanal aufweist, der
an einem Ende mit wenigstens einem Querkanal in Verbindung steht, und auf welcher
der Kolben zwischen zwei Endstellungen verschiebbar ist, und die Querbohrung in
einer Endstellung außerhalb, in der anderen innerhalb der Längsbohrung des Kolbens
liegt. Die Bewegung des Kolbens auf der Zwinge ist einerseits durch die Kolbenstange
und andererseits durch ein
Widerlager am freien Ende der Zwinge
begrenzt.
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Die Vorrichtung kann erfindungsgemäß noch dadurch vervollkommnet werden,
daß die Einspritzdüse mit einem durch Druck und Sog des Kolbens automatisch gesteuerten
Schließorgan versehen ist, welches aus einem Stift besteht, der in einer quer zur
Düse beginnenden Winkelbohrung geführt ist, die über einen Arm mit dem Kolben der
Einspritzkammer in Verbindung steht. Schließlich ergibt sich eine besonders vorteilhafte
Weiterbildung der Erfindung, wenn um die Kolbenstange zwischen einem Einfülltrichter
und dem oberen Teil der Schmelzkammer ein zweiter, vom Einspritzkolben unabhängiger
Einfüllkolben vorgesehen ist.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind aus der nachstehenden Beschreibung
in Verbindung mit der Zeichnung ersichtlich, in der eine Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt ist. In diesem Ausführungsbeispiel
ist die Versorgung des Pumpenkörpers mit Schmelzmasse durch den Einpritzkolben selbst
gewährleistet. Die Vorrichtung ist in den Fig. 1 bis 3 schematisch im Längsschnitt
dargestellt, wobei die einzelnen Figuren verschiedene Abschnitte des erfindungsgemäßen
Verfahrens wiedergeben.
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Die Vorrichtung weist einen am Boden durchbrochenen Spritzbehälter
I mit einer Einspritzöffnung 2 auf. In dem Spritzbehälter I bewegt sich, durch eine
Stange 4 angetrieben, ein Einspritzkolben 3. Ein oder mehrere elektrische Widerstände
5 gewåhfleisten die Heizung des Behälters I sowie eines Gesenkes 6, das über diesem
angeordnet ist und durch einen Einfülltrichter 7, der die obere Öffnung des Gesenkes
umgibt, mit plastischem Stoff versorgt wird. Der in dem Einfülltrichter 7 enthaltene
Stoff wird durch einen Kolben 8, der von dem Kolben 3 völlig unabhängig ist, in
das Gesenke 6 eingeführt. Die einzige Funktion dieses Kolbens 8 besteht darin, den
plastischen Stoff in das Innere des Gesenkes 6 hineinzupressen und zu verhindern,
daß sich der plastische Stoff in einer Zone wölbt, wo er beim weiteren Eindringen
in das Gesenke 6 eine bestimmte Temperatur erreicht und infolge seines haibgeschmolzenen
Zustandes an der erhitzten Wand des Gesenkes hängenbleiben könnte. Die Widerstände
5 sind in üblicher Weise angeordnet, damit der im Inneren des Gesenkes 6 enthaltene
Ausgangsstoff in einen geschmolzenen Zustand übergeführt wird.
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Der Zylinder g des Behälters I, in dem sich der Einspritzkolben3
bewegt, kann mit dem Gesenke6 durch die Offnungen IOa und einen Kanal Iob in Verbindung
stehen, welche in einer Zwingt ei angeordnet sind, die das Endstück der Stange 4
bildet. Der Kolben 3 besitzt auf dieser Zwinge ein gewisses Spiel, um sich zwischen
dem Kopfstück I2 der Zwinge und dem Ende der Stange 4 axial zu verschieben.
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Am Boden des Zylinders g kann die Einspritzöffnung 2 durch ein Verschlußstück
I3 geschlossen werden, welches in einer Führung kleinen Durchmessers beweglich angeordnet
ist, die ihrerseits mit der Kammer g durch den Kanal 14 in Verbind dung steht.
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Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich deutlich eines der
wesentlichen Merkmale der Erfinidung, welches darin besteht, daß der Einspritzkolben
3 in der geschmolzenen plastischen Masse derart versenkt ist, daß seine wirksame
Fläche 3a ausschließlich in dieser geschmolzenen Masse getaucht ist.
