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Verfahren und Vorrichtung zum automatischen Regeln des Einspritzvorganges
von Spritzgießmaschinen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum automatischen Regeln des Einspritzvorganges mit Hilfe einer Verschlußdüse am
Einspritzzylinder von thermoplastische Kunststoffe verarbeitenden Spritzgießmaschinen.
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In der Spritzgießtechnik zur Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe
ist es allgemein bekannt, am Spritzzylinder Verschlußdüsen vorzusehen, die sich
entweder unter dem Einfluß des im Spritzzylinder herrschenden Druckes gegen eine
zusätzliche Kraft, wie die einer Feder, eines Gewichtes od. dgl., öffnen oder aber
auch unter dem Einfluß des Spritzdruckes oder einer Feder schließen, wenn der auf
das Verschlußorgan wirkende mechanische Druck des Spritzwerkzeuges aufhört.
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Mit derartigen Verschlußdüsen ist es jedoch nicht ohne weiteres möglich,
das sogenannte »Atmen« der Form nach ihrer Füllung zu vermeiden, eine Gefahr, die
beim Herstellen großflächiger und großvolumiger Teile sehr leicht besteht und bisher
hohe Formzuhaltedrücke erforderte.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine zum Durchführen
des Verfahrens geeignete Vorrichtung zu schaffen, womit es möglich ist, das sogenannte
»Atmen« der Form nach ihrer Füllung ohne extrem hohe Zuhaltedrücke zu vermeiden
und auch auf einfach wirkenden Pressen Gegenstände im Schnellformverfahren mit hoher
Genauigkeit herzustellen.
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Das zur Lösung dieser Aufgabe geeignete Verfahren besteht nach der
Erfindung darin, daß die Verschluß düse während des Einspritzvorganges unter dem
Einfluß des normalen Einspritzdruckes offengehalten, dagegen nach dem Füllen der
Spritzgießform unter dem Einfluß der dabei aufgebauten hohen Drücke geschlossen
und bei anschließendem Druckabfall im Kanal der Verschlußdüse während des Erstarrungsprozesses
des Spritzlings wieder geöffnet wird.
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Die Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens ist erfindungsgemäß
so ausgebildet, daß der Kanal der Verschlußdüse von einem etwa mittig abgesetzten
Kolbenschieber durchsetzt ist, der entgegen dem in der Spritzgießform herrschenden
Innendruck im Öffnungssinn gegen eine Speicherkraft bewegbar gelagert ist.
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Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung verläuft
die den Kolbenschieber aufnehmende Bohrung schräg zum Anspritzkanal, und zwei Kolbenschieberabschnitte
weisen beiderseits der mittigen Absetzung einen unterschiedlichen Querschnitt auf,
wobei den größeren Querschnitt derjenige
Kolbenschieberabschnitt besitzt, auf den
die Speicherkraft einwirkt.
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Bei einer anderen Ausführungsform ist der Kolbenschieber koaxial
innerhalb des Kanals der Verschlußdüse angeordnet, und die mittige Absetzung befindet
sich im Bereich einer Verengung des Spritzkanals.
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Bei beiden Ausführungsformen wirkt auf das eine Ende des Kolbenschiebers
der eine Arm eines Hebels ein, dessen anderer Arm im Öffnungssinn des Kolbenschiebers
unter der Wirkung einer Feder steht.
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Der am Kolbenschieber angreifende Arm des Hebels weist dabei zweckmäßigerweise
eine Nut auf, in die ein abgesetzter Kopf des Kolbenschiebers eingreift.
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Die Vorspannkraft der Feder ist einstellbar, beispielsweise mittels
einer entsprechenden Schraubenanordnung. Weiterhin sind zweckmäßigerweise Anschläge
vorgesehen, die die Bewegung des Kolbenschiebers oder des ihn betätigenden Hebels
begrenzen. Für den Kolbenschieber kann eine Verriegelungsvorrichtung vorgesehen
sein, um den Schieber in seiner Schließstellung zu halten und einen Abfluß des Materials
aus dem Spritzzylinder zu verhindern. Schließlich kann der Kraftspeicherfeder ein
einstellbarer Dämpfer, z. B. ein Dämpfungsrelais
oder eine Bremse,
zugeordnet sein, der dann zweckmäßigerweise an dem federbeaufschlagten, auf den
Kolbenschieber einwirkenden Hebelarm angreift, um die Aktionsgeschwindigkeit des
Reglers herabzusetzen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung bieten unter anderem
den Vorteil, daß danach bzw. damit insbesondere auch mit einfach wirkenden Spritzgießmaschinen
Teile hergestellt werden können, deren Stirnfläche die Fläche des Einspritzkolbens
merklich übersteigt, da der Druck im Innern der Form beim Ende des Formvorganges
durch Verschließen des Einspritzkanals automatisch auf einen regelbaren und im voraus
einstellbaren Wert begrenzt wird unabhängig davon, welcher Druck gerade in dem Moment
oder später in dem Spritzzylinder herrscht.
