Verfahren zur Ilerstellung von Gegenständen aus thermoplastischem Material und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Ein Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus thermoplastischem Material, bei dem plastifiziertes Material von einer Plastifiziervorrichtung in einen Vorratsraum eingespeist wird, nach Ansammlung eines vorbestimmten Volumens an plastifiziertem Material in dem Vorratsraum die Verbindung zwischen dem Vorratsraum und der Plastifiziervorrichtung abgesperrt wird, ein Auslasskanal geöffnet wird, eine vorbestimmte Menge des gespeicherten Materialvolumens durch den Auslasskanal ausgetrieben wird und danach der Vorratsraum wieder bis zu dem vorbestimmten Volumen mit plastifiziertem Material aufgefüllt wird, dadurch gekennzeichnet,
dass die Einspeisung des plastifizierten Materials in den Vorratsraum gegen einen konstanten Druck erfolgt, der kleiner ist als der von der Plastifiziervorrichtung ausgeübte Einspeisedruck, dass nach dem Absperren der Verbindung zwi zehen der Plastifiziervorrichtung und dem Vorratsraum das im Vorratsraum befindliche vorbestimmte Volumen des plastifizierten Materials unter dem konstanten Druck gehalten wird, und dass die Austreibung des Materials aus dem Vorratsraum nach dem Öffnen des Auslasskanals durch den im Vorratsraum herrschenden konstanten Druck erfolgt.
Ein solches Verfahren hat gegenüber bekannten Verfahren der gleichen Art u. a. den Vorteil, dass sich die Geschwindigkeit des Austreibens aus dem Vorratsraum selbsttätig an die jeweilige Beschaffenheit des gespeicherten Materials anpasst. Verlauf und Dauer des Austreibevorgangs werden nicht von einer starr vorgegebenen Mechanik bestimmt, sondern ergeben sich in jeweils optimaler Weise aus den Eigenschaften des plastifizierten Materials, insbesondere aus seiner Viskosität. Dadurch ist es insbesondere möglich, eine höhere Arbeitsgeschwindigkeit zu erzielen als bei den vorbekannten Vorrichtungen, bei denen die Austreibgeschwindigkeit fest vorgegeben ist und naturgemäss für den ungünstigsten Fall ausgelegt sein muss.
Gegenstand der Erfindung ist ferner auch eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, mit einem Vorratsraum, der über getrennte, mittels einer Absperreinrichtung wahlweise absperrbare Verbindungen mit der Plastifiziervorrichtung bzw. einem Zugang zum Formhohlraum verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des konstanten Druckes ein Verdrängerkolben in den Vorratsraum hinein einschiebbar angeordnet und von einer konstanten Druckquelle in Einführrichtung beaufschlagt ist.
Die Erfindung wird anhand beiliegender Zeichnung beispiesweise erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Horizontalschnitt eines Ausführungsbeispiels einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens,
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1 in grösserem Masstab,
Fig. 3 ein Schnitt nach der Linie III-III in Fig.
1,
Fig. 4 einen Ausschnitt aus Fig. 1 in grösserem Masstab zur Veranschaulichung eines Verfahrensschrittes,
Fig. 5 u. 6 der Fig. 4 ähnliche Teilschnitte zur Veranschaulichung nachfolgender Verfahrensschritte,
Fig. 7 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform der Einrichtung und
Fig. 8 einen Schnitt nach der Linie VIII-VIII von Fig. 7.
In der in den Fig. 1-6 dargestellten Einrichtung wird das zu verarbeitende Material in einem Plastifizier Extruder 150 (Fig. 1) vorbereitet. Dieser weist ein zylindrisches Gehäuse 151 auf, welchem das in fester Form, z. B. als Granulat zugeführte Material plastifiziert wird bis es das Ende der Schnecke erreicht hat.
Über einen Kanal 152 eines Zufuhrrohres 153 gelangt dieses Material in eine Öffnung 158. Das Zufuhrrohr 153 ist mit Heizelementen 154 versehen.
