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Verfahren zum Entlüften von Kunsbstoffen und Spritzgußmaschine zur
Ausführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entlüften von
Kunststoffen bei der Verarbeitung im Spritzgußverfahren od.dgl. und eine Spritzgu#maschine
zur Ausführung des Verfahrens zum Herstellen von Gegenständen aus Kunststoff, insbesondere
aus thermoplastischen Stoffen.
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Es ist bekannt, daß das plasfifizierte Material gaefrei sein mu3,
wenn völlig zufriedenstellende gu#stücke erhalten werden sollen. Spritsgußmaschinen
sind daher im allgemeinen so ausgebildet, da# die Anwesenheit von Luftblasen in
der plastifizierten Masse vermieden wird. Es ist sogar vorgeschlagen worden, den
Spritzgu#vorgang bei vermindertem Druck durchzuführen. Trotzdem sind aber die ex
en stücke häufig fehlerhaft oder wenigstens haben sie nicht die gewünschten physikalischen
Eigenschaften, ohne da# ein Grund hierfür erkennbar ist.
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Versuche haben gezeigt, da# dies auf die Anwesenheit vpn restlichem
Gas entweder in Form von mikroskopischen
kleinen Blasen oder sogar
in gelöstem oder absorbiertem Zustand zurückzuführen ist. Dieses restliche Gas übt
eine physikalische und/oder chemische Wirkung auf das Material aus und verursacht
langsam schwache Stellen oder sogar Poren oder Risse.
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Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, diese machteile zu vermeiden.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelest, daß das plastifizierte
oder viscose Kunststoffmaterial einem hohen Vakuum in einer Gestalt unterworfen
wird, bei der ein hohes Oberflächen-Volumen-Verhältnis vorhanden ist, und (las das
Laberial anschließend spritzgeformt oder stranggepresst wird, ohne erneut der Einwirkung
eines Gases zu unterliegen.
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BeL einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das plastifizierte
Material in eine unter Vakuum stehende Entlüftungskammer durch eine Düsenplatte
eingedrückt, mittels der es in eine Vielzahl von Fäden oder dünnen Bändern aufgeteilt
wird.
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Das plastifizierte Material kann wiederholt der Wirkung des hohen
Vakuums unterwprfen und zwischen den einzelnen Entlüfungen geknetet werden, so da#
alle Teilchen des Materials vom Gas befreit werden, das sie enthalten, Das im unteren
teil der Vakuumkammer gesammelte Material kann durcheineFerdersGheßkeennommen.wenden,du41$e§
die es i. ie . a ese $ ? '- -platte zurückgeführt wird. t@rR erneB zur Erfindung
eine Spritzgu#maschine mit folgenden Teilen : ein frei im Einspritzzylinder bewegnicher
eine Entlüftungskammer, in der das plastifizierte
oder viscose
Material einem hohen Vakuum unterworfen wird, Mittel zum Drücken des aus der Entlüftungskammer
austretenden Materials in ein umschaltbares Verteilerventil das das Material einem
der beiden Zylinderräume des Einspritzzylinders zuführt, wodurch der frei bewegliche
Kolben gegen das andere Ende des Zylinders bewegt wird und das in dem anderen Zylinderraum
befindliche Material über das umschaltbare Ventil zuruck zum Einlaß der Entliiftungskammer
gefordert wird, ferner Mittel zum erstmaligen Beschicken des Einspritzzylinders
mit plastifiziertem Material und Mittel zum Drücken des frei beweglichen Kolbens
gegen die Spritzdüse des Einspritzzylinders, nachdem der Kolben zum hinteren Zylinderende
durch das Material aus der Entlüftungskammer bewegt worden ist und nachdem das umschaltbare
Verteilerventil in seine Schließlage gebracht worden ist.
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Bei einer solchen Ausbildung der SpritzguBmaschine wird des Material,
das sich im Einspritzzylinder befindet, aus dem einen Zylinderraum in den zweiten
Zylinderraum durch das Verteilerventil gefördert und durch Umschalten des Ventils
vom zweiten in den ersten Zylinderraum und ferner durch die entlüftungskammer gefuhrt.
