DE1919262C - Einrichtung zum Spritzen von duroplastischen Werkstoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Spritzen von duroplastischen Werkstoffen mit einer in einem Zylinder drehbaren und axial verschiebbaren Schnecke, die das Material in Richtung de? Spritzwerkzeuges transportiert mid plastifiziert, wobei der S Plastifiziervorgang vom Einspritzvorgang getrennt ist.

Bekannt ist eine Einrichtung zum Spritzgießen nach dem bewährten Schneckenkolbenprinzip. Entwickelt wurde dieses Verfahren ursprünglich ausschließlich für die Verarbeitung von Thermoplasten. Hierfür bietet das Spritzgießen nur Vorteile und stellt nach dem Stand der Technik das Optimum dar.

Seit etwa drei bis vier Jahren wird das Spritzgießen auch für die Verarbeitung von Duroplasten eingesetzt.

Bei der Verarbeitung von Thermoplasten durchläuft der Werkstoff bekanntlich einen rein physikalischen Prozeß. Durch Druck und Temperatur wird das feste Material in einen plastischen Zustand überführt, um verformt werden zu können, wonach es ao nach der Verformung durch Erkalten erneut seinen festen Zustand einnimmt. Dieser Vorgang läßt sich ohne weiteres wiederholen.

Duroplaste dagegen unterliegen jedoch darüber hinaus einer chemischen Umwandlung. Es erfolgt durch Kondensation eine Vernetzung der Moleküle, d. h. das Materia¹ härtet aus und läßt sich nicht ein zweites Mal in den plastischen Zustand versetzen. Hinzu kommt, daß der vo: der Verformung erzeugte plastische Zustand des Materials nur begrenzt lange aufrechterhalten werden kann, da Cir Kondensationsprozeß unter Zufuhr von Druck und Temperatur unaufhörlich weiter fortschreitet.

Es ist daher sehr wichtig, duroplasisches Material hinsichtlich Druck und Temperatur schonend zu behandeln; d. h., beide Faktoren sollten vor der Verformung nicht stärker als nötig auf die Formmasse einwirken.

Unter Zugrundelegung dieser Erkenntnisse beinhaltet das Spritzgießverfahren für die Verarbeitung von Duroplasten zahlreiche ungünstige Voraussetzungen.

Außer das Material in den für die Verformung erforderlichen plastischen Zustand zu bringen, hai die Plastifizierschnecke in einer Spritzgießmaschine zusätzlich die Aufgabe, das Einspritzen der Formmasse in die Formnester zu übernehmen. Danach muß ebenfalls von der Schnecke für eine gewisse Dauer ein Nachdruck aufrechterhalten werden.

Bedingt durch das Spritzgieß-Prin/ip muß die plastische Formmasse während des Einspritzvorganges zunächst durch die relativ kleine Austrittsöffnung des Plastifizierzylinders gedrückt werden, um in den Angußkanal des beheizten Werkzeuges zu gelangen. Von hier aus wird das Material in den meisten Fällen verteilt, und zwar erfolgt hierbei eine rechtwinklige Umlenkung in mehrere Richtungen, Nicht selten werden auch diese Kanäle noch einmal verteilt. Bevor die Masse die Formnester erreicht, durchläuft sie am Anschnitt eines jeden Formncstcs noch einmal eine erhebliche Querschnittsvcrengiing. Hierdurch entstehen in den Angußkanälen durch Friktion verursachte, unkontrollierbare Tcmperaturspitzcn, clic sich schädlich auf das Flicßvcrhultcn der P'orniriiasse auswirken.

Außerdem entsteht in den Angußkanälen initurgcmuß ein erheblicher Druckabfall. Es muß also, um (fen t ■-forderlichen liilldruck noch zu erreichen, mit sehr hohen spezifischen Einspritzdrücken gearbeitet werden.

Der Einspritzdruck sowie der ebenfalls sehr hohe Nachdruck aber beaufschlagen gleichzeitig das in der Plastifizierzone der Schnecke zurückbleibende Material und versursachen in Verbindung mit der von außen dem Plastifizierzylinder zugeführten Temperatur, daß sich ciieses Material bereits vor seiner Verspritzung sehr schnell dem Aushärtungspunkt nähert.

