DE2639484C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von homogenen kompakten Formteilen aus Kunststoffgranulat - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von homogenen kompakten Formteilen aus Kunststoffgranulat, insbesondere auch von solchen mit starken Wandquerschnitten, bei dem in einer Vorkammer durch ein dieser zugeführtes Heißgas die Oberfläche der Körner einer jeweils für einen Formteil erforderlichen Kunststoffschüttung dünnschichtig plastifiziert oder nach vorgängigem Benetzen mit einem reaktionsfähigen monomeren Vorprodukt einer Oberflächenpolymerisation unterzogen, dadurch die Kornoberflächen in

beiden Fällen erweicht und anschließend die verschweißbar gewordene Kunststoffschüttung schlagartig in den Formhohlraum einer Gießform gepreßt wird.

Es ist ein Verfahren zur Vorwärmung von einem zu vergießenden Kunststoff vorgängig der Spritzgießverarbeitung bekannt (US-PS 25 23 137), bei dem ein duroplastisches Granulat zunächst in einem besonderen Behälter der Einwirkung von heißen Gasen aus einem Ofen ausgesetzt und nach anschließender Trennung des Behälters vom Ofen zur Durchführung des sog. Transferspritzgießverfahrens in eine Sammelkammer einer Spritzgießmaschine übertragen wird. Aus der verschlossenen Sammelkammer wird das Material unter Vorkompression in eine Anzahl von Formkavitäten eingespritzt, in diesen unter Druck gehalten und einer Wärmebehandlung unterzogen.

Die Vorwärmung bezweckt hierbei nicht etwa eine bloß dünnschichtige Plastifizierung der Kornoberfläctien, sondern die Einleitung eines erst mit der Wärmebehandlung in den Formkavitäten zu Ende gehenden chemischen Reaktionsprozesses. Dieser Reaktionsprozeß erfaßt restlos das behandelte Kunststoffmaterial und ruft dabei in dessen Gesamtheit eine entsprechende Erwärmung hervor. Eine Dünnschichtplastifizierung der Kunststoffkörner als Vorbedingung für das Schlagsintern und gleichzeitig für das Erreichen kurzer Abkühlzeiten der Formteile ist mit Hilfe dieses Verfahrens nicht möglich.

Ein weiteres bekanntes Verfahren (DE-OS 15 04 894) bezieht sich auf das Niederdrucksintern von porösen Körpern mit verbesserten mechanischen Eigenschaften und gutem Oberflächenaussehen aus geschäumtem und gealtertem thermoplastischem Granulat. Durch eine kurzzeitige Erhitzung der Kornoberflächen soll auch eine Verringerung der Abkühlzeit der mittels einfachen mechanischen Zusammendrückens bei niedrigem Druck hergestellten Formlinge geringer Dichte erreicht werden können.

Das Schlagsintern massiver und insbesondere auch dickwandiger Formteile mit kurzen Abkühlzeiten derselben läßt sich jedoch nach diesem Verfahren nicht verwirklichen.

Ein der Fachwelt vorgeschlagenes Verfahren (DE-OS 25 53 089 und DE-OS 25 57 157) ermöglicht dank der niedrigen Wärmeleitfähigkeit von Kunststoffen eine wirtschaftliche Herstellung massiver und auch dickwandiger Formteile mit Wandstärken über 10 mm. Gemäß diesem Schlagsinterverfahren soll die Wärme, die zum Verschweißen der Körner einer für einen massiven Formteil erforderlichen Granulatschüttung notwendig ist, durch ein kurzzeitiges Überhitzen der Kornoberflächen mittels eines heißen Gases in den granulierten kompakten Rohstoff eingebracht werden. Nachdem die Oberflächenschicht der Körner über die Schmelztemperatur hinaus aufgeheizt worden ist, wobei der Kern der Körner kalt bleibt, wird die ganze Schüttung durch schlagartiges Einpressen in einen Gießformhohlraum zusammengesintert. Wegen der relativ geringen Wärmemenge, die den einzelnen Kunststoffkörnern zugeführt wurde, vollzieht sich rasch nach deren Zusam- eo mensintern ein Temperaturausgleich zwischen Oberfläche und Kern derselben.

