DES0037538MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 9. Februar 1954 Bekanntgemacht am 19. Juli 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Nach dem, bekanntem: Einspritzveirfahreni wird der geschmolzene plastische Stoff durch eine in dler Form angebrachte Öffnung in diese hinelingespritzt. Der hierzu erforderliche Druck wird von. einem Kolben erzeugt, der auf «ine Masse eines pulverartigen oder granulösen Ausgangsstoffes drückt, die in, einem Zylinder enthalten ist. Der Zylinder ist mit Heizeinirichtungen versehen, die die Temperatur des Ausgangsstoffes von der Berührungsstelle des Kolbens mit ihm bis in die Nähe der Einsprfitzöffnung derart steigern, daß der durch diese Temperaturerhöhung¹ geschmolzene Stoff eingespritzt werden kann.

Da der Drude des Kolbens auf den, pulverartigen oder granulösen. Stoff ausgeübt wird, ergibt sich ein erheblicher Leistungsverlust von einem Ende des Zylinders zum anderen, Um dien für das Einspritzen in die Form erforderlichen Druck zu: erhalten, muß auf den Kolben ein, erheblich, stärkerer Druck ausgeübt werden, als er an der Einspritz-Öffnung zur Wirkung gelangt.

Die bekannten Verfahren gestatten auch keine genaue Dosierung der einzuspritzenden Masse. Es ist unmöglich, mit konstantem Druck und konstanter Geschwindigkeit genau die Menge einzuspritzen, die dem Volumen der Form entspricht. Der im

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Schmelzen, begriffene plastische Stoff beginnt erst nach einem gewissem Druck der Gesamtmasse des pulverartigen Stoffes allmählich flüssig zu werdlein, fließt¹ dann, aber mit einer erhöhten, Geschwindigkeit und einem gesteigerten Druck.

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 Anfangsgeschwindigkeit eindringende

ίο Stoff in einem gewissen Maße erkaltet, so daß es zur Fortsetzung des Einspritzens erforderlich ist, auf den Kolben, erhebliche Drücke auszuüben, um den, auf Gruind dieses Temperatorverlustes eintretenden Widerstand zu überwinden und, ein eiinwandfreies Gießen zu 'erreichen.

Diese Nachteile machen sich um so empfindlicher bemerkbar, je dünner die zu gießenden Teile sind. ■Denn ihre Erkaltung in der Form tritt! diann fast sofort ein.

Eine bekannte Spritzgußmaschine dieser Art für thermoplastische Kunststoffe ist soi ausgebildet, daß die Erwärmung auf Fließtemperatur in, einem mit einer Transportschnecke versehenen! Massezylinder, das Ausspritzen, durch Veränderung des Füllvolumeais des Massezylinders bewirkt wird. Es liegt auf der Hand, daß nach jedem Spritzhub eine gewisse Zeit verstreichen muß, ehe durch, die Transportschnecke genügend spritzfähige Masse hindurchgelangt und sich vor¹ dieser zum Ausspritzen in die Form wieder angesammelt hat. Darüber hinaus· ist eine einwandfreie Dosierung nicht gewährleistet, weil sich nicht verhindern läßt, daß die Masse, beim Einspritevorgang wenigstens zu einem geringen Teil nach hinten, in die Schnecke ausweicht. Die hierdurch unumgängliche Ungenauigkeit der Dosierung variiert darüber hinaus von Spritzhub zu Spritzhub.

Insbesondere um dien erforderlichen hohen Druck herabzusetzen,, sind, zahlreiche andere Konstrüktionen bekanntgeworden. Soi 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 geformten Gegenstand nach Beendigung des Einspritzvorganges ausgestoßen werden, muß.