Um trotz der aufgeführten nachteiligen Erscheinungen eine Verarbeitung von Duroplasten durch Spritzgießen zu ermöglichen, müssen im allgemeinen Formmassen mit extrem weicher Fließeinstellung und langsamer Aushärtungsgeschwindigkeit verwendet werden. Es handelt sich hierbei um speziell für das Spritzgießen entwickelte Sondermassen, die gegenüber den normalerweise verarbeiteten, mittel oder hart eingestellten Massen Nachteile mitbringen. Sie benötigen eine längere Härtezeit und weisen am Formteil eine höhere Schwindung sowie eine stärkere Gasabspakung auf, was sich auf die Maßhaltigkeit, den Verzug und die allgemeine äußere Qualität der Formteile nachteilig auswirkt.

Trotz Verwendung dieser Sondermassen verbleiben noch Schwierigkeiten beim Einrichten der Maschine auf einen bestimmten Artikel. Man stelle sich eine V-förmige Viskositätskurve vor, die den plastischen Zustand des Materials vor der Verspritzung wiedergibt. Die untere Spitze des V bzw. der Wendepunkt der Kurve stellt die niedrigste Viskosität, also den plastischen Zustand der Formmasse dar, während der linke Schenkel des V den übergang vom rieselfähigen zum plastischen und der rechte Schenkel den Übergang vom plastischen zum ausgehärteten Zustand veranschaulicht. Der Vera/beiter muß nun versuchen, diesen unteren Wendepunkt der Viskositätskurve zu finden, denn sobald sich das Material in ei- em Stadium befindet, wie es dem linken oder rechten Schenkel der Kurve entspricht, treten Schwierigkeiten beim Einspritzen des Materials insofern auf, als die zu geringe Fließfähigkeit ein Füllen bzw. Verdichten der Formteile in Frage stellt. Die niedrigste Viskosität des Materials zu finden, ist an sich kein Problem, wenn man das Plastifizieren allein betrachtet. Es erfolgt durch Variieren der Plastifizier-Faktoren Staudruck, Schneckendrehzahl und Plastifiziertemperatur. Beim Spritzgießverfahren wird es jedoch dadurch zum Kriterium, daß die Einspritz-Faktoren Spri'.zdruck, Nachdruck und Spritzpeschwindigkeit als echte Störgrößen in diesen Einregulierungsvorgang einwirken. Die auftretenden Temperaturspitzen können nur dadurch kompensiert werden, daß eine relativ teure Flüssigkcitsheizung am Plastifizierzylinder zum Einsat/ kommt.

Ein weiterer Nachteil ergibt sich dadurch, daß die hohen Einspritzdrücke an den Schneckengängen und in den Angußkanälen des Werkzeuges einen erheblichen Verschleiß verursachen. Am Anschnitt der Formnester wirkt sich das insofern aus, als der Anguß immer größer wird, wodurch sein Entfernen mehr Aufwand erfordert und die Bruchfläche, auch wenn sie nachgearbeitet wird, die optische Wirkung des Formteiles sehr störend beeinflußt.

In vielen Fällen führt das dazu, daß das Formteil nicht mehr verwendet werden kann. Dieser Umstand wirkt sich um so stärker, d. h. in relativ kurzer Zeit, aus, je härter und aggressiver die Füllstoffe in der Formmasse sind.

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Grundsätzlich hat eis sich gezeigt, daß bei der Ver- außer Kontrolle gerät, sondern mit einkalkuliert und

arbeitung vuii Duroplasten eine Leistungssteigerung ausgenutzt wird, .

zu erzielen ist, wenn das Material vor der Verfor- Beim Transferverfahren dagegen liegen hinsieht-

mung mittels einer Schnecke plastifiziert wird. lieh der Anspritzkanäle des Werkzeuges ähnliche

Ausgehend von den bis hier aufgeführten Tat- 5 Verhältnisse wie beim Spritzgießen vor. Auch hier

sachen gelangt man zu der Erkenntnis, daß es für wird das Material häufig umgelenkt und über relativ

duroplastische Werkstoffe aus technologischen Grün- lange Fließwege dem Formnest zugeführt. Außerdem

den besser ist, den Plastifiziervorgang vom Einspritz- sind alle Formteile durch die Angüsse mit einem zen-

vorgang zu trennen, damit eine gegenseitige Beein- tralen Teller verbunden. Die Teile müssen also noch

fiussung ausgeschlossen ist. io getrennt und je nach Größe des Anschnittes entgratet

Bekannt ist eine solche Anordnung bereits beim werden. Diese Anschnitte müssen um so größer ge-

Spritzpreßverfahren. Zahlreiche Spritzpreßmaschinen, wählt werden, je höher das Füllgewicht ist. Dieser

unabhängig davon, ob sie nach dem Injektions- oder Nachteil läßt sich beim Injektionsverfahren dadurch

Transferprinzip arbeiten, werden beschickt von söge- ausräumen, daß mehrere Anspritzpunkte mit kleinem

nannten Vorplastiiizierungseinheiten. Die aus den 15 Durchmesser gewählt werden.