Die kurze Abkühlzeit ist zudem von der Wandstärke des Formteils unabhängig. Bei gekürzten Standzeiten sollen Formteile mit geringer Schwindung und verbesserter Festigkeit resultieren. Die Formteilherstellung aus warmfesten Kunststoffen kann mit Hilfe dieses Verfahrens direkt erfolgen, indem während des Verpressens eine Polymerisation entlang den Korngrenzen stattfindet Hierzu wird das fertigpolymerisierte massive Kunststoffgranulat mit einer Korngröße zwischen etwa 0,1 und 10 mm zunächst mit einem reaktionsfähigen flüssigen Moncmer benetzt Anschließend erfolgt ein kurzzeitiges Erhitzen des benetzten Granulates durch ein Heißgas, wobei das Monomer die Kornoberfläche zu übernetzen beginnt In diesem Zeitpunkt wird die Schüttung verpreßt Es lassen sich dadurch warmfeste Formteile mit ebenfalls geringem Schwund und erhöhter Festigkeit bei gekürzten Standzeiten erzielen, wobei der bislang übliche Umweg über das Pressen von Rohlingen und deren spanende Bearbeitung vermeidbar wird.

Die beim Kunststoffspritzgießen üblichen Spritzgeschwindigkeiten bzw. Drücke, weiche im geschilderten Verfahren für das Verpressen des verschweißbaren Granulates zur Anwendung kommen, erweisen sich insbesondere bei größeren Fließweg-Wandstärkeverhältnissen als ungenügend.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren der beschriebenen Art anzugeben, mit dessen Hilfe maßgetreue kompakte und auch dickwandige Formteile mit gleichmäßig dichtem Gefüge und glatter Oberfläche auch bei einem großen Fließweg-Wandstärkeverhältnis schnell herstellbar sind.

Erfindungsgemäß kennzeichnet sich die Lösung dieser Aufgabe dadurch, daß das Verpressen mit Hilfe beim Metalldruckgießen üblicher Einpreßgeschwindigkeiten bzw. Einpreßdrücke durchgeführt wird.

Die mit der Einpreßgeschwindigkeit quadratisch ansteigende kinetische Energie kann zusammen mit dem höheren Enddruck trotz vorhandener größerer Fließwiderstände die erforderliche Verdichtung des Formteilgefüges gewährleisten, so daß das Gas den zusammengedrückten Zwischenräumen entweicht und die Kunststoffkörner miteinander verschweißen.

Ein intensiver Plastifizier- bzw. Polymerisationsvorgang läßt sich am zweckmäßigsten in einer sog. Wirbelschicht einleiten, in welche das unter Druck der Vorkammer zuströmende Heißgas gleichzeitig die eindosierte Kunststoffschüttung auflöst. Die Kornoberflächen können dabei den langen Flugbahnen der Körner entlang nach allen Seiten hin frei der Wirkung des heißen Gases ausgesetzt werden.

Eine zusätzliche Verstärkung des durch die angestiegene kinetische Energie verbesserten Verschweißungseffektes ist durch Anwendung der Spritzprägemethode erreichbar. Es kann hierbei die zu Beginn der Einpreßbewegung noch geringfügig geöffnete Gießform bei zu Ende gehender Formfüllung geschlossen werden. In gewissen Fällen kann es ferner von Vorteil sein, die verschweißbare Kunststoffschüttung in einen evakuierten Formhohlraum einzupressen.

Die Erfindung bezieht sich weiters auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung des zuvor angegebenen Verfahrens, mit einer schließbaren Gießform, einer mit deren Formhohlraum verbindbaren Vorkammer, einer Kunststoff-Dosiereinrichtung zum Beschicken der Vorkammer jeweils mit einer für einen Formteil erforderlichen Kunststoffschüttung, einer Heißgas-Zuführeinrichtung und einem Zylinder-Kolbenaggregat zum Einpressen der verschweißbar gemachten Kunststoffschüttung in Hen Formhohlraum.

Die zur Durchführung des weiter oben beschriebenen Transferspritzgießverfahrens zur Verarbeitung duroplastischer Kunststoffe (US-PS 25 23 137) vorgeschlagene Spritzgießmaschine eignet sich mit ihrer diesem

Verfahren entsprechend vorgesehenen konstruktiven Ausbildung und Arbeitsweise aus den an derselben Stelle angeführten Gründen nicht für die Verwirklichung des Verfahrens gemäß der Erfindung.

Auch die nicht näher dargestellte Anlage zur Herstellung poröser Körper aus geschäumten Thermoplastteilchen nach der eingangs geschilderten Niederdruck-Sintermethode (DE-OS 15 04 894) gestattet wegen deren auf die andersartige Verarbeitungstechnologie ausgerichteter Auslegung nicht die Durchführung des erfindungsgemäßen Schlagsinterverfahrens.