Bekannt ist auch eine Einrichtung zum Pressen, von Werkstücken, aus 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. Hub-Volumens des Vo-rpreßkolbens. Die Vorschmelzkammer ist in bezug auf die Schmelzkammer verschiebbar 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 sind hydraulische Einrichtungen, für die Kolben erforderlich. Darüber hinaus, ergibt sich aus. der.Notwendigkeit des. mehrmaligen Einspritzens aus der Vorschmelzkammer für einen Spritzhub eine Beeinträchtigung des Arbeitstempos. Schließlich sind Verluste an geschmolzenem Material zwischen, den beweglichen Teilen, unvermeidbar.

Es ist: auch eine Spritzgußkölbenpresse 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 während¹ des Spritzvorganges nach· dem Betätigen des Kolbens eingeschaltet wird. Auch diese Ausgestaltung führt lediglich zu einer Komplizierung, ohne das PrObIeIn, gelöst zu haben. Die Betätigung der Spindelpresse erfordert darüber hinaus nach jedem Spritzhub einen weiteren Arbeitsvorgang, welcher die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens in Frage stellt.

Schließlich ist eine Spritzguß vorrichtung bekannt, die in zwei Zylinder unterteilt ist und. bei der je ein Kolben, die Masse, aus, dem einem Zylinder in den anderen. Zylinder und von dort in die Form drückt. Neben diem komplizierten Aufbau, insbesondere durch den Einbau eines Rückschlagventils am Ende des größeren, Spritzkolbens, hat diese Vorrichtung wiederum den Nachteil, daß der Spritzzylinder nur durch mehrere Hübe gefüllt werden kann.

Die Erfindung vermeidet: die im vorstehenden¹ geschilderten Nachteile und Tbringt darüber hinaus erhebliche weitere Vorteile für das Spritzgießen mit: sich, die neben, dien später noch zu, erörternden Punkten, insbesondere in dem einfachen Aufbau der Spritzvorrichtung bestehen. Die Spritzvorrichtung zum Formen plastischer Stoffe, welche aus einer Schmelzkammer, die mit Heizelementen ausgestattet und mit dem Ausgangsstoff gespeist ist, und aus einer Einspritzkammer besteht, die mit: der Schmelzkammer in. Verbindung steht, zeichnet: sich erfindungsgemäß diurch einen, Einspritzkolben, aus, welcher in der Spritzkammer sowie dem unteren. Teil der sich unmittelbar anschließ enden, 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 Vorrich-, tung ist diese unmittelbar nach jedem Einspritzhub 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

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Widerlager am freien Ende der Zwinge begrenzt. Die Vorrichtung kann erfindungsgeimäß 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 einem Arm mit dem Kolben der Einspritzkammer in Verbindung steht. Schließlich ergibt

ίο 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.

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. Die Vorrichtung weist einen am Boden durchbrochenen Spritzbehälter 1 mit einer Einspritzöffnung 2 auf. In dem Spritzbehälter 1 bewegt sich, durch eine Stange 4 angetrieben, ein Ein-Spritzkolben 3. Ein öder mehrere elektrische Widerstände 5 gewährleisten die Heizung des Behälters ι 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, woi er beim weiteren Eindringen in das Gesenke 6 eine bestimmte Temperatur erreicht und infolge seines halbgeschmolzenen 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.

Der Zylinder 9 des Behälters 1, in dem sich der Einspritzkolben 3 bewegt, kann mit dem Gesenkeo durch die. Öffnungen io_o und einen Kanal io_b in Verbindung stehen, welche in einer Zwinge 11 angeordnet sind, die das Endstück der Stange 4 bildet. Der Kolben 3 besitzt auf dieser Zwinge ein gewisses Spiel, um sich zwischen dem Kopfstück 12 der Zwinge und dem Ende der Stange^ axial zu verschieben.