Der Vorgang kann nach Wunsch beliebig oft wiederholt werden.
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Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Es zeigen : Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Spritzgußmaschine
gemäß der Erfindung : Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch eine Wellendichtung
der Maschine; Fig. 3 einen schematischen Schnitt durch die Dichtung am ELispritzzylinderX
Fig.
4 einen schematischen Schnitt durch die Einspritzdüse.
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Die in Fig. 1 dargestellte Spritzgußmaschine enthält einen Vorratsbehälter
1 für den kalten kornigen thermoplastischen Kunststoff, der im Spritzgußverfahren
verarbeitet werden soll. Der Behälter ist durch einen Deckel 2 luftdicht verschlossen,
der in beliebiger Weise beispielsweise durch Schwenkschrauben mit Muttern befestigt
ist. Der obere Teil des Behälters 1 ist durch ein seitliches Rohr 4 mit einer Vakuumpumpe
5 verbunden, die ein verhältnismaBig schwaches Vakuum erzeugt, beispielsweise 1
mm QuS. Der untere Teil des Behälters 1 ist an eine Förderschnecke 6 angeschlossen,
die durch einen Elektromotor 7 angetrieben wird. Zur Abdichtung ist eine Wellendichtung
8 vorgesehen, deren bevorzugter Aufbau weiter unten noch beschrieben wird. Der AuslaB
der Förderschnecke 6 ist durch ein kurzes senkrechtes Rohr 9 an den EinlaB einer
Vorplastifizierschnecke 1o mit elektrischem Motor 11 und Wellendichtung 12 angeschlossen.
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Das Gehäuse der Vorplastifizierschnecke 1o ist mit einem Heizmantel
13 versehen.
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Der Auslaß der Vorplastifizierschnecke 1o ist durch ein senkrechtes
Rohr 1 mit einer Heizkammer 15 verbunden, in der Heizkörper 16 vorgesehen sind,
die die völlige Plastifizierung des Kunstatoffs bewirken. Das untere Ende der Heizkammer
15 ist durch eine Düsenplatte 17 abgeschlossen, die mit einer großen Zahl von kleinen
Offnungen, vorzugsweise mit länglichem rechteckigen Querschnitt, versehen ist, aus
denen der plastifizierte Kunststoff in Form von dünnen Bander in eine untere Entlüftungskammer
18 eintritt. Diese Entlüftungskammer 18 ist ihrerseits durch ein Rohr 19 von verhältnismä#ig
gro#em Durchmesser mit einer Hoch-Vakuumpumpe 2o verbunden, die ein Vakuum von beimpie
weise 10-4 am QuS liefert. Die Kammern 15 und 18 sind mit
einer
Wärmeisolierungsschicht oder noch besser mit einem Heizmantel versehen, damit sie
auf der gewünschten Temperatur gehalten werden können.
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Die aus der Düsenplatte 17 austretenden Länder werden mittels eines
Trichters 21 im unteren Teil der Entlüftungskammer 18 gesammelt und das Material
wird dann durch eine kurze Leitung 22 in eine Propellerschnecke 23 geleitet, die
durch einen Elektromotor 24 angetrieben und mit einer Wellendichtung 25 versehen
ist. Diese Schnecke 23, die ebenfalls isoliert oder beheizt ist, druckt das plastifizierte
Material durch ein Rohr 26 in ein umschaltbares Verteilerventil 27. Dieses Ventil
besteht aus einem Zylinder 28 mit zwei Kolben 29 und 30, die auf einer gemeinsamen
Kolbenstange 31 sitzen, welche durch eine Stangendichtung 31a nach aussen geführt
ist. Der Zylinder hat einen mittleren EinlaB, an den das schon erwähnte Rohr 26
angeschlossen ist und zwei Endauslässe, die durch Leitungen 32 und 33 mit einer
gemeinsamen Rückleitung 34 verbunden sind. Die Rückleitung 34 führt in den oberen
Teil der Heizkammer 15. Ferner weist der Zylinder 28 noch zwei zwischen seinen Enden
liegende Öffnungen auf, die durch Leitungen 35 und 36 mit den beiden Enden eines
Einspritzzylinders 37 verbunden sind. In diesem Zylinder 37 befindet sich ein frei
beweglicher Kolben 38, der den Innenraum des Zylinders in die beiden Räume 39 und
4o unterteilt. Das Ende des Zylinders 37 am Zylinderraum 39 ist mit einer Einspritzdüse
41 versehen} deren Einzelheiten weiter unten noch beschrieben werden.