Ausführungen über das Spritzgießverfahren sich er- Bei bisher bekannten ßauformen von Plastifizier-

gebenden Nachteile werden bei Verwendung von einrichtungen für Spritzpreßmaschinen ist die

Vorplastifizierungseinheiten weitgehendst ausgeschal- Schnecke parallel, schräg oder rechtwinklig zur

tet. Abgesehen davon, daß durch Trennung von Ein- Spritzeinrichtung der L-nspritzeinheit angeordnet,

spritz- und Plastifiziervorgang das Plastifizieren we- 20 Die Beschickung erfolgt entweder durch freien Fall

sentlich weniger Probleme in bezug auf das Aus- eines plastischen Stranges über eine Schüttrinne

balancieren der Einstelldaten entstehen, daß eine od. dgl. in den Spritzzylinder oder durch Koppelung

elektrische Beheizung völlig ausieichend ist, daß des Plastifizierzylinders mit dem Spritzzylinder, wo-

mittel oder hart eingestellte Formmassen ohne weite- bei der plastische Strang vom Spritzkolben abge-

res zum Einsatz kommen können, daß die Plastifizier- »5 schnitten wird. Es handelt sich also immer um zwei

schnecke kaum einem Verschleiß unterliegt und daß getrennte Aggregate.

durch geringe Einspritzdrücke das Werkzeug mehr Der Erfingung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

geschont wird, ergeben sich weitere Vorteile. Einrichtung der eingangs genannten Gattung zu

Nachdem das dosierte und plastifizierte Material schaffen, bei der die das Plastifizieren und das Ein-

dem Spritzkolben zugeführt wurde, kann bereits der 30 spritzen der duroplastischen Werkstoffe bewirkenden

Plastifiziervorgang für den nächsten Schuß beginnen. Teile völlig unabhängig voneinander bewegt werden

Beim Spritzgießen kann dieses erst dann erfolgen, wenn können, so daß die beiden Arbeitsvorgänge ohne ge-

das Einspritzen beendet und die Nachdruckzeit ab- genseitige Beeinflussung zeitlich überlagert werden

gelaufen ist. Daraus ergibt sich ein Zeitgewinn für können.

das Spritzpressen mit Vorplastifizierung, der sich 35 Diese Aufgabe soll nach der Erfindung dadurch gezwar kaum auf den Gesamtzyklus auswirkt, aber den löst werden, daß der vordere T~-iI des von der entsc'-eidenden Vorteil bringt, daß der Plastifiziervor- Schnecke unabhängig axial verschiebbaren Zylinders gang bei geringerer Drehzahl durchgeführt werden als Spritzkolben dient, der in einen mit der die Massekann, d. h., das Material wird gleichmäßiger aufbe- Zuführkanäle enthaltenden Werkzeughälfte verbunreitet, da es besser durchtempenert werden kann. 40 denen Spritzpreßzylinder einführbar ist, und daß in Dieser Faktor hat positiven Einfluß auf die Gleich- dem Spritzpreßzylinder ein einen Ringraum bildendes mäßigkeit des Gefüges am fertigen Formteil, was zur Glied vorgesehen ist, welches das von der Schnecke Folge hat, daß die Gefahr der Spannungsbildung und in Austragrichtung vorgeschobene Material in den der damit verbundene Verzug wesentlich geringer ist. Ringraum ableitet, wo es von dem in diesem einfah-

F.rfindungsgegenstand ist das Spritzpreßverfahren 45 renden Zylinder erfaßt und nach Abscheriing des

nach dem Injektionsprinzip. Gegenüber dem Trans- Massestranges durch Unterbrechung der Verbindung

ferprinzip bietet dieses Prinzip Vorteile. Die Form- zwischen dem Ringraum und dem Innenraum des

teile werden hierbei bekanntlich durch konische Zylinders in das Werkzeug gedruckt wird.