Über die Öffnung 158 gelangt das Material in die waagrecht liegende Bohrung 155, in welcher eine Schiebemuffe 156 angeordnet ist, deren Bohrung 157 mit der vertikalen Bohrung 160 verbunden ist. Diese Bohrung
160 ist die Bohrung der Muffe 161, in welcher der nachstehend beschriebene Spritzpresskolben verschiebbar angeordnet ist. Diese Muffe 161 ist in senkrechter Bohrung 162 des Blockes 163 befestigt. Im gleichen Block ist die Bohrung 155 und die Öffnung 158 gebohrt.
In der Bohrung 159 der Schiebermuffe 156 ist ein Schieberkörper 165 verschiebbar angeordnet. Dieser ist im wesentlichen zylindrisch ausgebildet, er weist in seiner Mitte eine ringförmige Nut 166 auf, deren axiale Länge genügend ist, um die Öffnung 158 mit der Öffnung 167 zu verbinden (Stellung der Fig. 1). Der Schieberkörper 165 hat eine konkave Stirnseite 168, deren Radius gleich dem Radius der Bohrung 160 ist.
Wenn also der Schieberkörper 165 in der Stellung der Fig. 1 liegt, so bildet seine Stirnseite 168 einen Teil der Wandung der Bohrung 160. Sowohl die Schiebermuffe 156 als auch der Schieberkörper 165 sind drehfest montiert.
Die Öffnung 167 kommuniziert mit einem im wesentlichen zylindrischen Spreicherraum 170, der an seiner Ausgangsseite konisch verläuft und mit einem Auslass 171 versehen ist, der zwischen der Öffnung 158 und der Bohrung 160 mit der Bohrung 156 kommuniziert. Im Speicherraum 170 ist ein Speicherkolben 172 axial verschiebbar angeordnet, der mit einer konischen Spitze versehen ist. Eine an dem Block 163 mittels Schrauben 173 befestigte Muffe 174 dient zur Führung des Speicherkolbens 172, sie begrenzt teilweise den Einlass des Speicherraumes 170.
Der Speicherkolben 172 weist einen zylindrischen Teil 176 auf, der ausserhalb des Blockes 163 liegt, und sich in ein Zylinder 177 erstrecken kann (z. B. wenn der Speicherkolben in der Stellung der Fig. 5 ist). Der Durchmesser des Zylinderbohrung 178 ist leicht grösser als derjenige des Teiles 176, welcher über eine Stange 179 verjüngtem Durchmesser mit einem Gewindebolzen 180 verbunden ist, auf welchem eine Einstellmutter 181 vorgesehen ist, die an die äussere Stirnseite einer Führungsmuffe 183 für die Stange 179 anschlägt.
Der Speicherkolben 172 bewegt sich axial von seiner vordersten Lage (Fig. 1 und 4) zu seiner hintersten Lage (Fig. 5). Die Muffen 174 und 183 dienen dabei zur Führung dieses Speicherkolbens 172. Die Zylinderbohrung 176 ist an einer Einlassleitung 184 für eine Flüssigkeit unter Druck angeschlossen. Wenn über diese Einlassleitung 184 das Druckmittel in die Zylinderbohrung 178 gelangt, so wird der Speicherkolben 172 nach rechts (Fig. 2) in die Lage der Fig. 1 oder 4 verschoben, weil das Druckmittel auf die Fläche 185 des Kolbens 172 entsprechend einwirkt. Wie nachstehend näher beschrieben wird, wird die Einführung von weichgemachtem Material in den Speicherraum 170 auf die Spitze 173 des Kolbens 172 eine nach hinten gerichtete Kraft ausüben, so dass dieser Kolben nach hinten in die Stellung der Fig. 5 verschoben wird.
Die Muffe 183 weist einen Luftkanal 186 (Fig. 2) auf, der über Luftleitungen 187 mit einem Druckumschalter PS1 bekannter Bauart verbunden ist. Wenn die Einstellmutter 180 das Ende des Luftkanals 186 schliesst, so wirkt dann ein Druck auf das Membran des Druckumschalters PSI. Sonst fliesst die Luft durch den Luftkanal 186. Wenn also der Druckumschalter PS1 betätigt wird, so zeigt dies an, dass sich der Speicherkolben 172 in seiner äussersten rechten Stellung befindet, d. h. dass der Speicherraum 170 leer ist (Fig. 1, 4, 6).
