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Vorrichtung zum Spritzen von duroplastischen Werkstoffen Bekannt
ist eine Vorrichtung zum Spritzgießen nach dem bewährten Schneckenkolbenprinzip
nach Beck. Entwickelt wurde dieses Verfahren ursprtlnglich ausschließlich für die
Verarbeitung von Thermoplasten. Hierfür bietet das Spritzgießen nur Vortei1, und
stellt nach dem Stande der Technik das Optimum dar.
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Seit Seit etwa drei bis vier Jahren wird das Spritzgießen auch für
die Verarbeitung von Duroplasten eingesetzt.
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4 Ble)e Arbeitsweise wird verschledentlich als völlig problemlos hingestellt.
Bei näherer Betrachtung stößt man Jedoch auf verschledene Schwierigkeiten.
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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
nach der Verformung durch Erkalten erneut seinen festen Zustand einnimmt. Dieser
Vorgang läßt sich ohne weiteres wiederholen.
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Duroplaste dagegen unterliegen jedoch darüber hinaus einer chemischen
Umwandlung. Es erfolgt durch Kondensation eine Vernetzung der Moleküle, d.h. das
Material härtet aus und läßt sich nicht ein zweites Mal in den plastischen Zustand
versetzen.
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Hinzu kommt, daß der vor der Verformung erzeugte plastische Zustand
des Materials nur begrenzt lange aufrechterhalten werden kann, da der Kondensationsprozeß
unter Zufuhr von Druck und Temperatur unaufhörlich weiter fortschreitet.
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Es ist daher sehr wichtig, duroplastisches Material hinsichtlich
Druck und Temperatur schonend zu behandeln, d.h.
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beide Faktoren sollten vor der Verformung nicht stärker als nötig
auf die Formmasse einwirken.
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Unter Zugrundelegung dieser Erkenntnisse beinhaltet das Spritzgießverfahren
für die Verarbeitung von Duroplasten zahlreiche ungünstige Voraussetzungen.
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Außer das Material in den für die Verformung erforderlichen plastischen
Zustand zu bringen, hat 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.
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Bedingt durch das Spritzgieß-Prinzip 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 Formnestes noch einmal eine erhebliche Querschnittsverengung.
Hierdurch entstehen in den Angußkanälen durch Friktion verursachte, unkontrollierbare
Temperaturspitzen, die sich schädlich auf das Fließverhalten der Formmasse auswirken.
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Außerdem entsteht in den Angußkanälen naturgemäß ein erheblicher
Druckabfall. Es muß also, um den erforderlichen Full druck noch zu erreichen, mit
sehr hohen spezifischen Einspritzdrücken gearbeitet werden.
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Der Einspritzdruck sowie der ebenfalls sehr hohe Nachdruck aber beaufschlagen
gleichzeitig das in der Palstifizierzone der Schnecke zurückbleibende Material und
verursachen in Verbindung mit der von außen dem Plastifizierzylinder zugeführten
Temperatur, daß sich dieses Material bereits vor seiner Verspritzung sehr schnell
dem Aushärtungspunkt nähert.
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Um trotz der aufgeführten nachteiligen Erscheinungen eine Verarbeitung
von Duroplasten durch Spritzgießen zu ermöglichen, müssen im allgemeinen Formmassen
mit extrem weicher Flie -einstellung und langsamer Aushärtungsgeschwindigkeit verwendet
werden. Es handelt sich hierbei um speziell für das Spritzgießen entwickelte Sondermasen,
die gegenUber den normalerweise verarbeiteten, mittel oder hart eingestellten Massen,
Nachteile mitbringen. Sie benötigen eine längere lIartezeit und weisen am Form teil
eine höhere schwindung sowie eine stirkere GüoabRpal.-t;un(:
auf,
was sich auf die Maßhaltigkeit, den Verzug und die allgemeine äußere Qualität der
Formteile nachteilig auswirkt.
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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 Kurv stellt
die niedrigste Viskosität, also den plastischsten 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 Verarbeiter muß nun versuchen, diesen unteren Wendepunkt der Viskositätskurve
zu finden, denn sobald sich das Material in einem Stadium befindet, wie es dem linken
oder rechten Schenkel der Kurve entspricht, treten Schwierigkeiten beim Einspritzen
des Materials insofern auf, als die zu geringe Fliejäfähigkeit ein Füllen bzw. Verdichten
der Formteile in Frage stel t.
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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
Spritzdruck, Nachdruck und Spritzgeschwindigkeit als echte Störgrößen in diesen
Einregulierungsvorgang einwirken.
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Die auftretenden Temperaturspitzen können nur dadurch kompensier werden,
daß eine relativ teure Flüssigkeitsheizung am Plastifizierzylinder zum Einsatz kommt.
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Ein weiterer Nachteil ergibt sich dadurch, daß die hohen Einspritzdrücke
an den Schneckengängen und in den Angukanälen des Werkzeuges einen erheblichen Verschleiß
verursachen.
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Am Anschnitt der Formnester wirkt sich dls insofern auch als der Anguß
immer größer wird, wodurch sein Entfernen mehr Aufwand foz und die Bruchfläche,
auch wenn sie nachgearbeitet wird, die optische Wirkung der Fomteiles sehr störend
beeinflußt.
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In vielen Fällen führt das dazu, daß das Formteil nich mehr verwendet
werden kann. Dieser Umstand wirkt sich um so stär ker, d.h. in relativ kurzer Zeit,
aus, je härter und aggressiver die Füllstoffe in der Formmasse sind.
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Grundsätzlich hat es sich gezeigt, daß bei der Verarbettung von Duroplasten
eine Leistungssteigerung zu erzielen ist, wenn das Material vor der Verformung mittels
einer Schnecke plastifiziert.wird.
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Ausgehend von den bis hier aufgeführten Tatsachen, gelangt man zu
der Erkenntnis, daß es für duroplastische Werkstoffe aus technologischen Gründen
besser ist, den Plastifiziervorgang vom Einspritzvorgang zu trennen, damit eine
gegenseitige Beeinflussung ausgeschlossen ist.
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Bekannt ist eine solche Anordnung bereits beim Spritzpreßverfahren.
Zahlreiche Spritzpreßmaschinen, unabhängig davon, ob sie nach dem Injektions- oder
Transferprinzip arbeiten, werde beschickt von sogenannten Vorplastifizierungseinheiten.
Die aus den Ausführtmgen über das Spritzgießverfahren sich ergebenden Nachteile
werden bei Verwendung von Vorplastifizierungseinheiten ,weitgehendst ausgeschaltet.
Abgesehen davon, daß durch Trennung von F1inspritz- und Plastifiziervorgang das
Plastifizieren wesentlich weniger Probleme in bezug auf das Ausbalancieren der Einstelidaten
entstehen, daß eine elektrische Beheizung völlig ausreichend ist, daß mittel oder
hart eingestellte Formmassen ohne weiteres zum Einsatz kommen können, daß die Plastifizierschnecke
kiun einem Verschleiß unterliegt, und daß durch geringere Einspritzdrücke das Werkzeug
mehr geschont wird, ergeben sich weiter re Vorteile: lEachdem das dosierte und plastifizierte
Material dem Spritzkoiben zugefilhrt wurde, kann bereits der Plastifizierungsvorgan
flir den nächsten Schuß beglnnen. Beim Spritzgießen kann
dieses
erst dann erfolgen, wenn das Einspritzen beendet und die Nachdruckzeit abgelaufen
ist. Daraus ergibt sich ein Zeitgewinn für das Spritzpressen mit Vorplastifizierung;
der sich zwar kaum auf den Gesamtzyklus auswirkt, aber den entscheidenden Vorteil
bringt, daß der Plastifiziervorgang bei geringerer Drehzahl durchgeführt werden
kann; d.h. das Material wird gleichmäßiger aufbereitet, da es besser durchtemperiert
werden kann. Dieser Faktor hat positiven Einfluß auf die Gleichmäßigkeit des Gefüges
am fertigen Formteil, was zur Folge hat, daß die Gefahr der Spannungsbildung und
der damit verbundene Verzug wesentlich geringer ist.
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Dieser Neuerung liegt das Spritzpreßverfahren nach dem Transferprinzip
zugrunde. Gegenüber dem Spritzgießverfahren bietet dieses Prinzip Vorteile. Die
Formteile werden hierbei bekann -lich von einem in der Achse des Werkzeuges liegenden
Spritzpreßzylinders radial in der Werkzeugtrennebene durch kurze Angußkanäle ausgespritzt.
Die Anspritzstellen am Formteil sind querschnittsmäßig so ausgebildet, daß sie beim
Entformen der Spritzlinge abbrechen. Wie bei jedem Verfahren unterliegen auch beim
InJektionsprinzip die Angüsse einem erhöhten Verschleiß, da die Querschnittsverengung
des Angusses zu einer sehr hohen Strömungs geschwindigkeit führt. Beim InJektionsprinzip
bietet es sich an, die Anspritzdüsen auswechselbar zu gestalten, wodurch diese HauptverschleiXteile
verhältnismäßig billig sind und sehr schnee und reibungslos ausgetauscht werden
können.
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Durch die Direktanspritzung wird weiter erreicht, daß erstens das
Materil während des Einspritzvorganges nicht umgelenkt wird und zweitens die Fließwege
- es handelt sich lediglic um die Dusenlänge - äußerst kurz sind, so daß der Druckabfall
und die naturgemäß auftretende Friktionswärme nie außer Kontroll gerät, sonden mit
einkalkuliert und ausgenutzt wird.
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Bei bisher bekannten Bauformen von Plastifiziereinrich tungen für
Spritzpreßmaschinen ist die Schnecke parallel, schräg oder rechtwinklig zur Spritzeinrichtung
der Einspritzeinheit angeordnet. Die Beschickung erfolgt entweder durch freien Fall
eines plastischen Stranges über eine Schüttrinne oder dgl. in den Spritzzylinder
oder durch Koppelung des Plastifizierzylinders mit dem Spritzzylinder, wobei der
plastische Strang vom Spritzkolben abgeschnitten wird. Es handelt sich also immer
um zwei getrennte Aggregate.
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Aufgabe der Erfindung ist es, für das Injektionsspritzfl .
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pressen eine Vorplastifizierungsvorrichtung zu schaffen, die ähnlich
wie bei einer Spritzgießmaschine ein Teil der Spritzeinheit ist, Jedoch so arbeitet,
daß die eingangs aufgeführten Nachteile vermieden werden. Außerdem ist ebenfalls
wie bei einer Spritzgießmaschine die Plastifizierschnecke im Zentrum und in Spritzrichtung
der Spritzeinheit angeordnet.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Spritzkolben
in der als Hohlschnecke ausgebildeten Schnecke gleitend geführt ist und nach Ablauf
der Härte zeigt entgegen der Austragrichtung zurückgezogen wird, derart, daß er
auf der Austragseite des Zylinders einen Ringspalt freigibt, über welchen die Schnecke
das vor sich liegende Material dem Spritzkolben zuführt.
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In weiterer Auagestaltung des Erfindungsgedankens ist der Zylinder
beheizbar.
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Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist nachstehend
anhand der Zeichnung noch näher veranschaulicht. In der Zeichnung zeigen in rein
schematischer Weise: Fig. 1 is 5 senkrechte Schnitte durch die erfindungs gemäß
gemäße Vorri llLunzr in veruchiedenen Betri triebsstelllungen.
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Mit 1 ist ein Zylinder bezeichnet, der mittels einer Heizvorrichtung
2 beheizbar ist. In diesem Zylinder 1 ist eine drehbare und in axialer Richtung
verschiebbare Schnecke 3 gelagert, die als Hohlschnecke ausgebildet ist und einen
Spritzkolben 4 aufnimmt, der in dieser Schnecke 3 gleitend geführt ist Die Antriebe
für die Schnecke 3 und den Spritzkolben 4 sind in der Zeichnung der tbersichtlichkeit
halber nicht weiter dargestellt.
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Das Material wird über den Trichter 5 ### in den Zylin der 1 eingebracht.
Die Bewegungen des Spritzkolbens 4 und der Schnecke 3 sind voneinander unabhängig.
Der Spritzkolben 4 ist in die Werkzeughälfte 7a des Werkzeuges 7 einführbar. Mit
der Bezugsziffer 8 ist der Spritzling bezeichnet.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die folgende:
Nach Beendigung des Einspritzvorganges nehmen die einzelnen Teile der Einrichtung
die in Figur 1 der Zeichnung dargestellte Lage ein. In dieser besonderen Stellung
beginnt auch der Härtevorgang.
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Innerhalb der Härtezeit setzt nach Ablauf einer einstellbaren Verzögerungsperiode
der Plastifiziervorgang ein. Dabe wird die Schnecke 3 in die in Figur 2 der Zeichnung
dargestellte Lage geführt. Die Dosierung der Schnecke 3 erfolgt hierbei nach dem
bekannten Schneckenkolbenprinzip.
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Nach Ablauf der Härte zeit bewegt sich der Spritzkolben 4 in die
in Figur 3 der Zeichnung dargestellte Lage, in welcher sich das Werkzeug 7 öffnet,
so daß der Spritzling in geeigneter Weise entformt werden kann.
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Im Anschluß daran wird der Spritzkolben in die in Fig.
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4 gezeigte Stellung überführt, in welcher ein Ringspalt 1a freigegeben
wird, über welchen die in Austragrichtung sich bewegende Schnecke 3 das vor sich
liegende Material dem Spritzkolben 4 zuführt.
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Anschließend daran drückt der Spritzkolben 4 den Werkstoff in die
Formnester des Werkzeuges 7.
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- Patentansprüche -