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In der folgenden Beschreibung sind einige besonders zweckmäßige Ausführungsbeispiele
einer nach der Erfindung ausgebildeten Vorrichtung an Hand von Zeichnungen näher
erläutert. In den Zeichnungen zeigt F i g. 1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Regelungsvorrichtung, Fig. 2 einen Schnitt durch eine andere
Ausführungsform der Regelungsvorrichtung vor dem Füllen der Form, Fig. 3 einen Schnitt
ähnlich dem in Fig. 2 dargestellten, jedoch nach dem Füllen der Form, F i g. 4 einen
Schnitt durch eine F i g. 1 ähnliche Ausführungsform der Regelungsvorrichtung, F
i g. 5 eine an einer doppeltwirkenden Einspritzpresse angeordnete Regelungsvorrichtung,
F i g. 6 einen Querschnitt nach Linie VI-VI in Fig. 5, F i g. 7 eine an einer einfach
wirkenden Einspritzpresse angeordnete Regelungsvorrichtung, F i g. 8 einen Schnitt
entsprechend dem in F i g. 4 dargestellten, jedoch durch eine einen Dämpfer aufweisende
Regelungsvorrichtung in einer Stellung vor dem Füllen der Form und F i g. 9 einen
Schnitt entsprechend dem in F i g. 8 dargestellten, jedoch nach dem Füllen der Form.
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Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich
in einem Spritzzylinder 1 ein in an sich bekannter Weise ausgebildeter Einspritzkolben
2. Der Zylinder 1 besitzt eine mit einer Durchtrittsöffnung 4 für das zu verarbeitende
plastifizierte Material versehene Verschlußdüse 3, durch die hindurch das Material
in eine nur teilweise dargestellte, in axialer Verlängerung des Zylinders 1 angeordnete
Form eingespritzt wird.
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Der Anspritzkanal 4 ist von einem Kolbenschieber 5 mit einer mittigen
Absetzung 5' geringeren Durchmessers für den Durchtritt des Materials sowie zwei
Abschnitten 5" und 5"' größeren, aber unterschiedlichen Durchmessers für die Regelung
des Einspritzvorganges durchsetzt.
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Der Unterschied zwischen den Durchmessern der Abschnitte 5" und 5"'
soll sicherstellen, daß der Kolbenschieber 5 unter der Wirkung des beim Ende des
Füllvorganges der Form auftretenden Druckes in Richtung des Pfeiles E verschoben
wird und die Durchtrittsöffnung 4 verschließt.
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Die Einstellung des Einspritzdruckes kann auf verschiedene Weise
erfolgen: einmal durch Hebel und Gegengewichte, ein andermal durch Federwirkung,
Druckluft, Hydraulik od. dgl. Es genügt, einen
einstellbaren Druck auf die in Fig.
1 dargestellte Stange etwa in Richtung des Pfeiles, auszuüben.
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In der Zeichnung ist, um diesen im voraus einstellbaren Druck auszuüben,
eine Stange 6 vorgesehen, die mit ihrem einen Ende an einem um einen Drehzapfen
7 schwenkbar gelagerten Hebel befestigt ist, der mit einem Nutteil 8 in eine Rille
9 am Ende der Stange 5 eingreift.
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Die Stange 6 kann in jeder gewünschten Weise geneigt sein. Beim Schwenken
des Hebels 7' um den Drehzapfen 7 wird die gewünschte einstellbare Kraft erzeugt.
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Der automatische Regler funktioniert wie folgt: Unter der Wirkung
des vorwärts bewegten Kolbens 2 tritt das den Zylinder 1 ausfüllende plastische
Material durch den Kanal 4 hindurch und in die Form A ein. Während des Füllens ist
der auf den Kolbenschieber 5 ausgeübte Druck gering; der Anspritzkanal 4 bleibt
daher offen. Beim Ende des Füllvorganges der Form steigt der Druck stark an, und
der Kolbenschieber 5 schließt infolge der Differenz der Durchmesser in den Abschnitten
5" und 5"' sofort den Einlaß B für das plastische Material in Abhängigkeit von einem
vorbestimmten, auf die Stange 6 ausgeübten Druck. Dadurch wird verhindert, daß sich
die Form öffnet und das plastische Material an den Trennfuge austreten kann.
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Diese Einstellvorrichtung kann vor dem Formungsvorgang in umgekehrter
Weise auch als Absperrhahn dienen.
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Die F i g. 2 zeigt eine veränderte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Regelungsvorrichtung. Bei dieser ist zwischen dem Spritzzylinder 1 und dem oberen
Teil 105 der Form und im Bereich der Durchtrittsöffnung 13 für das plastische Material
ein Verschlußdüsengehäuse 3' angeordnet, in dem die eigentliche Einspritzdüse 22
befestigt ist. In dieser sind zwei Kammern 18 und 19 vorgesehen, die durch eine
zylindrische Verengung 20 verbunden sind. Der Durchmesser der Verengung 20 ist etwa
dem eines am Ende des Kolbenschiebers 5 a angeordneten Kopfes 21 gleich. Der Kolbenschieber
5 a ist seinerseits in einer in dem Verschlußdüsengehäuse 3' angeordneten vertikalen
Bohrung gleitend geführt. Der Führungsteil des Kolbenschiebers 5 a weist einen Durchmesser
auf, der dem des Kopfes 21 gleich ist.