Die Anzeige, dass der Speicherraum gefüllt ist, erfolgt wie nachstehend erwähnt: Der Speicherkolben
172 trägt einen Bund 188, der in der äussersten linken Stellung des Speicherkolbens 172 gegen die Stirnseite
189 eines ringförmigen, am linken Ende des Zylinders
177 angeordneten Einsatzes 190 anschlägt. In diesem Einsatz 190 ist ebenfalls ein Luftkanal 191, der über Leitungen 192 mit einem Druckumschalter PSa verbunden ist. Betätigung dieses Druckumschalters PS2 wird also die Tatsache anzeigen, dass der Speicherraum
172 gefüllt ist und dass sich der Speicherkolben 170 in der Stellung der Fig. 5 befindet. Das Füllen und Leeren des Speicherraumes 170 wird von dem Schieberkörper 165 gesteuert, der von einem Kolben 195 verstellt wird, mit welchem er mittels einer Stange 196 verbunden ist.
Der Kolben 195 ist in einer Zylinderbohrung 197 des Blockes 177 verschiebbar angeordnet. Das hintere offene Ende ist mit einer Vorrichtung 198 versehen, die ebenfalls eine Zylinderbohrung 199 aufweist, welch letztere mit einem Einsatz 199a geschlossen ist.
In der Zylinderbohrung 199 ist ein Haltekolben 200 verschiebbar angeordnet, dessen Stange 201 sich in die Zylinderbohrung 197 erstreckt, so dass sie unter gewissen Bedingungen mit dem Kolben 195 in Kontakt kommt. Mittels der Kolben 195 und 200 kann der Schieberkörper 165 in die drei Stellungen der Fig. 4, 5 und 6 gebracht werden. In Fig. 1 und 4 ist der Schieberkörper 165 in seiner Schliesslage , in welcher Druckmittel über die Öffnung 202 in die Zylinderbohrung 199, und über die Öffnung 203 in die Zylinderbohrung 197 eingeführt wird, so dass die Kolben 200 und 195 nach rechts verschoben werden. In dieser Lage kommuniziert die Öffnung 158 über die Nut 166 mit der Einlassöffnung 107 des Speicherraums 170.
In dieser Stellung des Schieberkörpers 165 gelangt also plastifiziertes Material in den Speicherraum 170, so dass der Speicherkolben 172 entgegen der Wirkung des Druckmittels im Zylinder 177 nach links verstellt wird.
Ist der Speicherraum 170 voll, und ist der Speicherkolben 172 in seiner linken Endlage, so wird, wie bereits beschrieben, der Druckumschalter PS2 betätigt. Dies verursacht im später beschriebenen Druckmittelkreislauf eine Unterbrechung der Zufuhr von Druckmittel durch die Öffnung 203 und durch die Öffnung 204 eingeleitet wird. Der Kolben 195 wird nach links verschoben.
Man beachte, dass die Stange 196 in der rechten Stirnseite des Kolbens 195 befestigt ist. Die Fläche, auf welche das durch die Öffnung 204 eintretende Druckmittel wirkt, ist somit gleich Stirnfläche des Kolbens 196 abzüglich der Fläche des Querschnittes der Stange 196.
Diese ringförmige Fläche ist kleiner als die Fläche der hinteren Stirnseite des Kolbens 200, auf welche das durch die Öffnung 202 stets fliessende Druckmittel einwirkt. Der Kolben 200 wird somit in seiner rechten Endlage gehalten, obwohl der Kolben 195 nach links im Anschlag mit dem Ende der Stange 201 verstellt worden ist. Der Schieberkörper 165 liegt dann in seiner mittleren Lage (Fig. 5). In dieser Lage ist die Öffnung 158 gesperrt, so dass sie mit dem Speicherraum 170 nicht mehr verbunden ist. Da aber die Auslassöffnung 171 ebenfalls gesperrt ist, kann kein Material vom Speicherraum 172 in die Bohrung 160 gelangen. Wenn in dieser Bohrung 160 plastifiziertes Material eingeführt werden soll, so wird die Druckmittelzufuhr durch die Öffnung 202 unterbrochen, und diese Öffnung 202 wird nach links verschoben, und schlägt an dem Einsatz 199a an.