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Ein n Stö#el 42, der durch einen Druckzylinder 43 betätigt wird, geht
durch eine Dichtung 44 hindurch, die am anderen Zylinderende vorgesehen ist.
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An der Einspritzdüse 41 wird in der üblichen Weise eine Spritzgußform
45 angesetzt.
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Die beschriebene Maschine arbeitet wie folgtt Nachdem der Vorratsbehälter
mit körnigem Kunststoff gefüllt und der Deckel 2 geschlossen ist, wird die Maschine
durch Einschalten der ersten Vakuumpumpe 5 unter Vakuum gesetzt und die Elektromotore
7, 11 und 24 werden angelassen.
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Das körnige Material wird durch die Förderschnecke 6 in die Vorplastifizierschnecke
lo gefördert, von der aus die vorplastifizierte Masse dann in die Heizkammer 15
gelangt, wo sie in geregelter Weise auf die gewunschte Temperatur gebracht wird.
Die Hoch-Vakuumpumpe 2o wird dann in Betrieb gesetzt, da nun das plastische Material
einen dichten AbschluB zwischen der Entlüftungskammer 18 und dem Vorratsbehälter
1 bildet. Die viscose Masse, die die Heizkammer 15 ausfüllt, wird durch die Düsenplatte
17 gedrückt und die aus der Düsenplatte austretenden dünnen Bander gehen durch die
Entliiftungskammer lo hindurch in den Trichter 21, wo sie gesammelt werden. Von
hier aus gelangt die Masse in n die Propellerschnecke 23. Wenn sich das umschaltbare
Ventil 27 in der in Fig. 1 dargestellten Lage befindet, wird das plastifizierte
Material durch die Propellerschnecke in den ersten Zylinderraum 39 des Einspritzzylinders
37 gedrückt, und zwar über die Leitungen 26 und 35. Der Kolben 38 des Einspritzzylinders
37 wird hierbei fortschreitend nach rechts verschoben.
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Wenn der Kolben 38 das Ende seines Hubs erreicht hat, wird der Antriebsmotor
11 der Vorplastifizierschnecke 1o angehalten und das umschaltbare Ventil 27 wird
in seine sweite Stellung geschaltet, bei der die Leitung 26 mit der Leitung 36 in
Verbindung steht, ihrena die Leitung 35 nunmehr mit der Leitung 32 verbunden ist.
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Das plastifizierte durch die Propellerschnecke 32 vorgedrückte Material
gelangt nun in den rechten Zylinderraum 4o des Einspritzzylinders 37. Der Kolben
38 wird damit
nach links gedrückt und das plastifizierte in linken
Zylinderraum 39 befindliche Material wird durch die Leitungen 35, 32 und 34 in die
Heizkammer 15 zurückgedrückt, aus der es dann wieder über die Diisenplatte 17 in
Form von dünnen Bändern ausgestoßen wird, die vom Trichter 21 gesammelt werden,
wonach die Masse wieder der Propellerschnecke 23 zugefiihrt wird. Da die Elektromotore
7 und 11 wahrend dieser Zeit stillstehen, wird durch die Förderschnecke 8 und die
Vorplastifizierschnecke 1o kein zusätzliches Material in die Heizkammer 15 gefordert,
ao daß das plastifizierte Material in einem im wesentlichen geschlossenen Kreislauf
zwischen dem linken Zylinderraum 39 und dem rechten Zylinderraum 4o umläuft, wobei
der Kolben 38 nur eine Art bewegliche Trennwand darstellt.