Am Boden des Zylinders 9 kann die Einspritzöffnung 2 durch ein Verschlußstück 13 geschlossen werden, welches in einer Führung kleinen Durchmessers beweglich angeordnet ist, die ihrerseits mit'der Kammer 9 durch den Kanal 14 in Verbindung steht. . ■ ' '

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich deutlich eines der wesentlichen Merkmale der Erfindung, welches darin besteht, daß der Einspritzkoiben 3 in der geschmolzenen plastischen Masse derart versenkt ist, daß seine wirksame Fläche 3_a ausschließlich in dieser geschmolzenen Masse getaucht ist.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist folgende: In Fig. 1 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 aufsetzen¹ und so die Öffnungen io_a schließen. Beim weiteren Senken der Stange 4 wird die im Zylinder 9 enthaltene: plastische Masse zusammengepreßt, wobei sie sich in den Kanal 14 ergießt, und das Verschluß stück 13 veranlaßt, die Einspritzöffnung 2 freizugeben. Die plastische Masse wird sodann entsprechend der auf der Stange 4 und folglich auch auf den KoI-ben 3 ausgeübten Geschwindigkeit und deis auf sie wirkenden Druckes durch die Öffnung eingespritzt.

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 Augenblick 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 Durchlaufen des Abschnitts c mitnimmt. Der Kolben 3 bewegt sich daraufhin ebenfalls aufwärts und bildet so im Zylinder 9 einen Unterdruck, der sofort ein Ansaugen des Tropfens e und über den Kanal 14 ein Ansaugen des Verschluß Stückes 13 bewirkt, welches sich also automatisch schließt, ohne daß es einer Rückholfeder bedürfte.

Bei der weiteren Aufwärtsbewegiung des Kolbens 3 saugt der Unterdruck im Zylinder 9 über die Öffnungen io„ und io_& aus dem Gesenke 6 eine neue Charge geschmolzenen plastischen Materials an.

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 öffnungen io„ »und die untere Fläche des Kolbens 3 in einem geeigneten Verhältnis zueinander stehen, wobei die luntere Fläche des Kolbens 3 bedeutend .größer ist als diejenige, die den genannten öffnungen entspricht.

Am Ende der Aufwärtsbewegung ist der durch die Öffnungen io„ und den Kanal io_ft ,gespeiste Zylinder 9 erneut gefüllt. Der Einspritzvorgang kann daher wieder beginnen.

Der von dem Einspritzkolben 3 und der Stange 4 unabhängige Kolben 8 hat lediglich die Funktion, das Gesenke 6 mit Ausgangsstoff au versorgen und das im Einfülltrichter 7 enthaltene plastische Ma-

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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.

Bei der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Steuerung des Verschlußstückes 13 besonders hervorzuheben. Das Öffnen des Verschlußstückes wird einzig und allein durch den Druck des Kolbens 3 auf die im Zylinder 9 enthaltene Masse hervorgerufen. Ein Widerlager 15 ist angeordnet, um zu verhindern, daß das Verschlußstück aus seiner Führung hinausgedrückt wird.

Soll die Einspritzgeschwindigkeit noch erhöht werden, so ist es möglich, das Verschlußstück 13 in seiner aus Fig. 1 ersichtlichen Lage eine kurze Zeit lang mechanisch versiegelt zu halten, so daß der Kolben 3 im Zylinder 9 einen erhöhten Druck

^a5 erzeugt.

Ist der Ausgangsstoff sehr dickflüssig, so daß er durch die Öffnungen 1O₁₁₁ 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.

Erforderlichenfalls kann in die plastische Masse zwischen der Stange 4 und der Innenwand des Gesenkes 6 (Fig. 2) eine Vorrichtung 16 angebracht sein, die als Torpedo bezeichnet wird und aus einem guten metallischen Wärmeleiter besteht. Sie bildet enge Durchflußkanäle für die plastische Masse, welche so in homogener Weise der Schmelztemperatur zugeführt wird.

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:

1. Eine äußerst genaue Einspritzungsdosierung. Die Menge der eingespritzten Masse entspricht genau dem Fassungsvermögen der Form und ist gleich dem Volumen, das durch die Verschiebung

50, 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. . . .