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Zwischen dem Führungsteil des Kolbenschiebers 5 a und dem Kopf 21
ist eine ringförmige Eindrehung5a' mit einem geringeren Durchmesser als derjenige
des Kopfes und des Schiebers vorgesehen.
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Am anderen Ende des Kolbenschiebers 5 a ist ein weiterer Kopf 25 vorgesehen,
der mit einem geringen Spiel im Inneren einer Öse 26 gehalten wird, die am Ende
eines Hebels 27 vorgesehen ist, der um die Achse 28 schwenkbar gelagert ist. Eine
Zugfeder 29 greift einerseits am Hebel 27 und andererseits an einem festen Lager
31 an und übt auf den Hebel in Richtung des Pfeiles E4 einen Zug aus. Die Spannung
dieser Feder kann mittels einer Schraube 32 mit einer Mutter33 eingestellt werden.
Nicht dargestellte Anschläge begrenzen die Bewegung des Hebels 27 und dementsprechend
des Kolbenschiebers 5a.
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Diese abgewandelte Regelungsvorrichtung arbeitet folgendermaßen:
Zu Beginn und im Verlauf des Spritzvorganges drückt der durch die Feder 29 in Richtung
des Pfeiles E4 belastete Hebel 27 den Schieber 5a nach
unten. Das
plastische Material, das, von dem Spritzzylinder 1 kommend, durch mehrere Durchtrittsöffnungen,
wie z. B. 34, hindurchtritt, gelangt in die Kammer 18, in den ringförmigen freien
Spalt zwischen der zylindrischen Verengung 20 und der Eindrehung 5a' des Kolbenschiebers
5 a und in die Kammer 19 rings um den Kopf 21, dann in die Öffnung 4 der Spritzdüse
22, in den konischen Angußkanal 13 im Oberteil 105 der Form und füllt den Hohlraum
14 zwischen den beiden Formteilen 103 und 105 mit Kunststoff aus. Das die Kammern
18 und 19 und die Durchtrittskanäle 13 und 4 anfüllende plastische Material erfährt
im Inneren der Form 14 einen gewissen Strömungswiderstand, wodurch auch in den Kammern
18 und 19 ein Druck von einem allerdings relativ geringen Wert herrscht.
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Dabei ist der Druck in der Kammer 18 infolge des durch die Verengung
20 hervorgerufenen Kraftverlustes etwas höher als der in der Kammer 19 herrschende
Druck. Der Kolbenschieber 5 a neigt deshalb dazu, unter der Wirkung des in der Kammer
19 auf die äußerste Kopffläche 21 wirkenden Druckes in dem Verschlußdüsengehäuse
3' nach oben zu wandern. Aber die durch diesen Druck erzeugte Kraft ist kleiner
als die Kraft, die im umgekehrten Sinne durch die Feder 29 und den Hebel 27 auf
den Kopf 25 des Kolbenschiebers 5a wirkt.
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Beim Ende des Formvorganges füllt das Material den Formhohlraum 14
aus und fließt nicht mehr aus dem Spritzzylinder 1 ab. Infolgedessen steigt der
Druck in den Durchtrittskanälen 13 und 4, in den Kammern 19 und 18, in den Durchtrittsöffnungen
34 und im Spritzzylinder 1 stark an. In diesem Moment wirkt der im Inneren der Kammerl9
herrschende Druck, wie dies Fig.3 zeigt, auf den Kopf 21 des Kolbenschiebers 5 a
ein. Da dieser Druck größer ist als die durch die Feder 29 ausgeübte Kraft, verschließt
der Kopf 21 die Öffnung 20 und verhindert jede Verbindung zwischen den Kammern 18
und 19.
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Weil der Kopf 21 den gleichen Durchmesser wie die Kolbenstange 5 a
besitzt, kann der Druck in der Kammer 18 keine Wirkung auf den Kolbenschieber ausüben,
welchen Wert er auch annimmt. Dieser Druck kann daher im Innern des Spritzzylinders
1 und in der Kammer 18 bis über den durch die Feder 29 gegebenen Regeldruck ansteigen,
ohne daß der Druck im Innern der Form erhöht wird.
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Ist das Volumen des geformten Gegenstandes groß, so fällt der Druck
in der Kammer 19 beim Schrumpfen des Materials ab, worauf der Kolbenschieber 5 a
unter der Wirkung der Feder 29 wieder leicht absinkt und einen entsprechenden Nachdruck,
d. h. Nachfüllen der Form gestattet. Das Material im Inneren der Form wird von neuem
unter Druck gesetzt. Wenn nun der Druck im Inneren der Kammer 19 wieder auf einen
vorbestimmten Wert angestiegen ist, wird der Kopf 21 des Kolbenschiebers 5 a wieder
nach oben zurückgedrängt und verschließt dadurch endgültig die Verengung 20 (vgl.