Es ist ferner eine Spritzgießmaschine bekannt (US-PS 32 08 105), die zum Herstellen von dünnwandigen Kunststoffgegenständen großer Dimension wie Wäschekörbe, Badewannen, Boote usw. dient. Das Plastifizieren des zu verspritzenden Kunststoffes erfolgt hierbei in einem- Rohrplastifizierer. In diesem wird das Rohmaterial mittels eines Druckkolbens durch eine Anzahl beheizter Rohre engen Querschnittes gepreßt und die aus den Rohren austretende schmelzflüssige Masse, getrieben durch denselben Druck, sogleich über ein Zuführrohr in die Spritzvorrichtung gespeist. Die letztere besteht aus mehreren parallel angeordneten und durch einen gemeinsamen Druckzylinder antreibbaren Spritzkolben. Zur Konstanthaltung von Gewicht und Größe der Formteile soll das Einspritzen der Schmelze in die Formkavität mit Hilfe dieser Mehrfachspritzvorrichtung unter Anwendung einer großen Spritzgeschwindigkeit bzw. eines hohen Spritzdruckes erfolgen.

Ein Schlagsintern von Formteilen aus einem Kunststoffgranulat mit dünnschichtig verschweißbar gemachten Kornoberflächen, wie dies nach der Erfindung vorgesehen wird, ist jedoch mittels dieser Spritzgießmaschine nicht möglich.

Zur Realisierung des ebenfalls eingangs vorgestellten Schlagsinterverfahrens (DE-OS 25 53 089 und DE-OS 25 57 157) ist auch eine Vorrichtung vorgeschlagen worden. Sie besteht im wesentlichen aus einer Gießform, einer Werkzeugvorkammer und einer Förderschnecke mit einem als der Preßkolben ausgebildeten .Schneckenkopf. Diese Teile sind miteinander fluchtend, an einem Gestell derart angeordnet, daß die zwischen Gießform und Förderschnecke liegende Werkzeugvorkammer vom Schneckenkopf in Richtung der Gießform und zurück durchfahren werden kann. Die Werkzeugvorkammer ist mit diametral gegenüberliegenden porösen Wandpartien ausgebildet, durch welche ein Heißluftstrom rechtwinklig zur Hubrichtung des Schneckenkopfes erzeugt werden kann. Um bei der Förderschnecke den unerwünschten Plastifiziereffekt auszuschalten, ist deren Gehäusebohrung im Bereich des Schneckenkopfes aufgeweitet, in der der Werkzeugvorkammer abgewandten Hinterwand der Gießform ist ein Gegenstempel geführt, der ebenfalls bis hinein in die Werkzeugvorkammer verschiebbar ist. Während der Plastifizierung jeweils einer Kunststoffschüttung, weiche zuvor durch die Förderschnecke in die Werkzeugvorkammer gelangte, durch den Heißluftstrom wird die Vorkammer einerseits durch den in der zurückgezogenen Stellung befindlichen Schneckenkopf und andererseits durch den in seiner ausgefahrenen Stellung verharrenden Gegenstempel geschlossen gehalten. Der Gegenstempel trennt somit in der Plastifizierphase den Formhohlraum von der Werkzeugvorkammer. Nachdem die Komoberflächen über die Schmelztemperatur hinaus erhitzt worden sind, wird der Heißluftstrom abgestellt und die Förderschnecke mit ihrem Kopf als dem Preßstempel voran durch die Werkzeugvorkammer gejagt. Bei gleichzeitigem Zurückdrängen des Gegenstempels erfolgt das Einpressen der Kunststoffschüttung in den Formhohlraum. Nachdem die Abkühlzeit abgelaufen, die Förderschnecke zurückgezogen und die Gießform geöffnet sind, wirft der Gegenstempel den Formteil aus.

Ein Nachteil dieser Vorrichtung liegt zunächst darin, daß die Förderschnecke samt deren bei Kunststoff-Spritzgießmaschinen üblichem Antrieb als Preßstempel relativ langsam und der am Ende des Einpreßhubes ausgeübte Verdichtungsdruck oft unzulänglich ist. Ein weiterer Nachteil ist, daß ein Gegenstempel erforderlich ist, der bei der Einpreßbewegung eine bremsende Gegenkraft entfaltet. Der Umstand, daß der Formteil im wesentlichen zwischen dem Schneckenkopf und dem Gegenstempel zusammengepreßt wird, läßt nur einfache Formteile zu. Nachteilig ist ferner, daß die Geometrie der Werkzeugvorkammer und die Anordnung des Strömungskreises für die Heißluft lediglich die Ausbildung einer Wirbelschicht mit einem verhältnismäßig engen Spielraum für die Bewegung der Einzelkörner gestattet. Die letzteren sind daher der Wirkung der Heißluft nur in beschränktem Maße zugänglich. Dies kann eine unvollkommene Plastifizierung der Kunststoffschüttung zur Folge haben.

Die Erfindung setzt sich zum Ziel, eine Vorrichtung der besagten Gattung zu schaffen, welche die Nachteile der bekannten Anordnung überwindet.