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.

3. Die Möglichkeit, kleine, äußerst dünne Stücke zu spritzen, die eine Dicke von ²/io mm und ein Gewicht von weniger als 1 g aufweisen.

4. Der Einspritzdnuck ist bedeutend schwächer als bei den bekannten Verfahren.

5. Eine erheblich vereinfachte Verriegelung der Formen . infolge der nunmehr ausreichenden schwachen Drücke und¹ der genauen Dosierung des Einspritzmaterials, während bei den bekannten Einspritzvorrichtungen die das Fassungsvermögen der Form überschreitende Menge der Masse dazu neigt, die gefüllten Formen in dem Augenblick zu öffnen, wo der Einspritzdruck sein Maximum erreicht.

6. Vermeidung der Tropfenbildung an der Einspritzdüse des Spritzbehälters.

7. Erhebliche Herabsetzung der üblicherweise erforderlichen Temperaturen mit dem daraus folgenden Schwinden der Verkohlungsgefahr des Materials. Darüber hinaus wird der Trocknungsvorgang praktisch überflüssig.

8. Die Möglichkeit eimer wirtschaftlichen Verwendung von Formen mit dünnen Wänden infolge der schwachen Drücke und der übrigen vorstehend go erläuterten Vorteile.

Die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnenen Spritzstücke haben ein besonders gutes Aussehen. Ihre Biegsamkeit wird noch verbessert, wenn als plastische Masse Polyäthylen oder Polyamid Verwendung finden. Darüber hinaus sind sie fast unzerbrechlich.

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Spritzvorrichtung zum Formen plastischer Stoffe, welche aus einer Schmelzkammer, die. mit Heizelementen ausgestattet und mit Ausgangsstoff gespeist ist, und aus einer Einspritzkammer besteht, die mit der Schmelzkammer in Verbindung steht, gekennzeichnet durch einen Einspritzkolben (3), welcher in der Einspritzkammer (9) sowie dem unteren Teil der sich unmittelbar an dieser anschließenden, vorzugsweise einen größeren Durchmesser aufweisenden Schmelzkammer (6) axial bewegbar ist und mit Verbindungskanälen (io_ß, io_&) von der Schmelzkammer zur Einspritzkammer ausgestattet ist, die bei seiner Einspritzbewegung verschlossen und bei seiner entgegengesetzten Bewegung geöffnet sind.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Ende einer KoI-benstange (4) eine Zwinge (11) angeordnet ist, welche einen Längskanal (io₆) aufweist, der an einem Ende mit wenigstens einem Querkanal (io_a) in Verbindung steht und auf welcher der Kolben (3) zwischen zwei Endstellungen verschiebbar ist, und die Querbohrung in

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   einer Endstellung außerhalb, in der anderen innerhalb der Längsbohrung des Kolbens liegt.

   3.. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungen des Kolbens auf der Zwinge einerseits durch die Kolbenstange (4) und andererseits durch ein Widerlager (12) am freien Ende der Zwinge begrenzt ist.

   4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (2) mit einem durch Druck und Sog des Kolbens automatisch gesteuerten Schließorgan versehen ist, welches aus einem Stift (13) besteht, der in einer quer zur Düse beginnenden Winkelbohrung geführt ist, die über einen Arm (14) mit dem Boden der Einspritzkammer in Verbindung steht.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungsbewegung des Schließorgans durch ein Widerlager (15) begrenzt ist.

   6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß um die Kolbenstange (4) zwischen einem Einfülltrichter (7) und dem oberen Teil der Schmelzkammer (6) ein zweiter, vom Einspritzkolben unabhängiger Einfüllkolben (8) vorgesehen ist.

   In ,Betracht gezogene Druckschriften: ₃„

   Deutsche Patentschriften Nr. 858310, 831769,

   900997; ■

   schweizerische Patentschriften Nr. 254 321,

   646.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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