F i g. 3).
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Die F i g. 4 zeigt eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Regelungsvorrichtung, die im Zusammenhang mit einer einfach wirkenden Spritzgießmaschine
dargestellt ist, deren Formaufspannplatte 101' als Träger des oberen Formteiles
105 an den Holmen 106' entlanggleiten kann, um den Spritzzylinder 1 gegen einen
fest in dem oberen Teil der Maschine angeordneten Kolben zu drücken. Die Platte
101' wird mittels der Form 103 nach oben ge-
drückt. Die Form 103 ist ihrerseits
auf einer anderen Aufspannplatte befestigt, die an der Kolbenstange eines am Unterteil
der Maschine angeordneten Hubwerks angeordnet ist.
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Die Regelungsvorrichtung besteht aus einem Kolbenschieber 5 mit drei
Abschnitten 5', 5" und 5"' verschiedenen Durchmessers. Dieser Kolbenschieber 5 endet
in einem Kopf 49, der von einer in eine Ausnehmung 9 an der Stange eingreifenden
Öse 8 umfaßt ist. Die Öse 8 ist an einem Winkelhebel 50 angeordnet, der um eine
feste Achse 7 schwenkbar ist. Am Hebel 50 ist ein Vorsprung 6' angeordnet, an dem
eine Zugfeder 51 angreift, die sich zwischen der Platte 101' und dem Ende einer
den Vorsprung 6' durchsetzenden Schraube 53 erstreckt. Diese Schraube gestattet
die Einstellung der von der Feder 51 auf den Hebel 50 ausgeübten Zugkraft. Eine
Schraubenmutter 54 erlaubt die Festlegung der Schraube 53 in der gewünschten Stellung.
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Wie aus Fig.4 weiterhin ersichtlich, kann eine Schraube 55 in eine
in dem Verschlußdüsengehäuse 3 vorgesehene Bohrung eingeschraubt sein, um mit dem
inneren Ende des Kolbenschiebers 5 in Berührung zu gelangen und diesen letzteren
so weit zurückzudrücken, bis dessen Abschnitt 5" den Kanal 4' verschließt.
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Die Schraube 55 befindet sich normalerweise in einem Abstand von
dem Kolbenschieber, um diesen in seiner beschriebenen Wirkungsweise nicht zu behindern.
Wenn man aber die Maschine abstellen oder den gesamten Materialstrom durch den Düsenkanal
4' sperren will, wird die Schraube 55 so weit eingeschraubt, daß der Abschnitt 5"
des Kolbenschiebers diesen Kanal verschließt.
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Die erfindungsgemäße Regelungsvorrichtung kann sowohl an doppeltwirkenden
Spritzgießmaschinen als auch in gleicher Weise an einfach wirkenden angewendet werden,
und zwar mit einem wenig kostspieligen Aufwand an Maschinenteilen, wodurch auch
auf einfach wirkenden Spritzgießmaschinen die Herstellung volumenmäßig großer Stücke
möglich wird, was vorher nur auf doppeltwirkenden Spritzgießmaschinen durchgeführt
werden konnte.
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Die F i g. 5 zeigt eine doppeltwirkende mit der erfindungsgemäßen
Regelungsvorrichtung versehene Spritzgießmaschine.
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Diese Maschine ist als solche mit 100 bezeichnet.
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In ihrem Unterteil ist eine Hydraulikvorrichtung 102, beispielsweise
ein Hubwerk mit einem Zylinder 110 sowie Durchlässen 112 und 114 für das Druckmittel
vorgesehen. Ein mit einer Ringnut 115 versehener Kolben 113 kann in dem Zylinder
110 gleiten. Die Stange 116 des Kolbens durchsetzt den oberen Teilll8 des Zylinders,
und am Kopf der Stange ist eine Formenaufspannplatte 120 befestigt, die den Unterteil
103 der Form trägt.
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Die Spritzgießmaschine besitzt in ihrem Oberteil einen zweiten Hydraulikantrieb
104 mit einem Zylinder 130, in dem Durchlässe 132 und 134 für das Druckmittel angeordnet
sind. Ein Kolben 136 mit einer Ringnut 137 gleitet in dem Zylinder 130. Die Stange
138 des Kolbens 136 durchsetzt den unteren Teil 131 des Zylinders 130 und trägt
den Einspritzkolben 2.
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Führungsholme oder -säulen 106 und 108 verbinden die beiden Antriebsvorrichtungen
102 und 104 und bilden die Gleitlagerung für die untere Formenaufspannplatte 120
unterhalb der fest angeordneten
Formenaufspannplatte 101 für den
oberen Teil 105 der Form. Auf den Holmen bzw. Säulen 106 und 108 ist gleichfalls
eine Platte 107 als Träger des Spritzzylinders befestigt.