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Wenn der Kolben 38 am linken Ende seines Hubs angehoben ist, wird
das umschaltbare Ventil 27 wieder betätigt. Das plastifizierte Material wird dann
erneut durch die Propellerschnecke 26 in den linken Zylinderraum 39 des Einspritzzylinders
37 gefördert, wobei das Material aus dem recru n Zylinderraum 4o in die Heizkammer
15 zurückgefördert wird und dann aber die Diisenplatte 17 nochmals in die Entlüftungskammer
18 gelangt.
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Dieser Vorgang kann beliebig oft wiederholt werden.
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Wenn sich schlieblich der frei bewegliche Kolben 38 des Einspritzzylinders
37 am rechten Ende seines Hubs befindet, wird der Elektromotor 24 abgeschaltet und
das umschaltbare Ventil 27 wird in eine Zwischenstellung gebracht, bei der sein
Kolben 29 die zur Leitung 35 führende Offnung sperrt.
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Nunmehr wird der hydraulische Druckzylinder 43 in Betrieb gesetzt,
wodurch der Kolben 38 zwangläufig nach links vorgeschoben wird.
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Das den linken Zylinderraum 39 ausfiillende Material wird dabei durch
die Düs. a 41 in die Form 45 eingespritzt.
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Infolge der Wirkung der ersten Vakuumpumpe 5 ist die mittels der
Vorplastifizierschnecke 1o geförderte plastifizierte Masse im wesentlichen frei
von Luft-oder Gasblasen. Die in der Masse noch enthaltenen Restgase werden in der
Entlüftungskaamer 18 infolge des hohen durch die zweite Pumpe 2o erzeugten Vakuums
abgesaugt. Zu bemerken ist, daß eine solche Hoch-Vakuumpumpe nur auf die Partikel
des plastifizierten Materials in wirksamer Weise einwirken kann, die innerhalb der
Kammer frei liegen und dem Vakuum ausgesetzt sind. Infolge des Auspressens des Materials
in Form von zahlreichen dünnen Bändern ist nun aber das Oberflächen-Volumen-Verhaltnis
des Materials recht hochs so daß das Entlüften des Materials unter besten Bedingungen
vor sich geht. Perner kann das plastifizierte Material beliebig oft durch die Kammer
durchlauten. Es kann daher mit Sicherheit angenommen werden, dRß letzten Endes alle
Einzelpartikel des Materials der Masse unter Vatuumwirkung kommen und damit die
Masse vollkommen luft-bzw. gasfrei gemacht wird.
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Natürlich kommt das Material beim Einspritzen in die Form 45 mit
der Luft in Berührung, die das Formnest ausfüllt. Infolge der Schnelligkeit des
Einspritzvorgangs ist dies aber von ganz geringer Bedeutung. Ferner ist es oft möglich,
das Formnest der Form unter einem ziemlich niedrigen Druck zu halten, indem ueispielsweise
eine luftdichte Abdichtung zwischen den beiden Teilen der Form vorgesehen und das
Formnest mit einer Vakuumpumpe verbunden wird.
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Fig. 2 veranschaulicht wie die Wellendichtungen 8, 12, 25 und 31a
ausgebildet werden können, um ein Eintreten von Luft oder O1 zu verhindern. Die
Welle 46 soll abgedichtet durch die Wand 48 hindurchgehen. Zu diesem Zweck besteht
die Dichtung aus einer Büchse 49, die die Welle 46 auf der Aussenseite der Wand
48 umgibt. Innerhalb der BUchge befinden
sich drei nebeneinanderliegende
Dichtungsringe 50, 51, 52, zwischen denen sich zwei Kammern 53 und 54 befinden.
Die äussere Kammer 53 ist mit O1 gefüllt und zu diesem Zweck über eine Leitung 55
mit einem nicht dargestellten Clbehälter verbunden. Die innere Kammer 54 hat einen
Auslaß 56, der normalerweise mittels eines Ventils 57 geschlossen ist.
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Wenn der einzelne Dichtungsring 52 nicht vollkommen abdichtet, kommt
die innere Kammer 54 fortschreitend unter Vakuum. Dichtet der einzelne Dichtungsring
51 nicht richtig ab, so ergibt sich als einzige Folge, daß sich einige 01-tropfen
langsam in der inneren Kammer 54 ansammeln, aus der sie dann von Zeit zu Zeit (beispielsweise
wenn die Maschine stillsteht) durch den Auslaß 56 und das Ventil 57 abgezogen werden
können. Da das 01 in der äusseren Kammer 53 unter einem geringen hydrostatischen
Druck steht, ist ein Lufteintritt durch den einzelnen Dichtungsring 50 praktisch
unmöglich.
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Die Dichtung 44 am Einspritzzylinder 37 kann in ähnlicher Weise aufgebaut
sein, wie aus Fig. 3 hervorgeht.
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Hier hat jedoch die Kammer 53 eine erhebliche Lange, weil die Kupplung
58, die den Stößel 42 mit der Kolbenstange 59 des Druckzylinders 43 verbindet, untergebracht
werden muß.
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Wie aus dem Aufbau in Fig. 3 hervorgeht, kann der Innenraum des Druckzylinders
43 unmittelbar die mit O1 gefüllte Kammer 53 gemäß Fig. 2 bilden.
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In beiden Fällen ist es vorteilhaft, die Kammer 54 mittels einer
Leitung 60 an eine Vakuumpumpe anzuschließen, damit die in die Maschine eintretende
Luftmenge bei unzuverlässiger Abdichtung durch den einzelnen Dichtungsring 52 vernaohlässigbar
klein ist.
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Fig. 4 zeigt eine bevorzugte Ausführung der Einspritzdüse 41. Diese
Düse besteht aus einem Kopf 61 und einem Düsenkörper 62, auf den der Kopf 61 aufgeschraubt
ist. Der Düsenkörper 62 hat eine axiale Bohrung 62a, in der eine Nadel bzw. Spindel
63 verschiebbar angeordnet ist, deren konisches Aussenende den Auslaß 61a des Kopfes
61 verschließt.
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Der Düsenkörper 62 hat ferner eine seitliche Aussparung 62b, die mit
dem inneren Ende der axialen Bohrung 62a in Verbindung steht und einen radial angeordneten
Arm 64a aufnimmt, der sich an einem Ring 64 befindet. Dieser Ring 64 steht so unter
der Wirkung einer Feder 65, daß die Nadel 63 in ihrer SchlieBlage gehalten wird.
Während des Einspritzvorgangs wird die Nadel 63 durch den Druck des plastifizierten
Materials entgegen der Wirkung der Feder 65 zurückgedrückt.
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Der Düsenkopf 61 weist hinten eine zylindrische Luffe 61b auf, deren
hinterer Rand sich gegen einen Dichtungsring 66 legt, der von einem Ringflansch
62d des Dusenkorpers 62 getragen wird.
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Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das plastifizierte
Material in eine Form 45 eingespritzt. Es ist aber ebenso möglich, das Material
in eine Strangpresse einzufuhren, um Stangen, Bänder und insbesondere Filme herzustellen.
In diesem Fall wird das stranggepresste Produkt vorzugsweise in einer unter Vakuum
stehenden Kammer aufgenommen, um eine Berührung des plastifizierten Materials mit
Luft zu vermeiden, bevor das Material abgekühlt ist. Diese Kammer kann ferner dazu
benutzt werden, um den Film usw. auf elektrischem Wege mit einem bestimmten Material
wie etwa Silberhalogenid aminierte Säuren (Gelatine) usw. im Fall von fotografischen
Filmen zu beschichten.
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Um einen absatzweisen Betrieb der Strangpresse zu vermeiden, kann
diese durch zwei oder mehr aufeinanderfolgende arbeitende Maschinen gespeist werden.
Andereraeits könnte
ein Sammelbehälter zwischen der Strangpresse
und einer einzigen Maschine vorgesehen werden. Ein solcher Sammelbehälter könnte
beispielsweise aus einem Zylinder bestehen, dessen Kolben durch ein Druckmittel
beaufschlagt ist.
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Obwohl die Erfindung in Verbindung mit einem thermoplastischen Material
beschrieben wurde, ist es auch möglich, die Erfindung in Verbindung, mit wärmehärtenden
Materialien zu benutzen, die im unpolymerisierten Zustand viscose sind und anschließend
warmebehandelt werden, beispielsweise innerhalb der Form selbst.