Μ Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Vorkammer und dem Formhohlraum ein entsprechend der Einpreßvorrichtung einer horizontalen Kaltkammer-Druckgießmaschine ausgebildetes Preßaggregat vorgesehen ist.

Das derart beschaffene Preßaggregat ermöglicht mn seiner diejenige einer herkömmlichen Kunststofl-Spritzeinrichtung weitaus übersteigenden Preßleistuns; trotz der entsprechend den heutigen Anforderungen immer komplizierter werdenden Formteil- und damit Formhohlraumgestaltung kurze Zykluszeiten bei der Herstellung der Formteile.

Durch die massive Geschwindigkeits- bzw. Druckerhöhung können die Faktoren der Formteilqualität, welche ja von diesen Größen abhängig sind, günstig beeinflußt werden. Bei guter Maßgenauigkeit und glatter Oberfläche der Formteile sind in deren Gefüge keine Dichteschwankungen, Fehlerstellen oder Gaseinschlüsse zu erwarten.

Die Verwendung eines Gegenstempels kann bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung entfallen.

Um eine wirksame Plastifizierung bzw. Polymerisation der Komoberflächen, welche in der Vorkammer durch das dieser unier Druck zugefuhrte l'eiSgas gleichzeitig in der Gesamtheit der eindosierter; Kunststoffschüttung eingeleitet wird, rasch durchführen zu können, ordnet man vorteilhaft der Einfüllöffnung des Preßaggregates eine aus drei Zonen gebildete

Vorkammer zu. Es kann dabei die erste, zylindrische Vorkammerzone

an ihrem einen Ende mit der Einfüllöffnung des Preßaggregates, an ihrem andern Ende mit der Eingangsöffnung gleichen Durchmessers der zweiten, konisch gestalteten Zone sowie an ihrer Mantelfläche mit der Druckseite der Heißgas-Zuführeinrichtung in

Verbindung stehen.

Die zweite, konische Zone kann sich mit ihrer den -größten Durchmesser aufweisenden Ausgangsöffnung der dritten, ebenfalls zylinderförmigen Zone gleichen

Durchmessers anschließen, welche letztere in diesem Anschlußbereich mit der Kunststoff-Dosiereinrichtung und an ihrem der zweiten Zone abgewandten Ende mit der Saugseite der Heißgas-Zuführeinrichtung verbunden ist.

Es empfiehlt sich, die Druckseite der Heißgas-Zuführeinrichtung über mehrere Mündungen an die erste Vorkammerzone anzuschließen, wobei an deren Zylindermantelfläche die Mündungen auf der gleichen Höhe symmetrisch verteilt, zur Mantelfläche geneigt und gegen die zweite, konische Zone hin gerichtet angeordnet werden können.

Zweckmäßig wird die Axiallänge der ersten Vorkammerzone zwischen den Mündungen und der zweiten 7one gleich dem dreifachen Durchmesser der ersten Zone gewählt.

Der Neigungswinkel der konischen Wand der zweiten Vorkammerzone gegen deren Längsachse ist je nach dem Reibwert des Kunststoffgranulates zwischen einem unteren Grenzwert von 15° und einem oberen solchen von 30° wählbar.

Die geschilderten Maßnahmen ermöglichen das Auflösen der in der Vorkammer befindlichen Kunststoffschüttung in eine Wirbelschicht, in welcher die Oberflächen sämtlicher Granulatkörner simultan dem Plastifizier- bzw. Polymerisationsprozeß unterzogen werden können.

Die Innenfläche der zweiten, konischen Vorkammerzone kann mit einem Gleitbelag versehen sein, um ein Ankleben der Kunststoffkörner zu verhindern.

Den Druckzylinder des Preßaggregates bildet man mit Vorteil bis zu dessen Einmündung in den Formhohlraum mit einer gleichbleibenden Innenquerschnittsfläciic aus.

Die Druckfläche des dann verfahrbaren Preßstempels kann dann nach vollendetem F.inpreßhub die Rolle einer den Formteil umgestaltenden Gießformpartic übernehmen.

In vielen Fällen empfiehlt es sich, im Anschluß an den Formhohlraum eine Entlüftungseinrichtung vorzusehen.

Eine einfache Heißgas-Zuführeinrichtung läßt sich mit einem Gebläse, einem von dessen Druckseite zu den Mündungen in der Mantelfläche der ersten Vorkammerzone führenden Druckrohr und einem von der dritten Vorkammerzone zur Saugseiie des Gebläses verlaufenden Saugrohr verwirklichen, wobei im Druckrohr eine vom Druckmittel durchströmte Heizeinrichtung und ein Sperrventil angeordnet sein sollen.

Für die Kunststoff-Dosiereinrichtung kann im Falle, daß die Heißgas-Zuführeinrichtung einen geschlossenen Strömungskreis mit mindestens einem Zellenrad bildet ein vom Zeilenrad zur Vorkammer verlaufendes Fallrohr vorgesehen werden, das im ÄnschiuSbereieh der zweiten und dritten Vorkammerzone tangential an den zylindrischen Mantel der dritten Vorkammerzone mündet.

Die Erfindung wird am Beispiel der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform näher erläutert

Die Figur veranschaulicht schematisch die teilweise geschnittenen Hauptteile einer Maschine zum Herstellen von Formteilen aus thermoplastischem Kunststoffgranulat.

Es sind dies eine Gießform 1, eine Entlüftungseinrichtung 2, ein Preßaggregat 3, eine Vorkammer 4, eine Heißgas-Zuführeinrichtung 5 und eine Kunststoff-Dosiereinrichtung 6.

Auf die Darstellung der zum Verständnis der Erfindung nicht benötigten Maschinenteile wurde der Übersichtlichkeit wegen verzichtet.

Die Gießform 1 besteht aus einer oitsfesten Formhälfte 11 und einer beweglichen solchen 12, welche in geschlossenem Zustand der Gießform 1 einen Formhohlraum 13 umschließen.

Die ortsfeste Formhälfte 11 ist an einem feststehenden Formträger 14 befestigt. Der letztere ist an einem teilweise weggebrochenen Maschinengestell 15 verankert und mit Hilfe von Säulen 16 mit einem nicht

in gezeigten ortsfesten Schild verbunden, das einen ebenfalls nicht dargestellten Antrieb zum Schließen und Öffnen der Gießform aufnimmt.

Der Formschließantrieb steht über Kraftübertragungsorgane, wie ein solches beispielsweise die Stange 17 sein kann, mit einem längs der Säulen 16 verschiebbaren Formträger 18 in Verbindung, an dem die bewegliche Formhälfte 12 montiert ist.

Es ist in der ortsfesten Formhälfte 11 ein Entlüftungskanal 20 vorgesehen, über weichen der Formhohlraum 13 mit Hilfe eines Entlüftungsventils 21 mit einem Entlüftungsgebläse 22 verbunden werden kann. Durch den gestrichelt gezeichneten Steueranschluß 23 am Entlüftungsventil 21 wurde eine Fernsteuerverbindung zur Maschinensteuerung angedeutet.

Der Druckzylinder 31 des Preßaggregates 3 mündet durch eine entsprechende Bohrung der ortsfesten Formhälfte 11 und des feststehenden Formträgers 14 in den mittleren Bereich des Formhohlraumes 13 ein. Er weist eine durchgehend konstante Querschnittsfläche

Jd auf, so daß die Druckfläche des darin verfahrbaren Preßstempels 32 nach vollzogenem Einpreßhub eine den Formteil mitgestaltende Partie der Formwand bildet.

In dem der Gießform 1 abgewandten Endbereich des

J5 Druckzylinders 31 befindet sich eine Einfüllöffnung 33 für das zu verpressende Material.

Der Preßstempel 32 steht mittels einer Kolbenstange 34 mit einem in einem zugeordneten hydraulischen Schuß/ylindcr 35 angeordneten Schußkolben 36 in Antriebsverbindung.

Die Betätigung des Preßaggregates 3 erfolgt über die beiden Druckleitungen 37 bzw. 38, welche mittels nicht gezeigter Steuerventile bekannter Art wahlweise an einer Druckquelle bzw. an einen Tank anschließbar sind.

Die Vorkammer 4 setzt sich aus drei Zonen 41,42,43 zusammen. Der Auslauf 411 der ersten, zylindrischen Vorkammerzone 41 ist gasdicht an die Einfüllöffnung 33 des Druckzylinders 31 des Preßaggregates 3 angeschlossen.

Es befinden sich oberhalb des Auslaufes 411 an der Zylindermantelfläche der ersten Vorkammerzone 41 mehrere mit der Druckseite der Heißgas-Zuführeinrichiung 5 verbundenen Mündungen 412, weiche auf der gleichen Höhe symmetrisch verteilt, zur Mantelfläche geneigt und gegen die zweite, kegelige Vorkammerzone 42 hin gerichtet sind.

Zwischen den Mündungen 412 und der nachfolgenden zweiten, kegeligen Vorkammerzone 42 weist die erste Vorkammerzone 41 eine Axiallänge gleich dem

Dreifachen ihres Durchmessers auf.

Der Neigungswinkel öl der konischen Wand der zweiten Vorkammerzone 42 gegen deren Längsachse beträgt 30°. Die Innenfläche dieser konischen Wand ist mit einem

Gleitbelag versehen.

Die zweite, konische Vorkammerzone 42 schließt sich mit ihrem den größten Durchmesser aufweisenden Querschnitt an die dritte, ebenfalls zylindrische Vor-

kammerzone 43 gleichen Durchmessers an. Die letztere steht in diesem Anschlußbereich mit der Kunststoff-Dosiereinrichtung 6 und an ihrem von der zweiten Vorkammerzone 42 entfernten Ende mit der Saugseite der Heißgas-Zuführeinrichtung 5 in Verbindung.

Die Heißgas-Zuführeinrichtung 5 besteht aus einem Gebläse 51, dessen Druckseite über ein Druckrohr 52 mit den Mündungen 412 an der ersten Vorkammerzone

41 in Verbindung steht. Im Druckrohr 52 sind eine Heizeinrichtung 53 und ein Sperrventil 54 angeordnet. Der gestrichelt gezeichnete Steueranschluß 55 am Sperrventil 54 deutet eine zur Maschinensteuerung bestehende Fernsteuerverbindung an.

Die Saugseite des Gebläses 51 ist mittels eines Saugrohres 56 an die dritte Vorkammerzone 43 angeschlossen.

Die Kunststoff-Dosiereinrichtung 6 wird durch einen Speisetrichter 61 mit einem darunter vorgesehenen Zellenrad 62 und einem vom letzteren zur dritten Vorkammerzone 43 verlaufenden Fallrohr 63 gebildet, wobei das Fallrohr 63 im Anschlußbereich der dritten und zweiten Vorkammerzone 43, 42 tangential in den zylindrischen Mantel der dritten Vorkammerzone 43 einmündet.

Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung gestattet die folgende Arbeitsweise:

Das aus der Kunststoff-Dosiereinrichtung 6 in den Anschlußbereich der dritten und zweiten Vorkammerzone 43, 42 einlangende Granulat gleitet an der konischen Wand der zweiten Vorkammerzone 42 gegen die erste Vorkammerzone 41 hin, bis es durch den aus der letzteren nach oben schießenden, massiven heißen Luftstrahl erfaßt wird.

Der heiße Luftstrahl wird in dem durch die Vorkammer 4 und die daran angeschlossene Heißgas-Zuführeinrichtung 5 gebildeten Strömungskreis vom Gebläse 51 erzeugt und in der Heizvorrichtung 53 auf die notwendige Temperatur gebracht.

Die Heizvorrichtung 53 kann ein Wärmeaustauscher oder ein luftdurchströmter elektrischer Heizkörper sein.

Über das Sperrventil 54, das vorgängig mit Hilfe eines Befehlsignals von der nicht dargestellten Maschinensteuerung aus geöffnet wurde, und die Mündungen 412 strömt die heiße Luft in die erste, zylindrische Vorkammerzone 41. Durch das Verhältnis 1 :3 der Axiallänge der ersten Vorkammerzone 41 zwischen den Mündungen 412 und der zweiten Vorkammerzone 42 zum Durchmesser der ersten Vorkammerzone 41 kann eine Strömungsgeschwindigkeit erzielt werden, die das Zwei- bis Dreifache der Senkgeschwindigkeit der Kunststoffkörner beträgt.

Der aus der ersten, zylindrischen Vorkammerzone 41 in die sich konisch erweiternde zweite Vorkammerzone

42 austretende, geballte heiße Luftstrahl löst die der Wandung der letzteren entlang abgleitende Granulatschüttung in eine Wirbelschicht auf. Die Kunststoffkörner werden in einem zentralen Strom gegen den Deckel der dritten, zylindrischen Vorkammerzone 43 emporgeschleudert und dabei die Kornoberfläche durch das heiße Medium erweicht.

Die emporgetragenen Körner sinken dann an der Peripherie der Strömung in der Kammerwandnähe erneut zum Konus der zweiten Vorkammerzone 42 zurück, dessen Gleitbelag 421 ein Ankleben der Körner verhindert Der geschilderte Vorgang wiederholt sich, bis die Kornoberflächen einer in die Vorkammer 4 eindosierten Kunststoffschüttung, die zur Herstellung eines Formtefls erforderlich ist, sämtlich plastifiziert sind, bzw. im Falle mit einem flüssigen Monomer benetzten Granulates eine Oberflächenpolymerisation eingeleitet wurde.

Das letztere Verfahren erlaubt die direkte Herstel-■-, lung von Formteilen aus warmfesten Kunststoffen, wobei die Polymerisationstemperatur bekanntlich tiefer als die Plastifizierungstemperatur liegt.

Zum schnellen Eindosieren des Granulates in die Vorkammer 4 kann die Kunststoff-Dosiereinrichtung in mehrere Zellenräder 62 aufweisen.

Nach der Verschweißbarmachung der in dar Vorkammer 4 befindlichen Kunststoffschüttung wire die Zufuhr des Heißluftstromes durch Schließen des Sperrventils 54 anhand eines von der Maschinensteuerung aus verabfolgen Sperrbefehls unterbrochen.

Das Gebläse 51 kann bei Wahl z. B. eines entsprechend ausgelegten elektrischen Antriebsmotors während der kurzen Sperrzeit weiterlaufen.

Der Strömungsunterbrechung zufolge bricht die Wirbelschicht zusammen, wobei die Kunststoffschüttung durch die Einfüllöffnung 33 in den Druckzylinder 31 des Preßaggregates 3 fällt.

Vorgängig wurde der Preßstempel 32 des letzteren durch Druckbeaufschlagung von dessen Schußkolben 36 -5 mittels nicht gezeigter Steuerventile über die Druckleitung 38 von der kolbenstangenseitigen Druckkammer des Schußzylinders 35 her in seine Ausgangsstellung gemäß der Zeichnung zurückgezogen.

Zugleich erfolgte das Schließen der Gießform 1 mittels des nicht dargestellten Formschließantriebes und der Stange 17.

Nach dem Einfüllen der verschweißbaren Kunststoffschüttung in den Druckzylinder 31 wird auch die volle Druckfläche des Schußkolbens 36 mittels der erwähnten Steuerventile über die Druckleitung 37 beaufschlagt. Die Differenzkraft zwischen der vollen und der kolbenstangenseitigen Druckfläche des Schußkolbens 36 bewegt diesen samt dem Preßstempel 32 relativ langsam gegen den Formhohlraum 13, bis der letztere, das Granulat vor sich herschiebend, die Einfüllöffnung 33 verschließt.

Zu diesem Zeitpunkt öffnet die Maschinensteuerung anhand einer nicht veranschaulichten Fernsteuerverbindung zum Steueranschluß 23 das Entlüftungsventil 21, damit der Formhohlraum 13 durch das Entlüftungsgebläse 22 evakuiert wird.

Nach einem allfälligen, kurzzeitigen Verharren des Preßstempels 32 und anschließender Druckentlastung der kolbenstangenseitigen Druckkammer des Schußzylinders 35 über die Druckleitung 38 wird das verschweißbare Kunststoffgranulat schlagartig in den Formhohlraum 13 verpreßt, wobei das Entlüftungsventil 2i mit Hiife eines Sperrbefehis von der Maschinensteuerung aus geschlossen wird.

Dank dem Preßaggregat 3, das mit Einpreßgeschwindigkeiten bzw. Drücken arbeitet, welche denjenigen beim Metalldruckgießen entsprechen, füllen die Kunststoffkörner den Formhohlraum 13 auch bei großen Fließweg-Wandstärkeverhältnissen gleichmäßig und rasch aus und verschweißen miteinander ohne Lufteinschlüsse, Einfallstellen sowie mit geringem Schwund.

Es lassen sich dadurch Maßgenauigkeit, Oberflächenqualität und mechanische Festigkeit erhöhen.

Zu einer weiteren Verstärkung des Verschweißungseffektes könnte die vor Schußbeginn noch wenige Millimeter offene Gießform 1 am Ende des Einpreßvorganges geschlossen werden.

Die bis zum Entformen des Formteils notwendige

Abkühlzeit und damit auch die Standzeit der Maschine sind im Vergleich zu denjenigen beim herkömmlichen Spritzgießen kurz und von der Wandstärke unabhängig. Während beim Kunststoffspritzgießen üblicherweise Schneckenvorschubgeschwindigkeiten von 5 bis 15 cm/sec und in Ausnahmefällen bis 21 cm/sec erreicht werden, und nach vollzogenem Füllvorgang auf das

Formteil ein Enddruck von im allgemeinen weniger als 1000 bar ausgeübt wird, liegen beim Metalldruckgießen die Gießkolbengeschwindigkeiten bei etwa 1 bis l,5m/sec und erstrecken sich bis zu einer oberen Grenze von 8 bis lOm/sec, und es wird ein Druckbereich von 1000 bis 1500 bar bevorzugt, der im Einzelfalle noch erheblich überschritten werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von homogenen kompakten Formteilen aus Kunststoffgranulat, insbesondere auch von solchen mit starken Wandquerschnitten, bei dem in einer Vorkammer durch ein dieser zugeführtes Heißgas die Oberfläche der Körner einer jeweils für einen Formteil erforderlichen Kunststoffschüttung dünnschichtig plastifiziert oder nach vorgängigem Benetzen mit einem reaktionsfähigen monomeren Vorprodukt einer Oberflächenpolymerisation unterzogen, dadurch die Kornoberflächen in beiden Fällen erweicht und anschließend die verschweißbar gewordene Kunststoffschüttung schlagartig in den Formhohlraum einer Gießform gepreßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das ^'erpressen mit Hilfe beim Metalldruckgießen üblicher Einpreßgeschwindigkeiten bzw. Einpreßdrücke durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Plastifizier- bzw. Polymerisationsvorgang an der Oberfläche der einzelnen Kunststoffkörner in einer Wirbelschicht eingeleitet wird, in welcher das unter Druck der Vorkammer zugeführte Heißgas gleichzeitig die Kunststoffschüttung auflöst.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu Beginn der Einpreßbewegung noch geringfügig geöffnete Gießform bei zu Ende gehender Formfüllung geschlossen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Verpressen der verschweißbaren Kunststoffschüttung der Formhohlraum evakuiert wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer schließbaren Gießform, einer mit deren Fotmhohlraum verbindbaren Vorkammer, einer Kunststoff-Dosiereinrichtung zum Beschicken der Vorkammer jeweils mit einer für einen Formteil erforderlichen Kunststoffschüttung, einer Heißgas-Zuführeinrichtung und einem Zylinder-Kolbenaggregat zum Einpressen der verschweißbar gemachten Kunststoffschüttung in den Formhohlraum, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Vorkammer (4) und dem Formhohlraum (13) ein entsprechend der Einpreßvorrichtung einer horizontalen Kaltkammer-Druckgießmaschine ausgebildetes Preßaggregat (3) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auflösung der eindosierten Kunststoffschüttung in einer Wirbelschicht die Vorkammer (4) drei Zonen (41, 42, 43) aufweist, wobei die erste, zylindrische Zone (41) an ihrem einen Ende mit der Einfüllöffnung (33) des Preßaggregates (3), an ihrem anderen Ende mit der Eingangsöffnung gleichen Durchmessers der zweiten, konisch gestalteten Zone (42) sowie an ihrer Mantelfläche mit der Druckseite der Heißgas-Zuführeinrichtung (5) in Verbindung steht, und sich die zweite, konische Zone (42) mit ihrer den größten Durchmesser aufweisenden Ausgangsöffnung der dritten, ebenfalls zylindrischen Zone (43) gleichen Durchmessers anschließt, welch letztere in diesem Anschlußbereich-mit der Kunststoff-Dosiereinrichtung (6) und an ihrem der zweiten Zone (42) abgewandten Ende mit der Saugseite der Heißgas-Zuführeinrichtung (5) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckseite der Heißgas-Zuführeinrichtung (5) über mehrere Mündungen (412) an die erste Zone (41) der Vorkammer (4) angeschlossen ist, an deren Zylindermar.ielfläche die Mündungen (412) auf der gleichen Höhe symmetrisch verteilt, zur Mantelfläche geneigt und gegen die zweite, konische Zone (42) hin gerichtet angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Mündungen (412) und der zweiten Zone (42) die erste Zone (41) eine Axiallänge gleich dem Dreifachen von deren Durchmesser aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Wand der zweiten Vorkammerzone (42) unter einem Winkel («) gegen deren Längsachse geneigt ist, dessen unterer bzw. oberer Grenzwert 15° bzw. 30° beträgt

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche der zweiten, konischen Vorkammerzone (42) mit einem Gleitbelag (421) versehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckzylinder (31) des Preßaggregates (3) bis zu dessen Einmündung in den Formhohlraum (13) mit einer gleichbleibenden Innenquerschnittsfläclie ausgebildet uüü die Druckfläche des darin verfahrbaren Preßstempels (32) als eine nach vollendetem Einpreßhub den Formteil mitgestaltende Wandpartie der Gießform (1) vorgesehen sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an den Formhohlraum (13) eine Entlüftungseinrichtung (2) vorgesehen ist.

13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißgas-Zuführeinrichtung (5) ein Gebläse (51), ein von dessen Druckseite zu den Mündungen (412) in der Mantelfläche der ersten Vorkammerzone (41) führendes Druckrohr (52) und ein von der dritten Vorkammerzone (43) zur Saugseite des Gebläses (51) verlaufendes Saugrohr (55) umfaßt, wobei im Druckrohr (52) eine vom Druckmittel durchströmte Heizeinrichtung (53) und ein Sperrventil (54) angeordnet sind.

14. Vorrichtung nach Ansprüchen 5 und 6, bestehend aus einer Kunststoff-Dosiereinrichtung mit mindestens einem Zellenrad, gekennzeichnet durch ein vom Zellenrad (62) zur Vorkammer (4) verlaufendes Fallrohr (63) mit im Anschlußbereich der zweiten und dritten Vorkammerzone (42, 43) tangential an den zylindrischen Mantel der dritten Vorkammerzone (43) anschließender Mündung.