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Am Fuß des Spritzzylinders 1 ist die Druckregelungsvorrichtung gemäß
der Erfindung angeordnet und in ihrer Gesamtheit mit 10 bezeichnet. Diese Drnckregelungsvorrichtung
gestattet den Durchtritt des fließfähigen Materials durch den Angußkanal 13 zwischen
dem Spritzzylinder 1 und dem zwischen den zusammenwirkenden Stirnseiten der beiden
Formhälften 103 und 105 befindlichen Formhohlraum 14.
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Die Einzelelemente der doppeltwirkenden Spritzgießmaschine sind in
Fig. 5 in einer Stellung dargestellt, nachdem die Teile 103 und 105 einander angenähert
sind, aber bevor das plastische Material in die Form eingespritzt wird. Der untere
hydraulische Kolben 113 wird zuerst in an sich bekannter Weise unter Auslaß des
Druckmittels durch die Durchtrittsöflnung 112 abgesenkt, so daß die Aufspannplatte
120 mit dem unteren Teil 103 der Form die in F i g. 5 strichpunktiert dargestellte
untere Stellung einnimmt. Darauf tritt das Druckmittel durch den Auslaß 114 in den
Zylinder 110 ein, so daß die Platte 120 und der Teil 103 der Form in die in ausgezogenen
Linien dargestellte Stellung gehoben werden.
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Das plastische Material, das in dem Spritzzylinder 1 mittels einer
nicht dargestellten Heizungseinrichtung plastifiziert worden ist, wird dann unter
der Einwirkung des absinkenden Einspritzkolbens 2 durch den Angußkanal 13 in den
Formhohlraum 14 gedrückt.
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Eine gleichartige Wirkung ergibt sich bei einer einfach wirkenden
Spritzgießmaschine, wie eine solche z. B. in F i g. 7 dargestellt ist.
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Diese Spritzgießmaschine besitzt nur einen einzigen Hydraulikantrieb
102', der am Unterteil der Maschine angeordnet ist und einen Zylinder 110' aufweist,
in dem ein mit einer Ringnut 115 versehener Kolben 113' unter der Wirkung des entweder
durch das Rohr 112' oder durch das Rohr 114' in den Zylinder gelangenden Druckmittels
gleitet. Die Stange 116' des Kolbens 113' trägt eine Platte 120', die auf den Holmen
oder Säulen 106' und 108' entlanggleitet und den Unterteil 103 der Form trägt.
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Die Holme oder Säulen 106' und 108' haben in ihrem als Führung der
Platte 120' dienenden Bereich einen größeren Durchmesser als in ihrem oberen Bereich,
auf dem einerseits eine Formenaufspannplatte 101', die den oberen Teil 105 der Form
trägt, und andererseits eine Platte 107' als Träger des Spritzzylinders 1' gleiten.
Die Stellen, an denen die Holme bzw. Säulen ihren Durchmesser ändern, dienen zur
Begrenzung der Abwärtsbewegung der Platte 101', d. h. des Oberteils 105 der Form.
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Es ist ersichtlich, daß, da der Spritzzylinder 1 auf diese Weise
auf den Holmen bzw. Säulen 106' und 108' gleiten kann, der gesamte Hydraulikantrieb
104 dann durch einen festen Kolben 160 ersetzt wird, der an einer Traverse 162 befestigt
ist, die die beiden Holme bzw. Säulen an ihren oberen Enden verbindet.
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Die anderen Teile der in F i g. 7 dargestellten Spritzgießmaschine
sind die gleichen wie die der in F i g. 5 gezeigten.
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Während des Betriebes der einfach wirkenden Spritzgießmaschine werden
die beiden Teile 103 und 105 zuerst, wie in strichpunktierten Linien in F i g. 7
angedeutet,
voneinander getrennt. Dazu gelangt die Druckflüssigkeit durch den Einlaß 112' in
den Zylinder 110', so daß der Kolben 113' absinkt. Beim Eintritt des Druckmittels
durch den Einlaß 114' steigen der Kolben und dementsprechend die Platte 120' und
der Unterteil 103 der Form an. Wenn dieser Teil 103 mit dem oberen Teil 105 der
Form in Berührung kommt, wird die Form geschlossen.
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Bei fortgesetzter Wirkung des Hubwerks 102' bewegt der Teil 103 der
Form deren Teil 105 mit der Platte 101', die Drucklegelvorrichtung 10', den Spritzzylinder
1' und die Platte 107' nach oben. Dabei dringt der Kolben 160 nach und nach in den
Spritzzylinder 1' ein und drückt das in diesem enthaltene verflüssigte Material
durch den Angußkanal 13', der in dem oberen Teil 105 der Form vorgesehen ist, in
den Formhohlraum 14'. Dabei wird angenommen, daß die Regelvorrichtung 10 oder 10'
gemäß der Erfindung nicht wirksam ist.
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Aus F i g. 2, die die Form 103, 105 und den unteren Teil des mit
der in Fig.5 wiedergegebenen Regelungsvorrichtung 10 versehenen Spritzzylinders
1 zeigt, ergibt sich einerseits, daß die beiden Formelemente 103 und 105 mit der
Kraft F1 gegeneinander angedrückt sind, wobei F1=P1 51 ist.
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P1 ist dabei der hydraulische Druck im Inneren des Zylinders 110
und S1 die nutzbare Fläche des Kolbens 113. Andererseits ergibt sich, daß der Einspritzkolben
2 am Ende des Einspritzvoranngs in dem Spritzzylinder 1 einen Drucks, aufrechterhält,
der selbst eine Funktion der wirksamen Fläche des Kolbens 136 und des hydraulischen
Drucks im Inneren des Zylinders 130 ist. Dieser Drucks, wird bis auf die Beschickungsverluste
(die ohnehin in diesem Moment von geringer Bedeutung sind) durch die Durchlaß öffnungen
4 und 13 in das Innerel4 der Form übertragen. Hat diese Zone eine Stirnfläche S2
so erzeugt der Druck P2 die Kräfte F und F3 im umgekehrten Sinne, die je innen auf
einen Teil der Form wirken, die untereinander einen gleichen absoluten Wert und
von gleichem Produkt P2 S2 sind. Es ist unnötig, der Kraft F3 Rechnung zu tragen,
die bestrebt ist, den Teil 105 der Form gegen die Platte 101 zu pressen, an der
sie befestigt ist, aber es ist zu bemerken, daß der Innendruck P2 ein Öffnen der
Form hervorruft, wenn die Kraft F9, die im Innern der Form auf den unteren Teil
103 wirkt, in ihrem Wert die Kraft F übersteigt.
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Um den Formvorgang zu ermöglichen, ist es daher erforderlich, daß
F2 < F1, d. h. daß P2 52 < Ft ist.
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Für einen gegebenen Wert von F1 kann die Formfläche S2 nur unter
Verringerung des Wertes P2 vergrößert werden.
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Es ist unerläßlich, daß das plastische Material sehr schnell vom
Spritzzylinder in die Form gelangt.
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Wenn das nicht der Fall ist, werden verschiedene Teile der geformten
Gegenstände abgekühlt, bevor die Einspritzung beendet ist, und der Formvorgang wird
fehlerhaft. Allerdings kann die schnelle Bewegung des Materials durch die Durchtrittsöffnungen
des Erwärmungssystems im Inneren des Einspritzzylinders
und durch
die Einspritzöffnungen nur um den Preis entsprechend hoher Ladungsverluste vor sich
gehen. Um nun diese Verluste zu überwinden, ist es erforderlich, daß das hydraulische
Hubwerk 104 eine beträchtliche Kraft hat. Am Ende des Einspritzvorgangs, wenn das
Material nicht mehr weiterfließt, werden die Verluste praktisch gleich Null, und
der Druck im Innern der Form, der zu Beginn des Binspritzvorganges gering ist und
unmittelbar unter dem Druck liegt, der im Einspritzzylinder herrscht, steigt während
des Einspritzvorganges stark an, um sich etwa auf den Wert einzustellen, der in
dem Zylinder herrscht. Dieser letzte Druck erhöht sich übrigens gleichmäßig stark,
da das plastische Material bei gefüllter Form nicht mehr weiterströmt und da die
Kraft des hydraulischen Hubwerks 104 im wesentlichen deutlich über der genau erforderlichen
Kraft liegt, die das Strömen des Materials bewirkt. lzer Druck P2 ist daher praktisch
letzten Endes verlwlaismäßig hoch, und man kann die Oberfläche S2.
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4*th so verändern, wie man dies wünscht. lXr erfindungsgemäße Regler
gestattet es, wie bebtx oben gesagt, den Innendruck der Form am EnQ des Formvorganges
auf einen regelbaren und vorher einstellbaren Wert festzulegen, der auch der Endwert
des Druckes P2 ist.
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Tatsächlich ergibt sich unter Bezugnahme auf die Fig. 7, daß, wenn
das Innere 14 der Form 103 bis 105 gefüllt ist, das in dem Spritzzylinder und in
der Form befindliche Material nicht nach außen ent-Weichen kann und daß der Kolben
113' zum Stillstand kommt, aber fortfährt, seine Kraft auszuüben, die durch F6 dargestellt
werden kann.
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Ist die in F i g. 7 wiedergegebene einfach wirkende Spritzgießmaschine
nicht mit der erflndnngsgemäßen Regelungsvorrichtung versehen, so unterliegt der
Kolben 160, gegen den sich das plastische Material stützt, derselben Kraft F5.,
der Druck im Inneren des Zylinders 1 und dementsprechend im Innern der Form 103
bis 105 steigt auf den Wert Pi an, so daß sich F6 = PS S3, ergibt, wobei S3 die
Fläche des Kolbens 160 darstellt. Dieser Druck P2 verursacht im Inneren der Form
die Kräfte F6 und F7 von gleichem absolutem Wert und umgekehrtem Sinn, die auf den
unteren Teil 103 und auf den oberen Teil 105 der Form wirkehrt. Diese Kräfte F6
und F7 entsprechen dem Wert P8 S4, d. h. dem Produkt aus dem Druck P3 und der Stinifläche
des Innenraumes 14 der Form. Wie im Fall der doppeltwirkenden Spritzvorrichtung
kann man unterstellen, daß der Formvorgang möglich ist, wenn F6 <F5, angenommen
P3 54 < P3 S3 oder anders S4 <S3.
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Ist S4 S8, so bewirkt der Innendruck ein Öffnen der Form. Man kann
daher theoretisch im Fall einfach wirkender Spritzgießmaschinen nicht Gegenstände
mit einer Fläche formen, die größer ist als diejenige des Einspritzkolbens. Praktisch
ist diese Fläche jedoch - allerdings nur wenig - infolge der vorhandenen Ladungsverluste
in der Düse und in dem Spritzzylinder zu überschreiten.
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Wird dagegen die Einspritzdüse mit der erfindungsgemäßen Druckregelungsvorrichtung
versehen,
ist die Bedingung S,<S, nicht mehr gültig, sondern es genügt, daß P4
S4 < P3 S3 ist, wobei P4 den eingangs vorbestimmten Wert darstellt, und zwar
infolge der Regelung des Enddruckes in der Form, der sehr nahe unterhalb P3 sein
kann.
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Man kann daher mit der gleichen Maschine Teil von einer Fläche S4
formen, die wesentlich größer ist als S3, und mit dieser arbeiten wie mit einer
doppeltwirkenden Spritzgießmaschine, obgleich es eine Einfach-Spritzgießmaschine
ist.
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Beim Grenzwert ergeben sich Teile mit einer Fläche s,= s,P4 Pa P4
Wenn die Beziehung p3 unter bestimmten Bedingungen gleich werden kann, wird die
Verbesserung sehr wesentlich.
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Es ist daher mit dieser Vorrichtung möglich, den Enddruck in der
Form auf einen vorbestimmten Wert zu begrenzen, obgleich mit einem erhöhten Einspritzdruck
gearbeitet wird, der zur Erzielung eines schnellen Einspritzvorganges geeignet ist.
Man kann weiter bei einer gegebenen Maschine in relativ weiten Grenzen die Stirnfläche
der zu formenden Gegenstände vergrößern. Die Erfahrung hat im übrigen gezeigt, daß
in bestimmten Fällen Teile mit zehnfach größerer Fläche als die Ausgangsfläche geformt
werden konnten. Die Teile sind darüber hinaus wesentlich regelmäßiger, und die Maschine
wird vereinfacht infolge des Fortfalls der hydraulischen Regelung für den Einspritzkolben.
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Der oben beschriebene Regler kann insgesamt und in Einzelheiten zahlreiche
Änderungen annehmen, sofern diese den Grundgedanken der Erfindung nicht verlassen.
So kann man dem in den F i g. 2 und 3 wiedergegebenen Regler eine Zusatzfeder zuordnen,
die auf den Hebel 27 wirkt, wenn die Maschine sich in Ruhestellung befindet, und
dadurch infolge Verschiebung des Schiebers 5 a den Verschluß des Spritzkanals 4
bewirken, um jedes Durchsickern von in dem Zylinder 1 enthaltenem plastischem Material
zu verhindern.
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Darüber hinaus kann der Kolbenschieber 5 a nicht nur durch eine Feder
betätigt werden, sondern auch durch andere Mittel, wie z. B. Hebel und regelbare
Gegengewichte, komprimierte Luft, hydraulischen Druck usw.
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Der Regler kann beispielsweise durch einen in den F i g. 8 und 9
gezeigten Dämpfer vervollständigt sein.
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Dieser Dämpfer besteht aus einem Zylinder 57, der an einer Verlängerung
des Trägers 31 befestigt ist und in dem ein Kolben 58 verschieblich angeordnet ist,
der zwei Kammern 36 und 37 im Zylinderinnern begrenzt.
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Der Kolben 58 ist durch seine Kolbenstange 35 mit dem Hebel 27 verbunden,
wobei die Stange eine in dessen Ende vorgesehene Bohrung durchsetzt.
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Eine Schraubenmutter 59 ist auf das Ende der Kolbenstange 35 aufgeschraubt
und verbindet dieses frei mit dem Hebel 27.
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In der Wand des Zylinders 57 ist ein Durchlaß 39 vorgesehen, der
die beiden Kammern 36 und 37 miteinander verbindet. Eine Schraube 38 ist in die
Zylinderwand
eingeschraubt und gestattet, den Querschnitt dieses Durchlasses zu verändern und
dementsprechend die Menge der Flüssigkeit, die darin zirkulieren kann. Darüber hinaus
ist eine Schraube 40 in die Platte 101' eingeschraubt, die eine Öffnung 44 in dem
Hebel 27 durchsetzt und die Bewegung dieses Hebels nach oben zu begrenzen gestattet.
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Der Dämpfer ermöglicht eine Steuerung der Schließgeschwindigkeit
des Reglers, wobei diese begrenzte Geschwindigkeit eine geringere Menge thermoplastischen
Materials frei passieren läßt. Dieser leichte Überschuß der Aufgabe öffnet die Form
geringfügig, ohne jedoch thermoplastisches Material austreten zu lassen, da der
Durchgang zu gering ist.