Düsen ausgepritzt. Durch geeignete Maßnahmen wird In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das

dafür gesorgt, daß der in der Düse verbleibende An- 5c Glied ein Bolzen, der an dem der Schnecke zugc-

puß zurückgezogen und direkt an der Oberfläche des kehrten Ende kegelstumpfförmig ausgebildet ist. Da-

Formteiles abgerissen wird. Daraus ergibt sich der bei kann der Bolzen als Anschlag für die Schnecke

wesentliche Vorteil, daß die Formteile angußlos, also beim Vorschieben des Materials diener*,

gratfrei, die Maschine verlassen. Wie bei jedem Vcr- Bei der Einrichtung na^h der Erfindung braucht

fahren unterliegen auch beim Injektionsprinzip die 55 der Dru":k der Schnecke gerade nur so groß zu sein,

Anjiüsse einem erhöhten Verschleiß, da die Quer- daß der Massestrang an dem Bolzen geteilt wird. Die

schnittsvercngung des Angusses zu einer sehr hohen Schnecke ist also beim eigentlichen Spritzvorgang

Strömungsgeschwindigkeit führt. Beim Injektions- vollständig entlastet. Auch kanrv bereits während des

prinzip bietet es sich an, die Anspritzdüsen auswech- Einspritzvorganges mit der Plastifizicrung begonnen

seibar zu gestalten, wodurch diese Hauptverschleiß- 60 werden,

teile verhältnismäßig billig sind und sehr schnell und Dadurch, daß der Spritzprcßkolbcn als Teil des

reibungslos ausgetauscht werden können. Plastifizierzylinders in seinem Querschnitt ringförmig

Durch die Disektanspritzung wird weiter erreicht, ausgebildet ist, ergibt sich noch folgender wescnt-

daß erstens das Material während des Einspritzvor- licher Vorteil:

ganges nicht umgelenkt wird und zweitens die Fließ- 85 Eine Ringflächc hai naturgemäß einen größeren wege — _es handelt sich lediglich um die Düsen- Außendurchmesser al* es dem Durchmesser eines

länge — äußerst kurz sind, so daß der Druckabfall flächcnglcichcn Kreises entspricht. Die direkt iinzu- und die naturgemäß auftretende Friktionswärme nie spritzenden Formteile können daher im Weik/cug

auf einem größeren Düsenkreisdurchmesser angeordnet werden, wodurch zwangläufig eine größere Anzahl von Eormteilen untergebracht werden können.

tun Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung für die Spritzpreßausführung ist an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. I bis 5 schematische Ansichten, teilweise im Schnitt, einer Einrichtung nach der Erfindung in verschiedenen Betriebsstellungen,

F i g. 6 die als Spritzgießmaschine umgebaute Einrichtung nach der Erfindung in einer Betriebsstellung.

Mit 1, la ist ein Zylinder bezeichnet, der eine drehbare und in axialer Richtung verschiebbar gelagerte Schnecke 2 aufnimmt, die über einen geeigneten Antrieb 3 in Drehung versetzt wird. Die aus der Schnecke 2 und dem Antrieb 3 bestehende Einheit steht unter der Einwirkung eines druckmittelgesteuerten, z. B. hydraulisch gesteuerten Zylinders 4, der die axiale Verschiebung der Schnecke 2 sicherstellt.

Die Zylinder 1, la sind bei der in der Zeichnung dargestellten Ausfühningsform zweiteilig, wobei die beiden Teile miteinander lösbar verbunden sind.

Das Material wird über den Trichter 5 in den Zylinder 1,1a eingebracht.

Der Zylinder 1, la ist von der Bewegung der Schnecke 2 unabhängig und dient als Spritzkolben, der mit einem Spritzpreßzylinder 6 zusammenarbeitet, d. h. in diesen einführbar ist. Dieser Spritzpreßzylinder 6 steht mit derjenigen Werkzeughälfte Tb des Werkzeuges 7 in Verbindung, in der die Masse-Zuführkanäle Td in Form von Düsen eingearbeitet sind.

In dem Spritzpreßzylinder 6 ist ein vorzugsweise als Bnlzen Tc ausgebildetes Glied vorgesehen, das an dem der Schnecke 2 zugekehrten Ende kegelstumpfförmig ausgebildet ist. Dieser Bolzen Tc bildet mit dem Spritzpreßzylinder 6 einen Ringraum 6a, in den in der Betriebsstellung der Zylinder 1, la eingreift.

Der Spritzpreßzylinder 6 kann unabhängig von der Schnecke 2 über druckmittelgesteuerte, z. B. hydraulisch gesteuerte Zylinder 8, 9 in axialer Richtung verschoben werden.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung ist die folgende:

Nach Beendigung des Einspritzvorganges nehmen die einzelnen Teile der Einrichtung die in Fig. 1 der Zeichnung dargestellte Lage ein. In dieser besonderen Stellung beginnt auch der Härtevorgang.