Der Kolben 195 kann dann in seine linke Endlage gelangen und der Schieberkörper 165 nimmt seine linke Endlage oder offene Stellung ein (Fig. 6).
In dieser Lage befindet sich die konkave Stirnseite 168 links von der Auslassöffnung 171, so dass plastifiziertes Material aus dem Speicherraum 170 in die Bohrung 160 gelangen kann. Gleichzeitig wird über die Leitung 184 Druckmittel in die Zylinderbohrung 178 eingelassen, so dass der Speicherkolben 172 das Material aus dem Speicherraum 170 herausdrückt.
Um die Bewegungen des Schieberkörpers 165 mit dem Rest der Maschine zu koordinieren, ist auf der Kolbenstange 196 ein Träger 205 montiert, an welchem ein Arm 206 angebracht ist. Am Ende dieses Armes 206 ist ein einstellbarer Anschlag 207 vorgesehen, der zur Betätigung eines Grenzschalters dient, welch letzterer an einem Träger 208 des Blockes 177 befestigt ist.
Ferner sind auf dem Arm 206 einstellbare Nocken 209, 210 vorgesehen, die weitere auf dem Block 177 angebrachte Kreuzschalter betätigen.
Die beschriebenen Mittel erlauben eine sehr genaue Bemessung der in die Bohrung 160 gelangende Materialmenge. Dank der Einstellmutter 181, kann der Speicherkolben 172 an dem einen oder anderen Ende des Speicherraumes 170 verstellt werden. Dies, verbunden mit dem sehr genauen Druckumschalter PS1, erlaubt eine extrem genaue Einstellung des Speicherkolbens 172 im Speicherraum 170.
Man beachte ferner, dass der Speicherkolben 172 mit den Wänden des Speicherraumes 170 nicht in Kontakt steht. Vielmehr ist er freitragend eingeführt, so dass kein Schliesskolben für das heisse Material notwendig ist. Man vermeidet somit ein Lecken des Materials und die durch den Ersatz der Dichtungen notwendige Wartung.
Wenn der Speicherkolben 172 nach rechts bewegt wird, so wird der Schieberkörper 165 ebenfalls nach rechts in die Lage der Fig. 4 bewegt, so dass das vor seiner Stirnfläche 168 liegende Material in die Bohrung 160 geführt wird. Dank ihrer Form wirkt diese Stirnfläche 166 als Abstreifer.
Der Materialfluss im Kanal 152, durch die Öffnung 158, durch die Nut 166 in den Einlass 166 und vom Speicherraum 170 in die Bohrung 160 ist immer vorwärts gerichtet. Es gibt keine Taschen oder tote Winkel, in welchen Material sich ansammeln könnte.
Dank der Tatsache, dass das Material die Rückwärtsbewegung des Speicherkolbens 172 verursacht, und gewährleistet, dass das Material in der Nut 166 und im Einlass 167, sowie im Raum zwischen der Mantelfläche des Speicherkolbens 172 und der Wandung des Speicherraumes 170 ebenfalls zwecks Verstellung des letzteren bewegt wird, wenn der Speicherraum zwecks Aufnahme der nächsten Ladung aufgefüllt wird.
In der Variante gemäss Fig. 7 und 8 ist der Block 163, der Speicherkolben 172, der Schieberkörper 165, die Muffe 156 und die verschiedenen Kanäle die gleichen.
Hingegen sind in dieser Ausführung verschiedene Elemente anders gestaltet. Die Bohrung 155 ist an sich verlängert und weist eine Verlängerung 615 auf. Die Muffe 156 ist entsprechend verlängert und ihre Verlängerung 616 erstreckt sich durch die Bohrung 162. Der Schieberkörper 165 weist einen breiteren Endteil 625 auf, der sich in die Verlängerung 616 erstreckt.
Der Endteil 625 ist mit einer Anzahl Bünde 626 versehen, die rechts (Fig. 8) von der Bohrung 162 liegen.
Der Schieberkörper 165 besitzt ferner einen verjüngten Teil 627, der die Bohrung 162 überbrückt. Dieser Teil 627 zusammen mit der Wandung der Muffe 157 begrenzt eine Nut 628.
Aus Fig. 7 ist ersichtlich, dass der Spritzhalter 223 der Fig. 3, dessen Kopf 225 in der Bohrung 160 liegt, durch eine feste Muffe 630 ersetzt worden ist. Diese Muffe 630 erstreckt sich durch den Tisch 213 und trägt an ihrem unteren Ende einen Block 631, durch welchen sie mit einem Block 632 verbunden ist.
Letzterer hat eine mittlere axiale Öffnung 633, die mit einem Giessraum 634 kommuniziert. Ferner steht er über einem Kanal 636 des Blockes 631 mit einem Materialeinlass 635 der Muffe 630. Der Materialeinlass 635 ist über den radialen Kanal 637 der Verlängerung 616 mit der Nut 628 des Schieberkörpers 165 verbunden.
Wenn also plastifiziertes Material aus dem Speicherraum 170 über den Kanal 171 und die Nut 628 in den Kanal 637 gelangt, wobei der Schieberkörper in der Stellung der Fig. 6 liegt, so gelangt er über die Kanäle 635, 636 und die Öffnung 633 in den Giessraum 634. Er steht unter dem vom Speicherkolben erzeugten Druck.
Das vordere ! Ende des Elementes 630 (Fig. 7) und die Blöcke 631, 632 sind von einem als Wärmeausdünster dienenden Block 640 umslchlossen. Ein Kanal 641 dient zur Aufnahme des Wärmeträgers. Die Temperatur im Block 632 wird dadurch gesenkt und das Material in der Öffnung 633 nach dem Füllen des Giessraumes 634 erstarren. Der Block 631 hat eine Verlängerung 642, die sich in eine entsprechend geformte Ausnehmung 643 des Blockes 632 erstreckt, wobei allerdings zwischen dieser Verlängerung 642 und der Wandung der Ausnehmung 643 ein annähernd konischer Raum frei bleibt. Beim Auffüllen des Giessraumes 634, wird dieser freie Raum auch mit Material gefüllt, welches als Wärmeisolator dient, um eine Erstarrung des Materials im Kanal 636 in Folge des Wärmeaustausches im Block 632, zu verhin dern.
Das Ende der Muffe 630 ist mit einem Gewinde 645 versehen, so dass die Lage dieser Muffe 630 mit Hilfe einer Einstellmutter 646 genau eingestellt werden kann.
An ihrem anderen Ende trägt die Muffe 630 einen Flansch 647, der gegen eine Schulter 648 eines Blockes 649 angepresst wird. Letzterer stützt sich gegen den Tisch 213.
Im wesentlichen funktioniert diese Maschine wie in bezug auf Fig. 1-6 beschrieben, nämlich:
Das plastifizierte Material kommt vom Plastifizier Extruder 151 über den Kanal 152, die Öffnung 158, und gelangt in die Bohrung 157 falls der Schieberkörper 165 sich in der Stellung der Fig. 1, 4, 8 befindet. Über die Nut 166 und den Einlass 167 fliesst das Material in den Speicherraum 170. Der Auslass 171 ist bei dieser Stellung des Schieberkörpers 165 geschlossen. Der Druck im plastifizierten Material wird den Speicherkolben 172, entgegen der Wirkung im Zylinder 177 nach links verstellen. Wenn der Bund 188 an den Anschlag gelangt, wird der Druckumschalter PS2 betätigt.
Der Speicherkolben 172 ist dann in der Stellung der Fig. 5 und Druckmittel fliesst durch die Öffnung 204 in die Zylinderbohrung 197 und durch die Öffnung 202 in die Zylinderbohrung 199.
Der Schieberkörper 165 ist in seine mittlere Lage (Fig. 5) verschoben, in welcher die Öffnung 158 und der Auslass 171 blockiert sind. Das Material im Speicherraum 170 ist unter dem in der Zylinderbohrung 178 herrschenden Druck gehalten.
Um den Speicherraum 170 entladen zu können, muss der Druck in der Zylinderbohrung 194 abgebaut werden, dann kann der Kolben 200 in seine linke Endlage gelangen (Fig. 1), worauf der Schieberkörper 165 ebenfalls in seine linke Endlage gelangt (Fig. 6).
Der Speicherkolben 172 wird dann unter der Wirkung des Druckmittels in der Zylinderbohrung 178 von links nach rechts verschoben, er verdrängt das Material des Speicherraumes 170 durch den Auslass 171 in die Bohrung 157. Wenn der Speicherkolben 172 seine rechte Endlage erreicht, so schliesst die Einstellmutter 181 den Luftkanal 186 und der Druckumschalter PS1 wird betätigt. Diese verursacht einen Einlass von Druckmittel durch die Öffnung 203 in die Zylinderbohrung 197, so dass der Schieberkörper 165 wieder nach rechts verschoben wird. Das gesamte in der Bohrung 157 noch vorhandene Material wird durch die Stirnfläche des Schieberkörpers 165 abgestreift und in die Bohrung 160 eingeführt. Der Spritzkolben 225 (Fig. 3) bringt dann dieses Material in den in der Bohrung 160 vorgesehenen Giessraum.
Wie bereits erwähnt, ist im Ausführungsbeispiel der Fig. 7 und 8 der Kolben 223 eliminiert worden.
Wenn sich der Schieberkörper 165 nach Entladung des Materials weiter bewegt, so wird Material in den Durchgängen 637, 635, 636 und 633 blockiert und zwar unter dem vom Speicherkolben 172 geübten Druck. Dies ist auch der länglichen Nut 628 möglich.
Nach Entladung des Speicherraumes 170 wird der erste Bund 626 derart angeordnet, dass die Nut 628 den Auslass 171 mit dem Durchgang 637 verbindet. Das Material kann dann vom Speicherraum über den Kanal 635 in den Giessraum 634 gelangen.
Dann wird der Schieberkörper 165 in die Stellung der Fig. 8 gebracht. Das Volumen Material in der Nut 628 bleibt unverändert, dieses Material steht aber unter dem vom Speicherkolben 172 ausgeübten Druck. Die übrigen Bünde 626 dienen zur Verhinderung eines Leckens von Material am rechten Ende der Bohrung 157.
Die beschriebene Apparatur erlaubt somit, das Material in sehr genau bemessenen Dosen für eine Giessoperation zuzuführen, die ein Spritzgiessen, ein Strangpressen, etc. sein kann.
Das Spritzgiessen kann mit Hilfe eines gesonderten Spritzkolbens (Fig. 1-6) oder unter Verwendung des vom Speicherkolben 172 geübten Druckes (Fig. 7, 8). In beiden Fällen wird eine sehr genaue Ladung Material abgegeben.
Dieser Speicherraum 170 mit dem Speicherkolben 172 erlaubt eine sehr genaue Dosierung des in die Bohrung 160 abgegebenen Materials. Der Speicherkolben 172 kann mit Hilfe der Einstellmutter 181 sehr genau im Speicherraum 170 eingestellt werden. Dies mit der hohen Genauigkeit des Druckumschalters PS1 kombiniert, gibt ein Mass für die sehr grosse Präzision, mit welcher der Speicherkolben eingestellt werden kann.
Da das Volumen des bei jedem Hub entladenen Materials von der Stellung des Speicherkolbens vor und nach dem Hub abhängt, entspricht diese Genauigkeit der Einstellung des Speicherkolbens der Genauigkeit der Dosierung des Materials.
Auch hier ist der Speicherkolben praktisch freihängend gelagert, so dass er die Wände des Speicherraumes nicht berührt. Dadurch erübrigt sich die Notwendigkeit, Abdichtungen vorzusehen.
Bei jedem Hub des Schieberkörpers 165 von links nach rechts, wirkt seine Stirnfläche 168 als Abstreifer und führt das sich in der Bohrung 157 befindliche Material in die Bohrung 160. Die konkave Form dieser Stirnfläche 168 erlaubt es dem Spritzkolben ebenfalls, das Material von dieser Stirnfläche abzustreifen.
Der Materialfluss vom Kanal 152 bis zum Auslass 171 ist stets in Vorwärtsrichtung. Es gibt keine Taschen oder tote Winkel, in welchen Material sich ansammeln könnte. Da das Material zur Rückstellung des Speicherkolbens dient, wird das Material in der Nut 166 und im Einlass 167 auch vorwärts bewegt.