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Von diesem Moment an arbeitet die Form an der Fertigstellung des
geformten Teils genau wie unter Druck, denn sie drückt das geformte Stück während
der Zeit der Verfestigung zusammen.
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Die Vorteile gehen aus der nachfolgenden Zusammenstellung der beiden
klassischen Formgebungsverfahren hervor.
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A. Spritzgießformung Bei diesem Verfahren ist das plastische Material
in einer getrennten Kammer, nämlich im Spritzzylinder, völlig plastifiziert, bevor
es in die Form eintritt. Die Form wird durch Wasser- oder Luftkanäle gekühlt, um
die Schmelzwärme abzuführen, damit eine schnelle Verfestigung des geformten Teils
ermöglicht wird.
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Dieses sehr schnelle Verfahren ist sehr beliebt.
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Aber es erlaubt nicht die Konstanthaltung eines Drucks im Inneren
der Form. Daher werden die geformten Teile wenig genau und erhalten leicht innere
Spannungen.
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B. Druckformung Bei dieser Methode wird das Material unmittelbar
in der Form plastifiziert und darauf durch die Maschine auf die gewünschte Form
gepreßt. Darauf wird die Form gekühlt, um die Erstarrung des geformten Stückes zu
ermöglichen, worauf der Kreislauf von neuem beginnt. Die Form ist daher obligatorisch
mit zwei Systemen ausgestattet: Beheizung und Kühlung.
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Der Formkreislauf ist sehr langsam, da das geformte Stück ständig
unter Druck steht, während der Kühlvorgang (Schrumpfung) eine getreue Wiedergabe
der Umrisse der Form ermöglicht. Darüber hinaus sind die inneren Spannungen praktisch
unbedeutend, da die Drücke auf das geformte Stück verteilt sind.
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Diese Genauigkeit der Drucklormung von plastischem Material ist in
verschiedenen Fällen notwendig, beispielsweise bei der Herstellung von Langspielplatten
und fotografischen Linsen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung in Verbindung mit einem Dämpfer
ermöglicht nun eine solche genaue Druckformung nach der Einspritzung, so daß z.
B. Langspielplatten sehr genau herzustellen sind.
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Der erfindungsgemäße Regler mit Dämpfer schafft daher die Möglichkeit,
die Vorteile der beiden Verfahren auszunutzen.
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Die Regelvorrichtung arbeitet dann in gleicher Weise. Das plastische
Material kommt vom Spritzzylinder 1 und passiert unter Druck die Kanäle 34, es dringt
in der Kammer 18 in den freien Ringspalt zwischen der Verengung 20 und der Absetzung
5' der Kolbenstange 5a-ein; in den Kanal 4 der Spritz-
düse 22, in den konischen
Angußkanal 13 des Formteils 105 und füllt den Formhohlraum 14 aus, der beispielsweise
die Konturen einer Spielplatte aufweist.
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Die Kammern 18 und 19 sind mit plastischem Material gefüllt, und
dieses erhält einen gewissen Widerstand beim Einströmen in die Kammer 14 der Form.
Ein leichter Druck herrscht in den Kammern 1L8 und 19. Die Kolbenstange ist bestrebt,
unter der Wirkung des in der Kammer 19 herrschenden und auf das Ende des Kopfes
21 wirkenden Druckes sich nach oben anzuheben. Aber diese Kraft reicht nicht aus,
um den Gegendruck zu überwinden, der durch die Feder 29 ausgeübt wird. Gegen Ende
des Formvorgangs füllt das Material den Formhohlraum 14 aus und strömt nicht weiter,
der Druck steigt in der Einspritzkammer 1 und in den Kammern 18 und 19 stark an.
In diesem Moment herrscht im Inneren von 19 ein Druck, der auf das Ende 21 der Kolbenstange
5 a wirkt und die Wirkung der Feder 29 überwindet. Die KolbenstangeSa steigt schnell
an, um die Öffnung 20 zu verschließen. Der Hebel 27 wirkt gleichzeitig auf die Feder
29 und auf den Kolben 35 ein, so daß das Öl, welches sich in der Kammer 36 befindet,
komprimiert wird und unter den Kanal 39, dessen Querschnitt durch die Schraube 38
einstellbar ist, in die Kammer 37 eintritt. Die starke Wirkung des SchiebersSa verlangsamt
sich in Abhängigkeit von dieser Regelung.
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Während dieser sehr kurzen Zeit tritt ein geringer Materialüberschuß
im Formhohlraum 14 ein, und die Formhälften 103 und 105 rücken leicht auseinander,
ohne daß Material austritt. Die Kolbenstange 5 a schließt endgültig die Verengung
20, und die Maschine fährt fort, das im Formhohlrauml4 geformte Stück bis zur völligen
Erhärtung zusammenzupressen. Der Formgebungsvorgang wird also durch den Einspritzdruck
bewirkt.