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Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist folgende:
In Fig. I befindet sich der Kolben 3 in seiner oberen Stellung, bereit, sich zu
senken, um einzuspritzen. Das Ende der Stange 4 wird sich im Laufe der Abwärtsbewegung
auf die obere Fläche des Kolbens 3 aufsetzen und so die Öffnungen IOa schließen.
Beim weiteren Senken der Stange 4 wird die im Zylinderg enthaltene plastische Masse
zusammengepreßt, wobei sie sich in den Kanal 14 ergießt, und das Verschlußstück
I3 veranlaßt, die Einspritzöffnung 2 freizugeben. Die plastische Masse wird sodann
entsprechend der auf der Stange 4 und folglich auch auf den Kolben 3 ausgeübten
Geschwindigkeit und des auf sie wirkenden Druckes durch die Öffnung eingespritzt.
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Ist der Einspritzvorgang beendet (Fig. 2), so ist eine bestimmte
Menge der Masse in die nicht dargestellte Form eingespritzt, die von dem Weg abhängig
ist, den die Stange 4 zurückzulegen veranlaßt worden ist. Wenn in diesem A,ugíenblick
die Form von der Öffnung 2 entfernt wird, bildet sich am Ende der Öffnung ein Tropfen
e kleineren oder größeren Umfangs, wie dies auch bei den üblichen Spritzbehältern
der Fall ist. Bei der Aufwärtsbewegung der Stange 4 (Fig. 3) bleibt der Kolben 3
so lange unbeweglich, bis das Kopfstück 12 der Zwinge 11 ihn nach D;urchlaufen des
Abschnitts c mitnimmt. Der Kolben 3 bewegt sich daraufhin ebenfalls aufwärts und
bildet so imZylinderg einen Unterdruck, der sofort ein Ansaugen des Tropfens e und
über den Kanal 14 einAnsaugen desVerschl,ußstückes 13 bewirkt, welches sich also
automatisch schließt, ohne daß es einer Rückholfeder bedürfte.
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Bei der weiteren Aufwärtsbewegung des Kolbens 3 saugt der Unterdruck
im Zylinder g über die Öffnungen IOa und 1 0 aus dem Gesenke 6 eine neue Charge
geschmolzenen plastischen Materials an.
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Der Sog auf das Verschlußstück 13 und den Tropfen e ist bedeutend
größer als derjenige, auf die im Inneren des Gesenkes 6 enthaltene geschmolzene
Masse. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Oberflächen der Offnungen IOa und
die untere Fläche des Kolbens 3 in einem geeigneten Verhältnis zueinander stehen,
wobei die untere Fläche des Kolbens 3 bedeutend größer ist als diejenige, die den
genannten Öffnungen entspricht.
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Am Ende der Aufwärtsbewegung ist der durch die Öffnungen IOa und
den Kanal Ioo gespeiste Zylinder g erneut gefüllt. Der Einspritzvorgang kann daher
wieder beginnen.
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Der von dem Einspritzkolben 3 und der Stange 4 unabhängige Kolben
8 hat lediglich die Funktion, das. Gesenke 6 mit Ausgangsstoff zu versorgen und
das im Einfülltrichter 7 enthaltene plastische Ma-
terial in Richtung
auf den Boden des Gesenkes 6 hin vorzuschieben. Der relativ geringe Druck, den der
Kolben 8 auf den Ausgangsstoff ausübt, ist offensichtlich von dem Druck des Einspritzkolbens
3 unabhängig. Seine Bewegungen sind ebenfalls unabhängig von denjenigen des zuletzt
genannten Kolbens. Es ist beispielsweise ,möglich, mehrere Einspritzungen vorzunehmen,
während der Kolben 8 lediglich eine Hin- und Herbewegung ausführt.
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Bei der Arbeitsweise der erfindungsgemäen Vorrichtung ist die Steuerung
des Verschlußstückes 13 besonders hervorzuheben. Das Offnen des Verschlußstückes
wird einzig und allein durch den Druck des Kolbens 3 auf die im Zylinder g enthaltene
Masse hervorgerufen. Ein Widerlager 15 ist angeordnet, um zu verhindern, daß das
Verschluß stück aus seiner Führung hinausgedrückt wird.
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Soll die Einspritzgeschwindigkeit noch erhöht werden, so ist es möglich,
das Verschlußstück I3 in seiner aus Fig. 1 ersichtlichen Lage eine kurze Zeit lang
mechanisch versiegelt zu halten, so daß der Kolben 3 im Zylinder g einen erhöhten
Druck erzeugt.
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Ist der Ausgangssloff sehr dickflüssig, so daß er durch die Öffnungen
Io, nicht in ausreichendem Maße angesaugt werden kann, so ist es möglich, die Aufwärtsbewegung
des Kolbens 3 derart einzustellen, daß sich seine untere Fläche über den Boden f
des Gesenkes 6 heraushebt und so eine stärkere Versorgung zuläßt, ohne daß die im
vorstehenden erläuterten Bewegungen geändert werden müssen.
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Erforderlichenfalls kann in die plastische Masse zwischen der Stange
4 und der Innenwand des Gesenkes 6 (Fig. 2) eine Vorrichtung I6 angebracht sein,
die als Torpedo bezeichnet wird und aus einem guten metallischen Wärmeleiter besteht.
Sie bildet enge Durchfiußkanäle für die plastische Masse, welche so in homogener
Weise der Schmelztemperatur zugeführt wird.
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Aus der vorausgegangenen Beschreibung lassen sich ohne weiteres die
nachstehenden Vorteile des Verfahrens und der Vorrichtung nach der Erfindung gegenüber
dem Stand der Technik entnehmen: I. Eine äußerst genaue Einspritzungsdosierung.
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Die Menge der eingespritzten Masse entspricht genau dem Fassungsvermögen
der Form und ist gleich dem Volumen, das durch die Verschiebung des Kolbens 3 erzeugt
wird. Hierdurch ist es .möglich, mechanische Drücke für den Kolben zu benutzen,
ohne daß es erforderlich wäre, eine hydraulische Einrichtung od. dgl. vorzusehen.
Der Einspritzhub ist durch die Menge der einzuspritzenden Masse bestimmt und seine
Länge dementsprechend gesteuert.
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2. Ein äußerst schnelles Einspritzen in die Form auf Grund der an
der Einspritzöffnung des Einspritzbehälters vorherrschenden konstanten Geschwindigkeit
und Drucks der Masse. Diese Geschwindigkeit verhindert ein Erstarren beim -Eintritt
der Masse in die kalte Form und gestattet die Anwendung automatischer Vorrichtungen
für mehrere getrennte Formen, die sehr schnell durch ein und denselben Einspritzbehälter
gefüllt werden können.
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3. Die Möglichkeit, kleine, äußerst dünne Stücke zu spritzen, die
eine Dicke von 2/10 mm und ein Gewicht von weniger als I g aufweisen.
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4. Der Einspritzdruck ist bedeutend schwächer als bei den bekannten
Verfahren.
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5. Eine erheblich vereinfachte Verriegelung der Formen infolge der
nunmehr ausreichenden schwachen Drücke und der genauen Dosierung des Einspritzmaterials,
während bei den bekannten Einspritzvorrichtungen die das Fas-sungsvermögen der Form
überschreitende Menge der Masse dazu neigt, die gefüllten Formen in dem Augenblick
zu öffnen, wo der Einspritzdruck sein Maximum erreicht.
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6. Vermeidung der Tropfenbildung an der Einspritzdüse des Spritzbehälters.
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7. Erhebliche Herabsetzung der üblicherweise erforderlichen Temperaturen
mit dem daraus folgenden Schwinden der Verkohlungsgefahr des Materials. Darüber
hinaus wird der Trocknungsvorgang praktisch überflüssig.
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8. Die Möglichkeit einer wirtschaftlichen Verwendung von Formen mit
dünnen Wänden infolge der schwachen Drücke und der übrigen vorstehend erläuterten
Vorteile.
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Die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnenen Spritzstücke
haben ein besonders gutes Aussehen. Ihre Biegsamkeit wird noch verbessert, wenn
als plastische MassePolyäthylen oder Polyamid Verwendung finden. Darüber hinaus
sind sie fast unzerbrechlich.