Innerhalb der Härtezeit setzt nach Ablauf einer einstellbaren Verzögerungsperiode der Plastifiziervorgang ein. Dabei wird die Schnecke 2 in die in F i g. 2 der Zeichnung dargestellte Lage überführt. Die Plastifizierung erfolgt dabei gegen den Bolzen 7 c. wobei die Dosierung der Schnecke 2 nach dem an sich bekannten Schneckenkolbenprinzip erfolgt.

Nach Ablauf der Härtezeit bewegt sich der als Spritzkolben dienende Zylinder 1, 1 α in die in F i g. 3 dargestellte Lage. Dabei wird der Teil la des Werkzeuges 7 in die Offenstellung überführt. In der hinteren Endstellung des Zylinders 1, la wird der an seiner Stirnfläche beispielsweise mittels schwalbenschwanzförmigen Nuten festgehaltene Angußteller 10 abgestreift, während das Werkstück 11 in der Offenstellung des Werkzeuges 7 ausgestoßen wird.

Anschließend daran wird das Werkzeug 7 wieder geschlossen, wahrend sich der Zylinder 1,1a und die Schnecke 2 in Richtung dieses Werkzeuges 7 bewegen. Während dieser Bewegung entflieht zwischen dem kegelstumpfförmigen Ende des Bolzens Tc und der Stirnfläche des Zylinders 1, la ein Ringspalt, durch welchen die nicht rotierende, also als Kolben wirkende Schnecke 2 das plastische Material in den Ringraum 6η des Spritzpreßzylinders 6 hineinschiebt, ίο Dabei spreizt sich der Massestrang an dem Bolzen Tc auf und verteilt sich gleichmäßig in dem Ringraum 6a (Fig. 4).

Im Zuge der Bewegung des Zylinders 1 nach vorne wird der Ringspalt immer kleiner, bis schließlich das i$ in dem Ringraum 6a befindliche Material von dem in dem Zylinder 1. la befindlichen Material vollständig getrennt ist. In der Endstellung schlägt die Schnecke 2 gegen den Bolzen Tc an.

Das abgescherte, plastische Material wird ante schließend über Masse-Zuführkanäle Td in Form von Düsen der Werkzeughälfte Tb in die Formnester durch den Zylinder 1.1 α eingespritzt.

Da die Austrittsöffnung des Zylinders 1, la bereits voi Beendigung des Einspritzvorganges von dem •5 Bohen 7c verschlossen ist, kann bei entsprechend vorverlegtem Einschaltimpuls das Plastifizieren bereits während des Einspritzens erfolgen, was vorteilhaft ist.

Die Fi g. 6 veranschaulicht, daß durch bloßes Austauschen des Teiles la des Zylinders 1, 1 α gegen eine Spritzdüse 12 die Einrichtung in eine Spritzgießmaschine umgewandelt werden kann, die besonders für die Verarbeitung von Thermoplasten geeignet ist.

Die Wirkungsweise des Spritzgießverfahrens braucht im einzelnen nicht erläutert zu werden, da es an sich bekannt ist.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Spritzen von duroplastischen

Werkstoffen mit einer in einem Zylinder drehbaren und axial verschiebbaren Schnecke, welche das Material in Richtung des Spritzwerkzeuges transportiert und plastifiziert, wobei der Plastifiziervorgang vom Einspritzvorgang getrennt ist, da-

durch gekennzeichnet, daß der Zylinder (1) als Spritzkolben dient, welcher in einen mit der die Masse-Zuführkanäle (7 rf) enthaltenden Werkzeughälfte (Tb) verbundenen Spritzpreßzylinder (6) einführbar ist, und daß in dem Spritz-

preßzylinder (6) ein einen Ringraum (6a) bildendes Glied vorgesehen ist, welches das von der Schnecke (2) in Austragsrichtung vorgeschobene Material in den Ringraum (6 σ) ableitet, wo es von dem in diesen einfahrenden Zylinder (1) erfaßt und nach Abscherung des Massestranges durch Unterbrechung der Verbindung zwischen dem Ringraum (6 a) und dem Innenraum des Zylinders (1) in das Werkzeug (7) gedrückt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Glied ein Bolzen (7 c) ist,

der an dem der Schnecke (2) zugekehrten Ende kegelstumpfförmig ausgebildet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (7 c) als

Anschlag für die Schnecke (2) beim Vorschieben des Materials dient.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen